Исследование оптических свойств одномерных и двумерных кремниевых нано- и микроструктур тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.05, кандидат физико-математических наук Дьяков, Сергей Александрович

• Дьяков, Сергей Александрович
• кандидат физико-математических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Дьяков, Сергей Александрович

Содержание

Введение

Глава 1. Теоретические методы исследования оптических свойств

твердотельных структур

1.1. Метод матрицы переноса

1.1.1. Расчет пассивного оптического отклика

1.1.2. Расчет активного оптического отклика

1.2. Метод матрицы рассеяния

1.2.1. Уравнения Максвелла в периодических слоях

1.2.2. Матрица рассеяния

1.2.3. Расчет оптических характеристик методом матрицы рассеяния

Глава 2. Изучение оптической анизотропии щелевых кремниевых микроструктур

2.1. Оптические свойства щелевых кремниевых микроструктур (обзор литературы)

2.1.1. Щелевые кремниевые структуры как одномерный фотонный кристалл

2.1.2. Усиление комбинационного рассеяния света в щелевых кремниевых структурах

2.1.3. Оптическая анизотропия щелевых кремниевых структур

2.2. Исследуемые образцы

2.3. Исследование свойства оптической анизотропии щелевых кремниевых микроструктур

Глава 3. Исследование спектров отражения и пропускания структур двумерных фотонных кристаллов на основе крем-

ния

3.1. Введение (обзор литературы)

3.2. Исследуемые структуры двумерных фотонных кристаллов и детали расчета

3.3. Фотонные стоп-зоны двумерного фотонного кристалла

3.4. Поверхностные состояния в двумерных фотонных кристаллах

3.5. Резонаторные состояния в двумерных фотонных кристаллах

3.6. Взаимодействие поверхностных и резонаторных состояний в двумерных фотонных кристаллах

3.7. Экспериментальное наблюдение поверхностной моды в двумерном фотонном кристалле

3.7.1. Экспериментальная методика исследования слоев двумерных фотонных кристаллов

3.7.2. Экспериментальные спектры отражения и пропускания и их сравнение с теоретическими данными

Глава 4. Усиление комбинационного рассеяния света в одномерных фотонно-кристаллических структурах на основе по-

ристого кремния

4.1. Оптические свойства фотонно-кристаллических структур на основе пористого кремния (обзор литературы)

4.2. Исследуемые образцы одномерного фотонного кристалла на основе пористого кремния и детали расчета

4.3. Моделирование усиления сигнала комбинационного рассеяния света в одномерном фотонном кристалле на основе пористого кремния

Глава 5. Интерференционное увеличение ФЛ в структурах с

нанокристаллами кремния

5.1. Оптические свойства нанокристаллов кремния (обзор литературы)

5.2. Метод приготовления слоистых структур с кремниевыми нанокристаллами

5.3. Интерференционное усиление ФЛ в структурах с кремниевыми нанокристаллами

Заключение

Список публикаций

Литература

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование оптических свойств одномерных и двумерных кремниевых нано- и микроструктур»

Введение

Актуальность работы

Данная диссертационная работа посвящена исследованию оптических свойств нано- и микроструктурированных сред на основе кремния. Актуальность темы связана с широкими перспективами использования таких кремниевых структур, в том числе фотонных кристаллов, в устройствах фотоники. Кремний является основным материалом современной полупроводниковой микроэлектроники. Главным направлением развития микроэлектроники является увеличение объема и скорости передаваемой информации. Данная задача может быть решена путем создания интегральных схем, содержащих в себе как электрические, так и оптические элементы, в которых передача информации осуществляется фотонами. Вследствие изотропии линейных оптических свойств и непрямой электронной запрещенной зоны кремния возможности использования данного полупроводника в устройствах современной фотоники ограничены. Выходом из данной ситуации может быть создание на основе кремния нано- и микроструктур, которые, с одной стороны демонстрировали бы сильную анизотропию оптических свойств, а с другой стороны могли бы быть основой светоизлуча-ющих устройств. При этом, задавая геометрическую форму таких структур, можно управлять распространением света в них. Все это приводит к необходимости детального изучения закономерности взаимодействия света с кремниевыми структурами нано- и микромасштабов.

