ErSiO超格子結晶の特性評価とシリコンフォトニクス用発光素子開発

2008 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19360005
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用物性・結晶工学
• 研究機関: 電気通信大学
• 研究代表者: 木村 忠正 電気通信大学, 電気通信学部, 教授 (50017365)
• 研究分担者: 一色 秀夫 電気通信大学, 電気通信学部, 准教授 (60260212)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2008
• キーワード: エルビウムシリケート / 自己整列結晶 / ゾルゲル法 / レーザーアブレーション / アップコンバーション / シリコンフォトニクス / 1.5μm発光素子 / 導波路型光増幅器

研究概要

高濃度Erを構成元素とするEr_2SiO_5結晶の作製プロセスを開発した。Er_2SiO_5光導波路を設計作製し,1480nm光の導波特性を評価し,高濃度Erによるグリーンのアップコンバーション発光を観測した。Er_xY_<2-x>SiO_5膜を作製し,x=~0.1で1.54μm発光強度がEr_2SiO_5の数倍から数十倍になることを見出した。シミュレーションによると~1mm長のEr_<0.1>Y_<1.9>SiO_5光導波路で10dBの利得が可能である。

研究成果

• [雑誌論文] シリコンを光らせるにはどうすればよいのか=さまざまな発光機構とそれぞれの特徴 (2009)
  • 著者名/発表者名: 木村忠正、一色秀夫
  • 雑誌名: 光アライアンス誌 20 ページ: 1-7
• [雑誌論文] Phase separation growth of Er_2SiO_5 thin film in Si-rich ErSiO perform (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Isshiki, M.Oe, T.Samejima, T.Ushiyama, and T.Kimura
  • 雑誌名: Physica E 41 ページ: 1055-1058
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation of highly oriented layer-structured Er_2SiO_5 films by pulsed laser deposition (2009)
  • 著者名/発表者名: Tadamasa Kimura, Yasuhito Tanaka, Hiroshi Ueda, and Hideo Isshiki
  • 雑誌名: Physica E 41 ページ: 1063-1066
  • 査読あり
• [雑誌論文] Toward Small Size Waveguide Amplifiers Based on Erbium Silicate for Silicon Photonics (2008)
  • 著者名/発表者名: H.ISSHIKI, T.KIMURA
  • 雑誌名: IEICE Transaction on Electronics E91 ページ: 138-144
  • 査読あり
• [雑誌論文] Demonstration of ErSiO superlattice crystal waveguide toward optical amplifiers and emitters (2008)
  • 著者名/発表者名: H.Isshiki, T.Ushiyama, T.Kimura
  • 雑誌名: physica status solidi (a) 205 ページ: 52-55
  • 査読あり
• [雑誌論文] シリコン発光デバイス-現状と展望 (2008)
  • 著者名/発表者名: 木村忠正、一色秀夫
  • 雑誌名: 光学(依頼解説論文) 37, 第1号 ページ: 14-20
  • 査読あり
• [雑誌論文] Toward Small Size Waveguide Amplifiers Based on Erbium Silicate for Silicon Photonics (2008)
  • 著者名/発表者名: H.ISSHIKI, T.KIMURA
  • 雑誌名: IEICE Transaction on Electronics vol.E91, No.2 ページ: 138-144
  • 査読あり
• [雑誌論文] シリコンをベースとする発光デバイス-現状と展望- (2007)
  • 著者名/発表者名: 一色秀夫、 木村忠正
  • 雑誌名: レーザー学会誌「シリコンフォトニクスの最前線」特集号、レーザー研究(依頼解説論文) 35、No.9 ページ: 566-571
  • 査読あり
• [雑誌論文] シリコンフォトニクスの現状と将来 (2007)
  • 著者名/発表者名: 木村忠正
  • 雑誌名: レーザー学会誌「シリコンフォトニクスの最前線」特集号、レーザー研究(依頼解説論文) 35、No.9 ページ: 548-549
  • 査読あり
• [学会発表] Fabrication and Evaluation of Self-organized Er_2SiO_5 Crystalline Films for the 1.5μm Emitters and Amplifiers in Silicon Photonics (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Kimura and H.Isshiki
