Abstract

We analyze the waveguiding properties of the oxygen-implanted, buried-oxide, silicon-on-insulator structures currently being developed for use in microelectronics. We find that in spite of the fact that the buried-oxide layer is only a few tenths of a micrometer thick, the single-crystal overlayer can support TE0 guided-wave propagation, at subbandgap wavelengths, with losses due to substrate radiation leakage at or below the benchmark level of 1 dB/cm.

© 1988 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. J. D. Spear-Zino, R. R. Rice, J. K. Powers, D. A. Bryan, D. G. Hall, E. A. Dalke, W. R. Reed, Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 239, 293 (1980).
  2. S. Valette, J. Lizet, P. Moltier, J. P. Jadot, S. Renard, A. Fournier, A. M. Grouillet, P. Gidon, H. Denis, Electron. Lett. 19, 883 (1983).
    [CrossRef]
  3. G. E. Marx, M. Goltlieb, G. B. Brandt, IEEE J. Solid State Circ. SC-12, 10 (1977).
    [CrossRef]
  4. D. E. Zelmon, H. E. Jackson, J. T. Boyd, Appl. Phys. Lett. 42, 565 (1983).
    [CrossRef]
  5. R. A. Soref, J. P. Lorenzo, IEEE J. Quantum Electron. QE-22, 873 (1986).
    [CrossRef]
  6. M. A. Duguay, Y. Kokubun, T. L. Koch, L. Pfeiffer, Appl. Phys. Lett. 49, 13 (1986).
    [CrossRef]
  7. Y. Kokubun, T. Baba, T. Sakaki, K. Iga, Electron. Lett. 22, 892 (1986).
    [CrossRef]
  8. N. Takato, M. Yasu, M. Kawachi, Electron. Lett. 22, 321 (1986).
    [CrossRef]
  9. D. E. Zelmon, J. T. Boyd, P. Yeh, Appl. Phys. Lett. 47, 353 (1985).
    [CrossRef]
  10. T. G. Brown, P. L. Bradfield, D. G. Hall, R. A. Soref, Opt. Lett. 12, 753 (1987).
    [CrossRef] [PubMed]
  11. B-Y. Tsaur, in Proceedings of the Materials Research Society Symposia 53, A. Chiang, M. W. Geis, L. Pfeiffer, eds. (Materials Research Society, Pittsburgh, Pa., 1986), pp. 365–373.
  12. J-P. Colinge, K. Hashimoto, T. Kamins, S-Y. Chiang, E-D. Liu, S. Peng, P. Rissman, IEEE Electron Device Lett. EDL-7, 279 (1986).
    [CrossRef]
  13. K. Izumi, M. Doken, H. Ariyosha, Electron. Lett. 14, 593 (1978).
    [CrossRef]
  14. G. K. Celler, Solid State Technol. 30, 93 (1987).
    [CrossRef]
  15. G. K. Celler, P. L. F. Hemment, K. W. West, J. M. Gibson, Appl. Phys. Lett. 48, 532 (1986).
    [CrossRef]
  16. J. Narayan, S. Y. Kim, K. Vedam, R. Manukonda, Appl. Phys. Lett. 51, 343 (1987).
    [CrossRef]
  17. H. W. Lam, in Epitaxial Silicon Technology, B. J. Baliga, ed. (Academic, Orlando, Fla., 1986), pp. 269–323.
  18. I. K. Naik, Appl. Phys. Lett. 43, 519 (1983).
    [CrossRef]

1987 (3)

G. K. Celler, Solid State Technol. 30, 93 (1987).
[CrossRef]

J. Narayan, S. Y. Kim, K. Vedam, R. Manukonda, Appl. Phys. Lett. 51, 343 (1987).
[CrossRef]

T. G. Brown, P. L. Bradfield, D. G. Hall, R. A. Soref, Opt. Lett. 12, 753 (1987).
[CrossRef] [PubMed]

1986 (6)

G. K. Celler, P. L. F. Hemment, K. W. West, J. M. Gibson, Appl. Phys. Lett. 48, 532 (1986).
[CrossRef]

J-P. Colinge, K. Hashimoto, T. Kamins, S-Y. Chiang, E-D. Liu, S. Peng, P. Rissman, IEEE Electron Device Lett. EDL-7, 279 (1986).
[CrossRef]

