Поляризационная спектроскопия полупроводниковых микрорезонаторов Фабри-Перо на основе гидрогенизированного аморфного кремния тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. А. Ф. ИОФФЕ

На правах рукописи

ДУКИН Александр Анатольевич

ПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МИКРОРЕЗОНАТОРОВ ФАБРИ-ПЕРО НА ОСНОВЕ ГИДРОГЕНИЗИРОВАННОГО АМОРФНОГО КРЕМНИЯ

(специальность 01.04.10 - физика полупроводников)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 2005

Работа выполнена в Физико-техническом институте им. А. Ф. Иоффе РАН

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор А. В. Селькин

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Е. Л. Ивченко

кандидат физико-математических наук, С. Ю. Вербин

Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный

университет информационных технологий, механики и оптики

Защита состоится « 28 » ¿<пр<?/1Я__2005 г. в 10. ОС часов на

заседании диссертационного'совета К 002.205.01 при Физико-техническом институте им. А. Ф. Иоффе РАН по адресу: 194021, Санкт-Петербург, Политехническая ул., д. 26. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе РАН.

Автореферат разослан » иорта 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета К 002.205.01 кандидат физико-математических наук

С. И. Бахолдин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Планарный микрорезонатор (МР) Фабри-Перо представляет собой тонкопленочную структуру, состоящую из двух плоскопараллельных зеркал - распределенных брэгговских отражателей (РБО), между которыми расположен активный слой. Такой активный слой имеет толщину порядка рабочей длины волны света. РБО состоят из чередующихся слоев с разными значениями показателя преломления. В случае малой (большой) относительной разницы показателей преломления этих слоев говорят о малом (большом) диэлектрическом контрасте. Оптическая толщина каждого слоя равна приблизительно четверти рабочей длины волны.

За счет брэгговской дифракции световых волн на пространственно периодическом профиле показателя преломления в РБО возникает спектральная область, в пределах которой распространение световых волн запрещено - фотонная запрещенная зона (ФЗЗ). В спектрах отражения (пропускания) РБО ФЗЗ проявляется как область с коэффициентом отражения света, близким к единице (коэффициент пропускания близок к нулю).

МР широко используются в оптоэлектронике как базовые структуры для создания лазеров с вертикальной эмиссией излучения, одномодовых свето диодов, модуляторов и фото детекторов [1]. Эти устройства широко применяются в современных информационных технологиях. Традиционно МР изготавливаются из соединений А3В5, с малым диэлектрическим контрастом. Параметры МР можно существенно улучшить за счет применения в РБО материалов, обладающих большим диэлектрическим контрастом. За счет этого достигается высокий коэффициент отражения от РБО при существенно меньшем числе слоев, что облегчает технологический процесс изготовления.

Перспективными материалами для высококонтрастных МР являются соединения на основе кремния. Большая разница показателей преломления кремния (п=3.5) и его оксида (п=1.5), позволяет создавать высококонтрастные МР. Для изготовления светоизлучающих кремниевых структур на область 1.5 мкм (стандартная длина волны в системах оптических телекоммуникаций) важным с практической точки зрения представляется гидрогенизированный аморфный кремний (a-Si:H), легированный Ег [2].

Технология осаждения пленок a-Si:H делает возможным выращивание многослойных активных структур, необходимых для создания светоизлучающих диодов. Совместимость методов изготовления a-Si:H со стандартной интегральной кремниевой технологией является еще одной причиной, побуждающей исследовать возможность применения этого

материала в светоизлучающих МР структурах. Эти обстоятельства обусловили выбор высококонтрастных МР Фабри-Перо на основе гидрогенизированного аморфного кремния в качестве объектов исследования.

С момента своего появления МР структуры исследуются в основном в геометрии нормального к плоскости слоев вывода излучения. Вместе с тем, в течение последних лет изучается возможность практического использования наклонного распространения света в МР. Недавно предложена концепция лазера с наклонной оптической модой в котором свет распространяется под углом к плоскости слоев [3]. Такие устройства сочетают в себе преимущества обычного полоскового лазера с краевым выводом излучения (большая мощность) и вертикально-излучающего лазера (стабильность длины волны). Также исследуется возможность создания лазера на основе микрорезонаторных поляритонов, энергетический спектр которых зависит от угла выхода излучения [4].

Таким образом, новые перспективы практического применения МР обуславливают необходимость изучения оптических свойств МР при наклонном распространении света относительно латеральной плоскости структуры. При этом особое значение приобретают оптические эффекты, связанные с состоянием поляризации света, поскольку именно при наклонном распространении света проявляются принципиальные физические различия между ТЕ и ТМ модами.

Оптические свойства МР и РБО исследовались неоднократно, и основное внимание уделялось измерению энергетических параметров световой волны, взаимодействующей с исследуемыми структурами [5, 6]. В то же время электромагнитная волна, помимо энергетических, обладает фазовыми характеристиками, измерение которых позволяет получать дополнительную информацию о свойствах изучаемого объекта. В частности, при отражении света от РБО происходит изменение фазы отраженной волны по отношению к падающей, обусловленное специфическими свойствами пространственно-периодической системы в спектральной области ФЗЗ. Однако до настоящего времени систематические исследования спектров фазы коэффициента отражения в области ФЗЗ для РБО не проводились. В этой связи представляются важными прямые экспериментальные измерения фазовых характеристик коэффициента отражения света от брэгговских структур и установление связи этих характеристик с геометрическими и оптическими параметрами исследуемых структур.

Таким образом, можно заключить, что выбор темы исследования является актуальным для современной оптики слоисто-периодических

полупроводниковых структур как с практической, так и с научной точек зрения.

Цель работы

Целью настоящей работы является экспериментальное и теоретическое изучение оптических свойств планарных высококонтрастных микрорезонаторов Фабри-Перо на основе гидрогенизированного аморфного кремния методами стандартной оптической (наклонное отражение, пропускание и излучение поляризованного света) и амплитудно-фазовой (эллипсометрической) спектроскопии.

Научная новизна, научная и практическая значимость

предлагаемой диссертации обусловлена следующим. В ней получены новые научные результаты фундаментального характера, касающиеся оптических свойств высококонтрастных планарных МР Фабри-Перо при наклонном распространении света относительно латеральной плоскости МР структуры.

Впервые экспериментально и теоретически исследовано поляризационное (ТМ - ТЕ) расщепление частот собственных мод микрорезонатора в МР структуре с высоким диэлектрическим контрастом на основе a-Si:H/a-SiOx:H. Изучена зависимость поляризационного расщепления (ПР) от параметров МР структуры и от угла падения света. Обнаружено вырождение ТМ- и ТЕ-собственных мод микрорезонатора при наклонном распространении света и установлено условие возникновения такого вырождения.

Детально изучено поведение собственных мод микрорезонатора (СММ) при скользящем падении света. Обнаружено расщепление резонансной линии в спектре пропускания, соответствующей возбуждению собственных мод микрорезонаторной структуры при больших углах падения света. Исследованы закономерности такого расщепления и установлены причины его появления.

Методом амплитудно-фазовой (эллипсометрической) спектроскопии впервые экспериментально изучена частотная зависимость фазы амплитудных коэффициентов отражения от РБО и МР в спектральной области ФЗЗ и СММ. Экспериментально показано, что частотная зависимость фазы амплитудного коэффициента отражения от РБО близка к линейной практически во всем спектральном диапазоне ФЗЗ. Обнаружено ярко выраженное резонансное немонотонное изменение фазы амплитудного коэффициента отражения от МР на частоте СММ и выведена приближенная формула, описывающая это изменение.

Предложена модель неоднородного уширения резонансных особенностей в спектрах пропускания и отражения света от МР. В этой модели неоднородное уширение описывается флуктуациями толщины

активного слоя субнанометрового масштаба в латеральной плоскости МР. Предложенная теоретическая модель позволила добиться хорошего согласия между экспериментальными и расчетными данными.

Теоретически изучено формирование спектров люминесценции в МР. Получены аналитические выражения, описывающие интенсивность люминесценции для ТМ и ТЕ поляризации при наклонном распространении света с учетом формы спектра пропускания МР. Показано, что при наклонном выходе излучения возможно получение линейно поляризованной (ТМ или ТЕ) люминесценции.

Достоверность и научная обоснованность полученных результатов обеспечивается комплексным характером проводимых исследований на базе современного экспериментального оборудования, последовательным использованием хорошо проверенных экспериментальных методик и теоретических методов анализа, тщательным тестированием разработанных программ расчета, и подтверждается согласованностью количественных расчетов с полученными и известными экспериментальными данными, а также с общепризнанными теоретическими выводами.

Апробация работы

Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих российских и международных конференциях, совещаниях и симпозиумах: международной конференции "Аморфные и микрокристаллические полупроводники" (Санкт-Петербург, Россия, 2000, 2002, 2004), совещании "Нанофотоника" (Нижний Новгород, Россия, 2001, 2003), международном симпозиуме "Фото- и электролюминесценция редкоземельных элементов в полупроводниках и диэлектриках" (Санкт-Петербург, Россия, 2001), Materials Research Society Meetings (Бостон, США, 2000), 19th International Conference on Amorphous and Microcrystalline Semiconductors (Ницца, Франция, 2001), 25th International Conference on the Physics of Semiconductors (Осака, Япония, 2000), International symposium "Nanostructures: Physics and Technology" (Санкт-Петербург, Россия, 2001, 2003), а также на семинарах Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН.

Публикации

Основные результаты диссертации опубликованы в 15 печатных работах (6 статей в научных журналах и 9 публикаций в материалах конференций). Список публикаций приведен в конце автореферата.

Выносимые на защиту основные положения

1. Фаза амплитудного коэффициента отражения света от распределенного брэгговского отражателя является монотонной, близкой к линейной, функцией частоты в пределах фотонной запрещенной зоны.

2. Спектральная зависимость фазы амплитудного коэффициента отражения света от микрорезонаторной структуры Фабри-Перо испытывает аномальное изменение в области частоты возбуждения собственной моды микрорезонатора.

3. При скользящем падении света в спектре собственных мод микрорезонаторной структуры Фабри-Перо возникают дополнительные состояния, обусловленные микрорезонаторными свойствами наружного (граничащего с внешней средой) четвертьволнового слоя.

4. Спектры пропускания и отражения света от микрорезонатора Фабри-Перо весьма чувствительны к оптическому качеству интерфейсов активного слоя. Путем измерения амплитуды и ширины резонансных линий, связанных с собственными модами микрорезонатора, можно детектировать субнанометровые флуктуации толщины активного слоя.

