光子晶体对nc-Ge/Si岛发光增强的模拟

在Si基集成光电子学的发展中,高效的Si基光源是人们不懈追求的目标.但是Si材料的间接带隙特性导致其发光效率低,更谈不上受激发射.于是人们探索了多种Si基材料体系来提高Si材料的发光效率,并在不同程度上取得了重要的进展.在众多的Si基发光材料体系中,Ge/Si量子点材料,不仅生长工艺与标准的CMOS工艺有很好的兼容性,而且发光波长能够覆盖重要的光通信波段即1.3～1.55 μm,因此成为实现Si基发光器件的重要途径之一.但是目前这种材料的发光效率仍很低,所以提高其发光效率自然成为人们关注的焦点.如果将光子晶体引入到nc-Ge/Si材料中,它不仅可以改变材料本身的自发发射特性,而且可以改变发射的光子的提取效率,从而使材料的发光效率得到增强.提出了在Ge/Si量子点材料中引入光子晶体结构来提高其发光效率,包括光子晶体点缺陷腔结构和带边模式工作的完整光子晶体结构,并从理论上分析了发光效率提高的原理.针对发光波长在1.5 μm附近的材料结构,模拟出了相应的光子晶体的结构参数.从模拟结果可以看出,对于缺陷腔的光子晶体结构,采用单点缺陷微腔很好地实现了单模运作,但是微腔内有源材料的体积很小,因此得到的发光效率很低.而采用耦合缺陷腔的结构和H2腔都增加了腔内有源区的体积.但是耦合腔与H2腔相比,谐振腔模减少,主谐振模式的峰值强度增加,更容易实现单模发光.因而更适用于提高nc-Ge/Si的发光效率.而带边模式工作的光子晶体结构,尺寸较大,不需引入缺陷,工艺上更容易实现.

在Si基集成光电子学的发展中,高效的Si基光源是人们不懈追求的目标.但是Si材料的间接带隙特性导致其发光效率低,更谈不上受激发射.于是人们探索了多种Si基材料体系来提高Si材料的发光效率,并在不同程度上取得了重要的进展.在众多的Si基发光材料体系中,Ge/Si量子点材料,不仅生长工艺与标准的CMOS工艺有很好的兼容性,而且发光波长能够覆盖重要的光通信波段即1.3～1.55 μm,因此成为实现Si基发光器件的重要途径之一.但是目前这种材料的发光效率仍很低,所以提高其发光效率自然成为人们关注的焦点.如果将光子晶体引入到nc-Ge/Si材料中,它不仅可以改变材料本身的自发发射特性,而且可以改变发射的光子的提取效率,从而使材料的发光效率得到增强.提出了在Ge/Si量子点材料中引入光子晶体结构来提高其发光效率,包括光子晶体点缺陷腔结构和带边模式工作的完整光子晶体结构,并从理论上分析了发光效率提高的原理.针对发光波长在1.5 μm附近的材料结构,模拟出了相应的光子晶体的结构参数.从模拟结果可以看出,对于缺陷腔的光子晶体结构,采用单点缺陷微腔很好地实现了单模运作,但是微腔内有源材料的体积很小,因此得到的发光效率很低.而采用耦合缺陷腔的结构和H2腔都增加了腔内有源区的体积.但是耦合腔与H2腔相比,谐振腔模减少,主谐振模式的峰值强度增加,更容易实现单模发光.因而更适用于提高nc-Ge/Si的发光效率.而带边模式工作的光子晶体结构,尺寸较大,不需引入缺陷,工艺上更容易实现.

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zhangdi于2010-11-23 13:03:03导入数据到SEMI-IR的IR

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国家自然科学重点基金资助项目

中国科学院半导体研究所

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