R. A. Soref, J. P. Lorenzo, IEEE J. Quantum Electron. QE-22, 873 (1986).
[CrossRef]

M. A. Duguay, Y. Kokubun, T. L. Koch, L. Pfeiffer, Appl. Phys. Lett. 49, 13 (1986).
[CrossRef]

Y. Kokubun, T. Baba, T. Sakaki, K. Iga, Electron. Lett. 22, 892 (1986).
[CrossRef]

N. Takato, M. Yasu, M. Kawachi, Electron. Lett. 22, 321 (1986).
[CrossRef]

1985 (1)

D. E. Zelmon, J. T. Boyd, P. Yeh, Appl. Phys. Lett. 47, 353 (1985).
[CrossRef]

1983 (3)

S. Valette, J. Lizet, P. Moltier, J. P. Jadot, S. Renard, A. Fournier, A. M. Grouillet, P. Gidon, H. Denis, Electron. Lett. 19, 883 (1983).
[CrossRef]

D. E. Zelmon, H. E. Jackson, J. T. Boyd, Appl. Phys. Lett. 42, 565 (1983).
[CrossRef]

I. K. Naik, Appl. Phys. Lett. 43, 519 (1983).
[CrossRef]

1980 (1)

J. D. Spear-Zino, R. R. Rice, J. K. Powers, D. A. Bryan, D. G. Hall, E. A. Dalke, W. R. Reed, Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 239, 293 (1980).

1978 (1)

K. Izumi, M. Doken, H. Ariyosha, Electron. Lett. 14, 593 (1978).
[CrossRef]

1977 (1)

G. E. Marx, M. Goltlieb, G. B. Brandt, IEEE J. Solid State Circ. SC-12, 10 (1977).
[CrossRef]

Ariyosha, H.

K. Izumi, M. Doken, H. Ariyosha, Electron. Lett. 14, 593 (1978).
[CrossRef]

Baba, T.

Y. Kokubun, T. Baba, T. Sakaki, K. Iga, Electron. Lett. 22, 892 (1986).
[CrossRef]

Boyd, J. T.

D. E. Zelmon, J. T. Boyd, P. Yeh, Appl. Phys. Lett. 47, 353 (1985).
[CrossRef]

D. E. Zelmon, H. E. Jackson, J. T. Boyd, Appl. Phys. Lett. 42, 565 (1983).
[CrossRef]

Bradfield, P. L.

Brandt, G. B.

G. E. Marx, M. Goltlieb, G. B. Brandt, IEEE J. Solid State Circ. SC-12, 10 (1977).
[CrossRef]

Brown, T. G.

Bryan, D. A.

J. D. Spear-Zino, R. R. Rice, J. K. Powers, D. A. Bryan, D. G. Hall, E. A. Dalke, W. R. Reed, Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 239, 293 (1980).

Celler, G. K.

G. K. Celler, Solid State Technol. 30, 93 (1987).
[CrossRef]

G. K. Celler, P. L. F. Hemment, K. W. West, J. M. Gibson, Appl. Phys. Lett. 48, 532 (1986).
[CrossRef]

Chiang, S-Y.

J-P. Colinge, K. Hashimoto, T. Kamins, S-Y. Chiang, E-D. Liu, S. Peng, P. Rissman, IEEE Electron Device Lett. EDL-7, 279 (1986).
[CrossRef]

Colinge, J-P.

J-P. Colinge, K. Hashimoto, T. Kamins, S-Y. Chiang, E-D. Liu, S. Peng, P. Rissman, IEEE Electron Device Lett. EDL-7, 279 (1986).
[CrossRef]

Dalke, E. A.

J. D. Spear-Zino, R. R. Rice, J. K. Powers, D. A. Bryan, D. G. Hall, E. A. Dalke, W. R. Reed, Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 239, 293 (1980).

Denis, H.

S. Valette, J. Lizet, P. Moltier, J. P. Jadot, S. Renard, A. Fournier, A. M. Grouillet, P. Gidon, H. Denis, Electron. Lett. 19, 883 (1983).
[CrossRef]

Doken, M.

K. Izumi, M. Doken, H. Ariyosha, Electron. Lett. 14, 593 (1978).
[CrossRef]

Duguay, M. A.

M. A. Duguay, Y. Kokubun, T. L. Koch, L. Pfeiffer, Appl. Phys. Lett. 49, 13 (1986).
[CrossRef]

Fournier, A.

