KVANTINĖS ELEKTRONIKOS DARINIAI AKYTOJO SILICIO
PAGRINDU
Prietaisai, pagaminti silicio pagrindu, vyrauja mikroelektronikos pramonės gaminių tarpe dėl bazinės med.iagos pigumo. Todėl silicis yra labiausiai pageidaujama med.iaga gaminant bet kokį naują elektronikos prietaisą, kuris turėtų integruotis su esamais mikroelektroniniais lustais ar kita aparatūra.
Tai galioja ir optoelektroniniams prietaisams, kurie sudaro jungiamąją grandį tarp elektronikos, fotonikos ir optinio ry.io sričių. Dauguma optoelektronikos elementų, tokių kaip .viesolaid.iai bei moduliatoriai, gali būti pagaminti i. silicio. Tačiau silicio optoelektronikos idėjos įgyvendinimui trūksta pagrindinės grandies . efektyvaus .viesos .altinio i. silicio (ar bent did.iąja dalimi silicio pagrindu).
Jeigu pavyktų sukurti silicio lazerį naudojant įprastinę silicio technologiją, tai .is pasiekimas darytų mil.ini.ką įtaką puslaidininkių pramonės, informacinių technologijų technikos bei telekomunikacijos sistemų ateičiai.
Tačiau kristalinis silicis dėl savo fundamentinių savybių, tokių kaip energetinių juostų struktūra, lemianti netiesioginius rekombinacinius .uolius tarp laidumo juostos ir valentinės juostos ekstremumų, ir kitų, yra neperspektyvi med.iaga gauti .viesos stiprinimą.
Dėl vyraujančios tarpjuostinės smūginės nepusiausvyrųjų krūvininkų rekombinacijos, spinduliuotės kvantinis na.umas makroskopiniame ir mikroskopinių matmenų silicyje siekia vos .imtąsias procento dalis. Tačiau, atradus 3-4 % kvantinio na.umo matomojo spektro spinduliuotę akytojo silicio nanokristalituose, atsirado viltis gauti jame ir priverstinę spinduliuotę. Praėjus de.imčiai metų po pirmųjų darbų [1,
2] pasirodymo, .i viltis i.sipildė. Optinį stiprinimą silicio nanokristaluose pirmas stebėjo
L. Pavesi ir jo bendraautoriai [3]. Bandymai buvo atlikti su silicio nanokristalais, gautais silicio jonų implantacijos būdu safyro ir silicio oksido sluoksniuose. .is atradimas davė prad.ią silicio lazerio kūrimo darbams.
Bet kurio lazerio pagrindą sudaro aktyvioji terpė, kuri patalpinta tarp optinio Fabry-Perót rezonatoriaus veidrod.ių. Aktyvioji terpė su.adinama tam, kad joje būtų sukurta inversinė lygmenų, o puslaidininkiniame lazeryje . energetinių juostų u.pildymo būsena. Fabry-Perót rezonatorius u.tikrina optinį teigiamą grį.tamąjį ry.į. Puslaidininkinio lazerio Fabry-Perót mikrorezonatorių paprastai kuria du paskirstyto (Braggo) atspind.io daugiasluoksniai veidrod.iai
[4]. Elektrocheminė akytojo silicio gamybos technologija suteikia galimybę pagaminti abu minėtus lazerio elementus vieno nepertraukiamo technologinio proceso metu. Technologija paremta tuo, kad akytojo silicio lū.io rodiklis .viesai ir silicio nanokristalitų matmenys priklauso nuo anodinio ėsdinimo srovės tankio [5].
Iki .iol tirtų Fabry-Perót mikrorezonatorių aktyvioji dalis buvo daroma λ/2 ilgio (čia λ . bangos ilgis, atitinkantis silicio nanokristalitų spinduliuojamosios .viesos spektro centrinę dalį). Toks mikrorezonatorius yra suderintas pagal banginės optikos reikalavimus. Tačiau jame neatsi.velgta į tai, kad .viesos stiprinimas silicio nanokristaluose yra santykinai ma.as [3].
Norint gauti lazerinį efektą, būtina atsi.velgti į .viesos stiprinimo dydį ir į nuostolius. Įskaičius tai, kad .viesos stiprinimo skerspjūvis silicio nanokristalituose yra 5×10-17 cm-2 eilės [3], mes pagaminome Fabry-Perót mikrorezonatorių, kuriame atstumas tarp Braggo veidrod.ių yra didesnis u. λ/2 [6*,7*].