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論文

Design and fabrication of novel photonic crystal waveguide consisting of Si-ion implanted SiO$$_{2}$$ layers

Umenyi, A. V.*; 本美 勝史*; 川尻 慎也*; 品川 晃祥*; 三浦 健太*; 花泉 修*; 山本 春也; 井上 愛知; 吉川 正人

Key Engineering Materials, 459, p.168 - 172, 2011/04

有限差分時間領域法(FDTD法)により、光通信で使われる波長1.55$$mu$$m領域を対象とした新たな光導波路を設計した結果、円孔の径を465nm、周期を664nmとした三角格子フォトニック結晶導波路が有効であることが予測された。そこで、400kVイオン注入装置を用い、照射エネルギー:80keV,照射量:1$$times$$10$$^{17}$$ion/cm$$^{2}$$の条件の下、Siイオンを熱酸化により形成されたSi基板上のSiO$$_{2}$$層に注入して導波路のコアとなる高屈折層を形成した。電子ビームレジストを塗布してEB描画装置で設計パターンを描画したフォトニック結晶表面を原子間力顕微鏡(AFM)を用いて調べた結果、円孔の径が466nm、周期が666nmとなり、設計値どおりのフォトニック結晶導波路が作製できていることが確認できた。

口頭

UV and visible light emitting fused-silica substrates fabricated by Si-ion implantation

Umenyi, A. V.*; 本美 勝史*; 三浦 健太*; 花泉 修*; 山本 春也; 井上 愛知; 吉川 正人

no journal, , 

近年、量子閉じ込め効果を利用したSi系発光材料が注目され、その一種であるSiナノクリスタルは、SiとSiO$$_{2}$$との同時スパッタ,SiO$$_{2}$$媒質へのSiイオン注入等の手法により作製されている。本研究では、溶融SiO$$_{2}$$基板へのSiイオンの照射量を変えることによって、紫外域である波長370nm付近に発光ピークが発現することを新たに見いだしたので報告する。溶融SiO$$_{2}$$基板へのSiイオン注入は、原子力機構・TIARA内の400kVイオン注入装置を用いて行った。Siイオン照射条件は、エネルギー80keV,照射量$$sim$$2$$times$$10$$^{17}$$ions/cm$$^{2}$$とし、室温で照射を行った。試料を1100$$sim$$1250$$^{circ}$$Cでアニール処理後に励起光源としてHe-Cdレーザ(波長325nm)を使用したフォトルミネッセンス(PL)スペクトルを測定した。その結果、アニール温度によらず、波長370nm付近をピークとする紫外発光ピークが観測され、そのピーク強度は、アニール温度1250$$^{circ}$$Cで最大となることを見いだした。本研究で見いだされた紫外発光ピークは、単一の発光ピークであるため新たな紫外発光材料・基板としての応用が期待できる。

口頭

Fabrication and evaluation of light-emitting SiO$$_{2}$$ substrates implanted with Ge ions

品川 晃祥*; Umenyi, A. V.*; 菊地 秀輔*; 相場 瑞基*; 稲田 和紀*; 三浦 健太*; 花泉 修*; 山本 春也; 川口 和弘; 吉川 正人

no journal, , 

Geをイオン注入したSiO$$_{2}$$基板は、紫外から青色のフォトルミネッセンスを示すことが知られている。そこで本研究では、Geをイオン注入したSiO$$_{2}$$基板をもとに新たな2次元フォトニック結晶導波路及びこれを組合せた発光素子の開発を進めている。原子力機構・TIARA施設の400kVイオン注入装置を用い、照射エネルギー:350keV,照射量:1$$times$$10$$^{17}$$ions/cm$$^{2}$$の条件下でSiO$$_{2}$$基板にGeイオンを注入し、窒素中で熱処理($$sim$$900$$^{circ}$$C)を行うとともに励起光源としてHe-Cdレーザ(波長325nm)を使用したフォトルミネッセンススペクトルを測定した。その結果、Ge波長400nm付近をピークとする紫外発光ピークが観測され、熱処理温度が高くなるに従いそのピーク強度は増加する傾向にあることを見いだした。これより光を伝播するコア領域の大きな2次元フォトニック結晶導波路の作製が可能であることがわかった。

