Abstract

We fabricated and measured the optical loss of polysilicon waveguides deposited using hot-wire chemical vapor deposition at a temperature of 240°C. A polysilicon film 220 nm thick was deposited on top of a 2000 nm thick plasma-enhanced chemical vapor deposition silicon dioxide layer. The crystalline volume fraction of the polysilicon film was measured by Raman spectroscopy to be 91%. The optical propagation losses of 400, 500, and 600 nm waveguides were measured to be 16.9, 15.9, and 13.5dB/cm, respectively, for transverse electric mode at the wavelength of 1550 nm. Scattering loss is expected to be the major contributor to the propagation loss.

© 2013 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. S. J. B. Yoo, Electron. Lett. 45, 584 (2009).
    [CrossRef]
  2. B. Jalali, S. Fathpour, M. Paniccia, and G. T. Reed, J. Lightwave Technol. 24, 4600 (2006).
    [CrossRef]
  3. K. Preston, B. Schmidt, and M. Lipson, Opt. Express 15, 17283 (2007).
    [CrossRef]
  4. A. Biberman, K. Preston, G. Hendry, N. Sherwood-Droz, J. Chan, J. S. Levy, M. Lipson, and K. Bergman, ACM J. Emerg. Technol. 7, 1 (2011).
  5. J. S. Foresi, M. R. Black, A. M. Agarwal, and L. C. Kimerling, Appl. Phys. Lett. 68, 2052 (1996).
    [CrossRef]
  6. L. Liao, D. R. Lim, A. M. Agarwal, X. Duan, K. K. Lee, and L. C. Kimerling, J. Electron. Mater. 29, 1380 (2000).
    [CrossRef]
  7. J. S. Orcutt, S. D. Tang, S. Kramer, K. Mehta, H. Li, V. Stojanović, and R. J. Ram, Opt. Express 20, 7243 (2012).
    [CrossRef]
  8. S. Zhu, Q. Fang, M. B. Yu, G. Q. Lo, and D. L. Kwong, Opt. Express 17, 20891 (2009).
    [CrossRef]
  9. K. Preston, P. Dong, B. Schmidt, and M. Lipson, Appl. Phys. Lett. 92, 151104 (2008).
    [CrossRef]
  10. Q. Fang, J. F. Song, S. H. Tao, M. B. Yu, G. Q. Lo, and D. L. Kwong, Opt. Express 16, 6425 (2008).
    [CrossRef]
  11. R. Takei, S. Manako, E. Omoda, M. Suzuki, M. Mori, Y. Sakakibara, and T. Kamei, Appl. Phys. Express 5, 082501 (2012).
    [CrossRef]
  12. R. E. I. Schropp, Thin Solid Films 451–452, 455 (2004).
    [CrossRef]
  13. K.-Y. Chan, D. Knipp, A. Gordijn, and H. Stiebig, J. Non-Cryst. Solids 354, 2505 (2008).
    [CrossRef]
  14. E. Jaberansary, T. M. B. Masaud, M. Nedeljkovic, M. Milosevic, G. Z. Mashanovich, and H. M. H. Chong, IEEE Photon. J. 5, 6601010 (2013).

2013

E. Jaberansary, T. M. B. Masaud, M. Nedeljkovic, M. Milosevic, G. Z. Mashanovich, and H. M. H. Chong, IEEE Photon. J. 5, 6601010 (2013).

2012

R. Takei, S. Manako, E. Omoda, M. Suzuki, M. Mori, Y. Sakakibara, and T. Kamei, Appl. Phys. Express 5, 082501 (2012).
[CrossRef]

J. S. Orcutt, S. D. Tang, S. Kramer, K. Mehta, H. Li, V. Stojanović, and R. J. Ram, Opt. Express 20, 7243 (2012).
[CrossRef]

2011

A. Biberman, K. Preston, G. Hendry, N. Sherwood-Droz, J. Chan, J. S. Levy, M. Lipson, and K. Bergman, ACM J. Emerg. Technol. 7, 1 (2011).

