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

2010 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20560316
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電子デバイス・電子機器
• 研究機関: 群馬大学
• 研究代表者: 花泉 修 群馬大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80183911)
• 研究分担者: 三浦 健太 群馬大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (40396651)
• 連携研究者: 吉川 正人 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究主幹 (40354948)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2010
• キーワード: シリコン / ナノ結晶 / イオン注入 / 発光 / フォトニック結晶 / 光デバイス

研究概要

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シリコン(Si)は,SiO_2媒質へのSiイオン注入等の手法により作製できる.我々は,これまでに,溶融石英(SiO_2)基板にSiイオンを注入し,1150℃以上でアニールすることにより,波長400nm近傍の青色発光ピークを観測しているが,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と,波長370nm付近の紫外発光ピークが発現することを見出した.更に,フォトニック結晶を利用し,今回得られた紫外発光機能を光デバイスへと応用する取り組みも行った.

研究成果

• [雑誌論文] Coupled-wave analysis of vector holograms. 2. Reflective gratings formed in photoanisotropic medium with uniaxial birefringence (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Sasaki, K.Miura, O.Hanaizumi, A.Emoto, H.Ono
  • 雑誌名: Applied Optics Vol.50,No.4 ページ: 454-459
  • 査読あり
• [雑誌論文] A novel thermoelectric system with conductive metal rods and its effective Seebeck coefficients (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Sasaki, Y.Kondoh, O.Hanaizumi, M.Goto
  • 雑誌名: Key Engineering Materials Vol.459 ページ: 235-238
  • 査読あり
• [雑誌論文] Demonstration of light-emitting two-dimensional photonic crystals composed of silicon-rich silicon-dioxide thin films (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Miura, O. Hanaizumi
  • 雑誌名: Key Engineering Materials Vol.459 ページ: 173-176
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design and fabrication of novel photonic crystal waveguide consisting of Si-ion implanted SiO_2 layers (2011)
  • 著者名/発表者名: A.V.Umenyi, M.Honmi, S.Kawashiri, T.Shinagawa, K.Miura, O.Hanaizumi, S.Yamamoto, A.Inouye, M.Yoshikawa
  • 雑誌名: Key Engineering Materials Vol.459 ページ: 168-172
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical analysis of photonic band gaps and defect modes of novel photonic crystal waveguides consisting of Si-ion implanted SiO_2 using the finite-difference time-domain method (2011)
  • 著者名/発表者名: A.V.Umenyi, S.Kawashiri, K.Miura, O.Hanaizumi
  • 雑誌名: Key Engineering Materials Vol.459 ページ: 162-167
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mach-Zehnder type thermo-optic switch with antenna-coupled Y-junction fabricated by selective photobleaching of polysilane films (2011)
  • 著者名/発表者名: O.Hanaizumi, K.Miura, Y.Hiratani, Y.Machida, M.Uehara
  • 雑誌名: Key Engineering Materials Vol.459 ページ: 153-156
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural analysis of RF sputtered Er doped Ta_2O_5 films (2011)
  • 著者名/発表者名: J.P.Bange, M.K.Singh, K.Kano, K.Miura, O.Hanaizumi
  • 雑誌名: Key Engineering Materials Vol.459 ページ: 32-37
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coupled-wave analysis of vector holograms : effects of modulation depth of anisotropic phase retardation (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Sasaki, K.Miura, O.Hanaizumi, A.Emoto, H.Ono
  • 雑誌名: Applied Optics Vol.49,No.28 ページ: 5205-5211
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of recording wavelength on three-dimensional vector holograms in photoreactive liquid crystal composites (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Sasaki, O.Hanaizumi, T.Iwato, A.Emoto, N.Kawatsuki H.Ono
  • 雑誌名: Optics Communications Vol.283,No.4 ページ: 528-531
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intense photoluminescence from erbium-doped tantalum oxide thin films deposited by sputtering (2009)
  • 著者名/発表者名: M.K.Singh, G.Fusegi, K.Kano, J.P.Bange, K.Miura, O.Hanaizumi
  • 雑誌名: IEICE Electronics Express Vol.6,No.23 ページ: 1676-1682
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modified finite-difference time-domain method for triangular lattice photonic crystals (2009)
  • 著者名/発表者名: A.V.Umenyi, K.Miura, O.Hanaizumi
  • 雑誌名: IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology Vol.27,No.22 ページ: 4995-5001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of blue-light emission from tantalum oxide films deposited by radio-frequency magnetron sputtering (2008)