5. В условиях слабой связи между электромагнитным полем и излучающей системой спектр спонтанной эмиссии из активного слоя микрорезонатора Фабри-Перо в области частоты собственной моды определяется произведением спектра излучения активного вещества в свободном пространстве на полный коэффициент пропускания микрорезонаторной структуры.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка цитируемой литературы. Содержит 145 страниц, 64 рисунка, 2 таблицы, 153 библиографические ссылки.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована цель исследования, указаны объекты исследования, отмечены научная новизна работы и ее научная и практическая значимость, достоверность и научная обоснованность, указаны конференции, на которых проводилась апробация работы, приведены выносимые на защиту положения и список печатных работ, в которых опубликованы результаты диссертации. Глава 1 содержит обзор литературы, в котором представлены оптические свойства планарных МР Фабри-Перо с РБО. МР состоит из активного слоя, оптической толщиной порядка длины рабочей волны Л (Л - длина волны света в вакууме), заключенного между двумя РБО (рис.1). Каждый РБО состоит из чередующихся слоев с высоким и низким

показателями преломления, толщиной с1н=Х/Апн и соответственно.

падающий луч отраженный луч

Рис 1 Схема микрорезонатора Микрорезонатор состоит из двух распределенных брэгтовских отражателей (РБО) - верхнего (А) и нижнего (В), с полуволновым активным слоем между ними Микрорезонатор выращен на

кварцевой подложке к и к - волновые векторы падающей и отраженной волн, (р - угол падения света Распределенные брэгговские отражатели состоят из чередующихся четвертьволновых слоев с высоким и низким

воздух

I

X Шпн

— п„

- П,

показателями преломления Л - рабочая длина волны микрорезонатора в вакууме

высоким

В первой главе рассматриваются оптические свойства РБО и планарных МР Фабри-Перо при нормальном и наклонном падении света на поверхность структуры. Приведены результаты исследований МР и РБО, выполненных методами спектральной эллипсометрии. Обсуждаются оптические свойства МР с квантовыми ямами. Рассмотрены оптические свойства системы из двух МР, связанных общим двусторонним брэгговским зеркалом. Обсуждается влияние шероховатостей интерфейсов на оптические спектры отражения и пропускания планарных слоистых структур. Описано применение МР и РБО в оптоэлектронных приборах. В конце главы на основе анализа литературных данных формулируются задачи исследования.

Глава 2 содержит основные сведения об экспериментальных методиках, примененных в данной работе. Обсуждается методика выращивания МР методом плазмохимического газофазного осаждения. Приведены параметры исследованных образцов: МР и РБО на основе

Описана автоматизированная установка, созданная на основе монохроматора МДР-23, на которой измерялись спектры пропускания, отражения и фотолюминесценции (ФЛ) в диапазоне 700-1700 нм. Приведена методика фазометрических измерений [7], которая позволяет находить разность фаз комплексных амплитудных

коэффициентов отражения г™ =|гш|ехр(»Дш) и гп =|гге|ехр(/Д7Ь) для ТМи ТЕ-компонент поляризованного света, соответственно В этой методике использована оптическая схема, представляющая собой, по существу, один из вариантов схемы спектральной эллипсометрии. Изложена методика

расчета спектров пропускания и отражения света от планарных слоистых структур методом матриц переноса [8].

Глава 3 посвящена исследованиям амплитудно-фазовых спектров отражения света от РБО и МР Фабри-Перо на основе гидрогенизированного аморфного кремния.

Методом амплитудно-фазовой спектроскопии исследованы спектры разности фаз (Д(<и)) амплитудных коэффициентов отражения ТМ и ТЕ поляризованных световых волн для РБО (рис.2) и для МР (рис.3). Экспериментально показано, что в широкой области частот внутри ФЗЗ частотная зависимость Д(й>) для РБО близка к линейной (рис.2). Для сопоставления с экспериментом фазовые спектры амплитудных коэффициентов отражения были также рассчитаны методом матриц переноса. Результаты расчета находятся в хорошем согласии с полученными экспериментальными данными (рис.2).

Энергия,

Рис 2 Экспериментальные спектры отражения РисЗ Экспериментальные спектры света (а), экспериментальные и теоретические отражения света (а) и ТМ-ТЕ разности фаз спектры ТМ-ТЕ разности фаз амплитудных амплитудных коэффициентов отражения коэффициентов отражения для РБО при угле для МР при угле падения <=ЗО (Ь) падения Ф=30° (Ъ)

В окрестности частот СММ (внутри ФЗЗ) обнаружено ярко выраженное резонансное изменение фазы коэффициента отражения от МР (рис.3). Высокая добротность исследованного МР и большая величина поляризационного расщепления позволили разделить резонансные особенности фазы отражения от МР для ТМ и ТЕ поляризаций. Выведена простая аналитическая формула, описывающая спектральную зависимость фазы коэффициента отражения МР в области СММ.

Глава 4 посвящена исследованию поляризационного (ТМ-ТЕ) расщепления частот СММ в планарных МР Фабри-Перо с высоким диэлектрическим контрастом

При наклонном падении света на поверхность МР проявляется различие в частотах ТМ и ТЕ собственных мод МР Оно обусловлено разницей фаз коэффициентов отражения света от РБО для ТМ и ТЕ поляризованных световых волн Теоретически показано, что для высококонтрастных МР

величина ПР линейно зависит от разности частот

со™(<р) - (0ТтЕ{(р) = А{(р)- (в)РР - соим)+В(ф) (1)

Здесь - частота фазовой компенсации РБО при нормальном падении

света На этой частоте фаза амплитудного коэффициента отражения от РБО

в области ФЗЗ равна 0 или Л (Орр - частота Фабри-Перо, представляющая

собой частоту СММ при нормальном падении света для модельного МР, состоящего из активного слоя, в котором фаза отражения от зеркал

принимается равной нулю на всех частотах И В(р)

коэффициенты, зависящие от угла падения и параметров МР

Рис 4 Спектры отражения (а, Ь, с) для трех разных ¡2-51 Н/а-БЮх Н микрорезонаторов с различающимися толщинами слоев при угле падения света 30° в ТМ и ТЕ поляризациях света Точки - эксперимент, сплошные линии - теоретический расчет с учетом неоднородного уширения, штриховые линии - расчет без учета неоднородного уширения

ПР было исследовано экспериментально для трех МР с высоким диэлектрическим контрастом на основе слоев Н при угле

падения света 30° Толщина активного слоя и толщины слоев в РБО несколько различались в разных образцах, что обеспечило разную

величину расстройки Сйрр ~ ^ОВЯ Как видно из рис 4, величина и знак ПР существенно различаются для разных образцов исследованных при одном и том же угле падения

Теоретически изучена зависимость ПР от величины диэлектрического контраста в РБО. Показано, что с повышением контраста, величина ПР возрастает. На рис.5 показана рассчитанная зависимость относительного поляризационного расщепления

V/* = к™ ('Р) - (?))/{(< (<Р)+ ®»(<Р))! 2) от относительного диэлектрического контраста д = (еи - Е, )/(<?я + Расчет

производился для относительной расстройки = О

{Лрр = {(&рр ~0)овя)/СОовц)- Из рисунка видно, что ПР в

высококонтрастных МР может быть на несколько порядков больше, чем в низкоконтрастных.

Рис 5 Зависимость величины относительного поляризационного расщепления от диэлектрического контраста д для случая

А/./»=0, ен и -

диэлектрические проницаемости слоев с высоким (Н) и низким (I) показателями преломления

соответственно.

5 Относительный диэлектрический контраст,

Также исследована угловая зависимость ПР. Известно, что в случае малого диэлектрического контраста величина ПР монотонно увеличивается с ростом угла падения [5]. При большом контрасте угловая зависимость ПР может быть существенно модифицирована. Из формулы (1)

непосредственно следует, что можно подобрать такие Орр и ¿Уд^д

( (Орр — ®[)ВЦ ~ ~ /Л(<р) ), при которых величина ПР

обращается в ноль при определенном угле падения, что соответствует ТМ-ТЕ вырождению СММ. Теоретически найдено условие возникновения такого вырождения. Для МР, в котором возникает ТМ-ТЕ вырождение при наклонном распространении света, угловая зависимость ПР становится немонотонной.

Исследованы причины уширения резонансных особенностей в спектрах отражения МР и построена теоретическая модель такого уширения. Согласно предложенной модели, МР с переменной в латеральном направлении толщиной активного слоя может рассматриваться как совокупность планарных резонаторов, в каждом из которых толщина

11

активного слоя постоянна. В поперечном сечении светового пучка в оптическом эксперименте реализуется большое число таких резонаторов, составляющих статистический ансамбль.

В процессе измерения спектров отражения происходит усреднение по площади освещения. Складывая рассчитанные интенсивности отражения для каждого из элементарных резонаторов, взятых со статистическим весом, получаем усредненные спектры отражения, моделирующие влияние неоднородного уширения. В используемой модели предполагается, что разброс толщин в ансамбле резонаторов описывается гауссовым распределением, а латеральный размер каждого из резонаторов существенно превосходит длину волны света. Учет флуктуации толщины активного слоя позволяет хорошо подогнать теоретические спектры под экспериментальные кривые (рис.4).

Глава 5 посвящена исследованию энергетического спектра собственных мод планарных микрорезонаторных структур при скользящем падении света.

тм а те Ь

Длина волны, нм Длина волны, нм

Рис 6 Спектры пропускания микрорезонатора на основе 5п(\/д-5Юх Н при разных углах падения света (^¡9 ~60\7{Г,80"), (а) - ТМ, (Ь) - ТЕ поляризации света Точки - эксперимент, сплошные линии - теоретический расчет

Для штанарного МР Фабри-Перо на основе слоев 8пОх/а-8Юх:Н экспериментально исследованы спектры пропускания МР в ТМ и ТЕ поляризациях света при углах падения в диапазоне от 0° до 85°. Обнаружена дублетная структура резонансного пика в спектре пропускания поляризованного света при больших углах падения (рис.6).

Величина расщепления между компонентами дублета увеличивается с ростом угла падения. Теоретически показано, что расщепление зависит от показателя преломления наружного четвертьволнового слоя РБО, граничащего с внешней средой (рис.1). В случае, когда наружный слой состоит из материала с более высоким показателем преломления (из двух материалов, составляющих РБО), расщепление возникает в ТМ поляризации. Если материал наружного слоя характеризуется меньшим значением показателя преломления, то расщепление имеет место в ТЕ поляризации.