Цель диссертационной работы состоит в теоретическом и экспериментальном изучении влияния структурных параметров на особенности взаимодействия излучения с кремниевыми нано- и микроструктурами в областях видимого и инфракрасного диапазонов спектра, в том числе для длин волн, для которых приближение среднего поля оказывается неприме-

нимым.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

1. теоретически и экспериментально исследовать оптические свойства одномерно-периодических кремниевых микроструктур для света с длиной волны порядка периода структуры, распространяющегося в направлении, перпендикулярном оси структуры;

2. изучить особенности спектров отражения и пропускания структур двумерных фотонных кристаллов, связанных с нарушением трансляционной симметрии фотонно-кристаллической решетки как на границе образца, так и в глубине структуры;

3. количественно описать влияние структурных характеристик образцов одномерных фотонных кристаллов, состоящих из слоев пористого кремния, на усиление сигнала комбинационного рассеяния света от них;

4. теоретически и экспериментально исследовать влияние структурных параметров многослойных структур с кремниевыми нанокристалла-ми на интенсивность их фотолюминесценции.

Научная новизна работы заключается в том, что

1. теоретически и экспериментально изучена оптическая анизотропия формы щелевых кремниевых структур в области в области длин волн, сравнимых с периодом указанных структур;

2. исследовано влияние границы образца двумерного фотонного кристалла на его спектр отражения; теоретически предсказаны и экспериментально обнаружены особенности спектров отражения, связанные

с нарушением трансляционной симметрии фотонно-кристаллической решетки;

3. теоретически доказана возможность усиления как стоксовой, так и антистоксовой компонент сигнала комбинационного рассеяния света при возбуждении одномерного фотонного кристалла, состоящего из слоев пористого кремния, в спектральной области края фотонной запрещенной зоны;

4. теоретически и экспериментально продемонстрирована возможность увеличения интенсивности фотолюминесценции образцов с кремниевыми нанокристаллами более чем на порядок величины за счет конструктивной интерференции как для возбуждающего, так и для люминесцентного излучений.

Практическая значимость Результаты, изложенные в диссертации могут быть использованы для создания новых фотонных устройств, в том числе, оптических модуляторов и светоизлучающих устройств, основанных на кремнии.

На защиту выносятся следующие основные результаты и положения:

1. оптические свойства щелевых кремниевых микроструктур и структур типа двумерного фотонного кристалла с тригональной решеткой с периодами 4-6мкм в области длин волн, сопоставимых с их периодами, могут быть описаны методом матрицы рассеяния с учетом шероховатости внутренних поверхностей щелей и пор;

2. спектр отражения двумерного фотонного кристалла в виде кремниевого слоя толщиной ~40 мкм с тригональной решеткой цилиндри-

ческих пор диаметром порядка несколько микрометров содержит поверхностную моду в виде провала в стоп-зоне;

3. увеличение интенсивности комбинационного рассеяния света в одномерных фотонных кристаллах на основе пористого кремния при возбуждении вблизи края фотонной запрещенной зоны обусловлено пространственной локализацией возбуждающего излучения в слоях пористого кремния;

4. эффект многократного увеличения интенсивности фотолюминесценции в многослойных структурах с кремниевыми нанокристаллами достигается при толщинах буферного диэлектрического слоя на границе с подложкой из монокристаллического кремния, обеспечивающих одновременно как интерференционную локализацию возбуждающего света, так и наиболее эффективный выход фотолюминесцентного излучения из структуры.

Апробация работы

Основные результаты диссертации докладывались на следующих конференциях: XII Международная конференция «Физика диэлектриков», С.Петербург, Россия, 2008; 31rd Symposium of Microscopical Society of Ireland, Dublin, Ireland, 2008; International conference and symposium Laser and Laser Informational Technologies, Smolyan, Bulgaria, 2009; Конференция «Микроэлектроника и наноэлектроника», Звенигород, Россия, 2009; International conference SPIE Photonics Europe, Brussels, Belgium, 2010; 33rd Symposium of Microscopical Society of Ireland, Belfast, United Kingdom, 2009; International conference SPIE Photonics West, San Francisco, USA, 2010; International conference SPIE Optical Metrology, Munich, Germany, 2011; Научная школа-семинар «Физика и применение микроволн», Звенигород, Россия, 2011; International conference SPIE Optics and Photonics, San Diego, USA, 2011; 35rd

Symposium of Microscopical Society of Ireland, Dublin, Ireland, 2011; 19th International conference on Advanced Laser Technologies, Golden Sands Resort, Bulgaria, 2011; International conference Photonics Ireland, Malahide, Ireland, 2011.

Публикации Материалы диссертации опубликованы в 21 печатной работе, в том числе в 6 статьях [AI, А2, A3, A4, А5, А6], из них 5 — в рецензируемых журналах.

