Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, (г. Минск, Республика Беларусь) Поступила в редакцию 17 марта 2020 © Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, 2020 Аннотация. 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. Ключевые слова: лавинные светодиоды, наноструктурированный кремний, электролюминесценция, оптопара, оптические межсоединения. Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

A study of the influence of the formation regimes of avalanche LEDs based on nanostructured silicon on the parameters of the formed devices, such as the light emission voltage and the stability of operation has been performed. These parameters are an important factor for the practical use of avalanche LEDs in the development of silicon photonics products, the progress of which is associated with the future of integrated electronics. For the first time, the technological operation of local through electrochemical anodizing of aluminum in various electrolytes for the formation of a separating dielectric of Schottky contacts is presented. The influence of the built-in electric charge in the separation dielectric of silicon avalanche LEDs on their current-voltage characteristics is studied. It was found that the built-in negative electric charge increases the breakdown voltage of the Schottky contact, which results in an increase of the light emission efficiency of the diode structures. An explanation of this effect is presented on the basis that the built-in negative electric charge inside the anode oxide also creates a space charge region in silicon, which helps to reduce the effect of the concentration of field lines at the edges of diode structures, performing the function of protecting the Schottky contact from edge effects as well as protective areas do. It has been established that the highest avalanche breakdown voltage is observed in diode structures with anodic oxide formed in an electrolyte based on an aqueous solution of phosphoric acid. An analysis of the characteristics of LEDs at different temperatures of silicon substrates showed an increase of breakdown voltage with increasing temperature, which is typical for avalanche breakdown during impact ionization. Stable light emission of the formed LEDs was demonstrated in a wide range of operating voltages (8–16 V). The use of silicon avalanche LEDs both as discrete devices and in integrated electronics in general has been discussed.