  • 学会等名: 2008 MRS Fall Meeting, MRS Symposium D : Rare-Earth Doping of Advanced Materials for Photonic Applications
  • 発表場所: Boston, MA,USA(invited)
  • 年月日: 2009-12-03
• [学会発表] Influence of Upconversion on Er_2SiO_5 Waveguide Light Emitting Devices (2009)
  • 著者名/発表者名: Hideo Isshiki, Takayuki Nakajima and Tadamasa Kimura
  • 学会等名: 2008 MRS Fall Meeting, MRS Symposium D : Rare-Earth Doping of Advanced Materials for Photonic Applications
  • 発表場所: Boston, MA,USA
  • 年月日: 2009-12-03
• [学会発表] Increase in excitation efficiency of Er^3+-related 1.53μm emission from Er_2SiO_5 crystallite embedded in SRSO (2009)
  • 著者名/発表者名: M.Oe, Y.Fujiwara, H. Isshiki, T. Kimura
  • 学会等名: 2008 MRS Fall Meeting, MRS Symposium D : Rare-Earth Doping of Advanced Materials for Photonic Applications
  • 発表場所: Boston, MA, USA
  • 年月日: 2009-12-03
• [学会発表] Si過剰ErSiOアモルファス母材中のEr_2SiO_5固相成長の促進 (2009)
  • 著者名/発表者名: 桝本欣生, 大江将己, 一色秀夫, 木村忠正
  • 学会等名: 2009年春季第56回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 筑波大学, つくば市
  • 年月日: 2009-03-30
• [学会発表] Study on cooperative upconversion of Er_xY_<2-x>SiO_5 films fabricated by sol-gel (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Kimura, X.J.Wang, Y.Nakayama, T.Nakajima, and H.Isshiki
  • 学会等名: 2009年春季第56回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 筑波大学, つくば市
  • 年月日: 2009-03-30
• [学会発表] 機能複合回路実装技術調査専門委員会活動報告(I・II・III) (2009)
  • 著者名/発表者名: 福岡義孝, 橋元伸晃, 新田秀人, 勝又雅昭, 折井靖光, 木村忠正, 倉持悟, 新井芳光, 春日部進
  • 学会等名: 電気学会全国大会シンポジウム セッション(S-15)
  • 発表場所: 北海道大学,札幌
  • 年月日: 2009-03-19
• [学会発表] Structural Characterization and Photoluminescence Comparison of Er_2SiO_5 and Er_2O_3 Prepared by Sol-Gel Method (2008)
  • 著者名/発表者名: X.J.Wang, H.Isshiki and T.Kimura
  • 学会等名: 2008 5th IEEE International Conference on Group IV Photonics (GFP)
  • 発表場所: Hilton Sorrento Palace, Sorrento, Italy
  • 年月日: 20080917-19
• [学会発表] Crystalline Structure and Luminescence Properties of Er Silicates Fabricated on Si and SiO_2/Si by the Sol-Gel Method (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Kimura, X.J.Wang, T.Nakajima, M.Ohe, T.Ushiyama, and H.Isshiki
  • 学会等名: 2008 5th IEEE International Conference on Group IV Photonics (GFP)
  • 発表場所: Hilton Sorrento Palace, Sorrento, Italy
  • 年月日: 20080917-19
• [学会発表] Formation of highly-oriented layer-structured Er_2SiO_5 films by pulsed laser deposition (2008)
  • 著者名/発表者名: Tadamasa Kimura, Yasuhito Tanaka, Hiroshi Ueda, and Hideo Isshiki
  • 学会等名: E-MRS 2008 Spring Meeting