Личный вклад автора Содержание диссертации и основные положения, выносимые на защиту, отражают персональный вклад автора в опубликованные работы. Подготовка к публикации полученных результатов проводилась совместно с соавторами, причем вклад диссертанта был определяющим. Все представленные в диссертации результаты получены лично автором.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, пяти глав, в первой из которых представлены описания методик теоретического анализа, а следующие четыре являются оригинальными, заключения и библиографии. Общий объем диссертации составляет 145 страниц, включая 59 рисунков и 4 таблицы. Библиография включает 105 наименований на 12 страницах.

Заключение диссертации по теме «Оптика», Дьяков, Сергей Александрович

Заключение

В работе изучены оптические свойства периодических одномерных и двумерных кремниевых нано- и микроструктур и получены следующие основные результаты:

1. В результате экспериментального и теоретического исследования спектров отражения в среднем ИК диапазоне (Л = 4-'20мкм) щелевых кремниевых структур, состоящих из чередующихся кремниевых слоев и пустот (щелей) с периодом а = 4-6мкм при падении излучения по нормали к щелевому слою установлено, что использование метода матрицы рассеяния с учетом потерь на рассеяние света путем введения мнимой части показателя преломления позволяет хорошо описать основные особенности экспериментальных спектров и получить значения эффективных показателей преломления для различных направлений поляризации падающего света.

2. Методом матрицы рассеяния были рассчитаны спектры отражения и пропускания образцов двумерного фотонного кристалла, представляющего собой массив параллельных воздушных цилиндров в кремнии, при распространении света в направлении, перпендикулярном осям цилиндров, при различных отношениях радиуса цилиндров к периоду фотонно-криСталлической решетки. Обнаружено, что спектры отражения содержат Локальные минимумы в области фотонной запрещенной зоны, связанные с границами исследуемых структур и являющимися поверхностными фотонными модами. Рассчитанные спектры отражения и пропускания находятся в хорошем согласии с полученными экспериментальными данными.

3. С использованием метода осциллирующих электрических диполей рассчитана зависимость интенсивности комбинационного рассеяния света в одномерных фотонно-кристаллических структурах на основе пористого кремния от волнового числа возбуждающего излучения в области волновых чисел 9000-12000 см-1 и дано объяснение экспериментально наблюдаемого эффекта многократного усиления сток-совой компоненты рассеянного света. Предсказана возможность усиления антистоксовой компоненты комбинационного рассеяния света при возбуждении вблизи краев фотонной запрещенной зоны.

4. Методом матрицы переноса проведен количественный анализ процессов возбуждения и выхода фотолюминесценции нанокристаллов кремния со средними размерами порядка 9нм в слоистых структурах с общей толщиной от 80 до 330 нм на подложке кремния. Найдены толщины буферного и излучающих слоев, которые обеспечивают многократное (20-30 раз) увеличение интенсивности сигнала фотолюминесценции в диапазоне длин волн 890-940 нм при возбуждении светом с длинами волн 325 нм, 488 нм и 633 нм. Эффект усиления ФЛ объясняется интерференционным перераспределением возбуждающего и люминесцентного излучений в структуре и находится в согласии с результатами проведенных экспериментов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Дьяков, Сергей Александрович, 2012 год

Литература

1. Born М., Wolf Е., Bhatia А. В. Principles of optics: electromagnetic theory of propagation, interference and diffraction of light. Cambridge Univ Pr, 1999.

2. Sakoda K. Optical Properties of Photonic Crystals. Springer, 2001.

3. Tikhodeev S. G., Yablonskii A. L., Muljarov E. A. et al. Quasiguided modes and optical properties of photonic crystal slabs // Phys. Rev. B. 2002. Vol. 66. P. 045102.

4. Benisty H., Stanley R., Mayer M. Method of source terms for dipole emission modification in modes of arbitrary planar structures // J. Opt. Soc. Am. A. 1998. Vol. 15, no. 5. Pp. 1192-1201.

5. Ко D. Y. K, Inkson J. C. Matrix Method For Tunneling in Heterostruc-tures: Resonant Tunneling in Multilayer System // Phys. Rev. B. 1988. Vol. 38. Pp. 9945-9951.

6. Whittaker D. M., Culshaw I. S. Scattering-matrix treatment of patterned multilayer photonic structures // Phys. Rev. B. 1999. Vol. 60, no. 24. Pp. 2610-2618.

