Siクラスターを増感材とした高効率石英系導波路アンプの開発

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13555108
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 林 真至 神戸大学, 工学部, 教授 (50107348)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 日比野 善典 日本電信電話株式会社, フォトニクス研究所, 主幹研究員 ; 藤井 稔 神戸大学, 工学部, 助手 (00273798) ; 森脇 和幸 神戸大学, 大学院・自然科学研究科, 助教授 (50322194)
• Keywords: 光増幅器 / 希土類元素 / 導波路 / エネルギー移動 / シリコン / ナノ結晶

Research Abstract

本年度は、以下の点について研究を実施した。
1)Siナノ結晶から希土類イオンへのエネルギー移動のメカニズムの解明:
Siナノ結晶とEr共添加SiO_2膜試料作製時のSi濃度やアニール温度を変えて、Erイオンからの発光寿命を詳しく調べた。その結果、Siナノ結晶のエネルギー準位間の遷移確率が増加すると、Siナノ結晶からErイオンへのエネルギー移動率も増加し、両者に強い相関があることがわかった。
2)Siナノ結晶とEr共添加SiO_2膜の光増幅作用:
増感剤として導入されるSiナノ結晶の大きさと、光損失の有無による増幅度の変化を調べた。その結果、Siナノ結晶の直径が3.1nm以上の時、励起光照射によって生じるエキシトンによって、波長が1.5μmの信号光が吸収されることが確認された。また光増幅測定の結果、直径が2.8nm以下のSiナノ結晶を含む試料から、信号光の増幅が観測された。一方、直径が3.2nmのSiナノ結晶を含む試料からは、信号光の減衰が確認された。
3)平面光導波路型の増幅器作製:
平面光導波路型の増幅器を作製するために、まず導波路膜の大面積化を行った。その結果、4インチ基板上に均一な膜が作製でき、今後実際のデバイスに近い50cm程度の長さを持つ光導波路が作製可能となった。また導波路加工条件を検討し、反応性イオンエッチング(RIE)を用いて、矩形断面形状をもつパターンを作製する条件を確定した。両方の結果を合わせて、今後実際のデバイス形態に近い光導波路増幅器を作製し、その評価を行う基盤が構築された。

Research Products

• [Publications] Kei Watanabe: "Photoluminescence decay-dynamics of Si nanoparticles prepared by pulsed laser ablation"Applied Surface Science. Vol.8022. 1-4 (2002)
• [Publications] Kimiaki Toshikiyo: "Improvement in photoluminescence efficiency of Si_<1-x>Ge_x alloy nanocrystals embedded in SiO_2 matrices by P doping"Pysica E. Vol.13,. 1034-1037 (2002)
• [Publications] Kei Watanabe: "Excitation of Nd^<3+> and Tm^<3+> by the energy transfer from Si nanocrystals"Pysica E. Vol.13,. 1038-1042 (2002)
• [Publications] 森脇 和幸: "石英系光導波路スイッチとハイブリッド素子"材料. 第51巻. 979-982 (2002)
• [Publications] Kei Watanabe: "Excitation of Tm3+ by resonant energy transfer from Si nanocrystals"J. Appl. Phys.. Vol.92, No.7. 4001-4006 (2002)
• [Publications] Kimiaki Toshikiyo: "Enhanced optical properties of Si_<1-x>Ge_x alloy nanocrystals in a planar microcavity"J. Appl. Phys.. Vol.93, No.4. 2178-2181 (2003)