Проявление эффектов локального поля в оптических свойствах пористых полупроводников и диэлектриков тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи

В ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВАХ ПОРИСТЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ И ДИЭЛЕКТРИКОВ

Специальность 01.04.05 - Оптика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва-2005

пористый фосфид галлия (ПФГ). Рассматриваются два предельных случая. В первом случае (пористый оксид алюминия и пористый оксид кремния) размеры неоднородностей среды много меньше длины световой волны, что позволяет рассматривать среду как оптически однородную с характеристиками, вычисляемыми в рамках модели эффективной среды. Во втором случае (пористый фосфид галлия), когда длина световой волны сравнима с размерами неоднородностей среды, возникает сильное рассеяние и возможны эффекты локализации света в результате интерференции рассеянных волн.

В работе были поставлены следующие задачи:

1. Сформировать методом электрохимического травления пористые среды с заданными оптическими свойствами.

2. Для слоев ОГ7К, ПОА и ПФГ установить связь между структурными свойствами данных пористых сред, а именно морфологией пор и наночастиц, их размерами и расположением в нанокомпозите, и такими оптическими параметрами как величины показателей преломления и двулучепреломления, а также временем жизни фотона в наноструктурированном материале.

3. Исследовать влияние эффектов локального поля на эффективность процессов генерации оптических гармоник в прозрачных нанокомпозитах.

4. Экспериментально показать возможность увеличения эффективности генерации оптических гармоник в пористых средах при использовании следующих подходов: 1) фазового согласования в пористых слоях с анизотропией формы 2) заполнения пор веществами с высокими нелинейными восприимчивостями 3) использования эффектов локализации света.

Методы исследования. Для решения поставленных задач был применен комплекс различных методов исследования, включающих измерение спектров пропускания и отражения тонких пленок, генерацию оптических гармоник,

нелинейную спектроскопию, оптическое гетеродинирование, инфракрасную Фурье спектроскопию, атомно-силовую и сканирующую электронную микроскопию, рентгеновскую дифракцию.

Достоверность полученных результатов обеспечена детальным рассмотрением физических явлений и процессов, определяющих линейные и нелинейные оптические свойства нанокомпозитных сред. Во многом достоверность полученных результатов обеспечивается хорошим согласием между результатами расчетов и многочисленными экспериментами.

Научная новизна результатов, полученных в диссертации:

- экспериментально исследовано явление оптической анизотропии формы в слоях окисленного пористого кремния, пористого оксида алюминия и пористого фосфида галлия;

- изучены различные возможности использования эффектов локального поля для увеличения эффективности нелинейно-оптических взаимодействий;

- экспериментально показана возможность фазового согласования для процесса генерации третьей гармоники в слоях окисленного пористого кремния

- продемонстрировано хорошее согласие теоретических расчетов в приближении модели эффективной среды для процесса генерации третьей гармоники в слоях окисленного пористого кремния с результатами эксперимента. Полученные результаты позволяют говорить о возможности модификации точечной группы симметрии однородного материала в результате его наноструктурирования;

- экспериментально обнаружено значительное усиление генерации второй гармоники в слоях пористого ОаР различной пористости, которое, как показано, тесно связано с эффектами локализации света.

Научные положения я научные результаты, выносимые на защиту:

1. Новые данные о двулучепреломлении формы, обусловленного эффектами локального поля, в слоях окисленного пористого кремния, пористого оксида алюминия и пористого фосфида галлия и анализ этого явления в рамках приближения эффективной среды.

2. Вывод о возможности использования прозрачных слоев пористого оксида алюминия и окисленного пористого кремния, с осажденными наночастицами Сс18, для увеличения эффективности генерации оптических гармоник.

3. Вывод о значительной величине двулучепреломления формы в слоях окисленного пористого кремния, достаточного для синхронной генерации третьей оптической гармоники.

4. Вывод о влиянии эффектов локального поля на модификацию тензора кубической восприимчивости окисленного пористого кремния.

5. Вывод о роли эффектов локализации света в микроструктурированном С1аР на эффективность генерации оптических гармоник и комбинационное рассеяние света.

Практическая ценность исследования. Практическая ценность работы состоит в разработке принципов формирования новых сред для фотоники и нелинейной оптики и исследовании их оптических свойств. Например, пленки окисленного пористого кремния обладают достаточной величиной двойного лучепреломления для использования в качестве компактных фазовых пластин. Искусственная анизотропия в изученных средах позволяет уменьшить фазовую расстройку в процессах генерации гармоник, что может быть использовано для создания высокоэффективных преобразователей частоты.

Личный вклад. В диссертационной работе обобщены результаты исследований линейных и нелинейных оптических свойств пористых полупроводников и диэлектриков, выполненных диссертантом самостоятельно и в соавторстве. Личный вклад автора заключается в реализации цели и задач

работы, проведении экспериментальных работ, анализе и обобщении полученных результатов.

Апробация результатов работы. Материалы, вошедшие в диссертацию, опубликованы в работах [1-19], три из которых опубликованы в ведущих научных российских журналах, и докладывались на следующих конференциях: Nanomeeting 2003, Минск, Беларусь (2003); Ломоносов-2003, Москва, Россия

(2003); Laser Physics 2003, Гамбург, Германия (2003); 4-th International Conference Porous Semiconductors - science and technology, Валенсия, Испания

(2004); ALT 04, Рим, Италия (2004); 10th conference on complex media and metamaterials Bianisotropics 2004, Гент, Бельгия (2004); 2nd international conference on materials science and condensed matter physics, Кишинев, Молдова (2004); Нанофотоника, Нижний Новгород, Россия (2004); XX российская конференция по электронной микроскопии ЭМ'2004, Черноголовка, Россия (2004); X International Conference "Physics of Dielectrics", Санкт-Петербург, Россия (2004); Laser Physics 2004, Триест, Италия (2004).

