Механизм подзонного возбуждения фотолюминесценции ионов эрбия в кремнии в условиях интенсивной оптической накачки

摘要

Проведено исследование спектров возбуждения фотолюминесценции эрбия, а также межзонной фотолюминесценции кремния в эпитаксиальных структурах Si:Er/Si в условиях интенсивного импульсного оптического возбуждения. Показано, что немонотонная зависимость интенсивности фотолюминесценции от длины волны излучения накачки Я_(eх) вблизи края межзонного поглощения кремния связана с неоднородностью оптического возбуждения активного слоя Si: Ег. Резкое возрастание интенсивности фотолюминесценции эрбия в спектральном диапазоне Я_(ех) = 980-1030 нм связано с увеличением возбуждаемой области излучающего слоя Si: Ег при переходе к подзонному излучению накачки (Я_(eх) > 980 нм) с малым коэффициентом поглощения в кремнии вследствие эффективного распространения возбуждающего излучения в объеме исследуемых структур. Показано, что при подзонной оптической накачке структур Si:Er/Si, как и в случае межзонной накачки; реализуется экситонный механизм возбуждения ионов эрбия. Генерация экситонов в указанных условиях осуществляется в резу ьтате двухступенчатого процесса поглощения с участием примесных состояний в запрещенной зоне кремния.