Причиной обсуждаемого расщепления является взаимодействие двух МР через общее двустороннее брэгговское зеркало. Первый МР представляет собой активный слой. Роль второго МР при больших углах падения играет наружный слой РБО, граничащий с внешней средой. В качестве общего зеркала выступает часть внешнего РБО, расположенная между наружным и активным слоями.

Получены приближенные аналитические выражения, позволяющие рассчитывать величину расщепления и пороговый угол, при котором такое расщепление начинается. Результаты проведенного расчета находятся в хорошем согласии с экспериментальными данными.

1500 1520 1540 1560 Длина волны,нм

Глава 6 посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию люминесценции трехвалентных ионов эрбия в активном слое МР на основе а-81:Н/а-8Юх:Н.

Спектры ФЛ для МР рассчитаны на основе метода [9] для случая слабой связи между электромагнитным полем и излучающей системой. Непосредственное интегрирование уравнений Максвелла дает возможность

1,0

Рис 7 Резонансные пики в спектрах пропускания и фотолюминесценции (а) -теоретический расчет, (Ь) - эксперимент Сплошная линия - спектр пропускания, точки - спектр люминесценции Спектры люминесценции нормированы на максимум пика пропускания Штриховая линия на рис (Ь) - спектр люминесценции эрбия из пленки a-Si H, легированного эрбием

выразить амплитуду поля на внешней границе верхнего (рис.1) РБО через поляризационные токи источников излучения в активном слое. После статистического усреднения результата интегрирования по ансамблю реализаций случайного тока получены выражения для интенсивности излучения во внешней среде для ТМ и ТЕ-поляризации.

Анализ полученных выражений показал, что форма и положение резонансной (в области частоты собственной моды) линии спектра ФЛ должны совпадать с формой и положением резонансной линии спектра пропускания, если спектр излучения активного вещества в свободном пространстве слабо меняется в пределах ширины резонансной линии. На рис.7 сравниваются формы резонансных линий спектров пропускания (сплошная линия) и ФЛ (точечная линия), рассчитанных теоретически (а) и измеренных экспериментально (Ь). Как видно из рисунка, результаты теоретического расчета хорошо согласуются с экспериментальными данными.

Основные результаты и выводы

1. Экспериментально и теоретически исследованы спектры отражения света от высококонтрастных планарных микрорезонаторов Фабри-Перо на основе а^гН/А^Ю^Н. Изучена зависимость поляризационного (ТМ-ТЕ) расщепления собственных оптических мод микрорезонатора от параметров микрорезонаторной структуры и угла падения света.

2. Теоретически показано, что величина поляризационного расщепления в микрорезонаторах Фабри-Перо с высоким диэлектрическим контрастом линейно зависит от разности между частотой Фабри-Перо активного слоя и частотой фазовой компенсации распределенного брэгговского отражателя.

3. Предложена методика определения параметров микрорезонатора Фабри-Перо, основанная на измерении частот ТМ и ТЕ собственных оптических мод микрорезонатора при наклонном падении света на латеральную поверхность структуры.

4. Показано, что в высококонтрастных микрорезонаторах Фабри-Перо может проявляться немонотонная зависимость величины поляризационного расщепления от угла падения света на латеральную поверхность структуры. При этом для определенного угла наклонного падения поляризационное расщепление между ТМ и ТЕ собственными модами микрорезонатора исчезает (возникает вырождение мод по энергии и волновому вектору). Величина поляризационного расщепления ТМ и ТЕ собственных оптических мод увеличивается с ростом диэлектрического контраста в распределенных брэгговских отражателях.

5. Экспериментально исследованы спектры пропускания ТМ- и ТЕ-поляризованного света в диапазоне углов падения от 0° до 85° в области фотонной запрещенной зоны микрорезонатора Фабри-Перо на основе слоев

Обнаружено расщепление резонансного ТМ пика пропускания, соответствующего возбуждению собственных мод микрорезонаторной структуры при скользящем падении света.

6. Показано, что расщепление резонансного пика пропускания при скользящем падении света возникает из-за формирования дополнительного микрорезонатора, роль которого при больших углах падения играет наружный четвертьволновый слой брэгговского зеркала, граничащий с внешней средой. Изучена зависимость расщепления от параметров микрорезонаторной структуры и угла падения света.

7. Проведены исследования амплитудно-фазовых спектров отражения света для брэгговских структур на основе тонких пленок а-81:Н/я-5Юх:Н: а) для распределенного брэгговского отражателя в спектральной области фотонной запрещенной зоны и б) для микрорезонатора Фабри-Перо в области частот собственных мод микрорезонатора. Измерена спектральная зависимость разности фаз амплитудных коэффициентов отражения в двух (ТМ и ТЕ) состояниях поляризации света.

8. Экспериментально установлено, что частотная зависимость разности фаз амплитудных коэффициентов отражения ТМ и ТЕ поляризованных световых волн в случае отражения от брэгговского зеркала близка к линейной в пределах фотонной запрещенной зоны. Тем самым подтверждена правомочность использования в теоретических оценках линейной частотной зависимости фазы коэффициента отражения света в спектральной области фотонной запрещенной зоны распределенного брэгговского отражателя.

9. Экспериментально установлено, что фаза амплитудного коэффициента отражения света от микрорезонатора Фабри-Перо для каждой из поляризаций (ТМ и ТЕ) испытывает резкое изменение в спектральной области, где наблюдается резонансный минимум в спектре энергетического коэффициента отражения, соответствующий возбуждению собственной моды микрорезонатора. Получено аналитическое выражение, позволяющее описать спектральную зависимость фазы коэффициента отражения микрорезонатора в области частоты собственной моды.

10. Предложен механизм неоднородного уширения резонансных особенностей в спектрах отражения света от микрорезонатора Фабри-Перо, связанный со случайными флуктуациями толщины активного слоя в латеральной плоскости. Показано, что флуктуации толщины активного слоя приводят к уменьшению амплитуды и увеличению ширины резонансной линии спектра отражения. Учет таких флуктуации в рамках выполненного модельного расчета позволяет добиться хорошего согласия между экспериментальными и теоретическими спектрами.

11. Исследованы спектры спонтанной эмиссии света из активного слоя микрорезонатора Фабри-Перо. Методом, основанным на расчете амплитуд поля, создаваемых стохастическими поляризационными токами, проанализирован спектр излучения ионов Ег3+ из активного слоя микрорезонатора. Получены аналитические выражения для спектральных зависимостей интенсивности люминесценции, учитывающие поляризацию (ТМ, ТЕ) излучения при наклонном выходе света из активного слоя микрорезонатора.

12. Теоретически показано, что в условиях слабой связи между электромагнитным полем и излучающей системой спектральная форма линии излучения света из микрорезонатора Фабри-Перо в области частоты собственной моды практически совпадает с формой резонансной линии пропускания света через микрорезонаторную структуру. Результаты выполненных в работе экспериментальных измерений спектров люминесценции и пропускания света для исследованных структур хорошо согласуются с выводами развитой теоретической модели.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. AA. Dukin, N.A. Feoktistov, V.G. Golubev, A.V. Medvedev, A.B. Pevtsov, A.V. Sel'kin. "Optical properties of a Fabry-Perot microcavity with Er-doped hydrogenated amorphous silicon active layer" // Appl. Phys. Lett., v.77, n.19, pp.3009-3011,2000.

2. В.Г. Голубев, А.А. Дукин, A.B. Медведев, А.Б. Певцов, А.В. Селькин, НА. Феоктистов. "Фотолюминесценция tf-Si(Er):H в планарном Фабри-Перо микрорезонаторе" // Тезисы докладов II Международной конференции "Аморфные и микрокристаллические полупроводники", С.Петербург, 2000, с. 15.

3. АА. Dukin, N.A. Feoktistov, V.G. Golubev, A.V. Medvedev, A.B. Pevtsov, A.V. Sel'kin. "Enhancement of 1.54 um erbium luminescence in Fabry-Perot microcavity with a-Si(Er):H active layer" // Proc. 25th Int. Conf. on the Phys. Semicond., Part II (Springer Proceedings in Physics 87, Eds. N. Miura, T. Ando) Osaka, Japan, 2000, p. 1479-1480.

4. В.Г. Голубев, А.А. Дукин, А.В. Медведев, А.Б. Певцов, А.В. Селькин, НА. Феоктистов. "Изготовление и оптические свойства a-Si:H/a-SiOx:H планарных Фабри-Перо микрорезонаторов на длину волны 1.5 мкм" // Материалы совещания "Нанофотоника", Н.Новгород, 2001. с.44-47.

5. А.А. Dukin, N.A. Feoktistov, V.V. Golubev, A.V. Medvedev, A.B. Pevtsov, A.V. SePkin. "1.5 urn Fabry-Perot microcavities based on hydrogenated silicon and related materials" Proc. 9th Int. Symp. "Nanostructures: Physics and Technology", St.Petersburg, 2001, p. 167-170.