Структура н объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы из 124 наименований. Объем работы составляет 151 страницы текста, включая 55 рисунков и 3 таблицы.

В руководстве настоящей диссертационной работой принимал участие доцент Л. А. Головань.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулированы цель и задачи работы. Кратко изложено содержание диссертации.

В первой главе представлен обзор теоретических и экспериментальных работ, посвященных получению методом электрохимического анодирования

различных пористых сред и исследованию их линейных и нелинейных оптических свойств.

В разделе 1.1 кратко изложены общие сведения о методе электрохимического анодирования и подробно описываются особенности получения пористого фосфида галлия, пористого кремния и окисленного пористого кремния на его основе, а также пористого оксида алюминия.

Раздел 1.2 посвящен рассмотрению различных моделей эффективной среды для описания оптических и нелинейно-оптических свойств композитных сред. Особое внимание уделено анизотропии формы возникающей в результате эффектов локального поля в анизотропно наноструктурированных пористых средах. Кроме того, обсуждаются режимы, когда модель эффективной среды становится неприменимой. В частности, кратко изложена теория андерсоновской локализации света и представлены последние экспериментальные результаты в этом направлении.

В разделе 1.3 на основе анализа литературных данных в конце главы поставлены задачи настоящего исследования

Во второй главе описаны методики, использованные в работе для получения образцов пористого оксида алюминия, окисленного пористого кремния и пористого фосфида галлия, а также приведены данные об их структурных свойствах.

В третьей главе описаны экспериментальные установки и приборы, использованные при исследованиях, и изложены основные методики, применявшиеся в работе для исследования линейных и нелинейных оптических свойств различных пористых слоев.

В разделе 3.1 кратко изложены основные методики, используемые в работе для изучения линейных свойств исследуемых образцов. В частности, особое внимание уделено измерению величины двулучепреломления в тонких пленках.

Раздел 3.2 посвящен описанию фемтосекундного Сг-форстеритового лазерного комплекса и наносекундого параметрического генератора света на основе №:УАО лазера, предназначенных для нелинейно-оптических спектроскопических исследований и являющихся идеальным средством для исследования нелинейно-оптических свойств микроструктурированных и наноструктурированных сред. Также описаны условия и методики проведенных нелинейно-оптических измерений.

Раздел 3.3 содержит краткую информацию о методе оптического гетеродинирования, который применялся в работе для изучения эффектов локализации света.

В четвертой главе с целью выявления роли эффектов локального поля в модификации оптических свойств композитных материалов, приведены результаты комплексного исследования линейных и нелинейных оптических свойств окисленного пористого кремния, пористого фосфида галлия и пористого оксида алюминия. Представлены данные по экспериментальному исследованию линейной и нелинейной искусственной оптической анизотропии в этих материалах. На примере генерации оптических гармоник рассматриваются различные способы увеличения эффективности нелинейно-оптических взаимодействий в композитных средах.

Раздел 4.1 посвящен изучению линейных оптических свойств слоев пористого оксида алюминия и окисленного пористого кремния, для которых характерные размеры пористой структуры (размер пор и расстояние между ними) значительно меньше длины световой волны. В соответствии с приближением эффективной среды такие среды можно рассматривать на макроскопических масштабах как оптически однородные. Однако в результате преимущественного распространения пор вдоль выделенных направлений в однородной изотропной среде возможно появление двулучепреломления формы Это явление представляет интерес, как с фундаментальной точки зрения, так и для целого ряда прикладных задач современной оптики.

Проведено детальное исследование линейных оптических свойств пористого оксида алюминия с периодом структуры значительно меньшим длин волн видимого диапазона. Согласно проведенным измерениям величины двулучепреломления от угла падения излучения на поверхность слоя пористого оксида алюминия можно сделать вывод, что этот материал является одноосным оптическим кристаллом, с оптической осью направленной вдоль нормали к его поверхности. Теоретическая аппроксимация в приближении модели эффективной среды для экспериментальной зависимости величины двулучепреломления от угла падения излучения позволила вычислить максимальную величину двулучепреломления пористого оксида алюминия, которая составила 0,06. Наблюдаемая анизотропия показателя преломления значительно выше анизотропии кристаллического оксида алюминия и обусловлена анизотропией формы.

Исследована модификация линейных оптических свойств слоев анизотропного пористого кремния в процессе их окислении при различных температурах. Установлена зависимость между параметрами изготовления пористого кремния и линейными оптическими характеристиками плёнок окисленного пористого кремния. С увеличением плотности тока травления и, следовательно, пористости и анизотропии исходных плёнок пористого кремния, возрастает величина двулучепреломления плёнок окисленного пористого кремния. В результате проведенных исследований были получены оптически качественные слои окисленного пористого кремния прозрачные в видимом и инфракрасном диапазонах и обладающие заметным двулучепреломлением формы, величина которого достигает 0,02, что более, чем в два раза превышает величину анизотропии кристаллического кварца. Отметим, что величина двулучепреломления полученных слоёв достаточна для использования их в качестве компактных фазовых пластинок Х/2 и А/4 в видимом и ближнем ИК диапазонах

Экспериментально показано, что электрохимическое

микроструктурирование изотропного монокристалла ваР (с-ОаР) с

ориентацией (110) позволяет получить двулучепреломляющие слои обладающие высокой квадратичной нелинейностью. Оптическая ось в таких слоях лежит в их плоскости, а величина двулучепреломления достигает значения 0,04 в ИК диапазоне В соответствии с расчетами данная анизотропия достаточна для достижения 90° фазового синхронизма для процесса генерации второй гармоники, что делает перспективным использование пористого ОаР для преобразования оптических частот.

