Лавинные светодиоды на основе наноструктурированного кремния для оптических межсоединений

Abstract

В работе проведен анализ параметров кремниевых лавинных светодиодов и их использования для электронно-оптических систем передачи сигналов. Показаны преимущества данных приборов, среди которых следует выделить высокое быстродействие и совместимость с кремниевой технологией. Изготовлены экспериментальные образцы лавинных светодиодов на основе наноструктурированного кремния и исследованы их структурные и оптические характеристики. Представлены результаты управления спектром электролюминесценции лавинных светодиодов за счет выбора технологических режимов формирования наноструктурированного кремния. Установлено, что температура подложки в процессе осаждения поверхностной нанокомпозитной пленки алюминий + кремний влияет на размеры формирующихся кремниевых наночастиц, определяющих спектральные характеристики лавинных светодиодов. Это позволяет смещать максимум спектра их излучения в более коротковолновую область видимого диапазона за счет формирования кремниевых наночастиц меньших размеров. Разработана система оптических межсоединений, состоящая из лавинных светодиодов на основе наноструктурированного кремния и микроканальной кремниевой пластины, используемой для передачи светового сигнала. Проведено исследование различных режимов функционирования разработанной оптоэлектронной системы и достигнуто увеличение эффективности оптопары на основе лавинных светодиодов до 0,2 % за счет импульсного режима функционирования. Показано, что эффективность оптопары увеличивается при увеличении тока светодиода, и именно импульсный режим его работы характеризуется максимальным значением тока, что обусловлено более эффективным отводом джоулевого тепла в промежутках между импульсами, обеспечивающим стабильную работу всей системы. Полученные результаты открывают новые возможности для развития оптических межсоединений между кремниевыми чипами и кремниевой оптоэлектроники в целом.