6 В Г Голубев, А А Дукин, А В Медведев, А Б Певцов, А В Селькин, НА Феоктистов "Микрорезонаторы Фабри-Перо на основе я-Si H/<7-SiOx H с активным слоем из легированного эрбием гидрогенизированного аморфного кремния" // ФТП, т 35, в 10, с 1266-1274, 2001

7 В Г Голубев, А А Дукин, А В Медведев, А Б Певцов, А В Селькин, НА Феоктистов "Планарные микрорезонаторы на основе кремния на длину волны 1 5 мкм получение и оптические свойства" // Сборник трудов международного симпозиума "Фото- и электролюминесценция редкоземельных элементов в полупроводниках и диэлектриках" С Петербург, 2001, с 15

8 A A Dukm, N A Feoktistov, V G Golubev, A V Medvedev, А В Pevtsov, А V Sel'kin "я-Si H/o-SiOx H microcavities with a-Si(Er) H active layer" // J Non-Cryst Solids, v 299-302 (Parti), pp 694-698,2002

9 В Г Голубев, А А Дукин, А В Медведев, А Б Певцов, А В Селькин, Н А Феоктистов "Фазометрические исследования спектров зеркального отражения света от микрорезонаторов Фабри-Перо на основе аморфного кремния" // Сборник трудов III Международной конференции "Аморфные и микрокристаллические полупроводники", С Петербург, 2002, с 32

10 A A Dukm, N A Feoktistov, VG Golubev, A V Medvedev, А В Pevtsov, А V Sel'kin "Polarization splitting of optical resonant modes m a-Si Н/д-SiO* H microcavities" // Phys Rev E, v 67, n 4, pp 046602-1-0466027, 2003

11 В Г Голубев, А А Дукин, А В Медведев, А Б Певцов, А В Селькин, Н А Феоктистов "Расщепление резонансных оптических мод в микрорезонаторах Фабри-Перо на основе аморфного кремния" // Материалы совещания "Нанофотоника", Н Новгород, 2003, т 1, с 63-66

12 A A Dukm, N A Feoktistov, V G Golubev, A V Medvedev, А В Pevtsov, AV Sel'kin "Polarization spectroscopy of optical resonant modes in fl-Si H/ff-SiOx H microcavities" // Proc 11" Int Symp "Nanostructures Physics and Technology", St Petersburg, 2003, p 166-167

13 В Г Голубев, А А Дукин, А В Медведев, А Б Певцов, А В Селькин, Н А Феоктистов "Расщепление резонансных оптических мод в микрорезонаторах Фабри-Перо" // ФТП, т 37, в 7, с 860-865,2003

14 В Г Голубев, А А Дукин, А В Медведев, А Б Певцов, А В Селькин, Н А Феоктистов "Амплитудно-фазовые спектры отражения света от брэгговских структур на основе аморфного кремния" // ФТТ, т46, в 10, с 1756-1762,2004

15 А А Дукин, А В Медведев, А Б Певцов, НА Феоктистов, В Г Голубев, А В Селькин "Амплитудно-фазовая спектроскопия брэгговских структур на основе аморфного кремния" // Сборник трудов IV

Международной конференции "Аморфные и микрокристаллические полупроводники", С.Петербург, 2004, с.67-68.

Цитируемая литература

[1] KJ. Vahala, "Optical microcavities" // Nature, v.424, n.6950, pp.839-846, 2003.

[2] A. Polman, "Erbium implanted thin film photonic materials" // J. Appl. Phys., v.82, n.l, pp.1-39, 1997.

[3] N.N. Ledentsov, VA. Shchukin, "Novel concepts for injection lasers" // SPIE Optical Engineering, v.41, n.12, pp.3193-3203,2002.

[4] A. Kavokin, G. Malpuech, F.P. Laussy, "Polariton laser and polariton superfluidity in microcavities" // Phys. Lett. A, v.306, n.4, pp.187-199,2003.

[5] G. Panzarini, L.C. Andreani, A. Armitage, D. Baxter, M.S. Skolnick, V.N. Astratov, J.S. Roberts, A.V. Kavokin, M.R. Vladimirova, MA. Kaliteevski, "Cavity-polariton dispersion and polarization splitting in single and coupled semiconductor microcavities" // ФТТ, т.41, в.8, с. 1337-1353, 1999.

[6] M.S. Skolnick, T.A. Fisher, D.M. Whittaker, "Strong coupling phenomena in quantum microcavity structures" // Semicond. Sci. Techn., v.13, n.7, pp.645-669, 1998.

[7] А.Б. Певцов, А.В. Селькин, "Амплитудно-фазовые спектры отражения кристаллов ZnTe" // ФТТ, т.23, в.9, с.2814-2819, 1981.

[8] М Борн, Э. Вольф, Основы оптики. - М.: Наука, 1970.

[9] В.Г. Голубев, А.В. Медведев, А.Б. Певцов, А.В. Селькин, НА. Феоктистов, "Фотолюминесценция тонких пленок аморфно-нанокристаллического кремния" // ФТТ, т.41, в. 1, с. 153-158,1999.

Лицензия ЛР №020593 от 07.08.97

Подписано в печать 18.03.2005 . Формат 60x84/16. Печать офсетная. Уч. печ. п. 1,0 . Тираж 100 . Заказ 127.

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в типографии Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая, 29.

848

Основные условные обозначения и сокращения.

Введение

Глава 1. Оптические свойства планарных микрорезонаторов Фабри-Перо с 14 распределенными брэгговскими отражателями

1.1. Общая характеристика микрорезонаторов

1.2. Оптические свойства распределенных брэгговских отражателей

1.2.1. Нормальное падение света

1.2.2. Наклонное падение света

1.3. Оптические свойства микрорезонаторов

1.3.1. Нормальное падение света

1.3.2. Наклонное падение света

1.3.3. Скользящее падение света

1.4. Исследования оптических свойств микрорезонаторов и брэгговских 34 отражателей эллипсометрическими методами

1.5. Оптические свойства микрорезонаторов с квантовыми ямами

1.6. Оптические свойства системы состоящей из двух микрорезонаторов 38 связанных общим зеркалом

1.7. Влияние статистических неоднородностей интерфейсов на оптические 42 спектры планарных слоистых структур

1.8. Использование микрорезонаторов и брэгговских отражателей в 44 оптоэлектронных приборах

Постановка задачи

Глава 2. Методы экспериментального и теоретического изучения планарных 51 слоистых структур

2.1. Технология выращивания планарных слоистых структур на основе 51 гидрогенизированного аморфного кремния

2.2. Исследованные образцы микрорезонаторов и распределенных 52 брэгговских отражателей

2.3. Экспериментальная установка для измерения спектров пропускания, 56 отражения и фотолюминесценции

2.4. Методика измерения фазы амплитудного коэффициента отражения

2.5. Расчет спектров пропускания и отражения от плапарных слоистых 59 структур методом матриц переноса

Глава 3. Амплитудно-фазовые спектры отражения света от распределенных 62 брэгговских отражателей и микрорезонаторов Фабри-Перо на основе гидрогенизированного аморфного кремния

3.1. Теоретическое исследование фазы отражения

3.1.1. Формирование спектра фазы коэффициента отражения света 62 от брэгговской структуры

3.1.2. Резонансное изменение фазы коэффициента отражения 63 от микрорезонатора вблизи частоты собственной моды

3.2. Экспериментальное изучение амплитудно-фазовых спектров отражения

3.2.1. Брэгговский отражатель

3.2.2. Микрорезонаторная структура 67 Выводы

Поляризационное расщепление ТМ и ТЕ собственных мод в 74 планарных микрорезонаторах Фабри-Перо с высоким диэлектрическим контрастом

Поляризационное расщепление и геометрические параметры 74 микрорезонатора

Определение параметров микрорезонатора с помощью известных частот 78 ТМ и ТЕ собственных мод

Сопоставление экспериментальных и теоретических результатов

Зависимость поляризационного расщепления от диэлектрического 86 контраста в брэгговских отражателях

Вырождение ТМ и ТЕ мод микрорезонатора при наклонном падении 89 света

Влияние шероховатостей интерфейсов на уширение резонансных 91 особенностей в спектрах отражения от микрорезонатора

Сопоставление результатов теоретических расчетов с 96 экспериментальными данными

Выводы

Глава 4.

Глава 5. Энергетический спектр собственных мод планариых 100 микрорезонаторных структур при скользящем падении света

5.1. Экспериментальное исследование спектра собственных мод при больших 100 углах падения

5.2. Энергетический спектр собственных мод при скользящем падении света: 101 эффект межмодового взаимодействия

5.3. Межмодовое взаимодействие и параметры микрорезонаторной структуры

5.4. Модель оптической анизотропии 116 Выводы

Глава 6. Формирование спектров люминесценции высококонтрастных 120 микрорезонаторов Фабри-Перо

6.1. Спектр излучения света из микрорезонатора: основная модель

6.2. Усиление спонтанной эмиссии

6.3. Анализ формы спектров люминесценции и пропускания 125 микрорезонаторной структуры

Выводы

Актуальность темы

Планарный микрорезонатор (MP) Фабри-Перо представляет собой тонкопленочную структуру, состоящую из двух плоскопараллельных зеркал - распределенных брэгговских отражателей (РБО), между которыми расположен активный слой. Такой активный слой имеет толщину порядка рабочей длины волны света. РБО состоят из чередующихся слоев с разными значениями показателя преломления. В случае малой (большой) относительной разницы показателей преломления этих слоев говорят о малом (большом) диэлектрическом контрасте. Оптическая толщина каждого слоя равна приблизительно четверти рабочей длины волны.

За счет брэгговской дифракции световых волн на пространственно периодическом профиле показателя преломления в РБО возникает спектральная область, в пределах которой распространение световых волн запрещено - фотонная запрещенная зона (ФЗЗ). В спектрах отражения (пропускания) РБО ФЗЗ проявляется как область с коэффициентом отражения света, близким к единице (коэффициент пропускания близок к пулю).

MP широко используются в оптоэлектронике как базовые структуры для создания лазеров с вертикальной эмиссией излучения, одномодовых свстодиодов, модуляторов и фотодетекторов [1]. Эти устройства широко применяются в современных информационных технологиях. Традиционно MP изготавливаются из соединений А3В5, с малым диэлектрическим контрастом. Параметры MP можно существенно улучшить за счет применения в РБО материалов, обладающих большим диэлектрическим контрастом. За счет этого достигается высокий коэффициент отражения от РБО при существенно меньшем числе слоев, что облегчает технологический процесс изготовления.

Перспективными материалами для высококонтрастных MP являются соединения на основе кремния. Большая разница показателей преломления кремния («=3.5) и его оксида («=1.5), позволяет создавать высококонтрастные MP. Для изготовления светоизлучающих кремниевых структур на область 1.5 мкм (стандартная длина волны в системах оптических телекоммуникаций) важным с практической точки зрения представляется гидрогенизированный аморфный кремний (a-Si:II), легированный Ег [2].

Технология осаждения пленок a-Si:H делает возможным выращивание многослойных активных структур, необходимых для создания светоизлучающих диодов. Совместимость методов изготовления a-Si:H со стандартной интегральной кремниевой технологией является еще одной причиной, побуждающей исследовать возможность применения этого материала в светоизлучающих MP структурах. Эти обстоятельства обусловили выбор высококонтрастных MP Фабри-Перо на основе гидрогенизированного аморфного кремния в качестве объектов исследования.

С момента своего появления MP структуры исследуются в основном в геометрии нормального к плоскости слоев вывода излучения. Вместе с тем, в течение последних лет изучается возможность практического использования наклонного распространения света в MP. Недавно предложена концепция лазера с наклонной оптической модой в котором свет распространяется под углом к плоскости слоев [3]. Такие устройства сочетают в себе преимущества обычного полоскового лазера с краевым выводом излучения (большая мощность) и вертикально-излучающего лазера (стабильность длины волны). Также исследуется возможность создания лазера на основе микрорезонаторных поляритонов, энергетический спектр которых зависит от угла выхода излучения [4].