В разделе 4.2 обсуждаются результаты исследования эффектов локализации света в упорядоченных и случайно-разупорядоченных пористых средах. Явление локализации света, возникающее в результате интерференции локальных полей многократно отраженных или рассеянных волн, может наблюдаться как в упорядоченных, так и в случайно-разупорядоченных композитных средах, когда длина световой волны приближается к размерам неоднородности среды. В упорядоченных композитах показатель преломления изменяется в пространстве периодически, и распространение света описывается хорошо развитой теорией фотонных кристаллов. Локализация света в таких средах проявляется в появлении фотонных запрещенных зон - спектральных областей, для которых соответствующее им излучение не может распространяться в одном или нескольких направлениях в среде. Для описания эффектов локализации света в случайно-разупорядоченных средах используется теория андерсоновской локализации света. Явление локализации света в упорядоченных пористых средах было продемонстрировано на примере пористого оксида алюминия, а эффекты локализации света в случайно-разупорядоченных средах наблюдались в слоях пористого ОаР.

Для пористого оксида алюминия с периодом структуры порядка сотен нанометров в спектрах пропускания обнаружена фотонная запрещенная зона в видимом диапазоне, что указывает на достаточно высокую степень упорядочения пор в исследованных слоях. Учитывая возможность заполнения пор веществами с эффективной люминесценцией этот эффект может быть

использован для создания источников света с направленной диаграммой рассеяния и активных элементов лазеров.

Динамика рассеяния света в слоях пористого ваР была исследована с использованием схемы оптического гетеродинирования на базе сканирующего интерферометра Майкельсона и фемтосекундной лазерной сисгемы на основе кристалла Сг.форстерита. Анализ данных оптического гетеродинирования показывает, что время жизни рассеянных фотонов (/=1,25 мкм) увеличивается с ростом пористости образцов. Для образца с пористостью 55% оно является наибольшим и составляет около 8 пс, что на два порядка превышает этот параметр для с-(}аР. Увеличение времени жизни фотона с ростом пористости связано с уменьшением длины свободного пробега фотона в результате эффектов локализации света в сильно рассеивающих слоях пористого ОаР.

В разделе 4.3 обсуждаются данные по экспериментальному изучению различных возможностей увеличения эффективности нелинейно-оптических взаимодействий в пористых средах. Продемонстрировано использование метода генерации оптических гармоник в качестве эффективного инструмента для изучения эффектов локального поля в композитных средах.

Опираясь на экспериментально изученные линейные оптические свойства анизотропных слоев окисленного пористого кремния, выполнен детальный 1еоретический анализ процесса генерации третьей гармоники в этих слоях, который сопоставлен с результатами экспериментов. Исходя из предположения о центросимметричности окисленного пористого кремния, на основании решения укороченного уравнения для процесса генерации третьей гармоники получены выражения для ориентационных зависимостей третьей гармоники, учитывающие фазовую расстройку. Эти выражения находятся в хорошем согласии с данными эксперимента при использовании эффективной кубической восприимчивости окисленного пористого кремния, рассчитанной согласно обобщенной модели Бруггемана в приближении эффективной среды (см. рис.1).

Рис. 1 Ориентацгюнные зависимости третьей гармоники в окисленном пористом кремнии (геометрия на пропускание) для различных длин волн излучения накачки с поляризацией параллельной (левый ряд) и перпендикулярной (правый ряд) попяризации гармоники Линии соответствуют результатам расчетов с использованием величин рассчитанньа в рамках модели

эффективной среды.

Показана возможность синхронной генерации третьей гармоники в слоях окисленного пористого кремния, что подтверждается соответствующими расчетами, основанными на данных линейно-оптических измерений и видом ориентационных зависимостей третьей гармоники. Прозрачность окисленного пористого кремния и химическая стабильность его внутренней поверхности делают его идеальным кандидатом для использования в качестве матрицы для заполнения светоизлу чающими и нелинейно-оптическими материалами, что в совокупности с его достаточно высокой анизотропией, открывает широкие

возможности для фазово-согласованного преобразования оптических частот, оптического переключения и создания компактных элементов лазеров.

Получены зависимости интенсивности третьей гармоники от длины волны основного излучения в слоях пористого оксида алюминия и окисленного пористого кремния до и после заполнения Сей. Обнаружен сильный рост интенсивности третьей гармоники для пористого оксида алюминия и окисленного пористого кремния с Сс18 по сравнению с исходными матрицами в спектральном диапазоне 1,2-1,5 мкм, который соответствует краям межзонного поглощения для нанокристаллов Сей (см. рис. 2).

1,5

£ 1,2

X ь о

и

Н

мО

н о о

Е «

29 и X

<и 0,3

К

0,0

• опк

▼ ОПК+СсШ

▼ ▼ ▼

0,9

0,6 -

V т

▼ Л'

- • /V

1200

1400 X, нм

1600

Рис. 2 Зависимость интенсивности третьей гармоники от длины волны излучения накачки для анизотропного окисленного пористого кремния до и

после осаждения СсЙ1

Указанный рост связывается с резонансным трехфотонным возбуждением электронов из валентной зоны наночастиц С<18 в зону проводимости. Ширина

резонансной линии в спектре третьей гармоники позволяет судить о разбросе наночастиц СЖ по размерам, что может быть использовано для диагностики качества осаждения С<18 в пористую матрицу. Представленные экспериментальные результаты демонстрируют возможность использования слоев пористого оксида алюминия и окисленного пористого кремния в качестве анизотропной матрицы для заполнения веществами с высокими нелинейными восприимчивостями с целью увеличения нелинейно оптического отклика.