S. Valette, J. Lizet, P. Moltier, J. P. Jadot, S. Renard, A. Fournier, A. M. Grouillet, P. Gidon, H. Denis, Electron. Lett. 19, 883 (1983).
[CrossRef]

Gibson, J. M.

G. K. Celler, P. L. F. Hemment, K. W. West, J. M. Gibson, Appl. Phys. Lett. 48, 532 (1986).
[CrossRef]

Gidon, P.

S. Valette, J. Lizet, P. Moltier, J. P. Jadot, S. Renard, A. Fournier, A. M. Grouillet, P. Gidon, H. Denis, Electron. Lett. 19, 883 (1983).
[CrossRef]

Goltlieb, M.

G. E. Marx, M. Goltlieb, G. B. Brandt, IEEE J. Solid State Circ. SC-12, 10 (1977).
[CrossRef]

Grouillet, A. M.

S. Valette, J. Lizet, P. Moltier, J. P. Jadot, S. Renard, A. Fournier, A. M. Grouillet, P. Gidon, H. Denis, Electron. Lett. 19, 883 (1983).
[CrossRef]

Hall, D. G.

T. G. Brown, P. L. Bradfield, D. G. Hall, R. A. Soref, Opt. Lett. 12, 753 (1987).
[CrossRef] [PubMed]

J. D. Spear-Zino, R. R. Rice, J. K. Powers, D. A. Bryan, D. G. Hall, E. A. Dalke, W. R. Reed, Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 239, 293 (1980).

Hashimoto, K.

J-P. Colinge, K. Hashimoto, T. Kamins, S-Y. Chiang, E-D. Liu, S. Peng, P. Rissman, IEEE Electron Device Lett. EDL-7, 279 (1986).
[CrossRef]

Hemment, P. L. F.

G. K. Celler, P. L. F. Hemment, K. W. West, J. M. Gibson, Appl. Phys. Lett. 48, 532 (1986).
[CrossRef]

Iga, K.

Y. Kokubun, T. Baba, T. Sakaki, K. Iga, Electron. Lett. 22, 892 (1986).
[CrossRef]

Izumi, K.

K. Izumi, M. Doken, H. Ariyosha, Electron. Lett. 14, 593 (1978).
[CrossRef]

Jackson, H. E.

D. E. Zelmon, H. E. Jackson, J. T. Boyd, Appl. Phys. Lett. 42, 565 (1983).
[CrossRef]

Jadot, J. P.

S. Valette, J. Lizet, P. Moltier, J. P. Jadot, S. Renard, A. Fournier, A. M. Grouillet, P. Gidon, H. Denis, Electron. Lett. 19, 883 (1983).
[CrossRef]

Kamins, T.

J-P. Colinge, K. Hashimoto, T. Kamins, S-Y. Chiang, E-D. Liu, S. Peng, P. Rissman, IEEE Electron Device Lett. EDL-7, 279 (1986).
[CrossRef]

Kawachi, M.

N. Takato, M. Yasu, M. Kawachi, Electron. Lett. 22, 321 (1986).
[CrossRef]

Kim, S. Y.

J. Narayan, S. Y. Kim, K. Vedam, R. Manukonda, Appl. Phys. Lett. 51, 343 (1987).
[CrossRef]

Koch, T. L.

M. A. Duguay, Y. Kokubun, T. L. Koch, L. Pfeiffer, Appl. Phys. Lett. 49, 13 (1986).
[CrossRef]

Kokubun, Y.

M. A. Duguay, Y. Kokubun, T. L. Koch, L. Pfeiffer, Appl. Phys. Lett. 49, 13 (1986).
[CrossRef]

Y. Kokubun, T. Baba, T. Sakaki, K. Iga, Electron. Lett. 22, 892 (1986).
[CrossRef]

Lam, H. W.

H. W. Lam, in Epitaxial Silicon Technology, B. J. Baliga, ed. (Academic, Orlando, Fla., 1986), pp. 269–323.

Liu, E-D.

J-P. Colinge, K. Hashimoto, T. Kamins, S-Y. Chiang, E-D. Liu, S. Peng, P. Rissman, IEEE Electron Device Lett. EDL-7, 279 (1986).
[CrossRef]

Lizet, J.

S. Valette, J. Lizet, P. Moltier, J. P. Jadot, S. Renard, A. Fournier, A. M. Grouillet, P. Gidon, H. Denis, Electron. Lett. 19, 883 (1983).
[CrossRef]

Lorenzo, J. P.

