連続的な屈折率制御に向けたSiO₂–TiO₂ハイブリッド酸化物のシーケンスプログラム型ALD

連続的に特性を設定可能な誘電体材料は、集積フォトニクス、多層光学構造、屈折率を設計したフォトニック構造においてますます重要になっている。しかし、多成分酸化物では、ナノスケールの組成秩序化によって散乱体や有効屈折率の予測困難な局所変動が生じ得るため、予測可能な光学挙動の実現は依然として困難である。集積フォトニクスには、低損失かつ光学的に予測可能な材料が求められる。本研究では、SiO₂–TiO₂ハイブリッド酸化物の光学特性を制御するため、シーケンスプログラム型プラズマ支援原子層堆積法を実証する。対称な短周期堆積シーケンスによって各成分の連続成長を制限し、全組成範囲にわたって有効媒質に類似した光学挙動を実現する。分光エリプソメトリーにより、可視域から近赤外域にかけて屈折率を連続的に調整できることが示された。さらに、プリズムカプラ測定により、可視波長域における導波モード減衰が低dB/cmであり、選択した測定条件では1 dB/cm未満に近づくことに加え、組成に依存する有効熱光学応答が示された。ラマン分光法および原子間力顕微鏡観察から、SiO₂の導入がTiO₂の結晶化を抑制または遅延させ、500 ℃でのアニール後もナノスケールの表面平滑性を維持することが明らかになった。これらの結果は、シーケンスプログラム型ALDが、屈折率整合、低損失誘電体フォトニクス、および連続的に調整可能な光学特性を必要とする集積フォトニック構造のための拡張可能な光学材料基盤となることを示している。

https://doi.org/10.1051/jeos/2026064