33.Светоизлучающие структуры на основе Si легированного эрбием.

Эрбий явл. резкоземельным эл-том, который в ионизированном состоянии Эрбий³⁺ может испускать фотон с длинной волны 1,54 мкм. Это происходит в результате перехода электрона внутри оболочки 4f между первым возбужденным состоянием и основным состоянием. Перспектива использования такой люминесценцией связанно с тем что длинна волны испускаемого фотона попадает в обл. макс. пропускания оптических волноводов на основе оксида Si. При введении ионов эрбия в кремниевую матрицу необходимое возбуждение может быть достигнуто за счет носителей исходного материала. При этом последующий переход в невозбужденное состояние м. привести к эмиссии света атомного типа в узкой области спектра. Впервые люминесценция Si легир. эрбием при Т=77 К (темп. жидкого азота) были продемонстрированы в 83-85 гг. Однако последующие исследования проводимые до 93 г. Показали, что изготовление приборов на основе легированного кремния эрбием с эфф-ой эмиссией света при контактной температуре нефизич. по соед. причинам.

1.Низкая раств-ть эрбия в кремнии препятствует введению большого количества атомов кремния.

2.Сильное безизлучательная рекомбинация уменьшает эфф-ть люминесценции более чем на три порядка при увеличении Т от 77 К до комнатной температуры.

3.Время излучения Si легированного эрбием составляет ~1 милисек, что не позволяло модулировать сигнал на частотах более 1кГц.

34.Методы получения кремния легированного эрбием.

Для практич. применения в системах Si- эрбий в приборной оптоэлектронике эфф-ые светодиоды, лазеры, оптические усилители, необходимо чтобы концентрация эрбия в Si превышала порядка 10¹² см^-3. Однако пределы его растворимости 10¹⁶ см^-3 при Т=1300⁰ С, что недостаточно для получения интенсивного излучения. Концентрация эрбия в Si значительно превышающая предел его растворимости в тв. состоянии была получена за счет использования неравновесных технологий, таких как ионная имплантация, молекулярно лучевая эпитаксия, ионнолучевое распыление, хим соединения из газовой фазы. При использовании ионной имплантации на начальной стадии формирующейся амортизированный слой содерж. высокую концентрацию эрбия.

В процессе последующего обжига происходит тв. тельная эпитаксия амортизирующего слоя, сопровождается сегрегацией эрбия на границе раздела приводит к уменьшению содержания эрбия в рекристализированном слое. Это долгое время оределяло проблему получения Si с высокой концентрацией эрбия. В настоящее время одним из основных методов получения Si с высокой концентрацией эрбия достаточна для возникновения интенсивной поликристализацией явл. совместное введение эрбия с такими эл-ми как О₂ и F₂. Введение О₂ подавляет сегригацию эрбия во время рекристал. из-за формирования малоподвижных комплексов эрбий-кислород. Для получения однородного распределения примесей эрбия и кислорода используется многократная имплантация эрбия и кислорода. Полученная в результате такой имплантации амортизированный слой, затем рекристаллизации при Т=620⁰ С в течении трех часов. После рекристаллизации проводится быстрый термический отжиг при Т=900⁰ С. для отжига остаточных эл-в в некристал. слое. В результате совместимости имплантации монокристаллов эрбия и кислорода в соотношении 1 к 10 конц. эрбия в кристалич. Si может достигать 10²⁰ см^-3.

Совместное легирование эрбия с кислородом или фтором сопровождается также рядом важных физических эффектов. Модификация хим. окружения эрбия усиливает его люминисценцию. ↓эфф-ти гашения люминесценции наблюд. с ростом Т.