光ファイバ型光学素子開発を目指したシリカ系ガラスにおける屈析率増大機構の解明

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12450132
• 研究機関: 早稲田大学
• 研究代表者: 大木 義路 早稲田大学, 理工学部, 教授 (70103611)
• 研究分担者: 加藤 宙光 日本学術振興会, 特別研究員 ; 宗田 孝之 早稲田大学, 理工学部, 教授 (90171371) ; 濱 義昌 早稲田大学, 理工学総合研究センター, 教授 (40063680)
• キーワード: シリカガラス / 光導波素子 / 光ファイバ / 光集積回路 / 光学素子 / イオンビーム / 光導波路 / シリコン酸窒化物

研究概要

本研究は、光ファイバ型および平面型光導波素子に分波・調光等の機能を付与する目的で、マイクロイオンビームや紫外光を導波素子に昭射し、周期的に異なる屈折率を有する格子構造の形成を目指している。イオンや紫外光照射により誘起される物性変化を実験的かつ理論的に検証した。
1.マイクロイオンビーム照射による欠陥生成:H^+マイクロイオンビーム(ビーム径:1μm)照射によりシリカガラス中に誘起される欠陥の生成機構を顕微フォトルミネッセンス、顕微ラマン分光、および電子スピン共鳴法により評価した。注入H^+イオンの通過による正常結合の切断によって、E'center(O≡Si・,"・"は不対電子)や非架橋酸素孔子(≡Si-O・)等の欠陥が生じる。これら欠陥の生成効率は、シリカガラス中のOH基の有無に強く影響される。注入イオンのエネルギー損失過程において、原子衝突よりも電子励起の効果が大きいことをTRIMシミュレーションにより明らかにした。さらに、マイクロイオンビームを用いて光ファイバ中に周期構造を実際に形成し、透過光損失特性の評価に着手した。
2.紫外光照射による屈折率増大:屈折率を1.45-2.00まで自在に変化できるシリコン酸窒化物は、光導波路材料の一つとして考えられている。紫外光エキシマレーザを照射することにより、屈折率を増加させることの可能なシリコン酸窒化物の作成方法および組成を明らかにした。紫外光照射により誘起されるラジカル欠陥種の同定および定量を電子スピン共鳴法により行い、屈折率の変化量をエリプソメータにより見積もった。屈折率上昇のメカニズムとして、高密度化に因る効果が70-98%の割合を占め、ラジカル欠陥生成に因る光吸収増加の効果は数%程度であることを計算により導いた。さらに、周期1μmの平面回折格子を位相格子法により実際に作成し、光加工性の良さを示した。
これらの成果は、学術雑誌および学会発表によりすでに公表している。

