Details

Предмет исследования. SiGe-гетероcтруктуры с самоформирующимися Ge(Si)-наноостровками, встроенными в двумерные фотонные кристаллы. Цель работы. Установление зависимости спектральных и временных характеристик излучения структур с Ge(Si)-островками в двумерных фотонных кристаллах от глубины отверстий, формирующих фотонный кристалл. Определение характерных времён спада люминесценции островков в фотонных кристаллах и основных механизмов, определяющих их зависимость от глубины травления отверстий фотонных кристаллов. Метод. Исследуемые структуры были получены с использованием методов молекулярно-пучковой эпитаксии, электронно-лучевой литографии и плазмохимического травления. Исследование оптических свойств полученных структур осуществлялось методом спектроскопии микрофотолюминесценции с высоким спектральным (0,5 нм) и временным (50 пс) разрешением. Основные результаты. Определены зависимости интенсивности, вида спектров и характерных времён спада фотолюминесценции самоформирующихся Ge(Si)-островков в двумерных фотонных кристаллах с гексагональной решёткой от глубины травления отверстий фотонного кристалла. Обнаружено монотонное падение характерного времени спада люминесценции островков в фотонных кристаллах при комнатной температуре с увеличением глубины отверстий от 9 нс для исходной структуры без фотонных кристаллов до 0,6 нс при травлении отверстий на всю глубину выращенной структуры (335 нм), которое связывается с возрастанием безызлучательной рекомбинации носителей заряда на границах отверстий. Определено оптимальное соотношение глубины отверстий и толщины активной области структуры, позволяющее получить максимальное увеличение интенсивности люминесценции Ge(Si)-островков в двумерных фотонных кристаллах по сравнению с планарными структурами без фотонных кристаллов. Практическая значимость. Полученные результаты могут иметь существенную значимость для разработки эффективных источников излучения ближнего инфракрасного диапазона для кремниевой интегральной оптоэлектроники.

Subject of study. SiGe heterostructures with self-assembled Ge(Si) nanoislands embedded in two-dimensional photonic crystals. Aim of study. Determination the dependence of the spectral and temporal characteristics of the radiation of structures with Ge(Si) islands in two-dimensional photonic crystals on the depth of the holes forming the photonic crystal. Determination of the characteristic decay times of the luminescence of islands in photonic crystals and the main mechanisms that determine their dependence on the depth of etching of the holes of photonic crystals. Method. The structures under study were obtained using the methods of molecular beam epitaxy electron beam lithography and plasma-chemical etching. The study of the optical properties of the obtained structures was carried out by microphotoluminescence spectroscopy with high spectral (0.5 nm) and temporal (50 ps) resolution. Main results. The dependences of the intensity, spectral shape, and characteristic decay times of photoluminescence of self-assembled Ge(Si) islands in two-dimensional photonic crystals with a hexagonal lattice on the etching depth of the photonic crystal holes have been determined. A monotonic decrease in the characteristic decay time of the luminescence of islands in photonic crystals at room temperature with increasing hole depth from 9 ns for the initial structure without photonic crystals to 0.6 ns for the sample with holes etched to the entire depth of the grown structure (335 nm), has been observed, which is associated with an increase in nonradiative recombination of charge carriers at the boundaries of the holes. The optimal ratio of the hole depth to the thickness of the active region of the structure has been determined, which makes it possible to obtain a maximum increase in the luminescence intensity of Ge(Si) islands in two-dimensional photonic crystals compared to planar structures without photonic crystals. Practical significance. The obtained results can be important for the development of efficient light-sources of near-infrared range for silicon integrated optoelectronics.