Согласно экспериментам по генерации второй гармоники и комбинационному рассеянию света в рассеивающих слоях пористого фосфида галлия установлено, что формирование наноструктур, размеры которых сравнимы с длиной волны возбуждающего излучения, увеличивает эффективность преобразования более, чем на порядок по сравнению с кристаллическим фосфидом галлия (см.рис. 3).

1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 X, нм

Рис. 3 Зависимость интенсивности второй гармоники при отражении от кристаллического и пористого СаР от длины волны излучения накачки

Излучение на частоте второй гармоники при этом оказывается полностью деполяризованным. Рост интенсивности второй гармоники, генерируемой при рассеянии на макропористом фосфиде галлия, существенным образом зависит от длины волны излучения накачки, причем с уменьшением длины волны накачки происходит увеличение соотношения интенсивностей второй гармоники для макропористого и кристаллического ваР (см. рис. 3). Одновременный рост времени жизни фотонов излучения на основной частоте и эффективности генерации второй гармоники, а также комбинационного рассеяния света, является экспериментальным подтверждением сильного влияния эффектов локализации света на эффективность этих процессов в исследуемых слоях пористого ваР в результате локального увеличения полей и времени взаимодействия излучения с веществом. Полученные экспериментальные результаты указывают на возможность создания эффективных преобразователей частоты и визуализаторов инфракрасного излучения на основе слоев пористого ваР.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

На основе комплексного исследования различных пористых полупроводников и диэлектриков, в которых расстояния между порами и их диаметр меняются от единиц до сотен нанометров, были установлены основные закономерности в проявлении эффектов локального поля на их линейные и нелинейные оптические свойства. Были получены следующие основные результаты:

1. Экспериментально исследована зависимость величины двулучепреломления от морфологии и структурных параметров пористых сред. Показана возможность создания на основе однородных изотропных полупроводников и диэлектриков анизотропных пористых сред со значительным двулучепреломлением, обусловленным двулучепреломлением формы.

2. В приближении модели эффективной среды на основе экспериментально измеренных дисперсионных зависимостях показателей преломления

окисленного пористого кремния были получены соотношения между элементами тензора эффективной кубической восприимчивости Х<3)(3 со; <я, си, со) этого материала. Продемонстрировано хорошее согласие ориентационных зависимостей третьей гармоники, рассчитанных с использованием этих величин, с результатами экспериментов.

3. С помошью перестраиваемой по длине волны лазерной системы на основе параметрического генератора света реализован режим синхронной генерации третьей гармоники из объема пленок окисленного пористого кремния с сильным двулучепреломлением формы. Наличие синхронной генерации подтверждается резким увеличением интенсивности ТГ при накачке, соответствующей нулевой фазовой расстройке для процесса генерации ТГ, и видом ориентационных зависимостей ТГ, совпадающих с соответствующими расчетами, основанными на данных линейно-оптических измерений.

4. Обнаружен сильный рост ТГ для пористого оксида алюминия и окисленного пористого кремния с внедренным в поры Сс18 по сравнению с исходными образцами в спектральном диапазоне 1,2-1,5 мкм, который соответствует краям межзонного поглощения для нанокристаллов Сё Я. Указанный рост связывается с резонансным трехфотонным возбуждением из валентной зоны нанокристаллов Сс18 в зону проводимости.

5. Экспериментально обнаружено значительное уменьшение длины свободного пробега в сильно рассеивающих слоях пористого ОаР с ростом пористости слоев, обусловленное эффектами локализации света, и приводящее к росту более чем на порядок эффективностей генерации второй гармоники и комбинационного рассеяния света.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. В.А. Мельников, Л.А. Головань, В.Ю. Тимошенко, П.К. Кашкаров,

C.А. Гаврилов, Д.А. Кравченко, Ю.Н. Пархоменко, Е.А. Скрылева Оптическая анизотропия и фотонная запрещенная зона в слоях пористого оксида алюминия //Вестник МГУ, Сер 3. Физика. Астрономия, т. 4, с. 43-47 (2003).

2. Л.А. Головань, В.А. Мельников, С.О. Коноров, А.Б. Федотов, С.А. Гаврилов, A.M. Желтиков, П.К. Кашкаров, В.Ю. Тимошенко, Г.И. Петров, Л. Ли, В.В. Яковлев Эффективная генерация второй гармоники при рассеянии в пористом фосфиде галлия Н Письма в ЖЭТФ, т. 78, вып. 4, с. 229-233 (2003).

3. V.A. Mel'nikov, L.A. Golovan', V.Yu. Timoshenko, A.M. Zheltikov,

D.A. Muzychenko, E.V. Ukraintsev, T.V. Laptinskaya, and P.K. Kashkarov Optical Anisotropy of Strongly Photonic Porous Gallium Phosphide П Laser Physics, v. 14, No. 5, pp. 660- 663 (2004).

4. V.A. Mel'nikov, L.A. Golovan, S.O. Konorov, D.A. Muzychenko,

A.B. Fedotov, A.M. Zheltikov, V.Yu. Timoshenko, and P.K. Kashkarov Second-harmonic generation in strongly scattering porous gallium phosphide II Appl. Phys.

B, v. 79, No. 2, pp. 225-228 (2004).

5. П.К. Кашкаров, Л.А. Головань, C.B. Заботнов, В.А. Мельников,

E.Ю. Круткова, С.О. Коноров, А.Б. Федотов, К.П. Бестемьянов, В.М. Гордиенко, В.Ю. Тимошенко, A.M. Желтиков, Г.И. Петров, В.В. Яковлев Увеличение эффективности нелинейно-оптических взаимодействий в наноструктурированных полупроводниках И ФТТ, т. 47, вып. 1, с. 153-159 (2005).