Таким образом, новые перспективы практического применения MP обуславливают необходимость изучения оптических свойств MP при наклонном распространении света относительно латеральной плоскости структуры. При этом особое значение приобретают оптические эффекты, связанные с состоянием поляризации света, поскольку именно при наклонном распространении света проявляются принципиальные физические различия между ТЕ и ТМ модами.

Оптические свойства MP и РБО исследовались неоднократно, и основное внимание уделялось измерению энергетических параметров световой волны, взаимодействующей с исследуемыми структурами [5, 6]. В то же время электромагнитная волна, помимо энергетических, обладает фазовыми характеристиками, измерение которых позволяет получать дополнительную информацию о свойствах изучаемого объекта. В частности, при отражении света от РБО происходит изменение фазы отраженной волны по отношению к падающей, обусловленное специфическими свойствами пространственно-периодической системы в спектральной области ФЗЗ. Однако до настоящего времени систематические исследования спектров фазы коэффициента отражения в области ФЗЗ для РБО не проводились. В этой связи представляются важными прямые экспериментальные измерения фазовых характеристик коэффициента отражения света от брэгговских структур и установление связи этих характеристик с геометрическими и оптическими параметрами исследуемых структур.

Таким образом, можно заключить, что выбор темы исследования является актуальным для современной оптики слоисто-периодических полупроводниковых структур как с практической, так и с научной точек зрения.

Цель работы

Целью настоящей работы является экспериментальное и теоретическое изучение оптических свойств планарных высококонтрастных микрорезонаторов Фабри-Перо на основе гидрогенизированного аморфного кремния методами стандартной оптической (наклонное отражение, пропускание и излучение поляризованного света) и амплитудно-фазовой (эллипсометрической)спектроскопии.

Научная новизна, научная и практическая значимость предлагаемой диссертации обусловлена следующим. В ней получены новые научные результаты фундаментального характера, касающиеся оптических свойств высококонтрастных планарных MP Фабри-Перо при наклонном распространении света относительно латеральной плоскости MP структуры.

Впервые экспериментально и теоретически исследовано поляризационное (ТМ - ТЕ) расщепление частот собственных мод микрорезонатора в MP структуре с высоким диэлектрическим контрастом на основе a-Si:H/o-SiOx:H. Изучена зависимость поляризационного расщепления (ПР) от параметров MP структуры и от угла падения света. Обнаружено вырождение ТМ- и ТЕ-собственных мод микрорезонатора при наклонном распространении света и установлено условие возникновения такого вырождения.

Детально изучено поведение собственных мод микрорезонатора (СММР) при скользящем падении света. Обнаружено расщепление резонансной линии в спектре пропускания, соответствующей возбуждению собственных мод микрорезонаторной структуры при больших углах падения света. Исследованы закономерности такого расщепления и установлены причины его появления.

Методом амплитудно-фазовой (эллипсометрической) спектроскопии впервые экспериментально изучена частотная зависимость фазы амплитудных коэффициентов отражения от РБО и MP в спектральной области ФЗЗ и СММР. Экспериментально показано, что частотная зависимость фазы амплитудного коэффициента отражения от РБО близка к линейной практически во всем спектральном диапазоне ФЗЗ. Обнаружено ярко выраженное резонансное немонотонное изменение фазы амплитудного коэффициента отражения от MP на частоте СММР и выведена приближенная формула, описывающая это изменение.

Предложена модель неоднородного уширения резонансных особенностей в спектрах пропускания и отражения света от MP. В этой модели неоднородное уширение описывается флуктуациями толщины активного слоя субнанометрового масштаба в латеральной плоскости MP. Предложенная теоретическая модель позволила добиться хорошего согласия между экспериментальными и расчетными данными.

Теоретически изучено формирование спектров люминесценции в MP. Получены аналитические выражения, описывающие интенсивность люминесценции для ТМ и ТЕ поляризации при наклонном распространении света с учетом формы спектра пропускания MP. Показано, что при наклонном выходе излучения возможно получение линейно поляризованной (ТМ или ТЕ) люминесценции.

Достоверность и научная обоснованность полученных результатов обеспечивается комплексным характером проводимых исследований на базе современного экспериментального оборудования, последовательным использованием хорошо проверенных экспериментальных методик и теоретических методов анализа, тщательным тестированием разработанных программ расчета, и подтверждается согласованностью количественных расчетов с полученными и известными экспериментальными данными, а также с общепризнанными теоретическими выводами.

Апробация работы

Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих российских и международных конференциях, совещаниях и симпозиумах: международной конференции "Аморфные и микрокристаллические полупроводники" (Санкт-Петербург, Россия, 2000, 2002, 2004), совещании "Нанофотоника" (Нижний Новгород, Россия, 2001. 2003), международном симпозиуме "Фото- и электролюминесценция редкоземельных элементов в полупроводниках и диэлектриках" (Санкт-Петербург, Россия, 2001), Materials Research Society Meetings (Бостон, США, 2000), 19th International Conference on Amorphous and Microcrystalline Semiconductors (Ницца, Франция, 2001), 25th International Conference on the Physics of Semiconductors (Осака, Япония, 2000), International symposium "Nanostructures: Physics and Technology" (Санкт-Петербург, Россия, 2001, 2003), а также на семинарах Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН.

Публикации

Основные результаты диссертации опубликованы в 15 печатных работах (6 статей в научных журналах и 9 публикаций в материалах конференций). Список публикаций приведен в конце введения.

Выносимые на защиту основные положения 1. Фаза амплитудного коэффициента отражения света от распределенного брэгговского отражателя является монотонной, близкой к линейной, функцией частоты в пределах фотонной запрещенной зоны.

2. Спектральная зависимость фазы амплитудного коэффициента отражения света от микрорезонаторной структуры Фабри-Перо испытывает аномальное изменение в области частоты возбуждения собственной моды микрорезонатора.

3. При скользящем падении света в спектре собственных мод микрорезонаторной структуры Фабри-Перо возникают дополнительные состояния, обусловленные микрорезонаторными свойствами наружного (граничащего с внешней средой) четвертьволнового слоя.

4. Спектры пропускания и отражения света от микрорезонатора Фабри-Перо весьма чувствительны к оптическому качеству интерфейсов активного слоя. Путем измерения амплитуды и ширины резонансных линий, связанных с собственными модами микрорезонатора, можно детектировать субнанометровые флуктуации толщины активного слоя.

5. В условиях слабой связи между электромагнитным полем и излучающей системой спектр спонтанной эмиссии из активного слоя микрорезонатора Фабри-Перо в области частоты собственной моды определяется произведением спектра излучения активного вещества в свободном пространстве на полный коэффициент пропускания микрорезонаторной структуры.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка цитируемой литературы. Содержит 145 страниц, 63 рисунка, 2 таблицы, 153 библиографические ссылки.

Основные результаты и выводы.

1. Экспериментально и теоретически исследованы спектры отражения света от высококонтрастных планарных микрорезонаторов Фабри-Перо на основе a-Si:H/a-SiOx:H. Изучена зависимость поляризационного (ТМ-ТЕ) расщепления собственных оптических мод микрорезонатора от параметров микрорезонаторной структуры и угла падения свста.

2. Теоретически показано, что величина поляризационного расщепления в микрорезонаторах Фабри-Перо с высоким диэлектрическим контрастом линейно зависит от разности между частотой Фабри-Перо активного слоя и частотой фазовой компенсации распределенного брэгговского отражателя.

3. Предложена методика определения параметров микрорезонатора Фабри-Перо, основанная на измерении частот ТМ и ТЕ собственных оптических мод микрорезонатора при наклонном падении света на латеральную поверхность структуры.

4. Показано, что в высококонтрастных микрорезонаторах Фабри-Перо может проявляться немонотонная зависимость величины поляризационного расщепления от угла падения света на латеральную поверхность структуры. При этом для определенного угла наклонного падения поляризационное расщепление между ТМ и ТЕ собственными модами микрорезонатора исчезает (возникает вырождение мод по энергии и волновому вектору). Величина поляризационного расщепления ТМ и ТЕ собственных оптических мод увеличивается с ростом диэлектрического контраста в распределенных брэгговских отражателях.

5. Экспериментально исследованы спектры пропускания ТМ- и ТЕ-поляризованного света в диапазоне углов падения от 0° до 85° в области фотонной запрещенной зоны микрорезонатора Фабри-Перо на основе слоев SnOx/a-SiOx:II. Обнаружено расщепление резонансного ТМ пика пропускания, соответствующего возбуждению собственных мод микрорезонаторной структуры при скользящем падении света.

6. Показано, что расщепление резонансного пика пропускания при скользящем падении света возникает из-за формирования дополнительного микрорезонатора, роль которого при больших углах падения играет наружный четвертьволновый слой брэгговского зеркала, граничащий с внешней средой. Изучена зависимость расщепления от параметров микрорезонаторной структуры и угла падения света.

7. Проведены исследования амплитудно-фазовых спектров отражения света брэгговских структур на основе тонких пленок tf-Si:H/#-SiOx:H: а) для распределенного брэгговского отражателя в спектральной области фотонной запрещенной зоны и б) для микрорезонатора Фабри-Перо в области частот собственных мод микрорезонатора. Измерена спектральная зависимость разности фаз амплитудных коэффициентов отражения в двух (ТМ и ТЕ) состояниях поляризации света.

8. Экспериментально установлено, что частотная зависимость разности фаз амплитудных коэффициентов отражения ТМ и ТЕ поляризованных световых волн в случае отражения от брэгговского зеркала близка к линейной в пределах фотонной запрещенной зоны. Тем самым подтверждена правомочность использования в теоретических оценках линейной частотной зависимости фазы коэффициента отражения света в спектральной области фотонной запрещенной зоны распределенного брэгговского отражателя.

9. Экспериментально установлено, что фаза амплитудного коэффициента отражения света от микрорезонатора Фабри-Перо для каждой из поляризаций (ТМ и ТЕ) испытывает резкое изменение в спектральной области, где наблюдается резонансный минимум в спектре энергетического коэффициента отражения, соответствующий возбуждению собственной моды микрорезонатора. Получено аналитическое выражение, позволяющее описать спектральную зависимость фазы коэффициента отражения для микрорезонатора в области частоты собственной моды.