  • 著者名/発表者名: K.Miura, H.Miyazaki, O.Hanaizumi
  • 雑誌名: IEICE Transactions on Electronics Vol.E91-C,No.10 ページ: 1669-1672
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of ultraviolet-light emitting Si/SiO_2 multilayered films using radio-frequency magnetron sputtering and high-temperature annealing (2008)
  • 著者名/発表者名: K.Miura, Y.Kato, H.Hoshino, O.Hanaizumi
  • 雑誌名: Thin Solid Films Vol.516,No.21 ページ: 7732-7734
  • 査読あり
• [学会発表] Optically controlled light propagation in waveguides using dyedoped nematic liquid crystals with homogeneous alignment (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Sasaki, K.Miura, H.Ono, O.Hanaizumi
  • 学会等名: 6th International Symposium on Silicon Science and 2nd International Conference on Advanced Micro-Device Engineering (ISSS&AMDE2010), 2P34
  • 発表場所: Kiryu
  • 年月日: 2010-12-10
• [学会発表] The relationship between rubbing direction and refraction index that affect liquid crystals waveguide (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Hashimoto, C.Jing, X.Wei, S.Hajar, Y.Hayakawa, T.Sasaki, K.Miura, O.Hanaizumi
  • 学会等名: 6th International Symposium on Silicon Science and 2nd International Conference on Advanced Micro-Device Engineering (ISSS&AMDE2010), 2P35
  • 発表場所: Kiryu
  • 年月日: 2010-12-10
• [学会発表] Design and analysis of single mode polymer waveguide using PBW technique (2010)
  • 著者名/発表者名: J.P.Bange, Y.Machida, M.Uehara, A.V.Umenyi, K.Miura, O.Hanaizumi
  • 学会等名: 6th International Symposium on Silicon Science and 2nd International Conference on Advanced Micro-Device Engineering (ISSS&AMDE2010), 2P36
  • 発表場所: Kiryu
  • 年月日: 2010-12-10
• [学会発表] Y-junction waveguides for 1.5-・m band fabricated by proton beam writing (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Uehara, H.Kiryu, K.Miura, O.Hanaizumi, T.Satoh, Y.Ishii, K.Takano, T.Ohkubo, M.Kohka, A.Yamazaki, W.Kada, A.Yokoyama, T.Kamiya, H.Nishikawa
  • 学会等名: 6th International Symposium on Silicon Science and 2nd International Conference on Advanced Micro-Device Engineering (ISSS&AMDE2010), 2P37
  • 発表場所: Kiryu
  • 年月日: 2010-12-10
• [学会発表] Fabrication and evaluation of light-emitting SiO_2 substrates implanted with Ge ions (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Shinagawa, A.V.Umenyi, S.Kikuchi, M.Aiba, K.Inada, K.Miura, O.Hanaizumi, S.Yamamoto, K.Kawaguchi, M.Yoshikawa
  • 学会等名: 6th International Symposium on Silicon Science and 2nd International Conference on Advanced Micro-Device Engineering (ISSS&AMDE2010), 2P38
  • 発表場所: Kiryu
  • 年月日: 2010-12-10
• [学会発表] Improvement of light-emitting properties of erbium-doped tantalum-oxide films deposited by sputtering (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Arai, K.Kano, M.K.Singh, J.P.Bange, K.Miura, O.Hanaizumi
  • 学会等名: 6th International Symposium on Silicon Science and 2nd International Conference on Advanced Micro-Device Engineering (ISSS&AMDE2010), 2P39
  • 発表場所: Kiryu
  • 年月日: 2010-12-10
• [学会発表] Ytterbium-doped tantalum oxide thin films deposited by radio-frequency sputtering (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Kanou, Y.Arai, J.P.Bange, K.Miura, O.Hanaizumi
  • 学会等名: 6th International Symposium on Silicon Science and 2nd International Conference on Advanced Micro-Device Engineering (ISSS&AMDE2010), 2P40
  • 発表場所: Kiryu
  • 年月日: 2010-12-10
• [学会発表] Silicon based novel photonic crystal waveguide fabrication and numerical characterization by Si-ion implantation and FDTD method (2010)
  • 著者名/発表者名: A.V. Umenyi, M.Honmi, S.Kawashiri, T.Shinagawa, K.Miura, O.Hanaizumi, S.Yamamoto, A.Inouye, M.Yoshikawa
  • 学会等名: 15th Optoelectronics and Communications Conference (OECC 2010), 9E3-3
  • 発表場所: Sapporo
  • 年月日: 2010-07-09
• [学会発表] Fabrication and optimization of green light emitting Er-TaO_x films, 5th International Symposium on Silicon Science and 1st International Conference on Advanced Micro-Device Engineering (ISSS&AMDE2009) (2009)
  • 著者名/発表者名: M.K.Singh, G.Fusegi, K.Kano, J.P.Bange, K.Miura, O.Hanaizumi
  • 学会等名: 2P25
  • 発表場所: Kiryu
  • 年月日: 2009-12-11
• [学会発表] Structural analysis of RF sputtered Er doped Ta_2O_5 films (2009)
  • 著者名/発表者名: J.P.Bange, M.K.Singh, K.Kano, K.Miura, O.Hanaizumi
  • 学会等名: 5th International Symposium on Silicon Science and 1st International Conference on Advanced Micro-Device Engineering (ISSS&AMDE2009), 2P26