R. A. Soref, J. P. Lorenzo, IEEE J. Quantum Electron. QE-22, 873 (1986).
[CrossRef]

Manukonda, R.

J. Narayan, S. Y. Kim, K. Vedam, R. Manukonda, Appl. Phys. Lett. 51, 343 (1987).
[CrossRef]

Marx, G. E.

G. E. Marx, M. Goltlieb, G. B. Brandt, IEEE J. Solid State Circ. SC-12, 10 (1977).
[CrossRef]

Moltier, P.

S. Valette, J. Lizet, P. Moltier, J. P. Jadot, S. Renard, A. Fournier, A. M. Grouillet, P. Gidon, H. Denis, Electron. Lett. 19, 883 (1983).
[CrossRef]

Naik, I. K.

I. K. Naik, Appl. Phys. Lett. 43, 519 (1983).
[CrossRef]

Narayan, J.

J. Narayan, S. Y. Kim, K. Vedam, R. Manukonda, Appl. Phys. Lett. 51, 343 (1987).
[CrossRef]

Peng, S.

J-P. Colinge, K. Hashimoto, T. Kamins, S-Y. Chiang, E-D. Liu, S. Peng, P. Rissman, IEEE Electron Device Lett. EDL-7, 279 (1986).
[CrossRef]

Pfeiffer, L.

M. A. Duguay, Y. Kokubun, T. L. Koch, L. Pfeiffer, Appl. Phys. Lett. 49, 13 (1986).
[CrossRef]

Powers, J. K.

J. D. Spear-Zino, R. R. Rice, J. K. Powers, D. A. Bryan, D. G. Hall, E. A. Dalke, W. R. Reed, Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 239, 293 (1980).

Reed, W. R.

J. D. Spear-Zino, R. R. Rice, J. K. Powers, D. A. Bryan, D. G. Hall, E. A. Dalke, W. R. Reed, Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 239, 293 (1980).

Renard, S.

S. Valette, J. Lizet, P. Moltier, J. P. Jadot, S. Renard, A. Fournier, A. M. Grouillet, P. Gidon, H. Denis, Electron. Lett. 19, 883 (1983).
[CrossRef]

Rice, R. R.

J. D. Spear-Zino, R. R. Rice, J. K. Powers, D. A. Bryan, D. G. Hall, E. A. Dalke, W. R. Reed, Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 239, 293 (1980).

Rissman, P.

J-P. Colinge, K. Hashimoto, T. Kamins, S-Y. Chiang, E-D. Liu, S. Peng, P. Rissman, IEEE Electron Device Lett. EDL-7, 279 (1986).
[CrossRef]

Sakaki, T.

Y. Kokubun, T. Baba, T. Sakaki, K. Iga, Electron. Lett. 22, 892 (1986).
[CrossRef]

Soref, R. A.

T. G. Brown, P. L. Bradfield, D. G. Hall, R. A. Soref, Opt. Lett. 12, 753 (1987).
[CrossRef] [PubMed]

R. A. Soref, J. P. Lorenzo, IEEE J. Quantum Electron. QE-22, 873 (1986).
[CrossRef]

Spear-Zino, J. D.

J. D. Spear-Zino, R. R. Rice, J. K. Powers, D. A. Bryan, D. G. Hall, E. A. Dalke, W. R. Reed, Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 239, 293 (1980).

Takato, N.

N. Takato, M. Yasu, M. Kawachi, Electron. Lett. 22, 321 (1986).
[CrossRef]

Tsaur, B-Y.

B-Y. Tsaur, in Proceedings of the Materials Research Society Symposia 53, A. Chiang, M. W. Geis, L. Pfeiffer, eds. (Materials Research Society, Pittsburgh, Pa., 1986), pp. 365–373.

Valette, S.

S. Valette, J. Lizet, P. Moltier, J. P. Jadot, S. Renard, A. Fournier, A. M. Grouillet, P. Gidon, H. Denis, Electron. Lett. 19, 883 (1983).
[CrossRef]

Vedam, K.

J. Narayan, S. Y. Kim, K. Vedam, R. Manukonda, Appl. Phys. Lett. 51, 343 (1987).
[CrossRef]

West, K. W.

G. K. Celler, P. L. F. Hemment, K. W. West, J. M. Gibson, Appl. Phys. Lett. 48, 532 (1986).
[CrossRef]

Yasu, M.

N. Takato, M. Yasu, M. Kawachi, Electron. Lett. 22, 321 (1986).
[CrossRef]

Yeh, P.

