Abstract

We demonstrate the fabrication of submicrometer gratings in (100) and (211) Si with periodicities that are appropriate for normal-incidence coupling into Ge–Si waveguides. Gratings of periodicities in the 0.25–0.75μm range were fabricated by a standard holographic lithography technique. Crystallographically preferential wet etching that effectively terminates at the {111} family of planes facilitates the fabrication of symmetric gratings in (100) Si and of blazed gratings in (211) Si. The gratings used in this study are appropriate for the fabrication of integrated first-and second-order, normal-incidence grating couplers at a 1.30-μm wavelength. The blazed gratings show a preferential coupling of more than 80% of the total diffraction into the (+1) diffraction order at normal incidence. The maximum first-order diffraction efficiency obtained with these gratings was approximately 28% in (100) Si and 23% in (211) Si.

© 1995 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. Y. Shani, C. H. Henry, R. C. Kistler, R. F. Kazarinov, K. J. Orlowsky, IEEE J. Quantum Electron. 27, 556 (1991).
    [CrossRef]
  2. C. H. Henry, G. E. Blonder, R. F. Kazarinov, J. Lightwave Technol. 7, 1530 (1989).
    [CrossRef]
  3. K.-H. Li, D. C. Diaz, Y. He, J. C. Campbell, C. Tsai, Appl. Phys. Lett. 64, 2394 (1994).
    [CrossRef]
  4. P. Steiner, F. Kozlowski, W. D. Lang, Appl. Phys. Lett. 62, 2700 (1993).
    [CrossRef]
  5. Q. Mi, X. Xiao, J. C. Sturm, L. C. Lenchyshyn, M. L. W. Thewalt, Appl. Phys. Lett. 60, 3177 (1992).
    [CrossRef]
  6. S. S. Murtaza, R. Qian, D. Kinosky, R. Mayer, A. F. Tasch, S. Banerjee, J. C. Campbell, Appl. Phys. Lett. 62, 1976 (1993).
    [CrossRef]
  7. R. Adar, C. H. Henry, R. C. Kistler, R. F. Kazarinov, Appl. Phys. Lett. 60, 1779 (1992).
    [CrossRef]
  8. Y. M. Liu, P. R. Prucnal, Electron. Lett. 28, 1434 (1992).
    [CrossRef]
  9. J. Sarathy, R. A. Mayer, K. Jung, S. Unnikrishnan, D.-L. Kwong, J. C. Campbell, Opt. Lett. 19, 798 (1994).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. W. T. Tsang, S. Wang, J. Appl. Phys. 46, 2163 (1975).
    [CrossRef]
  11. G. A. C. M. Spierings, J. F. C. Verhoeven, H. Den Biggelaar, T. G. Gijsbers, Philips J. Res. 44, 407 (1989).
  12. D. L. Kendall, Ann. Rev. Mater. Sci. 9, 373 (1979).
    [CrossRef]
  13. K. E. Bean, IEEE Trans. Electron. Dev. ED-25, 1185 (1978).
    [CrossRef]

1994

1993

P. Steiner, F. Kozlowski, W. D. Lang, Appl. Phys. Lett. 62, 2700 (1993).
[CrossRef]

S. S. Murtaza, R. Qian, D. Kinosky, R. Mayer, A. F. Tasch, S. Banerjee, J. C. Campbell, Appl. Phys. Lett. 62, 1976 (1993).
[CrossRef]

1992

R. Adar, C. H. Henry, R. C. Kistler, R. F. Kazarinov, Appl. Phys. Lett. 60, 1779 (1992).
[CrossRef]

Y. M. Liu, P. R. Prucnal, Electron. Lett. 28, 1434 (1992).
[CrossRef]

Q. Mi, X. Xiao, J. C. Sturm, L. C. Lenchyshyn, M. L. W. Thewalt, Appl. Phys. Lett. 60, 3177 (1992).
[CrossRef]

1991

Y. Shani, C. H. Henry, R. C. Kistler, R. F. Kazarinov, K. J. Orlowsky, IEEE J. Quantum Electron. 27, 556 (1991).
[CrossRef]