2009

2008

K. Preston, P. Dong, B. Schmidt, and M. Lipson, Appl. Phys. Lett. 92, 151104 (2008).
[CrossRef]

Q. Fang, J. F. Song, S. H. Tao, M. B. Yu, G. Q. Lo, and D. L. Kwong, Opt. Express 16, 6425 (2008).
[CrossRef]

K.-Y. Chan, D. Knipp, A. Gordijn, and H. Stiebig, J. Non-Cryst. Solids 354, 2505 (2008).
[CrossRef]

2007

2006

2004

R. E. I. Schropp, Thin Solid Films 451–452, 455 (2004).
[CrossRef]

2000

L. Liao, D. R. Lim, A. M. Agarwal, X. Duan, K. K. Lee, and L. C. Kimerling, J. Electron. Mater. 29, 1380 (2000).
[CrossRef]

1996

J. S. Foresi, M. R. Black, A. M. Agarwal, and L. C. Kimerling, Appl. Phys. Lett. 68, 2052 (1996).
[CrossRef]

Agarwal, A. M.

L. Liao, D. R. Lim, A. M. Agarwal, X. Duan, K. K. Lee, and L. C. Kimerling, J. Electron. Mater. 29, 1380 (2000).
[CrossRef]

J. S. Foresi, M. R. Black, A. M. Agarwal, and L. C. Kimerling, Appl. Phys. Lett. 68, 2052 (1996).
[CrossRef]

Bergman, K.

A. Biberman, K. Preston, G. Hendry, N. Sherwood-Droz, J. Chan, J. S. Levy, M. Lipson, and K. Bergman, ACM J. Emerg. Technol. 7, 1 (2011).

Biberman, A.

A. Biberman, K. Preston, G. Hendry, N. Sherwood-Droz, J. Chan, J. S. Levy, M. Lipson, and K. Bergman, ACM J. Emerg. Technol. 7, 1 (2011).

Black, M. R.

J. S. Foresi, M. R. Black, A. M. Agarwal, and L. C. Kimerling, Appl. Phys. Lett. 68, 2052 (1996).
[CrossRef]

Chan, J.

A. Biberman, K. Preston, G. Hendry, N. Sherwood-Droz, J. Chan, J. S. Levy, M. Lipson, and K. Bergman, ACM J. Emerg. Technol. 7, 1 (2011).

Chan, K.-Y.

K.-Y. Chan, D. Knipp, A. Gordijn, and H. Stiebig, J. Non-Cryst. Solids 354, 2505 (2008).
[CrossRef]

Chong, H. M. H.

E. Jaberansary, T. M. B. Masaud, M. Nedeljkovic, M. Milosevic, G. Z. Mashanovich, and H. M. H. Chong, IEEE Photon. J. 5, 6601010 (2013).

Dong, P.

K. Preston, P. Dong, B. Schmidt, and M. Lipson, Appl. Phys. Lett. 92, 151104 (2008).
[CrossRef]

Duan, X.

L. Liao, D. R. Lim, A. M. Agarwal, X. Duan, K. K. Lee, and L. C. Kimerling, J. Electron. Mater. 29, 1380 (2000).
[CrossRef]

Fang, Q.

Fathpour, S.

Foresi, J. S.

J. S. Foresi, M. R. Black, A. M. Agarwal, and L. C. Kimerling, Appl. Phys. Lett. 68, 2052 (1996).
[CrossRef]

Gordijn, A.

K.-Y. Chan, D. Knipp, A. Gordijn, and H. Stiebig, J. Non-Cryst. Solids 354, 2505 (2008).
[CrossRef]

Hendry, G.

A. Biberman, K. Preston, G. Hendry, N. Sherwood-Droz, J. Chan, J. S. Levy, M. Lipson, and K. Bergman, ACM J. Emerg. Technol. 7, 1 (2011).

Jaberansary, E.

E. Jaberansary, T. M. B. Masaud, M. Nedeljkovic, M. Milosevic, G. Z. Mashanovich, and H. M. H. Chong, IEEE Photon. J. 5, 6601010 (2013).

Jalali, B.

Kamei, T.

R. Takei, S. Manako, E. Omoda, M. Suzuki, M. Mori, Y. Sakakibara, and T. Kamei, Appl. Phys. Express 5, 082501 (2012).
[CrossRef]

Kimerling, L. C.

L. Liao, D. R. Lim, A. M. Agarwal, X. Duan, K. K. Lee, and L. C. Kimerling, J. Electron. Mater. 29, 1380 (2000).
[CrossRef]

J. S. Foresi, M. R. Black, A. M. Agarwal, and L. C. Kimerling, Appl. Phys. Lett. 68, 2052 (1996).
[CrossRef]

Knipp, D.

