Излучающие структуры для кремниевой фотоники на основе растянутых Ge микроструктур / Алешкин В.Я., Байдакова Н.А., Вербус В.А., Машин А.И., Морозова Е.Е., Нежданов А.В., Новиков А.В., Скороходов Е.В., Шенгуров Д.В., Юрасов Д.В., Яблонский А.Н.

Одним из путей увеличения эффективности источников излучения для Si фотоники на основеGe является его растяжение, которое позволяет трансформировать Ge в прямозонный полупроводник[1]. Однако необходимые для этого высокие значения деформации (двуосные 1.5-1.8% илиодноосные 4.5-5%) для достаточно толстых слоев Ge могут быть реализованы только локально, сиспользованием различных методов [1]. В работе представлены результаты по формированиюметодом «концентрации напряжений» одноосно растянутых Ge микроструктур («микромостиков»)различного дизайна и исследованию их излучательных свойств.Исходными структурами для формирования микромостиков служили Ge слои, выращенныеметодом МПЭ на Si(001) и SOI подложках и характеризующиеся растяжением 0.2-0.25%. По данныммикроскопии комбинационного рассеяния света (микро-КРС) это растяжение было увеличено болеечем на порядок за счет формирования с помощью оптической литографии, плазмохимического иселективного «влажного» травления свободновисящих, локально растянутых вдоль направления[100] Ge микромостиков [2]. Измерения спектров микро-ФЛ показали, что существеннымнедостатком свободновисящих микромостиков является плохой теплоотвод от них, что приводит кразрушению микромостиков уже при небольших уровнях накачки. Для улучшения теплоотводаформирование микромостиков было выполнено на Ge слоях, выращенных на SOI подложках стонким слоем захороненного окисла и слоя Si над ним. Это позволило за счет селективного удаленияслоя Si (SiO2), расположенного под микромостиком, и капиллярных сил реализовать егомеханический контакт с нижележащим слоем SiO2 (Si). По данным микро-КРС и микро-ФЛформирование такого контакта привело к значительномуулучшению теплоотвода от Ge микромостика. В результатеуровень оптической накачки, при котором происходитразрушение микромостиков, был увеличен в 4-8 раз. Спектрымикро-ФЛ, измеренные при комнатной температуре, показализначительное возрастание сигнала ФЛ, связанного с прямымиоптическими переходами, в области микромостиков, и егосдвиг в сторону меньших энергий. Поведение сигнала ФЛ отмикромостиков хорошо описывается выполненнымирасчетами зонной структуры одноосно растянутого Ge. Вчастности, к росту интенсивности ФЛ приводит уменьшение энергетического зазора между Г- и Lдолинами в Ge при его растяжении. Результатом же расщепления валентной зоны при деформацииявляется наблюдение в спектре ФЛ микромостиков двух сигналов с различной энергией иполяризацией. В работе обсуждается возможности по использованию микрорезонаторов длядостижения стимулированного излучения в растянутых Ge микроструктурах.