Диэлектрические резонаторы на SiGe гетероструктурах для кремниевой фотоники

Abstract

Последние годы активно развивается подход к созданию эффективных, миниатюрных источников изучения основанный на использовании различных резонаторов. При этом особое внимание привлекают к себе диэлектрические резонаторы, в которых можно реализовать моды с очень высокой добротностью. В данной работе показано, что структуры с Ge(Si) самоформирующимися наноостровками, выращенные на подложках «кремний на изоляторе» являются удобным объектом для исследования характеристик мод различных диэлектрических резонаторов и особенностей их взаимодействия с активной средой [1-5]. В работе представлены результаты по исследованию диэлектрических резонаторов на основе фотонных кристаллов, одиночных и связанных Ми-резонаторов. В качестве активной среды в резонаторах использовались выращенные на SOI подложках светоизлучающие структуры с Ge(Si) самоформирующимися наноостровками, а также слои n-Ge и локально растянутые микроструктуры на их основе. Представлены результаты анализа реализации в двумерных фотонных кристаллов (ФК) с различной решеткой высокодобротные моды связанных состояний в континууме («bound states in the continuum», BIC). Показано, что для ФК с гексагональной решеткой существует область параметров, при которых в спектральную область люминесценции Ge(Si) островков попадают только высокодобротные моды BIC, что более чем на 2 порядка увеличенить интенсивности сигнала фотолюминесценции ФЛ островков при комнатной температуре за счет их взаимодействия данными модами [3]. При этом экспериментально измеренная добротность линий в спектрах микро-ФЛ, связанных с BIC модами, составила более 2000 [3], что превосходит значения, полученные в прямозонных материалах в режиме лазерной генерации. В докладе представлены первые результаты по реализации электрической накачки ФК с Ge(Si) островками с использованием ионной имплантации низкотемпературного отжига структур. Для Ми-резонаторов в виде дисков отработана технология их формирования на структурах с Ge(Si) островками и исследован модовый состав одиночных и связанных ансамблей Ми-резонаторов. Продемонстрировано, что для активной среды на основе n-Ge/Si(001) слое формирование ФК позволяет увеличить более чем на порядок интенсивность сигнала ФЛ в области 1.5-1.6 мкм, связанного с прямыми переходами в Ge [4]. Для локально растянутых Ge микроструктур, которые в настоящее время являются перспективными с точки зрения достижения стимулированного излучения, сформированы резонаторы, позволяющие эффективно локализовать э/м поля в растянутой области структуры при минимальном влиянии на величину и распределение деформаций в ней [4]. Определен дизайн двумерных ФК, который может быть использован в одноосно растянутых Ge микроструктурах.