  • 発表場所: Strasbourg, France
  • 年月日: 20080525-30
• [学会発表] Phase separation growth of Er_2SiO_5 thin film in Si-rich ErSiO Preform (2008)
  • 著者名/発表者名: H.Isshiki, M.Ohe, T.Samejima, T.Ushiyama, and T.Kimura
  • 学会等名: E-MRS 2008 Spring Meeting
  • 発表場所: Strasbourg, France
  • 年月日: 20080525-30
• [学会発表] Er_2SiO_5結晶の発光特性と光導波路増幅器への応用「新世代光通信へのイノベーション (2008)
  • 著者名/発表者名: 一色秀夫、牛山智幸、中島崇之、王興軍、木村忠正
  • 学会等名: 第3回公開シンポジウム
  • 発表場所: ホテルフロラシオン青山(東京)
  • 年月日: 20080117-18
• [学会発表] Er_2SiO_5ナノ構造複合材料の創製とシリコンフォトニクス応用(招待講演) (2008)
  • 著者名/発表者名: 一色秀夫
  • 学会等名: 早稲田大学ナノテクノロジーフォーラム、「マイクロ/ナノフォトニクス」部会第11回研究会
  • 発表場所: 早稲田大学(大久保キャンパス)理工学部,新宿区
  • 年月日: 2008-11-19
• [学会発表] Structural and photoluminescence comparison of Er_2SiO_5 and Er_2O_3 prepared by sol-gel method (2008)
  • 著者名/発表者名: X.J.Wang, H.Isshiki and T.Kimura
  • 学会等名: 2008年秋季第69回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 中部大学、名古屋
  • 年月日: 2008-09-04
• [学会発表] SRSO中Er_2SiO_5微結晶の1.53μm発光における励起効率の増大 (2008)
  • 著者名/発表者名: 大江将己, 藤原優, 一色秀夫, 木村忠正
  • 学会等名: 2008年秋季第69回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 中部大学、名古屋
  • 年月日: 2008-09-04
• [学会発表] SiO_2基板上に作製した Er_2SiO_5結晶薄膜の評価 (2008)
  • 著者名/発表者名: 中島崇之, 大江将己, 一色秀夫, 木村忠正
  • 学会等名: 2008年秋季第69回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 中部大学、名古屋
  • 年月日: 2008-09-04
• [学会発表] Er_2SiO_5/SiO_2光導波路の発光および光学利得の検討 (2008)
  • 著者名/発表者名: 一色秀夫, 中山裕介, 中島崇之, 木村忠正
  • 学会等名: 2008年秋季第69回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 中部大学、名古屋
  • 年月日: 2008-09-02
• [学会発表] ErSiO Self-organized Superlattice Crystals as a 1.54μm Luminescent Material (2008)
  • 著者名/発表者名: X.J.Wang, T.Nakajima, H.Isshiki, T. Kimura
  • 学会等名: 3rd KUMTT-UEC Workshop
  • 発表場所: University of Electro-Communications, Tokyo
  • 年月日: 2008-08-19
• [学会発表] Excitation and luminescence properties of Er_2SiO_5 crystalline compounds controlled by the sol-gel fabrication process (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Kimura, and H. Isshiki
  • 学会等名: SEDWAL Workshop 2008
  • 発表場所: Levico Terme, Trento, ITALY(invited)
  • 年月日: 2008-04-14
• [学会発表] 相分離によるEr_2SiO_5結晶の形成過程 (2008)
  • 著者名/発表者名: 大江将己, 鮫島健、藤原優、一色秀夫, 木村忠正
  • 学会等名: 2008年春季第55回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 日大理工学部船橋キャンパス(船橋市)
  • 年月日: 2008-03-30
• [学会発表] Erbium silicate formation by solid phase reaction of amorphous Er-O and SiO_2 (2008)
  • 著者名/発表者名: X.J.Wang, H.Isshiki and T.Kimura
  • 学会等名: 2008年春季第55回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 日大理工学部船橋キャンパス(船橋市)
