Abstract
本論文主要著重於感光材料分析及光波導之設計模擬。在薄膜材料分析方面，我們先利用PECVD（Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition電漿輔助化學氣相沈積）沈積出Si3N4和摻雜磷（P）的SiO2薄膜，再作光學量測，並利用FTIR分析其鍵結結構。其中SiO2是利用TEOS( Tetraethoxysilane Si(OC2H5)4 )氣體所沈積出來的，而摻雜磷的來源是TMP( Trimethylphosphite P(OCH3)3 ) 氣體；Si3N4是以SiH4及NH3的氣體所沈積出來的薄膜材料。由於在沈積Si3N4薄膜時，這層薄膜應力比一般其他薄膜材料來得大，所以無法沈積太厚。於是便以TEOS及TMP來沈積摻雜磷之SiO2薄膜，發現其特性都較優於Si3N4。我們參考了文獻上所描述的方法，把所沈積出來的薄膜作了類似處理以及分析，並且依序利用 Excimer Laser（UV Laser 波長193nm）的高能量光源，去照射此層薄膜。我們發現折射率經曝照UV後其變化量可達小數點以下第三位，此結果與文獻所描述者相差很大。後續我們也作了幾次的量測，來證明吾人所實驗的是無誤。其後，作了一些光波導元件模擬分析，以備ㄖ後製作元件時的考量。積體光學元件是將許多光學元件整合在一基板上（如Si晶片或glass），具備體積小、光插入損耗小等優點的光元件。在應用上積體光學元件皆以光波導形式為主。而製作光波導的材料相當的多，儀器設備種類亦很多例如MCVD（Modified C- hemical Vapor Deposition）、PCVD ( Plasma -Activated Chemical Vapor Deposition)或PECVD…等儀器。另外積體光學元件有些也必須使用感光性的材料製作，如Bragg refection grating 的積體光學元件，其材料摻雜了如磷、硼、鍺、氮…等這幾種感光元素[1]，用以製作較高效率的反射波長濾波器（如 Bragg grating filter）。在高效率波長反射的要求條件下，必須於製作grating的過程中，使其週期間折射率變化有較大之差異。若要得到更大的折射率變動，必須在SiO2上摻雜鍺元素後，再co-doped N（氮）或P（磷）的元素，折射率變動可提升到10-2 數量級。本論文之實驗中，吾人利用PECVD（Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition電漿輔助化學氣相沈積）來沈積Si3N4薄膜與摻雜磷（P）的SiO2薄膜，其動機在於吾人要測試可否利用此薄膜材料來達到與前人所實驗出的結果具相同效果，並且於製作上能達到較為簡便的目的。吾人使用PECVD製程儀器、材料為TEOS( Tetraethoxysilane Si(OC2H5)4 )之氣體來沈積所需之SiO2薄膜，摻雜磷的來源則是TMP( Trimethy- lphosphite P(OCH3)3 )氣體。另一方面，Si3N4是以氣體SiH4及NH3來作沈積。在吾人實驗中先量測 PECVD 沈積出之薄膜折射率，而後利用高能量UV laser（波長193nm）光源照射這層薄膜，照射之後再量測折射率。發現兩次測得的折射率的變動差異，較大於文獻[5]記錄的折射率變動，且在製程方面也簡便許多。不過在實驗過程中發現Si3N4會有應力[6]等問題，將可能導致無法沈積厚膜（即大於6μm以上），而利用TEOS氣體沈積出來的 SiO2薄膜則有低應力及沈積速度快的優點。其次，吾人也利用Beam Prop光波導模擬軟體來模擬各種條件的光波導元件。在模擬前已先行作了一些簡單的運算來求得single mode波導條件，用以比較公式計算與模擬結果之差異。在論文的安排中吾人在，第二章中則概略描述PECVD的基本原理，第三章主要著重於UV Laser照光、照光前後折射率變化及材料分析，並加入吾人所使用之量測儀器原理描述。第四章以光波導元件的場論計算作為主題，第五章則使用光波導模擬軟體 BeamProp 來模擬各種條件的光波導元件。第六章則將吾人所作之研究結果及發現作一次總結。