Optical properties of quantum-sized structures and two-dimensional photon crystals fabricated in semiconductor substrates using irreversible giant modification

Abstract

It is known that using the irreversible giant modification, it is possible to change locally the refractive index of semiconductors. This work is concerned with the development of the methods of photonic crystal formation basing on CdS, CdTe and GaAs semiconductors. It was shown that complex refractive index of the CdS, CdTe and GaAs semiconductor samples is changed significantly after their modification. For example, the complex refractive index of CdS is changed from 2. 75 + i2.8113 up to 1.9 + i0.035. The real and imaginary parts of CdS refractive index are decreased by 0.85 and 2. 7763, respectively, while the absorption coefficient is decreased by 80 times. It is also shown that the interface between modified and non-modified sample areas is submerged into the sample depth (the distance from the surface being at least 11 μm). Thus, one- and two dimensional photonic crystals for visible and ultraviolet ranges can be effectively obtained using CdS, CdTe and GaAs semiconductor substrates by modifying thereof without complex lithographic technology.

Відомо, що за допомогою незворотної гігантської модифікації можна локально змінювати коефіцієнт заломлення напівпровідників. Ця робота присвячена розробці методики формування структур фотонних кристалів у напівпровідникових матеріалах CdS, CdTe і GaAs. Показано, що комплексний показник заломлення у напівпровідниках CdS, CdTe і GaAs значно змінюється після вищезгаданої модифікації. Для CdS комплексний коефіцієнт заломлення змінюється від величини 2,75 + i2,8113 до 1,9 + i0,035. Дійсна та уявна частини комплексного коефіцієнта заломлення у CdS зменшуються відповідно на 0,85 і 2,7763, а коефіцієнт поглинання зменшується у 80 разів. Також показано, що границя розділу між модифікованими та немодифікованими ділянками знаходиться під поверхнею зразка, на глибині щонайменше 11 мкм. Із застосуванням такого способу модифікації оптичних властивостей напівпровідників можна виготовляти одно- та двовимірні фотонно-кристалічні структури для видимого і ультрафіолетового діапазонів на напівпровідникових субстратах зі сполук CdS, CdTe і GaAs без використання складних багатоступінчастих літографічних технологій.

Известно, что с помощью необратимой гигантской модификации можно локально изменять коэффициент преломления полупроводников. Настоящая работа посвящена разработке методики формирования структур фотонных кристаллов в полупроводниковых материалах CdS, CdTe и GaAs. В работе показано, что комплексный показатель преломления в полупроводниках составов CdS, СdТе и GaAs претерпевает значительные изменения после вышеупомянутой модификации. Для CdS комплексный коэффициент преломления изменяется от величины 2,75 + i2,8113 до 1,9 + i0,035. Действительная и мнимая части комплексного коэффициента преломления CdS уменьшаются на 0,85 и 2,7763 соответственно, а коэффициент поглощения уменьшается в 80 раз. Также показано, что граница раздела между модифицированным и не модифицированным участками находится под поверхностью образца, на глубине не менее 11 мкм. С применением такого способа модификации оптических свойств полупроводников можно изготавливать одно- и двумерные фотонно-кристаллические структуры для видимого и ультрафиолетового диапазонов на полупроводниковых подложках составов CdS, CdTe и GaAs без использования сложных многоступенчатых литографических технологий.