Микро- и наноразмерные источники излучения ближнего ИК диапазона на кремнии / Красильник З.Ф., Новиков А.В.

В последние годы очевиден существенный рост активности в области кремниевойнанофотоники в мире и, в меньшей степени, в России. Если раньше дискутировался вопрос, способныли, в принципе, гетероструктуры на основе кремния эффективно люминесцировать в ближнем ИКдиапазоне на основных телекоммуникационных длинах волн 1,3 и 1,55 мкм, то сегодня ужеактуальны вопросы миниатюризации источников излучения для межсоединений на кремнии,интегральной оптики, радиофотоники и др. Говоря о мотивации, прежде всего имеются ввиду задачипреодоления дифракционного предела, манипулирования светом на глубоком субволновом масштабе.За этим видится развитие новых фундаментальных направлений нанофотоники и важныетехнологические решения, среди которых объединение электроники и оптики в одной интегральнойсхеме, непреложная задача для создателей интегральных схем следующего поколения. При этомнеобходимо решить сложные проблемы, связанные с быстрой пересылкой гигантских объемовинформации со снижением энергопотребления.Шаги, направленные на миниатюризацию уже известных полупроводниковых источников домикронного и субмикронных размеров, по большому счету не породили новых труднопреодолимыхзадач, а напротив, облегчили решение ряда проблем, хорошо известных для источников на основекремниевых гетероструктур макроразмера. С уменьшением размеров улучшаются такие важныехарактеристики источников излучения, как пороговый ток, квантовая эффективность, спектральнаяширина.Эффективность излучения связана с эффективностями пространственного ограниченияэлектромагнитного поля и радиационных процессов передачи энергии от усиливающей среды кполю. Вероятность передачи энергии определяется плотностями фотонных и электронных состоянийодновременно. Уменьшение размерности усиливающей среды, вплоть до квантовых точек, позволяетболее эффективно заселять электроны и дырки в энергетическом пространстве, совмещать спектрэмиссии со спектральной полосой резонатора. Прямым следствием уменьшения размера источникаявляется ускорение радиационного процесса благодаря эффекту Парселла.Из практически интересных подходов технология гибридных устройств на кремнии сегоднявыглядит наиболее продвинутой для создания интегрированных фотонных компонентов накристалле. Такой подход позволяет использовать преимущества как прямозонности гетероструктурна основе элементов III-V групп, так и пассивных оптических элементов на кремнии.В докладе обсуждаются результаты исследований в таких актуальных направлениях, какгибридные A3B5/SiGe/Si и A3B5/Si микролазеры на модах шепчущей галереи, фотонные кристаллы наSiGe/Si гетероструктурах, диэлектрические нанорезонаторы с SiGe/Si наноостровками по материаламработ, выполненных в ИФМ РАН (Алешкин В.Я., Дубинов А.А., Кудрявцев К.Е., Сергеев С.М.,Скороходов Е.В., Степихова М.В., Шалеев М.В., Юрасов Д.В., Яблонский А.Н.) совместно сУниверситетом Лобачевского (Байдусь Н.В.), Санкт-Петербургским академическим университетом(Жуков А.Е., Крыжановская Н.В.), ИТМО (Петров М.И., Богданов А.А., Ермаков О.Е.), Институтомнауки и технологий Сколково (Дьяков С.А.), Университетом Мартена Лютера в Халле, Германия(Rutckaia V., Schilling J.).