D. E. Zelmon, J. T. Boyd, P. Yeh, Appl. Phys. Lett. 47, 353 (1985).
[CrossRef]

Zelmon, D. E.

D. E. Zelmon, J. T. Boyd, P. Yeh, Appl. Phys. Lett. 47, 353 (1985).
[CrossRef]

D. E. Zelmon, H. E. Jackson, J. T. Boyd, Appl. Phys. Lett. 42, 565 (1983).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (6)

D. E. Zelmon, H. E. Jackson, J. T. Boyd, Appl. Phys. Lett. 42, 565 (1983).
[CrossRef]

M. A. Duguay, Y. Kokubun, T. L. Koch, L. Pfeiffer, Appl. Phys. Lett. 49, 13 (1986).
[CrossRef]

D. E. Zelmon, J. T. Boyd, P. Yeh, Appl. Phys. Lett. 47, 353 (1985).
[CrossRef]

G. K. Celler, P. L. F. Hemment, K. W. West, J. M. Gibson, Appl. Phys. Lett. 48, 532 (1986).
[CrossRef]

J. Narayan, S. Y. Kim, K. Vedam, R. Manukonda, Appl. Phys. Lett. 51, 343 (1987).
[CrossRef]

I. K. Naik, Appl. Phys. Lett. 43, 519 (1983).
[CrossRef]

Electron. Lett. (4)

K. Izumi, M. Doken, H. Ariyosha, Electron. Lett. 14, 593 (1978).
[CrossRef]

Y. Kokubun, T. Baba, T. Sakaki, K. Iga, Electron. Lett. 22, 892 (1986).
[CrossRef]

N. Takato, M. Yasu, M. Kawachi, Electron. Lett. 22, 321 (1986).
[CrossRef]

S. Valette, J. Lizet, P. Moltier, J. P. Jadot, S. Renard, A. Fournier, A. M. Grouillet, P. Gidon, H. Denis, Electron. Lett. 19, 883 (1983).
[CrossRef]

IEEE Electron Device Lett. (1)

J-P. Colinge, K. Hashimoto, T. Kamins, S-Y. Chiang, E-D. Liu, S. Peng, P. Rissman, IEEE Electron Device Lett. EDL-7, 279 (1986).
[CrossRef]

IEEE J. Quantum Electron. (1)

R. A. Soref, J. P. Lorenzo, IEEE J. Quantum Electron. QE-22, 873 (1986).
[CrossRef]

IEEE J. Solid State Circ. (1)

G. E. Marx, M. Goltlieb, G. B. Brandt, IEEE J. Solid State Circ. SC-12, 10 (1977).
[CrossRef]

Opt. Lett. (1)

Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. (1)

J. D. Spear-Zino, R. R. Rice, J. K. Powers, D. A. Bryan, D. G. Hall, E. A. Dalke, W. R. Reed, Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 239, 293 (1980).

Solid State Technol. (1)

G. K. Celler, Solid State Technol. 30, 93 (1987).
[CrossRef]

Other (2)

H. W. Lam, in Epitaxial Silicon Technology, B. J. Baliga, ed. (Academic, Orlando, Fla., 1986), pp. 269–323.

B-Y. Tsaur, in Proceedings of the Materials Research Society Symposia 53, A. Chiang, M. W. Geis, L. Pfeiffer, eds. (Materials Research Society, Pittsburgh, Pa., 1986), pp. 365–373.

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (3)

Fig. 1
Fig. 1

Schematic of the structure of an oxygen-implanted buried-oxide SOI waveguide.

Fig. 2
Fig. 2

Re(N) (solid line, left-hand vertical axis) and the attenuation (dashed line, right-hand vertical axis) of the TE0 mode for the structure shown in Fig. 1 for silicon thickness t3 = 0.2 μm. Insets show the electric field profiles for (a) t2 = 0.5 μm, (b) t2 = 0.2 μm.

Fig. 3
Fig. 3

Re(N) (solid line, left-hand vertical axis) and the attenuation (dashed line, right-hand vertical axis) of the TE0 mode for the structure shown in Fig. 1 for silicon thickness t3 = 0.4 μm. Insets show the electric field profiles for (a) t2 = 0.4 μm, (b) t2 = 0.2 μm.

Equations (1)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

E = y ˆ f ( x ) exp [ i ( β z ω t ) ] ,

Metrics