6. S.A. Gavrilov, D.A. Kravtchenko, A. Zheleznyakova, V.Y. Timoshenko, P.K. Kashkarov, V. Melnikov, G. Zaitsev, and L.A. Golovan Porous anodic alumina for photonics and optoelectronics II Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng., v. 5401, pp. 235240 (2004).

7. L.A. Golovan', G.I. Petrov, S.A. Gavrilov, V.A. Mel'nikov, L.J. Li, S.O. Konorov, A.B. Fedotov, A.M. Zheltikov, P.K. Kashkarov, V.Y. Timoshenko, and V.V. Yakovlev Efficient nonlinear optical conversion in porous GaP: the effect of light localization II Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng., v. 5360, pp. 333-339 (2004).

8. V.A. Mel'nikov, G.M. Zaitsev, L.A. Golovan, V.Yu. Timoshenko, P.K. Kashkarov, S.A. Gavrilov, D.A. Kravchenko, Yu.N. Porhomenko, E.A. Skreleva Form birefringence and photonic band gap in porous alumina films II Physics, chemistry and application of nanostructures (Reviews and short notes to Nanomeeting 2003), Minsk, Belarus, pp. 253-255 (2003).

9. B.A. Мельников Оптическая анизотропия и фотонная запрещенная зона в слоях пористого оксида алюминия И Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам "Ломоносов-2003" секция "Физика" (сб. тезисов), с. 259-261, Москва (2003).

10. В.А. Мельников, Д.А. Иванов Оптическая анизотропия в слоях пористого оксида кремния II Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам "Ломоносов-2003" секция "Физика" (сб. тезисов), с. 273-274, Москва (2003).

11. L.A. Golovan, V.A Mel'nikov., Р. К. Kashkarov, V.Yu. Timoshenko, A.M. Zheltikov, S.A. Gavrilov, G.I. Petrov, L. Li, and V.V. Yakovlev Optical harmonic generation in macroporous gallium phosphide: Anderson localization? II Book of abstracts of the 12th International Laser Physics Workshop "LPHYS'03", Hamburg, Germany, pp. 293-294 (2003).

12. L.A. Golovan, V.A Mel'nikov., S.O. Konorov, A.B. Fedotov, S.A. Gavrilov, A.M. Zheltikov, P.K. Kashkarov, V.Yu. Timoshenko, G.I. Petrov, L. Li, V.V. Yakovlev Porous gallium phosphide■ challenging material for nonlinear applications // In book: Abstracts of 4-th International Conference Porous Semiconductors - science and technology, Cullera-Valencia, Spain, pp. 88-89 (2004).

13. V.Yu. Timoshenko, L.A. Golovan, S.V. Zabotnov. V.A Melnikov, A.M. Zheltikov, and P.K. Kashkarov Enhanced nonlinear-optical interactions in nanostructured semiconductors II Book of the abstracts of ALT 04 Conference "Advanced Laser Technologies", Rome, Italy, pp. 71 (2004).

14. L.A. Golovan, D.I. Ivanov, V.A Mel'nikov., G.I. Petrov, P. K. Kashkarov, V.Yu. Timoshenko, A.M. Zheltikov, and V.V. Yakovlev Linear and nonlinear form anisotropy in oxidized porous silicon I I Proceedings of the 10th conference on complex media and metamaterials Bianisotropics 2004, Ghent, Belgium, pp. 82-85 (2004).

15. P.K. Kashkarov, L.A. Golovan, V.A Melnikov, A.M. Zheltikov, and V.Yu. Timoshenko Light localization phenomenon and nonlinear optical wave interactions in porous gallium phosphide II In book of abstracts of 2nd international conference on materials science and condensed matter physics, Chisinau, Moldova, pp. 219 (2004).

16. П.К. Кашкаров, Л.А. Головань, C.B. Заботнов, В.А. Мельников, С.О. Коноров, А.Б. Федотов, В.Ю. Тимошенко, A.M. Желтиков Увеличение эффективности нелинейно-оптических взаимодействий в наноструктурированных полупроводниках и диэлектриках II материалы совещания Нанофотоника, Нижний Новгород, с. 67-69 (2004).

17. Д.А. Иванов, В.А. Мельников, Л.А. Головань, В.Ю. Тимошенко, А.Е. Лукьянов, В.И. Петров, М.А. Степович, П.К. Кашкаров Получение и электронномикроскопическое исследование окисленных пленок пористого кремния И тезисы докладов XX российской конференции по электронной микроскопии ЭМ'2004, Черниголовка, с. 33 (2004).

18. V.A Melnikov, D.I. Ivanov,. L.A. Golovan, S.A. Gavrilov, D.A. Kra^cheako, I.V. Telegina, S.O. Konorov, A.B. Fedotov, A.M. Zheltikov, P.K. Kashkarov, V.Yu. Timoshenko Variable optical anisotropy in oxidized amorphous porous silicon layers II In book of abstracts of X International Conference "Physics of Dielectrics" (Dielectrics - 2004), Saint-Petersburg, Russia, pp. 399-401 (2004).

19. L.A. Golovan, V.A. Melnikov, S.V. Zabotnov, S.O. Konorov, K.P Bestem'yanov, A.V. Zoteyev, A.B. Fedotov, A.M. Zheltikov, V.M. Gordienko, V.Yu.Timoshenko, P.K. Kashkarov Light localization phenomena and enhancement of nonlinear-optical interactions in porous GaP // International Conference on Coherent and Nonlinear Optics (ICONO/LAT 2005), St. Petersburg, Russia, ICONO/LAT Technical Digest on CD-ROM, presentation number IThKl (2005).