  • 発表場所: Kiryu
  • 年月日: 2009-12-11
• [学会発表] Fabrication of polymer optical waveguides using proton beam writing (2009)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 5th International Symposium on Silicon Science and 1st International Conference on Advanced Micro-Device Engineering (ISSS&AMDE2009), 2P27
  • 発表場所: Kiryu
  • 年月日: 2009-12-11
• [学会発表] Fabrication and evaluation of wavelength-conversion devices composed of zinc oxide thin films (2009)
  • 著者名/発表者名: M.Tanaka, H.Miyazaki, K.Miura, O.Hanaizumi
  • 学会等名: 5th International Symposium on Silicon Science and 1st International Conference on Advanced Micro-Device Engineering (ISSS&AMDE2009), 2P28
  • 発表場所: Kiryu
  • 年月日: 2009-12-11
• [学会発表] Visible-light emitting tantalum-oxide films produced by radio-frequency sputtering (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Miura, K.Kano, G.Fusegi, M.K.Singh, O.Hanaizumi
  • 学会等名: 5th International Symposium on Silicon Science and 1st International Conference on Advanced Micro-Device Engineering (ISSS&AMDE2009), 2P29
  • 発表場所: Kiryu
  • 年月日: 2009-12-11
• [学会発表] Application of Si/SiO_2 materials to photonic devices (2009)
  • 著者名/発表者名: O.Hanaizumi, K.Miura
  • 学会等名: 5th International Symposium on Silicon Science and 1st International Conference on Advanced Micro-Device Engineering (ISSS&AMDE2009), 1IL01
  • 発表場所: Kiryu(invited)
  • 年月日: 2009-12-10
• [学会発表] Novel photonic crystal waveguides utilizing Si-ion implantation (2009)
  • 著者名/発表者名: S.Kawashiri, M.Honmi, A.V.Umenyi, T.Shinagawa, K.Miura, O.Hanaizumi, S.Yamamoto, A.Inouye, M.Yoshikawa
  • 学会等名: 5th International Symposium on Silicon Science and 1st International Conference on Advanced Micro-Device Engineering (ISSS&AMDE2009), 1P19
  • 発表場所: Kiryu
  • 年月日: 2009-12-10
• [学会発表] FDTD analysis of fused-silica substrates fabricated by Si-ion implantation for photonic crystals devices (2009)
  • 著者名/発表者名: A.V.Umenyi, S.Kawashiri, K.Miura, O. Hanaizumi
  • 学会等名: 5th International Symposium on Silicon Science and 1st International Conference on Advanced Micro-Device Engineering (ISSS&AMDE2009), 1P20
  • 発表場所: Kiryu
  • 年月日: 2009-12-10
• [学会発表] Study on fabrication and conversion-efficiency improvement of ZnO thin film solar cells (2009)
  • 著者名/発表者名: N.Hirasawa, K.Miura, O.Hanaizumi
  • 学会等名: 5th International Symposium on Silicon Science and 1st International Conference on Advanced Micro-Device Engineering (ISSS&AMDE2009), 1P26
  • 発表場所: Kiryu
  • 年月日: 2009-12-10
• [学会発表] TiO_2-doped SiO_2 films deposited by flame hydrolysis deposition system for waveguide applications (2009)
  • 著者名/発表者名: J.P.Bange, O.Hanaizumi, L.S.Patil, D.K.Gautam
  • 学会等名: International Conference on Optics and Photonics (ICOP-2009), BIII-1.6
  • 発表場所: Chandighar, India
  • 年月日: 2009-10-31
• [学会発表] UV and visible light emitting fused-silica substrates fabricated by Si-ion implantation (2009)
  • 著者名/発表者名: A.V.Umenyi, M.Honmi, K.Miura, O.Hanaizumi, S.Yamamoto, A.Inouye, M.Yoshikawa
  • 学会等名: 16th International Conference on Surface Modification of Materials by Ion Beams (SMMIB2009), PA-24
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2009-09-14
• [学会発表] Light emission from Er-doped Ta-oxide films fabricated by RF-sputtering (2009)
  • 著者名/発表者名: M.K.Singh, G.Fusegi, K.Kanou, K.Miura, O.Hanaizumi
  • 学会等名: The International Conference on Physics of Optical Materials and Devices (ICOM2009), Poster 166
  • 発表場所: Herceg Novi, Montenegro
  • 年月日: 2009-08-28
• [学会発表] Simple finite-difference time-domain method for triangular lattice photonic crystals (2009)
  • 著者名/発表者名: A.V.Umenyi, K.Miura, O.Hanaizumi
  • 学会等名: 14th Optoelectronics and Communications Conference (OECC 2009), WS5
  • 発表場所: Hong Kong
  • 年月日: 2009-07-15
• [学会発表] Fabrication of blue-light emitting tantalum oxide films by radio-frequency sputtering (2008)
  • 著者名/発表者名: K.Miura, H.Miyazaki, O.Hanaizumi
  • 学会等名: IEEE Photonics Global 2008, PA-04
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 2008-12-10
• [学会発表] Improvement of emission efficiency of Si:SiO_2 sputtered films by introducing two-dimensional periodic structures (2008)
  • 著者名/発表者名: K.Miura, T.Hayakawa, O.Hanaizumi
  • 学会等名: 6th International Conference on Optics-photonics Design and Fabrication (ODF'08), 10PS-089
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2008-06-10