1989

C. H. Henry, G. E. Blonder, R. F. Kazarinov, J. Lightwave Technol. 7, 1530 (1989).
[CrossRef]

G. A. C. M. Spierings, J. F. C. Verhoeven, H. Den Biggelaar, T. G. Gijsbers, Philips J. Res. 44, 407 (1989).

1979

D. L. Kendall, Ann. Rev. Mater. Sci. 9, 373 (1979).
[CrossRef]

1978

K. E. Bean, IEEE Trans. Electron. Dev. ED-25, 1185 (1978).
[CrossRef]

1975

W. T. Tsang, S. Wang, J. Appl. Phys. 46, 2163 (1975).
[CrossRef]

Adar, R.

R. Adar, C. H. Henry, R. C. Kistler, R. F. Kazarinov, Appl. Phys. Lett. 60, 1779 (1992).
[CrossRef]

Banerjee, S.

S. S. Murtaza, R. Qian, D. Kinosky, R. Mayer, A. F. Tasch, S. Banerjee, J. C. Campbell, Appl. Phys. Lett. 62, 1976 (1993).
[CrossRef]

Bean, K. E.

K. E. Bean, IEEE Trans. Electron. Dev. ED-25, 1185 (1978).
[CrossRef]

Blonder, G. E.

C. H. Henry, G. E. Blonder, R. F. Kazarinov, J. Lightwave Technol. 7, 1530 (1989).
[CrossRef]

Campbell, J. C.

J. Sarathy, R. A. Mayer, K. Jung, S. Unnikrishnan, D.-L. Kwong, J. C. Campbell, Opt. Lett. 19, 798 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

K.-H. Li, D. C. Diaz, Y. He, J. C. Campbell, C. Tsai, Appl. Phys. Lett. 64, 2394 (1994).
[CrossRef]

S. S. Murtaza, R. Qian, D. Kinosky, R. Mayer, A. F. Tasch, S. Banerjee, J. C. Campbell, Appl. Phys. Lett. 62, 1976 (1993).
[CrossRef]

Den Biggelaar, H.

G. A. C. M. Spierings, J. F. C. Verhoeven, H. Den Biggelaar, T. G. Gijsbers, Philips J. Res. 44, 407 (1989).

Diaz, D. C.

K.-H. Li, D. C. Diaz, Y. He, J. C. Campbell, C. Tsai, Appl. Phys. Lett. 64, 2394 (1994).
[CrossRef]

Gijsbers, T. G.

G. A. C. M. Spierings, J. F. C. Verhoeven, H. Den Biggelaar, T. G. Gijsbers, Philips J. Res. 44, 407 (1989).

He, Y.

K.-H. Li, D. C. Diaz, Y. He, J. C. Campbell, C. Tsai, Appl. Phys. Lett. 64, 2394 (1994).
[CrossRef]

Henry, C. H.

R. Adar, C. H. Henry, R. C. Kistler, R. F. Kazarinov, Appl. Phys. Lett. 60, 1779 (1992).
[CrossRef]

Y. Shani, C. H. Henry, R. C. Kistler, R. F. Kazarinov, K. J. Orlowsky, IEEE J. Quantum Electron. 27, 556 (1991).
[CrossRef]

C. H. Henry, G. E. Blonder, R. F. Kazarinov, J. Lightwave Technol. 7, 1530 (1989).
[CrossRef]

Jung, K.

Kazarinov, R. F.

R. Adar, C. H. Henry, R. C. Kistler, R. F. Kazarinov, Appl. Phys. Lett. 60, 1779 (1992).
[CrossRef]

Y. Shani, C. H. Henry, R. C. Kistler, R. F. Kazarinov, K. J. Orlowsky, IEEE J. Quantum Electron. 27, 556 (1991).
[CrossRef]

C. H. Henry, G. E. Blonder, R. F. Kazarinov, J. Lightwave Technol. 7, 1530 (1989).
[CrossRef]

Kendall, D. L.