7. Taflove A. Computational Electrodinamics: The Finite-Difference TimeDomain Method. Boston: Artech House, 1995.

8. Azzam R. M. A., Bashara N. M. Ellipsometry and polarized light. North Holland, 1987. Vol. 31.

9. Markos P., Soukoulis С. M. Wave propagation: from electrons to photonic crystals and left-handed materials. Princeton Univ Pr, 2008.

10. Астрова Е. В., Perova Т. S., Толмачев В. А. Двулучепреломление инфракрасного света в искусственном кристалле, полученном с помощью анизотропного травления кремния // ФТП. 2003. Т. 37, № 4.

11. Tolmachev V. A., Perova Т. S., Astrova Е. V. Vertically etched silicon as ID photonic crystal // Phys. Stat. Sol. (A). 2003. Vol. 197, no. 2.

12. Tolmachev V. A., Astrova E. V. ID photonic crystal fabricated by wet etching of silicon // Opt. Mat. 2005. Vol. 28, no. 5. Pp. 831-835.

13. Круткова E, Ю., Тимошенко В. Ю., Головань JI. А. и др. Инфракрасная и субмиллиметровая спектроскопия щелевых кремниевых структур // ФТП. 2006. Т. 40, № 7.

14. Mamichev D. A., Timoshenko V. Y., Zoteyev А. V. et al. Enhanced Raman scattering in grooved silicon matrix //Phys. Status Solidi B. 2009. Vol. 246, no. 1. Pp. 173-176.

15. Tolmachev V. A., Perova T. S., Astrova E. V. et al. Optical characteristics of ordinary and tunable ID Si photonic crystals in the mid-infrared range. Vol. 5825 of Proc. SPIE. 2005.

16. Astrova E. V., Tolmachev V. A., Fedulova G. V. et al. Optical properties of one-dimensional photonic crystals fabricated by photo-electrochemical etching of silicon // Appl. Phys. A. 2010. Vol. 98, no. 3. Pp. 571-581.

17. Mamichev D. A., Gonchar K. A., Timoshenko V. Y. et al. Enhanced Raman scattering in multilayer structures of porous silicon //J. Raman. Spectrosc. 2011. Vol. 42. Pp. 1392-1395.

18. Zoteev A. V., Golovan L. A., Krutkova E. Y. et al. Enhancement of the

Raman scattering in grooved silicon structures // Semiconductors. 2007. . Vol. 41, no. 8. Pp. 970-972.

19. Ахманов G. А., Никитин С. H. Физическая оптика. Москва: Наука, 2004. С. 537.

20. Elwenspoek М., Jansen Н. V. Silicon micromachining. United Kingdom: Cambridge University Press, 2004.

21. Готра 3. Ю. Технология микроэлектронных устройств: Справочник. Радио и связь, 1991.

22. Kendall D. L. Vertical Etching of Silicon at very High Aspect R.atios // Ann. Rev. Mater. Sci. 1979. Vol. 9. Pp. 373-403.

23. Barillaro G., Nannini A., Pieri F. Dimensional constraints on high aspect ratio silicon microstructures fabricated by HF photoelectrochemical etching // J. Electrochem. Soc. 2002. Vol. 149, no. 3. Pp. C180-C185.

24. Astrova E. V., Fedulova G. V. Formation of deep periodic trenches in photo-electrochemical etching of n-type silicon //J. Micromech. Microeng.

2009. Vol. 19. 095009.

25. Hoffmann M., Voges E. Bulk silicon micromachining for MEMS in optical communication systems //J. Micromech. Microeng. 2002. no. 12. Pp. 349-360.

26. Astrova E. V., Tolmachev V. A., Zharova Y. A. et al. Silicon periodic structures and their liquid crystal composites // Solid State Phenomena.

2010. Vol. 156. Pp. 547-554.

27. Chu A., Zaidi S. H., Brueck S. R. J. Fabrication and Raman scattering

studies of one-dimensional nanometer structures in (100) silicon // Appl. Phys. Lett. 1993. Vol. 63, no. 7. Pp. 905-907.

28. Гук E. Г., Ткаченко А. Г., Токранова H. А. и др. Кремниевые структуры с диэлектрической изоляцией, полученные вертикальным анизотропным травлениесм // Письма в ЖЭТФ. 2001. Т. 27, № 9. С. 64-71.

29. Holke A., Henderson Н. Т. Ultra-deep anisotropic etching of (110) silicon // J. Micromech. Microeng. 1999. Vol. 9, no. 1. Pp. 51-57.