10. Предложен механизм неоднородного уширения резонансных особенностей в спектрах отражения света от микрорезонатора Фабри-Перо, связанный со случайными флуктуациями толщины активного слоя в латеральной плоскости. Показано, что флуктуации толщины активного слоя приводят к уменьшению амплитуды и увеличению ширины резонансной линии спектра отражения. Учет таких флуктуаций в рамках выполненного модельного расчета позволяет добиться хорошего согласия между экспериментальными и теоретическими спектрами.

11. Исследованы спектры спонтанной эмиссии света из активного слоя микрорезоиатора Фабри-Перо. Методом, основанным на расчете амплитуд поля, создаваемых случайными поляризационными токами, проанализирован спектр излучения ионов Ег3+, внедренных в активный слой микрорезонатора. Получены аналитические выражения для спектральных зависимостей интенсивности люминесценции, учитывающие поляризацию (ТМ, ТЕ) излучения при наклонном выходе света из активного слоя микрорезонатора.

12. Теоретически показано, что в условиях слабой связи между электромагнитным полем и излучающей системой спектральная форма линии излучения света из микрорезонатора Фабри-Перо в области частоты собственной моды практически совпадает с формой резонансной линии пропускания света через микрорезонаторную структуру. Результаты выполненных в работе экспериментальных измерений спектров люминесценции и пропускания света для исследованных структур хорошо согласуются с выводами развитой теоретической модели.

Автор выражает благодарность своему научному руководителю профессору А.В. Селькину за общее руководство работой и многогранную помощь в теоретической части исследований, профессору В.Г. Голубеву за поддержку и постоянное внимание к проводимым исследованиям, кандидату физико-математических наук А.Б. Певцову за плодотворные дискуссии и помощь в постановке экспериментов. Автор выражает свою признательность кандидату физико-математических наук Н.А. Феоктистову за приготовление образцов и кандидату физико-математических наук А.В. Медведеву за помощь в проведении измерений. Автор признателен всем сотрудникам лаборатории физики аморфных полупроводников за благожелательное отношение и многочисленные полезные обсуждения различных аспектов выполненных в данной работе исследований.

Заключение

В данной работе проведено экспериментальное и теоретическое изучение оптических свойств планарных высококонтрастных микрорезонаторов Фабри-Перо на основе гидрогенизированного аморфного кремния методами стандартной оптической (наклонное отражение, пропускание и излучение поляризованного света) и амплитудно-фазовой (эллипсометрической) спектроскопии.

Исследована спектральная зависимость фазы амплитудного коэффициента отражения света от распределенного брэгговского отражателя и микрорезонатора в области фотонной запрещенной зоны и резонансной линии, связанной с возбуждением собственной моды микрорезонатора. Изучены поляризационные свойства собственных мод микрорезонатора при наклонном падении света. Рассмотрено влияние шероховатостей границ активного слоя микрорезонатора на формирование резонансной линии в спектре отражения света микрорезонатора. Исследован спектр собственных мод микрорезонатора при скользящем падении света на латеральную поверхность микрорезонатора. Изучены спектры люминесценции трехвалентных ионов эрбия, внедренных в материал активного слоя микрорезонатора.

1. K.J. Vahala, "Optical microcavities" // Nature, v.424, n.6950, pp.839-846, 2003.

2. A. Polman, "Erbium implanted thin film photonic materials" // Journal of Applied Physics, v.82, n.l, pp. 1-39, 1997.

3. N.N. Ledentsov, V.A. Shchukin, "Novel concepts for injection lasers" // SPIE Optical Engineering, v.41, n.12, pp.3193-3203, 2002.

4. A. Kavokin, G. Malpuech, F.P. Laussy, "Polariton laser and polariton superfluidity in microcavities" // Physics Letters A, v.306, n.4, pp. 187-199, 2003.

5. M.S. Skolnick, Т.А. Fisher, D.M. Whittaker, "Strong coupling phenomena in quantum microcavity structures" // Semiconductor Science and Technology, v. 13, n.7, pp.645-669, 1998.

6. А.Б. Певцов, A.B. Селькии, "Амплитудно-фазовые спектры отражения кристаллов ZnTe" // Физика твердого тела, т.23, в.9, с.2814-2819, 1981.

7. J.M. Raimond, S. Haroche, "Atoms in cavities" // Confined Electrons and Photons: New Physics and Applications, ed. by E. Burstein, C. Weisbuch, NATO Advanced Study Institute, ser. B, v.340, N.Y.-London, Plenum Press, 1995, pp.383-426.

8. Г. Вальтер, "Одноатомный мазер и другие эксперименты квантовой электродинамики резонатора" // Успехи физических наук, т. 166, в.7, с.777-794, 1996.

9. Е. Yablonovitch, "Inhibited spontaneous emission in solid-state physics and electronics" // Physical Review Letters, v.58, n.20, pp.2059-2062, 1987.

10. S.John, "Strong localization of photons in certain disordered dielectric superlattices" // Physical Review Letters, v.58, n.23, pp.2486-2489, 1987.

11. E. Yablonovitch, "Photonic band-gap structures" // Journal of Optical Society of America B, v.10, n.2, pp.283-295, 1993.

12. J.D. Joannopoulos, R.D.Meade, J.N.Winn, Photonic crystals: Molding the flow of light. -Princeton, Princeton University Press, 1995,184 p.

13. Y. Yamamoto, R.E. Slusher, "Optical processes in microcavities" // Physics Today, v.46, n.6, pp.66-73,1993.

14. C. Weisbuch, H. Benisty, R. Houdre, "Overview of fundamentals and applications of electrons, excitons and photons in confined structures" // Journal of Luminescence, v.85, n.4, pp.271-293, 2000.

15. S.L. McCall, A.F.J. Levi, R.E. Slusher, S.J. Pearton, R.A. Logan, "Whispering-gallery mode microdisk lasers"//Applied Physics Letters, v.60, n.3, pp.289-291, 1992.

16. A.J. Campillo, J.D. Eversole, H-B. Lin, "Cavity quantum electrodynamic enhancement of stimulated emission in microdroplets" // Physical Review Letters, v.67, n.4, pp.437-440, 1991.

17. V.V. Nikolaev, M.A. Kaliteevski, D. Cassagne, J.P. Albert, C.M. Sotomayor-Torres, "Spontaneous light emission from a spherical microcavity with a quantum dot" // Physica Status Solidi (a), v. 190, n.l, pp. 199-203, 2002.

18. M.A. Kaliteevski, S. Brand, R.A. Abram, V.V. Nikolaev, M.V. Maximov, N.N. Ledentsov, C.M.S. Torres, A.V. Kavokin, "Exciton polaritons in a cylindrical microcavity with an embedded quantum wire" // Physical Review B, v.61, n.20, pp. 13791-13797, 2000.

19. J.D. Joannopoulos, P.R. Villeneuve, S. Fan, "Photonic crystals: putting a new twist on light" // Nature, v.386, n.6621, pp. 143-149, 1997.

20. E.M. Purcell, "Spontaneous emission probabilities at radiofrequencies" // Physical Review, v.69, n.l 1-12, p.681, 1946.

21. D. Kleppner, "Inhibited spontaneous emission" // Physical Review Letters, v.47, n.4, pp.233236, 1981.

22. G. Bjork, S. Machida, Y. Yamamoto, K. Igeta, "Modification of spontaneous emission rate in planar dielectric microcavity structures" // Physical Review A, v.44, n.l, pp.669-681, 1991.

23. S. Haroche, D. Kleppner, "Cavity Q.E.D." // Physics Today, v.42, n.l, pp.24-30, 1989.

24. S.E. Morin, Q. Wu, T.W. Mossberg, "Cavity quantum electrodynamics at optical frequencies" // Optics and Photonics News, Aug., p.8-13, 1992.

25. H. Yokoyama, "Physics and device applications of optical microcavities" // Science, v.256, pp.66-70, 1992.

26. A.M. Vredenberg, N.E.J. Hunt, E.F.Schubert, D.C. Jacobson, J.M. Poate, G.J. Zydzik, "Controlled atomic spontaneous emission from Er3+ in a transparent Si/SiO^ microcavities" // Physical Review Letters, v.71, n.4, pp.517-520, 1993.

27. E.F. Schubert, N.E.J. Hunt, A.M. Vredenberg, T.D. Harris, J.M. Poate, D.C. Jacobson, Y.H. Wong, G.J. Zydzik, "Enhanced photoluminescence by resonant absorption in Er-doped Si02/Si microcavities"//Applied Physics Letters, v.63, n.l9, pp.2603-2605, 1993.

28. C. Weisbuch, M. Nishioka, A. Ishikawa, Y. Arakawa, "Observation of the coupled exciton-photon mode splitting in a semiconductor quantum microcavity" // Physical Review Letters, v.69, n.23, pp.3314-3317, 1992.

29. M. Lipson, L.C. Kimerling, "Er3+ in strong light-confining microcavity" // Applied Physics Letters, v.77, n.8, pp.1150-1152, 2000.

30. T.B. Norris, "Strong coupling in semiconductor microcavities" // Confined Electrons and Photons: New Physics and Applications, ed. by E. Burstein, C. Weisbuch, NATO Advanced Study Institute, ser. B, v.340, N.Y.-London, Plenum Press, 1995, pp.503-522.

31. A. Kavokin, G. Malpuech, B. Gil, "Semiconductor microcavities: towards polariton lasers" // MRS Internet Journal Nitride Semiconductor Research, v.8, n.3, pp. 1-25, 2003.

32. T.B. Norris, J.K. Rhee, C.Y. Sung, Y. Arakawa, M. Nishioka, C. Weisbuch, "Time-resolved vacuum Rabi oscillations in a semiconductor quantum microcavity" // Physical Review B, v.50, n.l9, pp.14663-14666,1994.

33. H.Wang, J. Shah, T.C. Damen, W.Y.Jan, J.E.Cunningham, M. Hong J.P. Mannaerts, "Coherent oscillations in semiconductor microcavities" // Physical Review B, v.51, n.20, pp. 14713— 14716, 1995.

34. W.G. Breiland, A.A. Allerman, J.F. Klem, K.E. Waldrip, "Distributed Bragg reflectors for vertical-cavity surface-emitting lasers" // MRS Bulletin, v.27, n.7, pp.520-524, 2002.

35. P. Yeh, Optical waves in layered media. New-York: Wiley, 1988,416 p.

36. D.I. Babic, S.W. Corzine, "Analytic expressions for the reflection delay, penetration depth, and absorptance of quarter-wave dielectric mirrors" // IEEE Journal of Quantum Electronics, v.28, n.2, pp.514-524, 1992.

