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

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 $\lambda_{\mathrm{ex}}$ вблизи края межзонного поглощения кремния связана с неоднородностью оптического возбуждения активного слоя Si : Er. Резкое возрастание интенсивности фотолюминесценции эрбия в спектральном диапазоне $\lambda_{\mathrm{ex}}$ = 980 – 1030 нм связано с увеличением возбуждаемой области излучающего слоя Si : Er при переходе к подзонному излучению накачки ($\lambda_{\mathrm{ex}}>$ 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 результате двухступенчатого процесса поглощения с участием примесных состояний в запрещенной зоне кремния.