30. Benisty H., Labilloy D., Weisbuch C. et al. Radiation losses of waveguide-based two-dimensional photonic crystals: Positive role of the substrate // Appl. Phys. Lett. 2000. Vol. 76. P. 532.

31. Benisty H., Lalanne P. H., Olivier S. et al. Finite-depth and intrinsic losses in vertically etched two-dimensional photonic crystals // Opt. Quant. Electron. 2002. Vol. 34, no. 1. Pp. 205-215.

32. Maradudin A. A., Mills D. L. Scattering and absorption of electromagnetic radiation by a semi-infinite medium in the presence of surface roughness // Phys. Rev. B. 1975. Vol. 11, no. 4. Pp. 1392-1415.

33. Geppert Т. M. Towards Photonic Crystal-Based Spectroscopic Gas Sensors. 2005.

34. Pergande D., von Rhein A., Geppert Т., Wehrspohn R. Coupling Schemes for Low-Group Velocity Photonic Crystal Devices //J. Comput. Theor. Nanos. 2009. Vol. 6, no. 9. Pp. 1993-2000.

35. Pergande D., Geppert Т. M., von R,hein A. et al. Miniature infrared gas sensors using photonic crystals // J. Appl. Phys. 2011. Vol. 109. P. 083117.

36. Joannopoulos J. D., Johnson S. G,, Winn R. D. Photonic Crystals. Molding the Flow of Light. 2 edition. Princeton University Press, 2008.

37. Malkova N., Ning С .Z. Shoekley and Tamm surface states in photonic crystals // Phys. Rev. B. 2006. Vol. 73, no. 11. P. 113113.

38. Vinogradov A. P., Dorofeenko A. V., Erokhin S. G. и др. Surface state peculiarities in one-dimensional photonic crystal interfaces // Phys. Rev. B. 2006. T. 74, № 4. C. 045128.

39. Виноградов A. FL, Дорофеенко А. В., Мерзликин А. В., Лиеян-ский А. А. Поверхностные состояния в фотонных кристаллах // УФН. 2010. Т. 180, № 3. С. 249-263.

40. Malkova N., Ning С. Z Tamm surface states in a finite chain of defects in a photonic crystal // J. Phys.: Condens. Matter. 2007. Vol. 19. P. 056004.

41. Moreno E., Garcia-Vidal F., Martin-Moreno L. Enhanced transmission and beaming of light via photonic crystal surface modes // Phys. Rev. B. 2004. Vol. 69, no. 12. P. 121402.

42. Namdar A., Shadrivov I. V., Kivshar Y. S. Backward Tamm states in left-handed metarnaterials // Appl. Phys. Lett. 2006. Vol. 89. P. 114104.

43. Kivshar Y. S. Nonlinear Tamm states and surface effects in periodic photonic structures // Laser Phys. Lett 2008. Vol. 5, no. 10. Pp. 703-713.

44. Yeh P., Yariv A., Cho A. Optical surface waves in periodic layered media // Appl. Phys. Lett. 1978. Vol. 32. P. 104.

45. Lederer F., Leine L., Muschall R. et al. Strongly nonlinear effects with • weak nonlinearities in smart waveguides // Opt. Commun. 1993. Vol. 99, no. 1-2. Pp. 95-100.

46. Malkova N., Hromada I., Wang X. et al. Observation of optical Shockley-like surface states in photonic superlattices // Opt. Lett. 2009. Vol. 34, no. 11. Pp. 1633-1635.

47. Xiao S., Qiu M., Rúan Z., He S. Influence of the surface termination to the point imaging by a photonic crystal slab with negative refraction // Appl. Phys. Lett. 2004. Vol. 85. P. 4269.

48. Mihi A., Míguez H., Rodríguez I. et al. Surface resonant modes in colloidal photonic crystals // Phys. Rev. B. 2005. Vol. 71, no. 12. P. 125131.

49. Song B. S., Noda S. Ultra-high-Q photonic double-heterostructure nanocavity // Nature materials. 2005. Vol. 4, no. 3. Pp. 207-210.

50. Istrate E., Sargent E. H. Photonic crystal heterostructures and interfaces // Rev. Mod. Phys. 2006. Vol. 78. Pp. 455-481.

51. Takahashi Y., Hagino H., Tanaka Y. et al. High-Q nanocavity with a 2-ns photon lifetime // Optics Express. 2007. Vol. 15, no. 25. Pp. 17206-17213.

