Amplificazione in Silicio Poroso a 1.5 m
Tramite Approccio Raman
Maria Antonietta Ferraraa,b , Luigi Sirletoa , Bahram Jalalic and Ivo Rendinaa
a Istituto
per la Microelettronica e Microsistemi - CNR Via P. Castellino 111 - 80131 Napoli, Italy
DIMET - Università “Mediterranea”, Località Feo di Vito, 89060, Reggio Calabria, Italy
c Opto-electronic Circuits and Systems Laboratory, University of California, Los Angeles, CA 90095
USA
b
Riunione Annuale GE 2006
Ischia, 21-23 giugno 2006
Analisi Teorica
Il silicio poroso (PS) può essere modellato come un insieme di quantum dot
con un confinamento tri-dimensionale, quindi la funzione d'onda del fonone non
è più un’onda piana ma diventa Gaussiana. Lo spettro Raman del primo ordine
assume quindi l’espressione [1]:
I ( )  
2 / a0
0
4 q 2 exp(q 2 L2 16 2 )dq
[   (q)]2  (0 / 2) 2
L : dimensione del dot
a0 : costante di lattice del c-Si
0 : FWHM del Si bulk
(q)=0-120(q/q0)2 : curva di dispersione del
fonone
0=522 cm-1
q0=2/ a0
[1] I. H. Campbell and P. M. Fauchet, Solid State Communications 58, 1986.
Riunione Annuale GE 2006
Ischia, 21-23 giugno 2006
Risultati delle Simulazioni
1
Normalized Intensity [a.u.]
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
400
450
500
550
600
Raman shift [cm-1]
20
70
18
60
Broadening [cm-1]
Red shift [cm-1]
16
14
12
10
8
6
50
40
30
20
4
10
2
0
2
3
4
5
6
7
Size of dots (L) [cm]
8
9
10
x 10
-7
0
2
3
4
5
6
7
Size of dots (L) [cm]
8
9
10
x 10
-7
[3] L. Sirleto, M. A. Ferrara, I. Rendina, B. Jalali, Appl. Phys. Lett. 88(1), (2006) in print.
Riunione Annuale GE 2006
Ischia, 21-23 giugno 2006
Emissione Raman Spontanea
E’ stata misurata l’emissione Raman spontanea in un monolayer di PS [2]. Il campione
aveva una porosità del 70% ed uno spessore di 3 m, ed è stato ottenuto tramite attacco
elettrochimico di un wafer di Si p+ (0,0,1) (ρ=8-12mΩ cm). Lo spettro Raman è stato
misurato in configurazione di backscattering usando un fiber laser ad alta potenza
(Cascaded-Raman-Cavity) che emetteva una luce polarizzata casualmente a 1427 nm.
1
0.9
0.8
Intensity (a.u)
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
495
500
505
510
515
520
525
Raman shift (1/cm)
530
535
540
Il picco Raman è a circa 517 cm-1, la FWHM è di circa 15 cm-1 e la dimensione L del dot
è stimata di circa 4.5 nm.
[2] L. Sirleto, V. Raghunatan, A. Rossi and B. Jalali, Electronics Letters 40, 121-122 (2004).
Riunione Annuale GE 2006
Ischia, 21-23 giugno 2006
Studio di un Amplificatore Raman
in Silicio Poroso
SRS in PS
Nel PS, per effetto del confinamento quantico, si ha un allargamento del band gap.
Il TPA (nullo se ħ<1/2Eg) può essere eliminato scegliendo un’opportuna porosità.
DBR # 1
 8.3 m
DBR # 2
Si p+ type
Microcavità in Silicio Poroso
Riunione Annuale GE 2006
Guida d’onda rib in Silicio Poroso
Ischia, 21-23 giugno 2006