K.-Y. Chan, D. Knipp, A. Gordijn, and H. Stiebig, J. Non-Cryst. Solids 354, 2505 (2008).
[CrossRef]

Kramer, S.

Kwong, D. L.

Lee, K. K.

L. Liao, D. R. Lim, A. M. Agarwal, X. Duan, K. K. Lee, and L. C. Kimerling, J. Electron. Mater. 29, 1380 (2000).
[CrossRef]

Levy, J. S.

A. Biberman, K. Preston, G. Hendry, N. Sherwood-Droz, J. Chan, J. S. Levy, M. Lipson, and K. Bergman, ACM J. Emerg. Technol. 7, 1 (2011).

Li, H.

Liao, L.

L. Liao, D. R. Lim, A. M. Agarwal, X. Duan, K. K. Lee, and L. C. Kimerling, J. Electron. Mater. 29, 1380 (2000).
[CrossRef]

Lim, D. R.

L. Liao, D. R. Lim, A. M. Agarwal, X. Duan, K. K. Lee, and L. C. Kimerling, J. Electron. Mater. 29, 1380 (2000).
[CrossRef]

Lipson, M.

A. Biberman, K. Preston, G. Hendry, N. Sherwood-Droz, J. Chan, J. S. Levy, M. Lipson, and K. Bergman, ACM J. Emerg. Technol. 7, 1 (2011).

K. Preston, P. Dong, B. Schmidt, and M. Lipson, Appl. Phys. Lett. 92, 151104 (2008).
[CrossRef]

K. Preston, B. Schmidt, and M. Lipson, Opt. Express 15, 17283 (2007).
[CrossRef]

Lo, G. Q.

Manako, S.

R. Takei, S. Manako, E. Omoda, M. Suzuki, M. Mori, Y. Sakakibara, and T. Kamei, Appl. Phys. Express 5, 082501 (2012).
[CrossRef]

Masaud, T. M. B.

E. Jaberansary, T. M. B. Masaud, M. Nedeljkovic, M. Milosevic, G. Z. Mashanovich, and H. M. H. Chong, IEEE Photon. J. 5, 6601010 (2013).

Mashanovich, G. Z.

E. Jaberansary, T. M. B. Masaud, M. Nedeljkovic, M. Milosevic, G. Z. Mashanovich, and H. M. H. Chong, IEEE Photon. J. 5, 6601010 (2013).

Mehta, K.

Milosevic, M.

E. Jaberansary, T. M. B. Masaud, M. Nedeljkovic, M. Milosevic, G. Z. Mashanovich, and H. M. H. Chong, IEEE Photon. J. 5, 6601010 (2013).

Mori, M.

R. Takei, S. Manako, E. Omoda, M. Suzuki, M. Mori, Y. Sakakibara, and T. Kamei, Appl. Phys. Express 5, 082501 (2012).
[CrossRef]

Nedeljkovic, M.

E. Jaberansary, T. M. B. Masaud, M. Nedeljkovic, M. Milosevic, G. Z. Mashanovich, and H. M. H. Chong, IEEE Photon. J. 5, 6601010 (2013).

Omoda, E.

R. Takei, S. Manako, E. Omoda, M. Suzuki, M. Mori, Y. Sakakibara, and T. Kamei, Appl. Phys. Express 5, 082501 (2012).
[CrossRef]

Orcutt, J. S.

Paniccia, M.

Preston, K.

A. Biberman, K. Preston, G. Hendry, N. Sherwood-Droz, J. Chan, J. S. Levy, M. Lipson, and K. Bergman, ACM J. Emerg. Technol. 7, 1 (2011).

K. Preston, P. Dong, B. Schmidt, and M. Lipson, Appl. Phys. Lett. 92, 151104 (2008).
[CrossRef]

K. Preston, B. Schmidt, and M. Lipson, Opt. Express 15, 17283 (2007).
[CrossRef]

Ram, R. J.

Reed, G. T.

Sakakibara, Y.

R. Takei, S. Manako, E. Omoda, M. Suzuki, M. Mori, Y. Sakakibara, and T. Kamei, Appl. Phys. Express 5, 082501 (2012).
[CrossRef]

Schmidt, B.