ООП Физ ф-та МГУ Закал 7Г-100-05

0 8 5 9

PH Б Русский фонд

2006-4 7610

Список используемых сокращений и обозначений.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ПОРИСТЫЕ СРЕДЫ - НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ДЛЯ ФОТОНИКИ. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Образование пористой структуры при травлении полупроводников и анодном окислении металлов: методика получения, структура и общие свойства

1.1.1. Особенности порообразования в полупроводниках при их электрохимическом травлении.

1.1.2. Формирование и структура пористого фосфида галлия.

1.1.3. Формирование и структура пористого кремния.

1.1.4. Окисление пористого кремния. Структура окисленного пористого кремния.

1.1.5. Особенности образования и строения пористого оксида алюминия.

1.2. Оптические свойства пористых сред.

1.2.1. Модели эффективной среды.

1.2.2. Модели эффективной среды с анизотропией формы.

1.2.3. Применение моделей эффективной среды для описания линейных оптических свойств пористого кремния.

1.2.4. Описание нелинейного отклика композитных сред в рамках модели эффективной среды.

1.2.5. Рассеяние света в случайно-неоднородных средах.

1.2.6. Диффузионное приближение для многократного рассеяния в случайно-неоднородных средах.

1.2.7. Слабая и андерсоновская локализация света.

1.2.8. Пористый фосфид галлия и локализация света.

1.3. Выводы из обзора литературы и постановка задачи.

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБРАЗЦОВ И ИХ СТРУКТУРНЫЕ СВОЙСТВА.

2.1. Методика получения окисленного пористого кремния и его структурные свойства.

2.2. Методика изготовления мембран на основе пористого анодного оксида алюминия.

2.3. Методика осаждения CdS в пористый окисленный кремний и пористый оксид алюминия.

2.4. Методика изготовления слоев пористого фосфида галлия и их структурные свойства.

ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ОПТИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ.

3.1. Измерение спектров пропускания и отражения. Определение показателя преломления и величины двулучепреломления.

3.2. Генерация гармоник.

3.3. Оптическое гетеродинирование.

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

4.1. Двулучепреломляющие среды на основе пористых полупроводников и диэлектриков.

4.1.1. Двулучепреломление формы в слоях пористого оксида алюминия.

4.1.2. Анизотропия линейных оптических свойств окисленного пористого кремния.

4.1.2.1 Анализ ИК спектров пропускания пористого кремния на различных стадиях его окисления.

4.1.2.2 Оптические параметры пористого кремния.

4.1.2.3 Оптические параметры окисленного пористого кремния. Двулучепреломление.

4.1.2.4 Дисперсия показателя преломления окисленного пористого кремния

4.1.3. Оптическая анизотропия в пористом фосфиде галлия.

4.2. Эффекты локализации света в упорядоченных и случайно-разупорядоченных пористых средах.

4.2.1. Фотонно-кристаллические свойства пористого оксида алюминия.

4.2.2. Локализация света в пористом фосфиде галлия.

4.3. Использование метода генерации оптических гармоник и комбинационного рассеяния света для изучения эффектов локального поля в пористых полупроводниках и диэлектриках.

4.3.1. Генерация третьей гармоники в двулучепреломляющем окисленном пористом кремнии. Фазовое согласование. Нелинейная анизотропия.

4.3.1.1 Теоретический анализ генерации третьей гармоники в двулучепреломляющем окисленном пористом кремнии.

4.3.1.2 Фазовое согласование в двулучепреломляющем окисленном пористом кремнии.

4.3.1.3 Анализ ориентационных зависимостей третьей гармоники в двулучепреломляющем окисленном пористом кремнии. Нелинейная анизотропия.

4.3.2. Генерация третьей гармоники в слоях пористого оксида алюминия и окисленного пористого кремния, заполненных CdS.

4.3.3. Увеличение эффективности генерации второй гармоники и комбинационного рассеяния света в пористом GaP за счет эффектов локализации света.

Актуальность представленных исследований обусловлена фундаментальным интересом к механизмам линейного и нелинейно-оптического отклика твердотельных структур с пониженной размерностью. Одним из магистральных направлений современной физики является изучение свойств материалов, формируемых из элементов, размеры которых составляют от единиц до сотен нанометров, а также разработка принципов создания таких наноструктур. Свойства этих сред заметно отличаются от свойств составляющих их элементов. Используемый в настоящей работе метод электрохимического травления позволяет изменять оптические свойства исходного материала и формировать оптически качественные среды, свойства которых могут варьироваться в широком диапазоне. Таким образом, становится возможным создать новые материалы с заданными свойствами, которые найдут самое широкое применение в различных областях: оптике, химии, электронике. В частности, возникновение искусственной анизотропии в подобных средах, усиление локального поля в микрочастицах и возможность заполнения пор веществами с высоким нелинейно-оптическим откликом открывает широкие возможности по созданию новых эффективных преобразователей частоты света.

Диссертационная работа посвящена экспериментальному исследованию оптических и нелинейно-оптических свойств низкоразмерных структур на основе пористых диэлектриков и полупроводников, таких как окисленный пористый кремний (ОПК), пористый оксид алюминия (ПОА) и пористый фосфид галлия (ПФГ). Основное внимание уделено изучению механизмов влияния микроструктуры среды (размеров неоднородностей и их морфологии) на ее линейные и нелинейно-оптические свойства.

