Перетокин А.В.   Степихова М.В.   Новиков А.В.   Юрасов Д.В.   Дьяков С.А.  

Управление зонной структурой и люминесцентным откликом двумерных фотонных кристаллов с наноостровками Ge(Si)

Докладчик: Перетокин А.В.

УПРАВЛЕНИЕ ЗОННОЙ СТРУКТУРОЙ И ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫМ ОТКЛИКОМ ДВУМЕРНЫХ ФОТОННЫХ КРИСТАЛЛОВ С НАНООСТРОВКАМИ Ge(Si)

Перетокин А.В.1,2,*, Степихова М.В.1, Новиков А.В.1,2, Юрасов Д.В.1, Дьяков С.А.3
1) Институт физики микроструктур РАН, ул. Академическая, 7, Нижний Новгород
2) ННГУ им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород
3) Сколковский институт науки и технологий, ул. Нобеля, 3, Москва

На сегодняшний день одним из возможных решений задачи создания эффективных источников излучения на кремнии являются структуры с наноостровками Ge(Si). В таких структурах наблюдается излучение в ближнем ИК диапазоне (1.2 - 1.6 мкм) при комнатной температуре [1]. Значительное увеличение люминесцентного отклика таких структур, необ-ходимого для их практических применений в схемах оптоэлектроники, может быть достиг-нуто в низкоразмерных резонаторах и фотонных кристаллах (ФК), где последние представ-ляются наиболее перспективными [2].
Наибольшее усиление сигнала ФЛ наноостровков Ge(Si) достигается при спектраль-ном совпадении максимума их фотолюминесценции (ФЛ) с выделенной модой фотонного кристалла [3]. Наиболее интересными модами в таких ФК являются моды связанных состоя-ний в континууме (BIC) в Г-точке зоны Бриллюэна [2,3]. При взаимодействии с ними в спектрах фотолюминесценции ФК наблюдаются наиболее интенсивные линии высокой добротности. Для управления спектральным положением мод в ФК обычно изменяют пара-метры решётки: период и диаметр отверстий, формирующих ФК.
Как показали результаты наших недавних исследований, другим эффективным ин-струментом здесь является изменение глубины травления отверстий ФК [4]. В данном слу-чае, при изменении глубины травления отверстий ФК, нарушается зеркальная симметрия по вертикальной оси, что приводит к возможности возникновения в зонной структуре таких ФК характерных особенностей: мод с плоской дисперсионной характеристикой вблизи Г-точки [4], состояний BIC при ненулевых значениях волновых векторов (т.н. параметриче-ские BIC), ярких точек в области пересечения фотонно-кристаллических мод и др.
Также можно нарушить симметрию и в плоскости ФК, например, изменив базовый угол решётки или форму отверстий. Это приводит к снятию вырождения для дублетных мод в Г-точке, а также позволяет эффективно управлять спектральным положением пиков спек-трах ФЛ таких ФК, а также добротностью мод в них [5].
Все перечисленные особенности могут также проявляться в спектрах ФЛ в виде уз-ких линий значительной интенсивности, что представляет интерес для создания источников излучения. Также такие особенности интересны с фундаментальной точки зрения, отражая специфику межмодовых взаимодействия в фотонных кристаллах. В данной работе будут теоретически и экспериментально проанализированы описанные выше особенности зонной структуры и межмодового взаимодействия, наблюдаемые в фотонных кристаллах, сформи-рованных на кремниевых структурах с наноостровками Ge(Si). Представляемые экспери-ментальные данные были получены методом спектроскопии микро-фотолюминесценции, включая методику измерений в геометрии диаграммы направленности. В рамках теоретиче-ских расчетов использовался Фурье-модальный метод в формализме матрицы рассеяния [6].

Литература
1. V.Ya. Aleshkin et al. // JETP Letters, 67(1), 48 (1998).
2. S.A. Dyakov et al. // Laser Photonics Rev., 15(6), 2000242 (2021).
3. M.V. Stepikhova et al. // Nanomaterials, 12(15), 2687 (2022).
4. A.V. Peretokin et.al. // Nanomaterials, 13(10), 1678 (2023).
5. C. F. Doiron et al // Nat. Commun. 13:7534 (2022).
6. S. G. Tikhodeev et al., Phys. Rev. B.66, 045102 (2002)


К списку докладов