ナノ結晶シリコンの高密度形成法と光機能素子への応用技術の研究

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20560316
• Research Institution: Gunma University
• Principal Investigator: 花泉 修 Gunma University, 大学院・工学研究科, 教授 (80183911)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 三浦 健太 群馬大学, 大学院・工学研究科, 助教 (40396651)
• Keywords: ナノ結晶シリコン / イオン注入 / 紫外発光 / 光デバイス

Research Abstract

近年、量子閉じ込め効果を利用したSi系発光材料に関する数多くの報告がなされている。その一種であるナノ結晶Siは、SiとSiO_2の同時もしくは交互スパッタリングや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。今回、我々は、溶融石英(SiO_2)基板への適切なSiイオン照射及び1100℃以上のアニールによって、紫外域(波長370nm付近)に発光ピークが発現することを見出した。
溶融SiO_2基板へのSiイオン注入は、日本原子力研究開発機構イオン照射研究施設内の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2×10^<17>ions/cm^2とし、室温で照射を行った。注入後、3試料を1100℃、1200℃、1250℃でアニールした。アニール時間はいずれも25分間とした。その後、その3つの試料の室温におけるフォトルミネッセンス(PL)スペクトルを測定した。励起光源としてHe-Cdレーザ(波長325nm)を使用した。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た。そのピーク強度は、アニール温度1250℃で最大となった。アニール温度1100℃の試料からは、波長800nm付近をピークとする赤色から近赤外域にかけての長波長側の発光も観測されているが、アニール温度1200℃、1250℃の試料からは、この発光は見られなかった。この試料は、新たな紫外発光材料・基板としての応用が大いに期待できる。更に、作製条件の最適化を更に進めることによって、ピーク強度の更なる向上の可能性もある。紫外発光は、高密度光ディスク用光源としての応用などか考えられるため、今後、光利得の評価も進めていく予定である。