D. L. Kendall, Ann. Rev. Mater. Sci. 9, 373 (1979).
[CrossRef]

Kinosky, D.

S. S. Murtaza, R. Qian, D. Kinosky, R. Mayer, A. F. Tasch, S. Banerjee, J. C. Campbell, Appl. Phys. Lett. 62, 1976 (1993).
[CrossRef]

Kistler, R. C.

R. Adar, C. H. Henry, R. C. Kistler, R. F. Kazarinov, Appl. Phys. Lett. 60, 1779 (1992).
[CrossRef]

Y. Shani, C. H. Henry, R. C. Kistler, R. F. Kazarinov, K. J. Orlowsky, IEEE J. Quantum Electron. 27, 556 (1991).
[CrossRef]

Kozlowski, F.

P. Steiner, F. Kozlowski, W. D. Lang, Appl. Phys. Lett. 62, 2700 (1993).
[CrossRef]

Kwong, D.-L.

Lang, W. D.

P. Steiner, F. Kozlowski, W. D. Lang, Appl. Phys. Lett. 62, 2700 (1993).
[CrossRef]

Lenchyshyn, L. C.

Q. Mi, X. Xiao, J. C. Sturm, L. C. Lenchyshyn, M. L. W. Thewalt, Appl. Phys. Lett. 60, 3177 (1992).
[CrossRef]

Li, K.-H.

K.-H. Li, D. C. Diaz, Y. He, J. C. Campbell, C. Tsai, Appl. Phys. Lett. 64, 2394 (1994).
[CrossRef]

Liu, Y. M.

Y. M. Liu, P. R. Prucnal, Electron. Lett. 28, 1434 (1992).
[CrossRef]

Mayer, R.

S. S. Murtaza, R. Qian, D. Kinosky, R. Mayer, A. F. Tasch, S. Banerjee, J. C. Campbell, Appl. Phys. Lett. 62, 1976 (1993).
[CrossRef]

Mayer, R. A.

Mi, Q.

Q. Mi, X. Xiao, J. C. Sturm, L. C. Lenchyshyn, M. L. W. Thewalt, Appl. Phys. Lett. 60, 3177 (1992).
[CrossRef]

Murtaza, S. S.

S. S. Murtaza, R. Qian, D. Kinosky, R. Mayer, A. F. Tasch, S. Banerjee, J. C. Campbell, Appl. Phys. Lett. 62, 1976 (1993).
[CrossRef]

Orlowsky, K. J.

Y. Shani, C. H. Henry, R. C. Kistler, R. F. Kazarinov, K. J. Orlowsky, IEEE J. Quantum Electron. 27, 556 (1991).
[CrossRef]

Prucnal, P. R.

Y. M. Liu, P. R. Prucnal, Electron. Lett. 28, 1434 (1992).
[CrossRef]

Qian, R.

S. S. Murtaza, R. Qian, D. Kinosky, R. Mayer, A. F. Tasch, S. Banerjee, J. C. Campbell, Appl. Phys. Lett. 62, 1976 (1993).
[CrossRef]

Sarathy, J.

Shani, Y.

Y. Shani, C. H. Henry, R. C. Kistler, R. F. Kazarinov, K. J. Orlowsky, IEEE J. Quantum Electron. 27, 556 (1991).
[CrossRef]

Spierings, G. A. C. M.

G. A. C. M. Spierings, J. F. C. Verhoeven, H. Den Biggelaar, T. G. Gijsbers, Philips J. Res. 44, 407 (1989).

Steiner, P.

P. Steiner, F. Kozlowski, W. D. Lang, Appl. Phys. Lett. 62, 2700 (1993).
[CrossRef]

Sturm, J. C.

Q. Mi, X. Xiao, J. C. Sturm, L. C. Lenchyshyn, M. L. W. Thewalt, Appl. Phys. Lett. 60, 3177 (1992).
[CrossRef]

Tasch, A. F.