  • 年月日: 2008-03-28
• [学会発表] レーザアブレーション法による高配向Er_2SiO_5結晶薄膜の作製 (2008)
  • 著者名/発表者名: 田中康仁, 植田啓, 一色秀夫, 木村忠正
  • 学会等名: 2008年春季第55回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 日大理工学部船橋キャンパス(船橋市)
  • 年月日: 2008-03-28
• [学会発表] ErYbSiO_5結晶の作製と発光特性評価 (2008)
  • 著者名/発表者名: 常安啓文, 一色秀夫, 木村忠正
  • 学会等名: 2008年春季第55回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 日大理工学部船橋キャンパス、(船橋市)
  • 年月日: 2008-03-28
• [学会発表] シリコンフォトニクスにおける発光源の開発 (2007)
  • 著者名/発表者名: 木村忠正、一色秀夫
  • 学会等名: 明治大学先端半導体ワークショップ
  • 発表場所: 明治大学プロシーディングズ(招待講演)
  • 年月日: 20071006-1101
• [学会発表] ゾルゲル法ErSiO結晶化合物の固相成長条件の研究 (2007)
  • 著者名/発表者名: 大江将己、一色秀夫、木村忠正
  • 学会等名: 明治大学先端半導体ワークショップ
  • 発表場所: 明治大学プロシーディングズ
  • 年月日: 20071006-1101
• [学会発表] ErSiO結晶化合物のMOMBE成長におけるEr(TMOD)_3供給律速成長速度 (2007)
  • 著者名/発表者名: 崔賢聖、立石浩平、中山裕介、一色秀夫、木村忠正
  • 学会等名: 明治大学先端半導体ワークショップ
  • 発表場所: 明治大学プロシーディングズ
  • 年月日: 20071006-1101
• [学会発表] Preparation of high density SiC/SiOx nanocables and their photoluminescence, field emission properties (2007)
  • 著者名/発表者名: X.J.Wang, J.F.Tian, L.H.Bao, H.Isshiki, T.Kimura
  • 学会等名: Proceedings of Workshop on Advanced Semiconductor Technologies
  • 発表場所: Meji University, Tokyo
  • 年月日: 20071006-1101
• [学会発表] Growth Rate Limiting by Er(TMOD)_2 Supply in MOMBE Growth of ErSiO Crystalline (2007)
  • 著者名/発表者名: H.Choi, K.Tateishi, Y.Nakayama, H.Isshiki and T.Kimura
  • 学会等名: 4th International Conference on Group IV, WP14
  • 発表場所: Radison Miyako Hotel, Tokyo, Japan
  • 年月日: 20070919-21
• [学会発表] Investigation of Solid Phase Growth Conditions of ErSiO Crystalline Compound Prepared by Sol-Gel Method (2007)
  • 著者名/発表者名: M.Ohe, H.Isshiki and T.Kimura
  • 学会等名: 4th International Conference on Group IV,WP15
  • 発表場所: Radison Miyako Hotel, Tokyo, Japan
  • 年月日: 20070919-21
• [学会発表] Evaluation of the 1.54μm emission characteristics of ErSiO superlattice crystals (2007)
  • 著者名/発表者名: Tadamasa Kimura, Tomoyuki Ushiyama and Hideo Isshiki
  • 学会等名: E-MRS 2007 Spring Meeting
  • 発表場所: Strasbourg, France
  • 年月日: 20070528-0601
• [学会発表] Investigation of low temperature growth of ErSiO superlattice crystals (2007)
  • 著者名/発表者名: H.Isshiki, T. Ushiyama, K. Tateishi, T.Shimohata, T. Kawaguchi, Y. Tsuneyasu, H.S. Choi, M. Ohe, Y. Nakayama, Y. Tanaka and T. Kimura
  • 学会等名: E-MRS 2007 Spring Meeting
  • 発表場所: Strasbourg, France
  • 年月日: 20070528-0601
• [学会発表] Siナノフォトニクス-次世代LSIにおける電子デバイスと光デバイスとの融合- (2007)
  • 著者名/発表者名: 木村忠正、一色秀夫
  • 学会等名: 日本女子大平成19年度先端光情報技術研究会
  • 年月日: 2007-12-15
• [学会発表] Er_2SiO_5結晶の作製と導波路型発光デバイス応用 (2007)