Research Products

• [Journal Article] Effects of recording wavelength on three-dimensional vector holograms in photoreactive liquid crystal composites (2010)
  • Author(s): T.Sasaki, O.Hanaizumi, T.Iwato, A.Emoto, N.Kawatsuki, H.Ono
  • Journal Title: Optics Communications Vol 283 Pages: 528-531
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Modified finite-difference time-domain method for triangular lattice photonic crystals (2009)
  • Author(s): A.V.Umenyi, K.Miura, O.Hanaizumi
  • Journal Title: IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology Vol.27 Pages: 4995-5001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Intense photoluminescence from erbium-doped tantalum oxide thin films deposited by sputtering (2009)
  • Author(s): M.K.Singh, G.Fusegi, K.Kano, J.P.Bange, K.Miura, O.Hanaizumi
  • Journal Title: IEICE Electronics Express Vol.6 Pages: 1676-1682
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Fabrication of polymer optical waveguides using proton beam writing (2010)
  • Author(s): Y.Machida, M.Uehara, K.Miura, O.Hanaizumi, Y.Ishii, T.Satoh, K.Takano, T.Ohkubo, A.Yamazaki, A.Inouye, M.Koka, A.Yokoyama, T.Kamiya, T.Kojima, H.Nishikawa
  • Organizer: The 5th International Symposium on Silicon Science and 1st International Conference on Advanced Micro-Device Engineering(ISSS&AMDE2009)
  • Place of Presentation: Kiryu
  • Year and Date: 2010-12-11
• [Presentation] プロトンビーム描画による波長1.5μm帯用PMMA導波路の試作(II) (2010)
  • Author(s): 三浦健太, 町田裕貴, 上原政人, 花泉修, 石井保行, 佐藤隆博, 高野勝昌, 大久保猛, 山崎明義, 井上愛知, 江夏昌志, 横山彰人, 神谷富裕, 小嶋拓治, 西川宏之
  • Organizer: 第57回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 平塚
  • Year and Date: 2010-03-18
• [Presentation] プロトンビーム描画による波長1.5μm帯用シングルモードPMMA導波路 (2009)
  • Author(s): 三浦健太, 町田裕貴, 上原政人, 花泉修, 石井保行, 佐藤隆博, 高野勝昌, 大久保猛, 山崎明義, 井上愛知, 江夏昌志, 横山彰人, 神谷富裕, 小嶋拓治, 西川宏之
  • Organizer: 電子情報通信学会光エレクトロニクス研究会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2009-12-18
• [Presentation] Fabrication and optimization of green light emitting Er-TaO_x films (2009)
  • Author(s): M.K.Singh, G.Fusegi, K.Kano, J.P.Bange, K.Miura, O.Hanaizumi
  • Organizer: The 5th International Symposium on Silicon Science and 1st International Conference on Advanced Micro-Device Engineering(ISSS&AMDE2009)
  • Place of Presentation: Kiryu
  • Year and Date: 2009-12-11
• [Presentation] Structural analysis of RF sputtered Er doped Ta_2O_5 films (2009)
  • Author(s): J.P.Bange, M.K.Singh, K.Kano, K.Miura, O.Hanaizumi
  • Organizer: The 5th International Symposium on Silicon Science and 1st International Conference on Advanced Micro-Device Engineering(ISSS&AMDE2009)
  • Place of Presentation: Kiryu
  • Year and Date: 2009-12-11
• [Presentation] Fabrication and evaluation of wavelength-conversion devices composed of zinc oxide thin films (2009)
  • Author(s): M.Tanaka, H.Miyazaki, K.Miura, O.Hanaizumi
  • Organizer: The 5th International Symposium on Silicon Science and 1st International Conference on Advanced Micro-Device Engineering(ISSS&AMDE2009)
  • Place of Presentation: Kiryu
  • Year and Date: 2009-12-11
• [Presentation] Visible-light emitting tantalum-oxide films produced by radio-frequency sputtering (2009)
  • Author(s): K.Miura, K.Kano, G.Fusegi, M.K.Singh, O.Hanaizumi
  • Organizer: The 5th International Symposium on Silicon Science and 1st International Conference on Advanced Micro-Device Engineering(ISSS&AMDE2009)
  • Place of Presentation: Kiryu
  • Year and Date: 2009-12-11
• [Presentation] Application of Si/SiO_2 materials to photonic devices (2009)
  • Author(s): O.Hanaizumi, K.Miura
  • Organizer: The 5th International Symposium on Silicon Science and 1st International Conference on Advanced Micro-Device Engineering(ISSS&AMDE2009)
  • Place of Presentation: Kiryu
  • Year and Date: 2009-12-10
• [Presentation] Novel photonic crystal waveguides utilizing Si-ion implantation (2009)
  • Author(s): S.Kawashiri, M.Honmi, A.V.Umenyi, T.Shinagawa, K.Miura, O.Hanaizumi, S.Yamamoto, A.Inouye, M.Yoshikawa
  • Organizer: The 5th International Symposium on Silicon Science and 1st International Conference on Advanced Micro-Device Engineering(ISSS&AMDE2009)
  • Place of Presentation: Kiryu
  • Year and Date: 2009-12-10
• [Presentation] FDTD analysis of fused-silica substrates fabricated by Si-ion implantation for photonic crystals devices (2009)
  • Author(s): A.V.Umenyi, S.Kawashiri, K.Miura, O.Hanaizumi
  • Organizer: The 5th International Symposium on Silicon Science and 1st International Conference on Advanced Micro-Device Engineering(ISSS&AMDE2009)
  • Place of Presentation: Kiryu
  • Year and Date: 2009-12-10
• [Presentation] Study on fabrication and conversion-efficiency improvement of ZnO thin film solar cells (2009)
  • Author(s): N.Hirasawa, K.Miura, O.Hanaizumi
  • Organizer: The 5th International Symposium on Silicon Science and 1st International Conference on Advanced Micro-Device Engineering(ISSS&AMDE2009)
  • Place of Presentation: Kiryu
  • Year and Date: 2009-12-10
• [Presentation] TiO_2-doped SiO_2 films deposited by flame hydrolysis deposition system for waveguide applications (2009)
  • Author(s): J.P.Bange, O.Hanaizumi, L.S.Patil, D.K.Gautam
  • Organizer: International Conference on Optics and Photonics(ICOP-2009)
  • Place of Presentation: Chandighar, India
  • Year and Date: 2009-10-31
• [Presentation] UV and visible light emitting fused-silica substrates fabricated by Si-ion implantation (2009)
  • Author(s): A.Umenyi, M.Honmi, K.Miura, O.Hanaizumi, S.Yamamoto, A.Inouye, M.Yoshikawa
  • Organizer: The 16th International Conference on Surtace Modification of Materials by Ion Beams(SMMIB2009)
  • Place of Presentation: Tokyo
  • Year and Date: 2009-09-14
• [Presentation] スパッタリング法で作製したEr:TaO_x薄膜の可視発光特性 (2009)
  • Author(s): 三浦健太, 狩野一総, 伏木厳穣, シンマヤンク, 花泉修
  • Organizer: 第70回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 富山
  • Year and Date: 2009-09-10
• [Presentation] プロトンビーム描画による波長1.5μm帯用PMMA導波路の試作 (2009)
  • Author(s): 三浦健太, 町田裕貴, 上原政人, 花泉修, 石井保行, 佐藤隆博, 高野勝昌, 大久保猛, 山崎明義, 井上愛知, 江夏昌志, 横山彰人, 神谷富裕, 小嶋拓治, 西川宏之
  • Organizer: 第70回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 富山
  • Year and Date: 2009-09-08
• [Presentation] Light emission from Er-doped Ta-oxide films fabricated by RF-sputtering (2009)
  • Author(s): M.K.Singh, G.Fusegi, K.Kanou, K.Miura, O.Hanaizumi
  • Organizer: The International Conference on Physics of Optical Materials and Devices(ICOM2009)
  • Place of Presentation: Herceg Novi, Montenegro
  • Year and Date: 2009-08-28
• [Presentation] Siイオン注入により発現する溶融石英基板からの紫外発光 (2009)
  • Author(s): 三浦健太, 本美勝史, 花泉修, 山本春也, 井上愛知, 吉川正人
  • Organizer: 第42回照明学会全国大会
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 2009-08-28
• [Presentation] スパッタリング法によるErドープTaO_x薄膜の作製とその発光特性 (2009)
  • Author(s): 三浦健太, 狩野一総, 伏木厳穣, シンマヤンク, 花泉修
  • Organizer: 電子情報通信学会光エレクトロニクス研究会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2009-08-21
• [Presentation] Simple finite-difference time-domain method for triangular lattice photonic crystals (2009)
  • Author(s): A.V.Umenyi, K.Miura, O.Hanaizumi
  • Organizer: The 14th Optoelectronics and Communications Conference(OECC 2009)
  • Place of Presentation: Hong Kong
  • Year and Date: 2009-07-15