Рассматриваются два предельных случая. В первом случае (пористый оксид алюминия и пористый оксид кремния) размеры неоднородностей среды много меньше длины световой волны, что позволяет рассматривать среду как оптически однородную с характеристиками, вычисляемыми в рамках модели эффективной среды. Во втором случае (пористый фосфид галлия), когда длина световой волны сравнима с размерами неоднородностей среды, возникает сильное рассеяние и возможны эффекты локализации света в результате интерференции рассеянных волн.

Электрохимическое травление твердых тел, приводящее к росту пор нанометрического размера и формированию нанокристаллов, стало одним из способов создания сред с новыми свойствами. К числу преимуществ данной методики получения наноструктур следует отнести быстроту и контролируемость процесса, а также его невысокую стоимость.

Наноструктурирование материалов позволяет разработать новые принципы формирования сред для эффективного преобразования оптических частот. Эффективность генерации оптических гармоник возможно повысить за счет реализации трех основных подходов: уменьшения фазовой расстройки, увеличения локального поля, использования сред с резонансным нелинейным откликом. Уменьшения фазовой расстройки можно добиться при использовании искусственной оптической анизотропии пористых полупроводников, обусловленной анизотропией электрохимического травления. К увеличению локального поля, в частности, приводит локализация света в ансамблях микрочастиц. Отметим, что первые два подхода сочетаются в фотонно-кристаллических структурах, для которых важную роль играют как присущие им законы дисперсии, так и локальное увеличение напряженности полей.

В основе указанных подходов, в конечном счете, лежит влияние локальных полей в наноструктурах на их макроскопические оптические свойства. Как известно, именно локальные поля управляют как величиной, так и свойствами симметрии эффективных нелинейных восприимчивостей [1,2]. Рост эффективности нелинейно-оптических взаимодействий, как параметрических, так и непараметрических, за счет увеличения локального поля был предсказан и наблюдался для композитных оптических сред, содержащих металлические включения [3], или, в более общем случае, включения, имеющие резонанс на частотах, близких к частотам взаимодействующих волн [4,5], а также в тех случаях, когда включение с оптической нелинейностью окружено средой с большим показателем преломления [6] (см. также, например, сборник [7]). Величина нелинейно-оптического отклика среды сверхлинейным образом зависит от факторов локального поля. Следовательно, нелинейно-оптические процессы, например генерация гармоник, являются чувствительным инструментом для изучения эффектов локального поля в композитных средах.

Современные нанотехнологии, как показывают эксперименты с мезопористым и макропористым кремнием [8-11], позволяют радикально изменять оптические свойства материала, формировать структуры с сильным искусственным двулучепреломлением и находить новые пути решения проблемы фазового согласования для нелинейно-оптических взаимодействий.

Однако использование пористого кремния в оптике, в том числе нелинейной, и оптоэлектронике ограничено, во-первых, его поглощением, которое позволяет эффективно работать с ним лишь в инфракрасном диапазоне, во-вторых, невысоким квантовым выходом люминесценции в случае мезопористых структур, и, в-третьих, тем, что он остается центросимметричной средой, в которой некоторые нелинейно-оптические взаимодействия, например генерация второй гармоники (ВГ), запрещены в дипольном приближении. С этой точки зрения перспективной альтернативой пористому кремнию могут быть прозрачные слои пористого оксида алюминия и окисленного пористого кремния. Эти материалы химически стабильны и могут быть заполнены веществами с высокими нелинейно-оптическими восприимчивостями. Кроме того, искусственная анизотропия показателя преломления этих сред, может быть сделана достаточно высокой для достижения фазового согласования в процессах генерации оптических гармоник. С другой стороны, весьма перспективным представляется оптическое применения пористого фосфида галлия. Более широкая запрещенная зона GaP делает возможным его использование в красной и желтой спектральных областях видимого диапазона (длина волны больше 550 нм), а нецентросимметричность его кристаллической решетки обусловливает высокую дипольную квадратичную нелинейную восприимчивость (~200 пм/В), которая на два порядка превышает эту же величину для большинства кристаллов, применяемых для удвоения частоты [12].

Особый интерес к пористому фосфиду галлия вызван возможностью наблюдать в нем явление андерсоновской локализации света [13, 14-15]. Этот эффект, аналогичный андерсоновской локализации электронов в разупорядоченной среде, обусловлен интерференцией волн, рассеянных на неоднородностях [16]. В результате возрастает время взаимодействия излучения с веществом и, следовательно, возможно увеличение эффективности всех оптических процессов, в том числе и нелинейных. Особенности нелинейно-оптических взаимодействий в разупорядоченных диэлектрических средах изучались как теоретически [17-19], так и экспериментально, например, в слоях порошка ниобата лития [19] и в порошковом лазере [20]. Тем не менее, полного понимания той роли, которую разупорядоченная среда играет в нелинейно-оптических процессах, еще нет. В частности, не проводилось сравнение с кристаллическими средами, кроме того, не давались оценки эффективности таких преобразований. Таким образом, пористый GaP представляется весьма перспективным материалом для создания новых нелинейно-оптических элементов, однако до настоящего момента влияние рассеяния в макропористых слоях GaP на эффективность процессов генерации оптических гармоник оставалось неизученным.

В работе были поставлены следующие задачи:

1. Сформировать методом электрохимического травления пористые среды с заданными оптическими свойствами.

2. Для слоев ОПК, ПОА и ПФГ установить связь между структурными свойствами данных пористых сред, а именно морфологией пор и наночастиц, их размерами и расположением в нанокомпозите, и такими оптическими параметрами как величины показателей преломления и двулучепреломления, а также временем жизни фотона в наноструктурированном материале.

3. Исследовать влияние эффектов локального поля на эффективность процессов генерации оптических гармоник и свойства симметрии тензора нелинейной восприимчивости.