  • 著者名/発表者名: 一色秀夫、木村忠正
  • 学会等名: 学振第145委員会(結晶加工と評価技術)第112回研究会
  • 発表場所: 弘済会館、東京
  • 年月日: 2007-11-19
• [学会発表] 次世代技術ロードマップと信頼性課題(概要) (2007)
  • 著者名/発表者名: 木村忠正
  • 学会等名: 2007年第17回電子デバイスの信頼性シンポジウム信頼性セミナー次世代技術ロードマップ(ITRS)と信頼性課題(概要)
  • 発表場所: 大田区産業プラザ(依頼講演)
  • 年月日: 2007-11-02
• [学会発表] シリコンベース発光デバイスの最近の進歩と展望 (2007)
  • 著者名/発表者名: 木村忠正、一色秀夫
  • 学会等名: ポリマー光回路時限研究専門委員会第10回ポリマー光回路(POC)研究会
  • 発表場所: 慶應義塾大学日吉キャンパス神奈川(招待講演)
  • 年月日: 2007-10-26
• [学会発表] GFP2007報告光源材料・光源デバイス構造 (2007)
  • 著者名/発表者名: 木村忠正
  • 学会等名: 第7回シリコンフォトニクス研究会資料集(Si2007)(GFP2007・SSDM2007報告会)
  • 発表場所: 東京大学(依頼講演)
  • 年月日: 2007-10-16
• [学会発表] GFP2007会議報告光電子・Si/III-V族ハイブリット集積および革新的材料・プロセス (2007)
  • 著者名/発表者名: 一色秀夫
  • 学会等名: シリコンフォトニクス研究会資料集(Si2007)(GFP2007・SSDM2007報告会)
  • 発表場所: 東京大学(依頼講演)
  • 年月日: 2007-10-16
• [学会発表] シンポジウム : シリコンフォトニクス技術の最新動向、シリコンフォトニクスにおける発光デバイス (2007)
  • 著者名/発表者名: 木村忠正
  • 学会等名: 2007年(平成19年)秋季第68回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 北海道工業大学(札幌市)(招待講演)
  • 年月日: 2007-09-06
• [学会発表] リング共振型マイクロ波プラズマCVDによるSiC及びSi酸化膜の作製 (2007)
  • 著者名/発表者名: 堀信也, 一色秀夫, 木村忠正
  • 学会等名: 第68回応用物理学会学術講演会講演予稿集
  • 発表場所: 北海道工業大学
  • 年月日: 2007-09-04
• [学会発表] Er_2SiO_5結晶の相分離と薄膜形成 (2007)
  • 著者名/発表者名: 牛山智幸, 大江将己, 一色秀夫, 木村忠正
  • 学会等名: 第68回応用物理学会学術講演会講演予稿集
  • 発表場所: 北海道工業大学
  • 年月日: 2007-09-04
• [学会発表] Er_2SiO_5微結晶含有SiOx薄膜の光学特性および電気特性評価 (2007)
  • 著者名/発表者名: 鮫島健, 一色秀夫, 木村忠正
  • 学会等名: 第68回応用物理学会学術講演会講演予稿集
  • 発表場所: 北海道工業大学
  • 年月日: 2007-09-04
• [学会発表] ゾルゲル法により作製したRE添加ZnO薄膜/Si構造の電流-電圧特性評価 (2007)
  • 著者名/発表者名: 大園雄太, 一色秀夫, 木村忠正
  • 学会等名: 第68回応用物理学会学術講演会講演予稿集
  • 発表場所: 北海道工業大学
  • 年月日: 2007-09-04
• [学会発表] Upconversion in ErSiO superlattice crystal waveguide (2007)
  • 著者名/発表者名: H.Isshiki, T.Ushiyama and T.Kimura
  • 学会等名: 26th Electronic Materials Symposium
  • 発表場所: Moriyama
  • 年月日: 2007-07-05
• [学会発表] Formation of ErSiO superlattice crystal thin film prepared by pulsed laser deposition (2007)
  • 著者名/発表者名: Y.Tanaka, T.Shimohata, H.Isshiki and T.Kimura
  • 学会等名: 26th Electronic Materials Symposium
  • 発表場所: Moriyama
  • 年月日: 2007-07-05
• [学会発表] Highly oriented ErSiO superlattice crystal growth on crystalline sol-gel buffer (2007)
  • 著者名/発表者名: Y.Nakayama, H.S.Choi, H.Isshiki and T.Kimura
  • 学会等名: 26th Electronic Materials Symposium
  • 発表場所: Moriyama
  • 年月日: 2007-07-05
• [学会発表] Siベース発行材料の新潮流 : ErSiO自己組織化超格子結晶の特性と1.54μm発光素子性能評価 (2007)
  • 著者名/発表者名: 木村忠正、一色秀夫
  • 学会等名: 光電相互変換第125委員会第196回研究会
  • 発表場所: 筑波大学(招待講演)
  • 年月日: 2007-05-10
• [備考]
  • URL: http://flex.ee.uec.ac.jp/~t-kimura/