研究成果

• [文献書誌] Hiromitsu Kato, Yoshimichi Ohki, et al.: "Photo-induced refractive index change in hydrogenated amorphous silicon oxynitride"J. Appl. Phys.. (5月掲載予定). (2002)
• [文献書誌] Takashi Noma, Yoshimichi Ohki, et al.: "Origin of photoluminescence around 2.6 -2.9 eV in silicon oxynitride"Appl. Phys. Lett.. Vol.79. 1995-1997 (2001)
• [文献書誌] Hiromitsu Kato, Yoshimichi Ohki, et al.: "Visible electroluminescence in hydrogenated amorphous silicon oxynitride"J. Appl. Phys.. Vol.90. 2216-2220 (2001)
• [文献書誌] Hiromitsu Kato, Yoshimichi Ohki, et al.: "Thermally induced photoluminescence quenching center in hydrogenated amorphous silicon oxynitride"J. Phys. : Condens. Matter. Vol.13. 6541-6549 (2001)
• [文献書誌] 加藤宙光, 大木義路 他: "プラズマ化学気相堆積法によるハフニウムシリケート膜の堆積"放電研究. 第44巻. 69-73 (2001)
• [文献書誌] Hiromitsu Kato, Yoshimichi Ohki, et al.: "Characterization of hafnium silicate films fabricated by plasma-enhanced chemical vapor deposition"1st International Symposium on Dry Process. 175-180 (2001)
• [文献書誌] Norihide Kashio, Yoshimichi Ohki, et al.: "Photoluminescence properties of hydrogenated amorphous silicon nitride"2001 International Symposium on Electrical Insulating Materials. 79-82 (2001)
• [文献書誌] Hidefumi Sato, Yoshimichi Ohki, et al.: "Electrical properties in silicon oxynitride and silicon nitride prepared by plasma-enhanced chemical vapor deposition"2001 International Symposium on Electrical Insulating Materials. 148-151 (2001)
• [文献書誌] Hiromitsu Kato, Yoshimichi Ohki, et al.: "Fabrication of hafnium silicate films by plasma-enhanced chemical vapor deposition"2001 International Symposium on Electrical Insulating Materials. 483-486 (2001)
• [文献書誌] Makoto Fujimaki, Yoshimichi Ohki, et al.: "Ultraviolet-photon-induced paramagnetic centers in Ge and Sn co-doped silica glass"2001 International Symposium on Electrical Insulating Materials. 665-668 (2001)
• [文献書誌] Hiromitsu Kato, Yoshimichi Ohki, et al.: "Characterization of hafnium and zirconium silicate films fabricated by plasma-enhanced chemical vapor deposition"International Workshop on Gate Insulator 2001. 166-169 (2001)
• [文献書誌] Masaharu Hattori, Yoshimichi Ohki, et al.: "Characterization of ion-implanted silica glass by vacuum ultraviolet absorption spectroscopy"11^<th> International Conference on Radiation Effects in Insulators. 182 (2001)
• [文献書誌] Takayuki Yamaguchi, Yoshimichi Ohki, et al.: "Evaluation of silica glasses implanted by high-energy ions using a uv-excited microspectroscopy"11^<th> International Conference on Radiation Effects in Insulators. 184 (2001)
• [文献書誌] Hiroyuki Nishikawa, Yoshimichi Ohki, et al.: "Radiation effects and surface deformation of silica by ion microbeam"11^<th> International Conference on Radiation Effects in Insulators. 63 (2001)
• [文献書誌] Masaharu Hattori, Yoshimichi Ohki, et al.: "マイクロイオンビームによるシリカガラスへの微細3次元構造形成と評価"第10回TIARA研究発表会. 106-107 (2001)
• [文献書誌] 柏尾典秀, 大木義路 他: "水素化アモルファスシリコン窒化膜における発光寿命特性"第62回応用物理学会学術講演会. 2巻. 710 (2001)
• [文献書誌] 西川宏之, 大木義路 他: "TEOS-CVD法により作製した光導波路薄膜の顕微ラマン分光による評価"第62回応用物理学会学術講演会. 2巻. 712 (2001)
• [文献書誌] 中西哲也, 大木義路 他: "Ge, Sn共添加SiO_2ガラス中の熱による水素の反応"第62回応用物理学会学術講演会. 2巻. 714 (2001)
• [文献書誌] 中西哲也, 大木義路 他: "水素処理によるGe, Sn共添加SiO_2ガラスの光吸収変化"第62回応用物理学会学術講演会. 2巻. 714 (2001)
• [文献書誌] 西川宏之, 大木義路 他: "イオンマイクロビーム照射したシリカガラスの顕微分光評価(II)"第62回応用物理学会学術講演会. 2巻. 716 (2001)
• [文献書誌] 加藤宙光, 大木義路 他: "PECVD堆積a-SiO_xN_y:H膜における光誘起屈折率変化"第62回応用物理学会学術講演会. 2巻. 719 (2001)
• [文献書誌] 柳崇, 大木義路 他: "TEOS-CVD法による光導波路の紫外線照射誘起吸収変化"第62回応用物理学会学術講演会. 2巻. 719 (2001)
• [文献書誌] 西川宏之, 大木義路 他: "高エネルギーイオン注入したシリカガラスの紫外光励起顕微分光による評価(II)"第49回応用物理学関係連合講演会. (発表予定). (2002)
• [文献書誌] 西川宏之, 大木義路 他: "イオンマイクロビーム照射したシリカガラスにおける欠陥分布と屈折率変化"第49回応用物理学関係連合講演会. (発表予定). (2002)
• [文献書誌] 加藤宙光, 大木義路 他: "ハフニウムおよびジルコニウムシリケートの光学的禁制帯幅"第49回応用物理学関係連合講演会. (発表予定). (2002)
• [文献書誌] 加藤宙光, 大木義路 他: "プラズマ化学気相堆積法により成膜したハフニウムおよびジルコニウムシリケートの物性評価"第49回応用物理学関係連合講演会. (発表予定). (2002)
• [文献書誌] 柏尾典秀, 大木義路 他: "時間分解発光測定によるa-SiO_xN_y:H膜およびa-SiNz: H膜の評価"第49回応用物理学関係連合講演会. (発表予定). (2002)
• [文献書誌] 野村健一, 大木義路 他: "高速重イオンビーム照射によるルチル型TiO_2単結晶の構造変化"第49回応用物理学関係連合講演会. (発表予定). (2002)
• [文献書誌] 柳崇, 大木義路 他: "TEOS-CVD法によるGeO_2-SiO_2薄膜の紫外光感度に及ぼす不純物の影響"第49回応用物理学関係連合講演会. (発表予定). (2002)
• [文献書誌] 加藤宙光, 大木義路 他: "プラズマ化学気相堆積法によるハフニウムおよびジルコニウムシリケートの成膜とその評価"平成14年電気学会全国大会. (発表予定). (2002)