Кремний - "родной" материал для электроники, поэтому неудивительно, что предпринимается столько усилий с целью заставить светиться структуры с участием кремния (пористый кремний, наночастицы кремния в матрице диоксида кремния, сверхрешетки кремний/диоксид кремния, структуры кремний/германий и т.д.). Похоже, что от стадии интенсивных исследований кремниевая оптоэлектроника переходит, наконец, в "приборную" стадию. Недавно объединенная группа немецких физиков сообщила об изготовлении первой в мире целиком кремниевой оптоэлектронной пары.

В июльском номере Electrochem. and Solid-State Lett. сообщается об изготовлении первой в мире целиком кремниевой оптоэлектронной пары - излучатель-приемник [1]. Излучатель представляет собой тонкую (толщиной несколько сотен нанометров) пленку диоксида кремния (SiO₂), выращенную на подложке из n - Si (100) при температуре 1000 C, в которую имплантируются ионы Ge⁺ с концентрацией в гауссовом пике распределения от 0.3 до 3 атомных %. "Изюминка" технологии состоит в том, что для получения интенсивной фиолетовой люминесценции необходим быстрый (1 - 30 секунд) отжиг при температуре около 1000 C, что приводит к образованию кластеров из атомов Ge (однако полной ясности в вопросе о том, с чем именно связана фиолетовая люминесценция, нет). Формирование светоизлучающей МДП-структуры заканчивается нанесением на отожжённый SiO₂:Ge прозрачного (пропускание в видимой области спектра > 80 %) проводящего электрода из оксидов индия и олова и омического алюминиевого контакта на тыльную сторону подложки. Подобные структуры обладают рекордным КПД – 0.5 % электрической мощности, потребляемой излучателем, преобразуется в свет. Стоит заметить, что над проблемой получения люминесценции в структурах на основе кремния немецкие физики работали совместно со своими российскими коллегами из новосибирского института физики полупроводников.

Рис. 1. Схематическая структура интегрального оптрона

Для создания оптопары достаточно нанести на ранее описанную конструкцию ещё четыре слоя: 1) толстая плёнка SiO₂, которая работает в качестве световода и гальванической развязки; 2) слой оксидов индия и олова, который служит n⁺ - контактом к аморфному кремнию; 3) фотоприёмный слой из аморфного кремния; 4) алюминиевый контакт к аморфному кремнию (рис.1). Измеренная передаточная характеристика оптопары оказалась линейной при плотности тока через излучатель от 10 до 10000 мкА/см². Быстродействие устройства определяется временем спада люминесценции, которое в данной конструкции составляет примерно 100 мкс, что, конечно, делает невозможным его использование там, где требуется высокое быстродействие (например, в мощных современных системах волоконно-оптической связи). Однако, во многих случаях высокого быстродействия и не требуется, и для них первая в мире целиком "кремниевая" оптопара вполне сгодится.

1. L.Rebohle, J.von Borany, D.Borchert et al. Electrochemical and Solid-State Letters, v.4 G57 (2001).

По материалам бюллетеня ПерсТ (выпуск 13/14 за 2001 г.)

Е.Онищенко.