Вклад процессов взаимодействия активной среды с собственными модами фотонного кристалла в люминесцентный отклик кремниевых структур с самоформирующимися наноостровками Ge(Si) / Степихова М.В., Яблонский А.Н., Дьяков С.А., Ермаков О.Е., Скороходов Е.В., Шалеев М.В., Сергеев С.М., Шенгуров Д.В., Гиппиус Н.А., Богданов А.А., Новиков А.В., Красильник З.Ф.

В последнее время значительный интерес исследователей привлекают возможностиконтролируемого управления свойствами полупроводниковых материалов в низкоразмерныхфотонных структурах [1], где большое внимание уделяется фотонным кристаллам (ФК) инизкоразмерным ФК резонаторам, позволяющим контролируемым образом изменять излучающиесвойства полупроводников [2,3]. В этой работе рассмотрены особенности люминесцентныхпроцессов, наблюдаемых в фотонных кристаллах, сформированных на кремниевых структурах снаноостровками Ge(Si), излучающих в диапазоне длин волн 1.2 – 1.6 мкм. Рассматриваемыеструктуры представляют интерес с точки зрения возможностей создания на их основе эффективныхисточников излучения для схем кремниевой нанофотоники.Фотонные кристаллы с периодом решетки (a) от 350 до 1000 нм формировались методамиэлектронно-лучевой литографии и плазмохимического травления на многослойных структурах, с 5-юслоями наноостровков Ge(Si), выращенных на подложках SOI. Фактор заполнения ФК определялсясоотношением радиуса отверстий (r) к периоду решетки r/a = 0.2 0.4. Экспериментальныеисследования полученных структур выполнялись методом микро-ФЛ в стандартной геометриинормального падения возбуждающего и детектируемого лучей, получены результаты исследованийдиаграмм направленности излучения ФК со сканированием по углам в выделенных Г-М и Г-Кнаправлениях зоны Бриллюэна ФК, исследованы поляризационные особенности излучения ФК.В рамках проведенных исследований показано, что при значительных периодах решетки ФК(более 500 нм) в исследованных структурах имеет место усиление (вплоть до двух порядковвеличины) сигнала ФЛ наноостровков Ge(Si) на собственных модах ФК, локализованных в Г точкезоны Бриллюэна. Полученные результаты теоретических исследований показывают, что висследуемых структурах имеют место явления усиления сигнала ФЛ на радиационных модах ФК исвязанных состояниях в континууме (bound states in the continuum [4]). В последнем случаенаблюдаемые резонансные спектры сигнала ФЛ характеризуются предельно тонкой структуройлиний, добротность которых превышает 103. Особенности излучающих свойств ФК в условияхвзаимодействия активной среды с радиационными модами ФК и связанными состояниями вконтинууме прослеживаются в исследованных диаграммах направленности излучения ФК,отражающих особенности модовой структуры ФК в зоне Бриллюэна.