Юрасов Д.В.   Перетокин А.В.   Новиков А.В.   Родякина Е.Е.   Смагина Ж.В.   Шалеев М.В.   Шенгуров Д.В.  

Формирование и исследование оптических свойств фотонных кристаллов в структурах на основе толстых слоев Ge/SOI

Докладчик: Юрасов Д.В.

Кремний является основным материалом современной электроники. Однако, он явля-ется непрямозонным полупроводником, что крайне затрудняет формирование на его основе излучателей для фотонных устройств. Одним из подходов к созданию источника излучения ИК диапазона, совместимого с кремнием, является использование структур на основе Ge. Прямая запрещенная зона в Ge составляет 0.8 эВ, что соответствует длине волны излучения 1.55 мкм, и, кроме этого, отстоит относительно недалеко по энергии от непрямой зоны (0.66 эВ). Ввиду этого, слои Ge, сформированные на Si, демонстрируют сигнал ФЛ в области
1.5 мкм при 300К.
Перспективным подходом для модификации оптических свойств материалов является использование различного вида резонаторов. В частности, активно исследуются диэлектрические микрорезонаторы, которые обладают рядом преимуществ [1]. В настоящей работе исследуется возможность формирования микрорезонаторов на основе двумерных фотонных кристаллов (ФК) для усиления люминесцентного отклика структур на основе Ge/Si слоев.
Исходные образцы были выращены на SOI подложках методом МПЭ. Для снижения плотности прорастающих дефектов в Ge слое, выращенном на Si, приходится использовать структуры с общей толщиной Ge слоя ~1 мкм. Это приводит к сложности формирования микрорезонаторов традиционным методом электронной литографии в сочетании с плазмо-химическим травлением. Проблема связана с необходимостью формирования отверстий в структуре с глубиной, равной общей толщине слоя Ge (т.е. ~1 мкм и более), для которой не хватает плазмостойкости традиционных электронных резистов (например, ПММА). Для преодоления данной проблемы в настоящей работе предложен и реализован метод электрон-ной литографии с использованием металлической маски, в частности, с комбинированным нанесением металла и электронного резиста. Была отработана технология переноса рисунка на металлическую маску при литографии (подбор параметров литографии) и последующего плазмохимического травления полученных структур. Было показано, что таким способом возможно формирование глубоких (1 мкм и более) отверстий в слоях Ge/Si (рис. 1а)
С помощью вышеописанного способа были сформированы ФК с различными перио-дами и факторами заполнения и исследованы их оптические свойства методом микро-ФЛ. Было обнаружено увеличение как пиковой интенсивности ФЛ, так и интегральной ФЛ более чем на порядок величины (рис.1b).
Финансирование работы -  НЦМУ “Центр фотоники” (Согл. № 075-15-2022-316).

Литература
1. A.I. Kuznetsov et al. Optically resonant dielectric nanostructures // Science, 354, 2016 p.  aag2472.


К списку докладов