口頭

Fabrication and evaluation of light-emitting SiO$$_{2}$$ substrate co-implanted with Si and C ions

菊地 秀輔*; Umenyi, A. V.*; 稲田 和紀*; 河嶋 亮広*; 野口 克也*; 佐々木 友之*; 三浦 健太*; 花泉 修*; 山本 春也; 川口 和弘; et al.

no journal, , 

これまでに、Siイオンを注入した溶融石英板(SiO$$_{2}$$)が、1150$$sim$$1250$$^{circ}$$Cのアニールによって青色発光(発光ピーク波長400nm)を示すことを初めて見いだし、特に1200$$^{circ}$$Cのアニール後にその発光ピーク強度が最大になることを実証している。しかし、1200$$^{circ}$$C前後でのアニールは非常に高温で、実際の応用を考えた場合、熱に弱い部材との集積化が難しくなり、この材料を適用できる応用デバイスの範囲が制限されてしまう。そこで今回は、より低温のアニールでも発光するSiO$$_{2}$$基板の開発を目指し、Siイオンに加えてCイオンを注入して発光特性の評価を行った。その結果、700$$^{circ}$$Cという比較的低温のアニールによっても、可視域の発光が観測できることを確認した。また、Siイオン及びCイオンの照射量の比によって、発光ピーク波長がシフトすることも確認できた。波長650nm付近の発光ピークは、Siイオン照射により発現するものと思われ、一方で波長450nm付近の発光ピークは、Cイオン照射によるものと考えられ、Siイオン及びCイオンの照射量の比によって、発光波長を制御できる可能性があることが示された。

口頭

イオンビームを利用した光デバイス作製技術の研究開発

三浦 健太*; Umenyi, A. V.*; 花泉 修*; 佐藤 隆博; 石井 保行; 大久保 猛; 山崎 明義; 江夏 昌志; 横山 彰人; 加田 渉; et al.

no journal, , 

TIARAでのイオンビーム照射技術を、光スイッチや発光素子などの光デバイスの作製に応用する研究を行っている。この研究の中で、今回は応用波長帯の拡大を目標に、GeイオンをSiO$$_2$$基板に注入した試料を作製し、その発光特性の評価を行ったので、これらの成果を発表する。具体的には、初めに、SiO$$_2$$基板へのGeイオン注入は、400kVイオン注入装置を用い、照射エネルギー350keV,照射量1$$times$$10$$^{17}$$ions/cm$$^2$$とし、室温で行った。次に、4つの試料を窒素雰囲気中で600$$^circ$$C, 700$$^circ$$C, 800$$^circ$$C, 900$$^circ$$Cでアニールした後、さらに大気中でアニール(800$$^circ$$C)を行った。最後に、フォトルミネッセンス(PL)スペクトの励起光源としてHe-Cdレーザ(波長325nm)を使用し、モノクロメータ及びCCD検出器(-80$$^circ$$Cに電子冷却)を用いて測定を行った。PLスペクトルの測定結果、窒素中で600$$^circ$$C, 700$$^circ$$C, 800$$^circ$$Cのアニールを行った試料からは、波長400nm付近に発光ピークが確認できた。これらはGeナノ結晶による発光と考えられる。その中で、800$$^circ$$Cでアニールした試料のみ、波長500nm付近の発光バンドも確認でき、さらにアニール温度を900$$^circ$$Cに上げると、波長500nm付近にピークを持つブロードな発光スペクトルが観測された。この発光バンドとGeナノ結晶との関連性は現在調査中であるが、アニール温度によって発光波長帯を制御できる可能性があり、さまざまな色の可視発光デバイスへの応用が期待できる。

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