K. Preston, P. Dong, B. Schmidt, and M. Lipson, Appl. Phys. Lett. 92, 151104 (2008).
[CrossRef]

K. Preston, B. Schmidt, and M. Lipson, Opt. Express 15, 17283 (2007).
[CrossRef]

Schropp, R. E. I.

R. E. I. Schropp, Thin Solid Films 451–452, 455 (2004).
[CrossRef]

Sherwood-Droz, N.

A. Biberman, K. Preston, G. Hendry, N. Sherwood-Droz, J. Chan, J. S. Levy, M. Lipson, and K. Bergman, ACM J. Emerg. Technol. 7, 1 (2011).

Song, J. F.

Stiebig, H.

K.-Y. Chan, D. Knipp, A. Gordijn, and H. Stiebig, J. Non-Cryst. Solids 354, 2505 (2008).
[CrossRef]

Stojanovic, V.

Suzuki, M.

R. Takei, S. Manako, E. Omoda, M. Suzuki, M. Mori, Y. Sakakibara, and T. Kamei, Appl. Phys. Express 5, 082501 (2012).
[CrossRef]

Takei, R.

R. Takei, S. Manako, E. Omoda, M. Suzuki, M. Mori, Y. Sakakibara, and T. Kamei, Appl. Phys. Express 5, 082501 (2012).
[CrossRef]

Tang, S. D.

Tao, S. H.

Yoo, S. J. B.

S. J. B. Yoo, Electron. Lett. 45, 584 (2009).
[CrossRef]

Yu, M. B.

Zhu, S.

ACM J. Emerg. Technol.

A. Biberman, K. Preston, G. Hendry, N. Sherwood-Droz, J. Chan, J. S. Levy, M. Lipson, and K. Bergman, ACM J. Emerg. Technol. 7, 1 (2011).

Appl. Phys. Express

R. Takei, S. Manako, E. Omoda, M. Suzuki, M. Mori, Y. Sakakibara, and T. Kamei, Appl. Phys. Express 5, 082501 (2012).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett.

J. S. Foresi, M. R. Black, A. M. Agarwal, and L. C. Kimerling, Appl. Phys. Lett. 68, 2052 (1996).
[CrossRef]

K. Preston, P. Dong, B. Schmidt, and M. Lipson, Appl. Phys. Lett. 92, 151104 (2008).
[CrossRef]

Electron. Lett.

S. J. B. Yoo, Electron. Lett. 45, 584 (2009).
[CrossRef]

IEEE Photon. J.

E. Jaberansary, T. M. B. Masaud, M. Nedeljkovic, M. Milosevic, G. Z. Mashanovich, and H. M. H. Chong, IEEE Photon. J. 5, 6601010 (2013).

J. Electron. Mater.

L. Liao, D. R. Lim, A. M. Agarwal, X. Duan, K. K. Lee, and L. C. Kimerling, J. Electron. Mater. 29, 1380 (2000).
[CrossRef]

J. Lightwave Technol.

J. Non-Cryst. Solids

K.-Y. Chan, D. Knipp, A. Gordijn, and H. Stiebig, J. Non-Cryst. Solids 354, 2505 (2008).
[CrossRef]

Opt. Express

Thin Solid Films

R. E. I. Schropp, Thin Solid Films 451–452, 455 (2004).
[CrossRef]

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 (5)

Fig. 1.
Fig. 1.

SEM cross-section of the polysilicon waveguide covered with PECVD SiO2.

Fig. 2.
Fig. 2.

Topographical AFM image of the polysilicon film deposited at 240°C using HWCVD. The RMS surface roughness was measured to be 8.9 nm.

Fig. 3.
Fig. 3.

Raman spectrum of the polysilicon film. Curve-fitting shows a crystalline volume of 91% (blue-shaded area).

Fig. 4.
Fig. 4.

Transmission characteristics of the TE mode of the polysilicon waveguides of widths 400, 500, and 600 nm.

Fig. 5.
Fig. 5.

Transmission loss of the TE mode of the polysilicon waveguides with different widths. The inset shows the confinement of the TE mode in a 500 nm polysilicon waveguide in FDTD solutions.

Tables (1)

Tables Icon

Table 1. Contribution of the Scattering Losses Due to the Top Surface and Sidewall Roughnesses

Equations (2)

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

Xc=IcSiIcSi+IaSi,
PLossLMatScatt(Γ(w))+LTopScatt(Γ(w))+LSideScatt(Γ(w)),

Metrics