Оптические интегральные схемы на основе нитевидных нанокристаллов фосфидных соединений

В настоящее время информационные технологии переживают эпоху перехода от электронных к интегральным фотонным схемам. Последние представляют собой перспективную платформу для вычислительных систем будущего, которые выходят за рамки закона Мура. Для создания таких систем требуется разработка новых технологий и элементной базы. Полупроводники III-V находят множество применений в области оптоэлектроники. Ввиду особенностей геометрии, наноструктуры предоставляют новые возможности для управления электромагнитным излучением. Эффекты уменьшенной размерности в наноструктурах позволяют значительно расширить их функциональность для оптоэлектроники и нанофотоники по сравнению с обычными тонкопленочными гетероструктурами. За последние несколько десятилетий, одномерные нанопроволоки (иначе – нанопровода, нитевидные нанокристаллы, ННК) продемонстрировали большой потенциал в фотонных схемах из-за их уникальной квази-одномерной морфологии, которая позволяет создавать, как пассивные (волноводы), так и активные (излучатели) элементы фотонных схем. Эффективной генерации стимулированного излучения в таких структурах способствует их резонаторная геометрия, а высокий показатель преломления полупроводниковых материалов позволяет ограничивать область распространения оптических сигналов , в структурах, имеющих масштабы порядка сотни нанометров, что определяет перспективы использования этих структур в плотноупакованных интегральных схемах. Среди полупроводниковых материалов, пригодных для создания нанопроводов особый интерес, с точки зрения использования в приборах фотоники представляют ННК фосфидных соединений. Во-первых, фосфид галлия является материалом с относительно высоким показателем преломления, при этом, обладает низкими оптическими потерями в широком диапазоне, включающим видимую область и ИК, что особенно важно с точки зрения применения в системах передачи данных. Несмотря на то, что сам GaP – материал непрямозонный, его разбавление изовалентными элементами 5 группы (N, As) приводит к прямозонной структуре. Таким образом, на основе фосфидных ННК возможно создание и пассивных и активных элементов фотонных схем, включая гибридные элементы – активная среда в волноводе. Современные эпитаксиальные ростовые технологии позволяют синтезировать ННК фосфидных соединений на дешевых кремниевых подложках, с заданной морфологией (включая возможность синтеза упорядоченных массивов методами селективной эпитаксии), высокого кристаллического совершенства и с хорошей огранкой, а также получать гетероструктурированные ННК в аксиальной и радиальной геометрии, что определяет перспективы данного подхода для реализации различных субмикронных в поперечном сечении элементов интегральных фотонных схем. Несмотря на интригующие возможности, которые предоставляют ННК фосфидных соединений, свойства этих наноструктур, принципиально важные для реализации фотонных схем исследованы мало. Данный проект направлен на теоретические и экспериментальные исследования взаимодействия электромагнитного излучения с ННК фосфидных соединений для определения перспектив использования ННК GaP в качестве субмикронных волноводов. Также будет проведено исследование возможности реализации оптической связи между несколькими такими волноводами, созданы и исследованы локальные источники излучения на основе ННК прямозонных фосфидных соединений. Результаты выполнения Проекта имеют важное фундаментальное и прикладное значение для реализации фотонных интегральных схем нового поколения.