52. Tomljenovic-Hanic S., de Sterke C. M., Steel M. J. Design of high-Q cavities in photonic crystal slab heterostructures by air-holes infiltration // Optics Express. 2006. Vol. 14, no. 25. Pp. 12451-12456.

53. Fan S., Johnson S. G., Joannopoulos J. D. et al. Waveguide branches in photonic crystals // J. Opt. Soc. Am. B. 2001. Vol. 18, no. 2. Pp. 162-165.

54. Mekis A., Chen J. C., Kurland I. et al. High Transmission through Sharp Bends in Photonic Crystal Waveguides // Phys. Rev. Lett. 1996. — Oct. Vol. 77. Pp. 3787-3790.

55. Johnson S. G., Manolatou C. Elimination of cross talk in waveguide intersections // Opt. Lett.. 1998. Vol. 23, no. 23. Pp. 1855-1857.

56. Fan S., Villeneuve P. R., Joannopoulos J. D., Haus H. A. Channel Drop Tunneling through Localized States // Phys. Rev. Lett. 1998. —Feb. Vol. 80. Pp. 960-963.

57. Soljacic M., Ibanescu M. Optimal bistable switching in nonlinear photonic crystals // Phys. Rev, E. 2002.-Nov. Vol. 66. P. 055601.

58. Notomi M., Shinya A., Mitsugi S. et al. Optical bistable switching action of Si high-Q photonic-crystal nanocavities // Optics Express. 2005. Vol. 13, no. 7, Pp. 2678-268?.

59. Astrova E. V., Fedulova G. V., Zharova Y. A., Gushchina E. V. Side-wall roughness of deep trenches m ID and 2D periodic silicon structures fabricated by photoelectrochemical etching. // physica status solidi (c). 2011. Vol. 8, no. 6. Pp. 1936-1940.

60. Azzam R.. M. A., Bashara N. M. Polarization characteristics of scattered radiation from a diffraction grating by ellipsometry with application to surface roughness // Phys. Rev. B. 1972. Vol. 5, no. 12. P. 4721.

61. Wu S.-T. // Opt. Eng. 1987. Vol. 26, no. 2. P. 1208.

62. Schilling J., Birner A., Miiller F. et al. Optical characterisation of 2D macroporous silicon photonic crystals with bandgaps around 3.5 and 1.3 /im // Opt, Mat. 2001. Vol. 17, no. 1. Pp. 7-10.

63. Geppert T., Schweizer S. L., Gosele U., Wehrspohn R. B. Deep trench etching in macroporous silicon // Appl. Phys. A. 2006. Vol. 84, no. 3. Pp. 237-242

64. Wehrspohn R. B., Schweizer S. L., Sandoghdar V. Linear and non-linear

optical experiments based on macroporous silicon photonic crystals // Phys. Stat. Sol. A. 2007. Vol. 204, no. 11. Pp. 3708-3726.

65. Astrova E. V., Fedulova G. V., Guschina E. V. Formation of 2D photonic crystal bars by simultaneous photoelectrochemical etching of trenches and macropores in silicon // Semiconductors. 2010. Vol. 44, no. 12. Pp. 1617-1623.

66. Жарова Ю. А., Федулова Г. В., Астрова Е. В. Технология получения гетеропереходов в решетке фотонного кристалла на основе макропористого кремния // ФТП. 2011. Т. 45, № 8. С. 1136-1143.

67. Lehmann V. Electrochemistry of Silicon. D-69469 Weinheim: Wiley-VCH, 2002.

68. Lehmann V., Foil H. Formation Mechanism and Properties of Electro-chemically Etched Trenches in n-Type Silicon //J. Electrochem. Soc. 1990. Vol. 137, no. 2. Pp. 653-659.

69. Dyakov S. A., Tolmachev V. A., Astrova E. V. et al. Numerical methods for calculation of optical properties of layered structures // Proceedings of SPIE. Vol. 7521. 2009. P. 75210G.

70. Ziaie В., Baldi A., Atashbar M. Handbook of nanotechnology // Ed. by B. Bhushan. Springer, Berlin Heidelberg New York: Springer, 2004. P. 52.

71. Bisi O., Ossicini S., Pavesi L. Porous silicon: a quantum sponge structure for silicon based optoelectronics // Surface Science Reports. 2000. Vol. 38, no. 1-3. Pp. 1-126.

72. Kompan M., Novak I., Kulik V., Kamakova N. Enhancement of Raman

scattering intensity in porous silicon // Physics of the Solid State. 1999. Vol. 41, no. 7. Pp. 1207-1209.

