Ge/Si структуры с упорядоченными квантовыми точками, встроенными в микрорезонаторы

В настоящее время полупроводниковые источники излучения, в том числе лазеры, создаются наоснове прямозонных материалов. Однако существует целый класс задач, для решения которыхнеобходимо реализовать источники излучения на основе непрямозонных полупроводников.Гетероструктуры Ge/Si с квантовыми точками (КТ) рассматриваются сегодня как один из объектовдля решения этой задачи. Привлекательностью этих структур является наличие в их спектрахлюминесценции сигнала при комнатной температуре в области длин волн 1.3-1.6 мкм. Однакосущественным недостатком данного типа светоизлучающих структур является низкая квантоваяэффективность. Одним из подходов повышения эффективности излучательной рекомбинацииносителей заряда в Ge/Si структурах является встраивание КТ в микрорезонаторы на основефотонных кристаллов (ФК) [1, 2]. В данной работе рассматриваются следующие возможные способыповышения эффективности источников света на основе КТ: упорядочение взаимного расположенияКТ и их встраивание в оптические микрорезонаторы.Для получения структур с пространственно упорядоченными массивами КТ, встроенными вмикрорезонаторы на основе двумерных фотонных кристаллов (ФК), использовались подложкикремний-на-изоляторе (SOI). Создание тестовых образцов проводилось в три этапа. На первом этапеметодами электронной литографии и плазмохимического травления были созданыструктурированные подложки, представляющие собой периодическую последовательность ямок ввиде квадратной решётки с периодом от 0.5 мкм до 6 мкм. На втором этапе методом молекулярнолучевой эпитаксии на структурированных подложках SOI проведено формирование пространственноупорядоченных массивов КТ и групп КТ. Были созданы два типа упорядоченных структур: 1)одиночные квантовые точки внутри ямок, 2) группы квантовых точек, упорядоченных в кольцовокруг ямок. На третьем этапе была отработана технология создания и пространственногосовмещения микрорезонаторов на базе ФК с упорядоченными массивами GeSi КТ.Излучательные свойства структур с пространственно-упорядоченными GeSi КТ, встроенными вмикрорезонаторы, исследовались методом микро-фотолюминесценции (ФЛ) с высокимпространственным и спектральным разрешением. Обнаружено, что интенсивность люминесцентногоотклика возрастает для образцов с ФК по сравнению с интенсивностью от образцов супорядоченными группами КТ без ФК. Возрастание интенсивности связано с увеличениемэффективности вывода излучения из структуры за счет ФК. Ярко выраженные пики ФЛ от КТнаблюдаются в спектральном диапазоне от 0.9 до 1.0 эВ. Показано, что интенсивность сигнала отгрупп КТ выше, чем от одиночных КТ при одном и том же периоде упорядочения. Обнаружено, чтодля структур с упорядоченными группами КТ, расположенных с периодом 1 мкм относительно другдруга, наблюдается интенсивный сигнал ФЛ с тонкой структурой из резонансных линий в областисвечения GeSi КТ. Для структур с одиночными КТ подобного эффекта не наблюдалось.