37. R. Ram, D. Babic, R. York, J. Bowers, "Spontaneous emission in microcavities with distributed mirrors" // IEEE Journal of Quantum Electronics, v.31, n.2, pp.399-410, 1995.

38. J.J. Shi, B.C. Sanders, S.H. Pan, E.M. Goldys, "Optical waves in a semiconductor planar microcavity" // Physica Status Solidi (b), v.215, n.2, pp.1157-1163, 1999.

39. R.-H. Yan, R.J. Simes, L.A. Coldren, "Electroabsorptive Fabry-Perot reflection modulators with asymmetric mirrors" // IEEE Photonics Technology Letters, v.I, n.9, pp.273-275, 1989.

40. W. Heiss, T. Schwarzl, G. Springholz, "Spectroscopy on vertical microcavities for the mid-infrared" // Physica Status Solidi (a), v.188, n.3, pp.929-935, 2001.

41. C.Y. Hu, H.Z.Zheng, J.D.Zhang, H.Zhang, F.H.Yang, Y.P. Zeng, "Mode splitting in photoluminescence spectra of a quantum-dot-embedded microcavity" // Applied Physics Letters, v.82, n.5, pp.665-667,2003.

42. B.Y. Jung, N.Y. Kim, C. Lee, C.K. Hwangbo, C. Seoul, "Control of resonant wavelength from organic light-emitting materials by use of a Fabry-Perot microcavity structure" // Applied Optics, v.41, n.16, pp.3312-3318, 2002.

43. Q. Song, L. Liu, T. Ling, L. Xu, W. Wang, "Narrow-band polarized light emission from organic microcavity fabricated by sol-gel technique" // Applied Physics Letters, v.82, n.l8, pp.2939-2941,2003.

44. T. Virgili, D.G. Lidzey, D.D.C. Bradley, S. Walker, "Cavity mode polarisation splitting in organic semiconductor microcavities" // Synthetic Metals, v.l 16, pp.497-500, 2001.

45. D. Dalacu, D. Poitras, J. Lefebvre, P.J. Poole, G.C. Aers, R.L. Williams, "InAs/InP quantum dots in Si02/Ta205-based microcavities" // Applied Physics Letters, v.82, n.26, pp.4803-4805, 2003.

46. G. Jungk, "Optical investigations on microcavities: mode splitting by an effective anisotropy" // Physica Status Solidi (b), v. 199, n.2, pp 605-610, 1997.

47. А. Ярив, П. Юх, Оптические волны в кристаллах. М.: Мир, 1987, 616 е.

48. М. Борн, Э. Вольф, Основы оптики. М.: Наука, 1973, 720 е.

49. Н. Benisty, С. Weisbuch, V.M. Agranovich, "Physics and applications of microcavity light emitters"//Physica E, v.2, n.l-4, pp.909-914, 1998.

50. A.A. Dukin, N.A. Feoktistov, V.G. Golubev, A.V. Medvedev, A.B. Pevtsov, A.V. Sel'kin. "Polarization splitting of optical resonant modes in a-Si:H/a-SiOx:H microcavities" // Physical Review E, v.67, n.4, pp.046602-1-046602-7, 2003.

51. G. Jungk, "Spectral-ellipsometric investigations on semiconductor resonators" // Thin Solid Films, v.313, pp.594-598,1998.

52. G. Jungk; M. Ramsteiner; R. Hey, "Ellipsometric investigations and luminescence properties of semiconductor microcavities" //Nuovo Cimento D, v.17, n.l 1-12, pp.1519-1526, 1995.d

53. B. Rheinlander, J. Kovac, J.-D. Hecht, J. Borgulova, F. Uherek, J. Waclawek, V. Gottschalch, P. Barna, "Ellipsometric studies on semiconductor microcavity IR-detector structures" // Thin Solid Films, v.313, pp.599-603, 1998.

54. M. Patrini, M. Galli, M. Belotti, L.C. Andreani, G. Guizzetti, G. Pucker, A. Lui, P. Bellutti, L. Pavesi, "Optical response of one-dimensional (Si/Si02)m photonic crystals" // Journal of Applied Physics, v.92, n.4, pp. 1816-1820, 2002.

55. G. Jungk, "Remarks on the Brewster-angle and some applications" // Philosophical Magazine B, v.70, n.3, pp.493-498, 1994.

56. P. Аззам, H. Башара. Эллипсометрия и поляризованный свет. М.: Мир, 1981. 584 е.

57. E.L. Ivchenko, G.E. Pikus, Superlattices and other heterostructures: symmetry and optical ^ phenomena. Berlin, Springer-Verlag, 1997, 382 p.

58. V. Savona, "Strong coupling of exciton-polaritons in semiconductor microcavities" // Journal of Crystal Growth, v.184-185, pp.737-744, 1998.

59. G. Khitrova, H.M. Gibbs, F. Jahnke, M. Kira, S.W. Koch, "Nonlinear optics of normal-modc-* coupling semiconductor microcavities" 11 Reviews of Modern Physics, v.71, n.5, pp. 1591-1639,1999.

60. E.L. Ivchenko, M.A. Kaliteevski, A.V. Kavokin, A.I. Nesvizhskii, "Reflection and absorption spectra from microcavities with resonant Bragg quantum wells" // Journal of the Optical Society of America B, v.13, n.5, pp.1061-1068, 1996.

61. R.P. Stanley, R. Houdre, U. Oesterle, M. Ilegems, C. Weisbuch, "Coupled semiconductor microcavities" // Applied Physics Letters, v.65, n.l6, pp.2093-2095, 1994.

62. A. Armitage, M.S. Skolnick, A.V. Kavokin, D.M. Whittaker, V.N. Astratov, G.A. Gehring, J.S. Roberts, "Polariton-induced optical asymmetry in semiconductor microcavities" // Physical Review B, v.58, n.23, pp.15367-15370, 1998.

63. M.A. Калитеевский, "Оптические свойства системы двух связанных вертикальных микрорезонаторов"//Журнал технической физики, т.68, в.5, с.94-97, 1998.

64. М.А. Калитеевский, "Связанные вертикальные микрорезонаторы" // Письма в журнал технической физики, т.23, в.З, с.74-78, 1997.

65. L. Pavesi, G. Panzarini, L.C. Andreani, "All-porous silicon-coupled microcavities: experiment versus theory" // Physical Review B, v.58, n.23, pp. 15794-15800, 1998.

66. M. Ghulinyan, C.J. Oton, G. Bonetti, Z. Gaburro, L. Pavesi, "Free-standing porous silicon single and multiple optical cavities" // Journal of Applied Physics, v.93, n.12, pp.9724-9729, 2003.

67. M. Bayindir, S. Tanriseven, A. Aydinli, E. Ozbay, "Strong enhancement of spontaneous emission in amorphous-silicon-nitride photonic crystal based coupled-microcavity structures" // Applied Physics A, v.73, n.l, pp.125-127, 2001.

68. M. Bayindir, C. Kural, E. Ozbay, "Coupled optical microcavities in one-dimensional photonic bandgap structures" //Journal of Optics A, v.3, n.6, pp.S184-S189, 2001.

69. K. Haberland, M. Zorn, A. Klein, A. Bhattacharya, M. Weyers, J.T. Zettler, W. Richter, "In-situ determination of interface roughness in MOVPE-grown visible VCSELs by rellectance spectroscopy" // Journal of Crystal Growth v.248, pp. 194-200, 2003.

70. A. Klein, M. Zorn, U. Zeimer, R. Schneider, A. Oster, M. Weyers, "AFM characterization of

71. AlGaAs/AlAs distributed Bragg reflectors" // Microscopy of Semiconducting Materials, v. 169, pp.543-546, 2001.

72. P.I. Kuznetsov, V.A. Jitov, L.Y. Zakharov,G.G. Yakushcheva, Y.V. Korostelin, V.I. Kozlovsky, "MOCVD growth of ZnSe/ZnS distributed Bragg reflectors on ZnSe(100) and GaAs(100) substrates"//Physica Status Solidi (b), v.229, n.l, pp.171-175, 2002.

73. V. Savona, C. Piermarocchi, "Microcavity polaritons: homogeneous and inhomogeneous broadening in the strong coupling regime" // Physica Status Solidi (a), v. 164, n.l, pp.45-51, 1997.

74. T. Egawa, Y. Murata, T. Jimbo, M. Umeno, "Characterization of AlGaAs/GaAs vertical-cavity surface-emitting laser diode grown on Si substrate by MOCVD" // Applied Surface Science, v.l 17, pp.771-775, 1997.

75. K. Kawaguchi, S. Koh, Y. Shiraki, J. Zhang, "Fabrication of strain-balanced Sio.73Geo.27/Si distributed Bragg reflectors on Si substrates" // Applied Physics Letters, v.79, n.4, pp.476-478,2001.

76. P.A. Troubenko, V.I. Kozlovsky, T. Yao, Y.V. Korostelin, V.V. Roddatis, "Homoepitaxial distributed Bragg structures grown by MBE on ZnSe substrates" // Journal of Crystal Growth, v.227-228, pp.699-704,2001.

77. P.D. Floyd, J.L. Merz, "Effects of impurity-free and impurity-induced disordering (iid) on the optical-properties of GaAs/(AI,Ga)As distributed Bragg reflectors" // Compound Semiconductors, n.141, pp.547-552, 1994.

78. K. Matney, M.S. Goorsky, J. Tartaglia, R. Rai, C. Parsons, "Period deviations in distributed Bragg reflectors X-ray-diffraction and optical reflectivity measurements" // Compound Semiconductors, n.141, pp 553-558,1994.

79. M.T.Asom, M. Geva, R.E. Leibenguth, S.N.G. Chu, "Interface disorder in AlAs/(Al)GaAs Bragg reflectors" // Applied Physics Letters, v.59, n.8, pp.976-978, 1991.

80. H.E. Shin, Y.G.Ju, H.W. Song, D.S. Song, I.Y.Han, J.H. Ser, H.Y.Ryu, Y.H.Lee, H.H. Park, "High-finesse AlxOy/AIGaAs nonabsorbing optical cavity" // Applied Physics Letters, v.72, n.l8, pp.2205-2207, 1998.

81. A. Rudra, L. Sagalowicz, K. Leifer, J. Behrend, C.A. Berseth, O. Dehaese, J.F. Carlin, E. Kapon, "Evaluation of InP/InGaAsP distributed Bragg reflectors grown by chemical-beam epitaxy" // Journal of Crystal Growth, v.188, n.1-4, pp.300-306, 1998.