73. Kompan M., Kulik V., Novak I. et al. Anomalous polarization of Raman scattering spectra from porous silicon //JETP Letters. 1998. Vol. 67, no. 2. Pp. 106-112,

74. Golovan L., Zheltikov A., Kashkarov P. et al. Generation of the second optical harmonic in porous-silicon-based structures with a photonic band gap-// JETP Letters. 1999. Vol. 69, no. 4. Pp. 300-305.

75. Soboleva I., Murchikova E., Fedyanin A., Aktsipetrov O. Second-and third-harmonic generation in birefringent photonic crystals and microcavi-ties based on anisotropic porous silicon // Appl. Phys. Lett. 2005. Vol. 87. P. 241110.

76. Golovan L. A., Kashkarov P. K., Syrchin M. S., Zheltikov A. M. One-Dimensional Porous-Silicon Photonic Band-Gap Structures with Tunable Reflection and Dispersion // Physica Status Solidi (a). 2000. Vol. 182, no. 1. Pp. 437-442.

77. Golovan L., Timoshenko, VYu P., Kashkarov. Optical properties of porous-system-based nanocomposites // Phys.Usp. 2007. Vol. 50, no. 6. Pp. 595-612.

78. Daldosso N., Pavesi L. Nanosilicon photonics // Laser & Photonics Reviews. 2009. Vol. 3, no. 6. Pp. 508-534.

79. Godefroo S., Hayne M., Jivanescu M. et al. Classification and control of the origin of photoluminescence from Si nanocrystals // Nat. Nanotechnol. 2008. Vol. 3, no. 3. Pp. 174-178.

80. Pavesi L., Dal Negro L., Mazzoleni C. et al. Optical gain in silicon nanocrystals // Nature. 2000. Vol. 408, no. 6811. Pp. 440-444.

81. Walters R. J., Bourianoff G. I., Atwater H. A. Field-effect electroluminescence in silicon nanocrystals // Nature Mater. 2005. Vol. 4, no. 2. Pp. 143-146.

82. Iacona F., Franzo G., Spinella C. Correlation between luminescence and structural properties of Si nanocrystals //J. Appl. Phys. 2000. Vol. 87. P. 1295.

83. Iacona F., Bongiorno C., Spinella C. et al. Formation and evolution of luminescent Si nanoclusters produced by thermal annealing of SiO^ films // J. Appl. Phys. 2004. Vol. 95. P. 3723.

84. Comedi D., Zalloum O. H. Y., Irving E. A. et al. X-ray-diffraction study of crystalline Si nanoeluster formation in annealed silicon-rich silicon oxides // J. Appl. Phys. 2006. Vol. 99. P. 023518.

85. Falconieri M., Borsella E., De Dominicis L. et al. Probe of the Si nanoclusters to Er energy transfer dynamics by double-pulse excitation // Appl. Phys. Lett. 2005. Vol. 87. P. 061109.

86. Pi X., Zalloum O., Roschuk T. et al. Light emission from Si nanoclusters formed at low temperatures // Appl. Phys. Lett. 2006. Vol. 88. P. 103111.

87. Walters R. J., Kalkman J., Polman A. et al. Photoluminescence quantum efficiency of dense silicon nanocrystal ensembles in Si02 // Phys. R.ev. B. 2006. Vol. 73, no. 13. P. 132302.

88. Neyts K. A. Simulation of light emission from thin-film microcavities // J. Opt. Soc. Am. A. 1998. Vol. 15, no. 4. Pp. 962-971.

89. Meerheim R., Furno M., Hofmann S. et al. Quantification of energy loss mechanisms in organic light-emitting diodes // Appl. Phys. Lett. 2010. Vol. 97. P. 253305.

90. Penninck L., Mladenowski S., Neyts K. The effects of planar metallic interfaces on the radiation of nearby electrical dipoles // J. of Optics. 2010. Vol. 12. P. 075001.

91. Mladenovski S., Reineke S., Neyts K. Measurement and simulation of ex-citon decay times in organic light-emitting devices with different layer structures // Opt. Lett. 2009. Vol. 34, no. 9. Pp. 1375-1377.

92. Lu A. W., Rakic A. D. Design of microcavity organic light emitting diodes • with optimized electrical and optical performance // Appl. Opt. 2009. Vol. 48, no. 12. Pp. 2282-2289.

93. Mladenovski S., Neyts K., Pavicic D. et al. Exceptionally efficient organic light emitting devices using high refractive index substrates // Opt. Express. 2009. Vol. 17, no. 9. Pp. 7562-7570.

