Лазерное сверхлегирование кремния для устройств оптоэлектроники ИК-диапазона

Современные цифровые технологии тесно связаны с потребностью передачи больших данных, что стимулирует развитие новых технологий связи. Решения, связанные с оптическими межсоединениями, ставшими альтернативой традиционным благодаря их большей пропускной способности и дальности передачи, играют важную роль в оптимизации современной информационной инфраструктуры, а их текущее развитие направлено на повышение плотности полосы пропускания и снижение стоимости передачи данных. Исследования в данном направлении будут способствовать развитию научно-технического комплекса РФ и использованию результатов в реальных сферах экономики. Расширение диапазона фотоотклика кремния в ИК-диапазон определяется интересом его использования для телекоммуникаций, оптической связи и детектирования, твердотельной преобразователей и пр. Использование кремниевых детекторов актуально как в связи с дешивизной таких структур, так и их повышенной совместимостью с современными КМОП-структурами на чипе. Производительность кремниевых оптических приемников в инфракрасном диапазоне осложнена проблемой регистрации фотонов с энергией меньше ширины запрещенной зоны Si (1,12 эВ). В настоящее время на рынке применяются системы на основе полупроводниковых соединений A3B5, интегрируемых с Si платформами. Однако использование различных типов полупроводников в гетерогенной интеграции может вызывать такие проблемы, как несовпадение решеток и различия в коэффициентах теплового расширения, а также повышенную сложность и стоимость изготовления. Например, система Si-Ge позволяет получать ИК-фотоотклик за пределами запрещенной зоны Si. Однако несоответствие кристаллических решеток Si и Ge, составляющее 4,2 %, может препятствовать формированию высококачественного эпитаксиального слоя Ge, а высокая плотность прорастающих дислокаций и шероховатая поверхность - ограничивать интеграцию с Si электроникой. Актуальна задача обеспечения высокой поглощательной способности кремния в широком спектральном диапазоне, сохраняя при этом хорошие электрофизические характеристики. Так, для использования Si-фотоники в оптических коммуникациях необходимо эффективное поглощение света Si-фотодиодами в диапазонах 1260–1360 нм (основной) и 1530–1565 нм (стандарный). Легирование полупроводников является простым и эффективным технологическим процессом, позволяющим изменять их свойства и значительно расширяют их область применения в ИК фотонике. Сверхлегирование, при котором отмечается увеличение концентрации примесей более 10^19 /см^3 позволяет расширять диапазон поглощения кремния в ИК-область. Однако в настоящее время, не смотря на обилие исследований в этом направлении, связанное с многочисленными вариациями применяемых подходов, все еще актуально добиться понимания фундаментальных процессов в основе такого внутризонного поглощения. В то же время, лазерное сверхлегирование может позволить избежать многих негативных эффектов, связанных с изменением микроструктуры и аморфизацией слоя, а использование элементов переходных металлов для внедряемых примесей имеет потенциал для достижения поглощения при комнатных температурах.