S. S. Murtaza, R. Qian, D. Kinosky, R. Mayer, A. F. Tasch, S. Banerjee, J. C. Campbell, Appl. Phys. Lett. 62, 1976 (1993).
[CrossRef]

Thewalt, M. L. W.

Q. Mi, X. Xiao, J. C. Sturm, L. C. Lenchyshyn, M. L. W. Thewalt, Appl. Phys. Lett. 60, 3177 (1992).
[CrossRef]

Tsai, C.

K.-H. Li, D. C. Diaz, Y. He, J. C. Campbell, C. Tsai, Appl. Phys. Lett. 64, 2394 (1994).
[CrossRef]

Tsang, W. T.

W. T. Tsang, S. Wang, J. Appl. Phys. 46, 2163 (1975).
[CrossRef]

Unnikrishnan, S.

Verhoeven, J. F. C.

G. A. C. M. Spierings, J. F. C. Verhoeven, H. Den Biggelaar, T. G. Gijsbers, Philips J. Res. 44, 407 (1989).

Wang, S.

W. T. Tsang, S. Wang, J. Appl. Phys. 46, 2163 (1975).
[CrossRef]

Xiao, X.

Q. Mi, X. Xiao, J. C. Sturm, L. C. Lenchyshyn, M. L. W. Thewalt, Appl. Phys. Lett. 60, 3177 (1992).
[CrossRef]

Ann. Rev. Mater. Sci.

D. L. Kendall, Ann. Rev. Mater. Sci. 9, 373 (1979).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett.

K.-H. Li, D. C. Diaz, Y. He, J. C. Campbell, C. Tsai, Appl. Phys. Lett. 64, 2394 (1994).
[CrossRef]

P. Steiner, F. Kozlowski, W. D. Lang, Appl. Phys. Lett. 62, 2700 (1993).
[CrossRef]

Q. Mi, X. Xiao, J. C. Sturm, L. C. Lenchyshyn, M. L. W. Thewalt, Appl. Phys. Lett. 60, 3177 (1992).
[CrossRef]

S. S. Murtaza, R. Qian, D. Kinosky, R. Mayer, A. F. Tasch, S. Banerjee, J. C. Campbell, Appl. Phys. Lett. 62, 1976 (1993).
[CrossRef]

R. Adar, C. H. Henry, R. C. Kistler, R. F. Kazarinov, Appl. Phys. Lett. 60, 1779 (1992).
[CrossRef]

Electron. Lett.

Y. M. Liu, P. R. Prucnal, Electron. Lett. 28, 1434 (1992).
[CrossRef]

IEEE J. Quantum Electron.

Y. Shani, C. H. Henry, R. C. Kistler, R. F. Kazarinov, K. J. Orlowsky, IEEE J. Quantum Electron. 27, 556 (1991).
[CrossRef]

IEEE Trans. Electron. Dev.

K. E. Bean, IEEE Trans. Electron. Dev. ED-25, 1185 (1978).
[CrossRef]

J. Appl. Phys.

W. T. Tsang, S. Wang, J. Appl. Phys. 46, 2163 (1975).
[CrossRef]

J. Lightwave Technol.

C. H. Henry, G. E. Blonder, R. F. Kazarinov, J. Lightwave Technol. 7, 1530 (1989).
[CrossRef]

Opt. Lett.

Philips J. Res.

G. A. C. M. Spierings, J. F. C. Verhoeven, H. Den Biggelaar, T. G. Gijsbers, Philips J. Res. 44, 407 (1989).

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 (1)

Fig. 1
Fig. 1

Cross-sectional scanning electron microscope image of 0.65-μm gratings in Si: (a) (100) Si, (b) (211) Si. The (111) and the (1̄11) planes are clearly identified.

Tables (2)

Tables Icon

Table 1 0.65-μm-Period Gratings

Tables Icon

Table 2 0.35-μm-Period Gratings

Metrics