94. Reed C. E., Giergiel J., Hemminger J. C.,; Ushioda S. Dipole radiation in a multilayer geometry // Phys. Rev. B. 1987. Vol. 36, no. 9. P. 4990.

95. Yoon J. H., Jeong H. S., Park I. S. Investigation of emission location in top-emitting green organic light-emitting devices by optical analysis // Thin Solid Films. 2010. Vol. 518, no. 19. Pp. 5588-5592.

96. Iacona F., Franzô G., Moreira E. C., Priolo F. Silicon nanocrystals and Er ions in an optical microcavity //J. Appl. Phys. 2001. Vol. 89. P. 8354.

97. Takeda E., Nakamura T., Fujii M. et al. Surface plasmon polariton me-

diated photoluminescence from excitons in silicon nanocrystals // Appl. Phys. Lett. 2006. Vol. 89. P. 101907.

98. Hryciw A., Jun Y., Brongersma M. L. Plasmon-enhanced emission from optically-doped MOS light sources // Opt. Exp. 2009. Vol. 17, no. 1. Pp. 185-192.

99. Purcell E. Spontaneous emission probabilities at radio frequencies // Physical Review. 1946. Vol. 69. P. 681.

100. Nakamura T., Fujii M., Miura S. et al. Enhancement and suppression of energy transfer from Si nanocrystals to Er ions through a control of the photonic mode density // Phys. R,ev. B. 2006. Vol. 74, no. 4. P. 045302.

101. Miura S., Nakamura T., Fujii M. et al. Size dependence of photoluminescence quantum efficiency of Si nanocrystals // Phys. Rev. B. 2006. Vol. 73, no. 24. P. 245333.

102. Imakita K., Fujii M., Nakamura T. et al. Enhancement of radiative recombination rate of excitons in Si nanocrystals on Au film // Jpn. J. Appl. Phys. 2006. Vol. 45, no. 8. Pp. 6132-6136.

103. Takeoka S., Fujii M., Hayashi S. Size-dependent photoluminescence from surface-oxidized Si nanocrystals in a weak confinement regime // Phys. R,ev. B. 2000.-Dec. Vol. 62. Pp. 16820-16825.

104. Handbook of optical constants of solids, Ed. by E. D. Palik. San Diego: Academic Press, 1998. Vol. 3.

105. Fang Y. C., Li W. Q., Qi L. J. et al. Photoluminescence from SiO^ thin films: effects of film thickness and annealing temperature // Nanotechnol-ogy. 2004. Vol. 15. P. 494.

Выражаю искреннюю благодарность научному руководителю, проф. Виктору Юрьевичу Тимошенко, за постоянную помощь в работе, полезные советы и поддержку на протяжении всех этапов исследования. Большое спасибо Татьяне Сергеевне Перовой за поддержку, связанную со всеми аспектами настоящей работы. Особо благодарю проф. Сергея Григорьевича Тиходеева за возможность использовать созданный им метод матрицы рассеяния, а также неоценимую помощь при написании научных статей. Выражаю благодарность Екатерине Владимировне Астровой за поддержку, многочисленные ценные дискуссии, а также предоставленные образцы • для исследований. Искренне благодарю Дениса Жигунова оказанные им всестороннюю поддержку и доверие с самого начала выполнения работы, а также огромный вклад в раздел исследования, посвященный кремниевым нанокристаллам. Спасибо Владимиру Андреевичу Толмачеву за ценные научные дискуссии. Выражаю благодарность руководству кафедры общей физики и молекулярной электроники, прежде всего Павлу Константиновичу Кашкарову, за созданную в коллективе рабочую атмосферу. Благодарю всех сотрудников, аспирантов и студентов кафедры, особенно Леонида Анатольевича Голованя, Станислава Заботнова, Дмитрия Мамичева, Николая Пискунова, Ирину Журбину, Андрея Емельянова за оказанную помощь и добрую атмосферу. Кроме того, благодарю Андреаса Хартеля из Универси- . тета Альберта Людвига, г. Фрайбург, Германия, за изготовление образцов с кремниевыми нанокристаллами и эллипсометрические измерения, Анну Балдычеву из Тринити-Колледжа, г. Дублин, Ирландия, и Дмитрия Ко-стенко из ФТИ им. Иоффе за вклад в раздел, посвященный двумерным фотонным кристаллам, .а также Галину Ли и Юлию Жарову из ФТИ им. Иоффе за изготовление образцов.