82. Т. Tsuji, Н. Yonezu, N. Ohshima, "Reduction of surface roughness of an AlAs GaAs distributed Bragg reflector grown on Si with strained short-period superlattices" // Journal of Crystal Growth, v.201-202, pp. 1010-1014, 1999.

83. D.E. Wohlert, K.L. Chang, H.C. Lin, K.C. Hsieh, K.Y. Cheng, "Improvement of AlAs-GaAs interface roughness grown with high As overpressures" // Journal of Vacuum Science and Technology B, v. 18, n.3, pp. 1590-1593,2000.

84. T. Baba, M. Hamasaki, N. Watanabe, P. Kaewplung, A. Matsutani, T. Mukaihara, F. Koyama, K. Iga, "A novel short-cavity laser with deep-grating distributed Bragg reflectors" // Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, v.35, n.2B, pp.1390-1394, 1996.

85. G.C. Stutzin, R.M. Ostrom, A.Gallagher, D.M. Tanenbaum, "Nanoscale study of the as-grown hydrogenated amorphous-silicon surface" // Journal of Applied Physics, v.74, n.l, pp.91100, 1993.

86. A.J. Flewitt, J. Robertson, W.I. Milne, "Experimental evidence for an inhomogeneous surface dangling bond limited growth mechanism in a-Si:H" // Journal of Non-Crystalline Solids, v.266-269, pp.74-78, 2000.

87. J. Herion, "Scanning tunneling microscopy of hydrogenated amorphous silicon: high-resolution topography and local apparent barrier heights" // Applied Surface Science, v.151, n.l-2, pp.73-85, 1999.

88. D.M. Tanenbaum, A.L. Laracuente, A.Gallagher, "Surface roughening during plasma-enhanced chemical-vapor deposition of hydrogenated amorphous silicon on crystal silicon substrates" // Physical Review B, v.56, n.7, pp.4243-4250, 1997.

89. J. Herion, K. Szot, S. Barzen, F. Siebke, M. Teske, "AFM and STM investigations of hydrogenated amorphous silicon: topography and barrier heights" // Fresenius Journal of Analytical Chemistry, v.358, n.1-2, pp.338-340, 1997.

90. В.А. Кособукин, А.В. Селькин, "Упругое рассеяние света на флуктуациях поляризации квантовой ямы в микрорезонаторе"// Физика твердого тела, т.42, в. 10, с. 1863-1868, 2000.

91. V.A. Kosobukin, A.V. Sel'kin, "Quantum-well excitonic effects in Fabry-Perot films and microcavities: Resonant elastic scattering of light due to interface roughness" // Modern Physics Letters B, v. 15, n.17-19, pp.782-786, 2001.

92. B.A. Кособукин, "Спонтанное излучение и упругое рассеяние света экситонами квантовой ямы в микрорезонаторе Фабри-Перо" // Физика твердого тела, т.45, в.4, с.701-714, 2003.

93. V.A. Kosobukin, A.V. Sel'kin, "Resonant elastic scattering of light from single quantum wells in semiconductor multilayers" // Physica E, v. 18, n.4, pp.452-468, 2003.

94. S. Setzu, S. Letant, P. Solsona, R. Romestain, J.C. Vial, "Improvement of the luminescence in p-type as-prepared or dye impregnated porous silicon microcavities" // Journal of Luminescence, v.80, n.1-4, pp.129-132,1998.

95. P.J. Reece, G. Lerondel, J.Mulders, W.H.Zheng, M. Gal, "Fabrication and tuning of high quality porous silicon microcavities" // Physica Status Solidi (a), v. 197, n.2, pp.321-325, 2003.

96. Z. Gaburro, C.J. Oton, P. Bettotti, L.Dal Negro, G.V. Prakash, M. Cazzanelli, L. Pavesi, "Interferometric method for monitoring electrochemical etching of thin films" // Journal of the Electrochemical Society, v. 150, n.6, pp.C381-C384, 2003.

97. M. Gurioli, F. Bogani, D.S. Wiersma, P. Roussignol, G. Cassabois, G. Khitrova, H. Gibbs, "Experimental study of disorder in a semiconductor microcavity" // Physical Review B, v.64, n.16, pp. 165309-1-165309-6, 2001.

98. J.N. Winn, Y. Fink, S.H. Fan, J.D. Joannopoulos, "Omnidirectional reflection from a one-dimensional photonic crystal" // Optics Letters, v.23, n.20, pp. 1573-1575, 1998.

99. A. Bruyant, G. Lerondel, P.J. Reece, M. Gal, "All-silicon omnidirectional mirrors based on one-dimensional photonic crystals" // Applied Physics Letters, v.82, n.19, pp.3227-3229, 2003.

100. P. Han, H. Wang, "Extension of omnidirectional reflection range in one-dimensional photonic crystals with a staggered structure" // Journal of the Optical Society of America B, v.20, n.9, pp.1996-2001,2003.

101. A. Nurmikko, J.Han, "Blue and near-ultraviolet vertical-cavity surface-emitting lasers" // MRS Bulletin, v.27, n.7, pp.502-506,2002.

102. D.W. Kisker, J.E. Bisberg, "Infrared vertical-cavity surface-emitting lasers: an industrial perspective" // MRS Bulletin, v.27, n.7, pp.512-519, 2002.

103. D. Bimberg, N.N. Ledentsov, J.A. Lott, "Quantum-dot vertical-cavity surface-emitting lasers" // MRS Bulletin, v.21, n.7, pp.531-537, 2002.

104. K.D. Choquette, "Vertical-cavity surface-emitting lasers: light for information age" // MRS Bulletin, v.27, n.7, pp.507-511, 2002.

105. M.S. Unlu, S.C. Strite, "Resonant cavity enhanced photonic devices" // Journal of Applied Physics, v.78, n.2, pp.607-639, 1995.

106. J.B. Heroux, X.Yang, W.I.Wang , "GalnNAs resonant-cavity-enhanced photodetector operating at 1.3 pm"//Applied Physics Letters, v.75, n.18, pp.2716-2718, 1999.

107. H. Bourdoucen, J.A. Jervase, "The design of resonant-cavity-enhanced photodetectors for a high bandwidth-efficiency product" // Semiconductor Science and Technology, v. 16, n.7, pp.581583, 2001.

108. B.M. Onat, M.S. Unlu, "Polarization sensing with resonant cavity enhanced photodetectors" // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, v.2, n.l, pp.135-140, 1996.

109. M.S. Unlu, H.P. Zengingonul, "Polarisation sensing with resonant cavity enhanced photodetectors" // Electronics Letters, v.32, n.6, pp.591-593, 1996.

110. K. Hu, A. Madhukar, P.Chen, C. Kyriakakis, Z. Karim, A.R. Tanguay, "Inverted cavity GaAs/InGaAs asymmetric Fabry-Perot reflection modulator" // Applied Physics Letters, v.59, n.l4, pp. 1664-1666, 1991.

111. K.K. Law, M. Whitehead, J.L. Merz, L.A. Coldren, "Simultaneous achievement of low insertion loss, high contrast and low operating voltage in asymmetric Fabry-Perot reflection modulator" // Electronics Letters, v.27, n.20, pp. 1863-1865, 1991.

112. S.J.B. Yoo, M.A. Koza, R. Bhat, C. Caneau, "1.5 mu m asymmetric Fabry-Perot modulators with two distinct modulation and chirp characteristics" // Applied Physics Letters, v.72, n.25, pp.3246-3248,1998.

113. P.F. Davies, C.C.Phillips, C.Roberts, "All-optical reflection modulator using a nonlinear heteronipi structure within an asymmetric Fabry-Perot optical cavity" // Applied Physics Letters, v.74, n.24, pp.3717-3719,1999.

114. E. Garmire, "Analytic performance analysis based on material properties for electroabsorptive asymmetric Fabry-Perot reflection modulators" // Applied Optics, v.41, n.8, pp.1574-1584, 2002.

115. A.B. Pevtsov, A.V. Zherzdev, N.A. Feoktistov, G. Juska, T. Muschik, R. Schwarz, "Electroluminescence in a-Sii-xCx:H p-i-n structures" // International Journal of Electronics, v.78, n.2, pp.289-295, 1995.

116. N.A. Feoktistov, N.L. Ivanova, L.E. Morozova, Yu.A. Nikulin, A.P. Onokhov, A.B. Pevtsov, R. Schwarz, "Amorphous silicon-carbon thin film p-i-n structures for liquid-crystal spatial light modulators"// MRS Symposium Proceedings, v.420, p. 189, 1996.

117. N.A. Feoktistov, V.G. Golubev, A.V. Medvedev, A.B. Pevtsov. "Erbium-doped a-Si:H films fabricated by standard PECVD using metalorganics" // MRS Symposium Proceedings, v.507, pp.255-260, 1998.

118. V. Savona, L.C. Andreani, P. Schwendimann, A. Quattropani, "Quantum-well excitons in semiconductor microcavities unified treatment of weak and strong-coupling regimes" // Solid State Communications, v.93, n.9, pp.733-739, 1995.

119. J.T. Boyd, "Theory of parametric oscillation phase matched in GaAs thin-film waveguides" // IEEE Journal of Quantum Electronics, v.8, n.10, p.788-796, 1972.

120. J.H. Shin, R. Serna, G.N. Hoven, A. Polman, W.G.J.H.M. Sark, A.M. Vredenberg, "Luminescence quenching in erbium-doped hydrogenated amorphous silicon" // Applied Physics Letters, v.68, n.7, pp.997-999, 1996.

121. М.С. Бреслер, О.Б.Гусев, П.Е. Пак, Е.И. Теруков, К.Д. Цэндин, И.Н. Яссиевич, "Механизм эрбиевой электролюминесценции в аморфном гидрогенизированном кремнии" // Физика и техника полупроводников, т.ЗЗ, в.6, с.671-673, 1999.

122. В.Г. Голубев, А.В.Медведев, А.Б.Певцов, А.В. Селькин, Н.А.Феоктистов, "Фотолюминесценция тонких пленок аморфно-нанокристаллического кремния" // Физика твердого тела, т.41, в.1, с. 153-158,1999.

123. А.А. Dukin, N.A. Feoktistov, V.G. Golubev, A.V. Medvedev, A.B. Pevtsov, A.V. Scl'kin. "Optical properties of Fabry-Perot microcavity with Er-doped a-Si:H active layer" // Applied Physics Letters, v.77, n.19, pp.3009-3012, 2000.