4. Экспериментально показать возможность увеличения эффективности генерации оптических гармоник в пористых средах при использовании следующих подходов: 1) фазового согласования в пористых слоях с анизотропией формы 2) заполнения пор веществами с высокими нелинейными восприимчивостями 3) использования эффектов локализации света.

Для решения поставленных задач был применен комплекс различных методов исследования, включающих измерение спектров пропускания и отражения тонких пленок, генерацию оптических гармоник, нелинейную спектроскопию, оптическое гетеродинирование, инфракрасную (ИК) Фурье спектроскопию, атомно-силовую (АСМ) и сканирующую электронную микроскопию (СЭМ), рентгеновскую дифракцию.

Достоверность полученных результатов обеспечена детальным рассмотрением физических явлений и процессов, определяющих линейные и нелинейные оптические свойства нанокомпозитных сред. Во многом достоверность полученных результатов обеспечивается хорошим согласием между результатами расчетов и многочисленными экспериментами.

Автор защищает:

1. Новые данные о двулучепреломлении формы, обусловленного эффектами локального поля, в слоях окисленного пористого кремния, пористого оксида алюминия и пористого фосфида галлия и анализ этого явления в рамках приближения эффективной среды.

2. Вывод о возможности использования слоев пористого оксида алюминия и окисленного пористого кремния с осажденными наночастицами CdS, для увеличения эффективности генерации оптических гармоник.

3. Вывод о значительной величине двулучепреломления формы в слоях окисленного пористого кремния, достаточного для синхронной генерации ТГ.

4. Вывод о влиянии эффектов локального поля на модификацию тензора кубической восприимчивости окисленного пористого кремния.

5. Вывод о роли эффектов локализации света в микроструктурированном GaP на эффективность генерации оптических гармоник и комбинационное рассеяние света.

Практическая ценность работы состоит в разработке принципов формирования новых сред для фотоники и нелинейной оптики и исследовании их оптических свойств. Например, пленки окисленного пористого кремния обладают достаточной величиной двойного лучепреломления для использования в качестве компактных фазовых пластин. Искусственная анизотропия в изученных средах позволяет уменьшить фазовую расстройку в процессах генерации гармоник, что может быть использовано для создания высокоэффективных преобразователей частоты.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1) Экспериментально исследовано явление оптической анизотропии формы в слоях окисленного пористого кремния, пористого оксида алюминия и пористого фосфида галлия.

2) Изучены различные возможности использования эффектов локального поля для увеличения эффективности нелинейно-оптических взаимодействий.

3) Экспериментально показана возможность фазового согласования для процесса генерации третьей гармоники в слоях окисленного пористого кремния.

4) Продемонстрировано хорошее согласие теоретических расчетов в приближении модели эффективной среды для процесса генерации третьей гармоники в слоях окисленного пористого кремния с результатами эксперимента. Полученные результаты позволяют говорить о возможности модификации точечной группы симметрии однородного материала в результате его наноструктурирования.

5) Экспериментально обнаружено значительное усиление генерации второй гармоники в слоях пористого GaP различной пористости, которое, как показано, тесно связано с эффектами локализации света.

Личный вклад. В диссертационной работе обобщены результаты исследований линейных и нелинейных оптических свойств пористых полупроводников и диэлектриков, выполненных диссертантом самостоятельно и в соавторстве. Личный вклад автора заключается в реализации цели и задач работы, проведении экспериментальных работ, анализе и обобщении полученных результатов.

Работа имеет следующую структуру:

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

На основе комплексного исследования различных пористых полупроводников и диэлектриков, в которых расстояния между порами и их диаметр меняются от единиц до сотен нанометров, были установлены основные закономерности в проявлении эффектов локального поля на их линейные и нелинейные оптические свойства. Получены следующие основные результаты:

1. Экспериментально исследована зависимость величины двулучепреломления от морфологии и структурных параметров пористых сред. Показана возможность создания на основе однородных изотропных полупроводников и диэлектриков прозрачных пористых сред со значительным двулучепреломлением, обусловленным анизотропией формы.

2. В приближении модели эффективной среды на основе экспериментально измеренных дисперсионных зависимостей показателей преломления окисленного пористого кремния были получены соотношения между элементами тензора эффективной кубической восприимчивости я(3)(3й)\й),а),со) этого материала. Продемонстрировано хорошее согласие ориентационных зависимостей третьей гармоники, рассчитанных с использованием этих величин, с результатами экспериментов.

3. С помощью перестраиваемой по длине волны лазерной системы на основе параметрического генератора света реализован режим синхронной генерации третьей гармоники из объема пленок окисленного пористого кремния с сильным двулучепреломлением формы. Наличие синхронной генерации подтверждается резким увеличением интенсивности ТГ при накачке, соответствующей нулевой фазовой расстройке для процесса генерации ТГ, и видом ориентационных зависимостей ТГ, в соответствии с расчетами, основанными на данных линейно-оптических измерений.

4. Обнаружен сильный рост ТГ для пористого оксида алюминия и окисленного пористого кремния с внедренным в поры CdS по сравнению с исходными образцами в спектральном диапазоне 1,2-1,5 мкм, который соответствует краям межзонного поглощения для нанокристаллов CdS. Указанный рост связывается с резонансным трехфотонным возбуждением из валентной зоны нанокристаллов CdS в зону проводимости.

5. Экспериментально обнаружено значительное уменьшение длины свободного пробега фотонов в сильно рассеивающих слоях пористого GaP с ростом пористости слоев, обусловленное эффектами локализации света, и приводящее к росту более чем на порядок эффективностей генерации второй гармоники и комбинационного рассеяния света.

1. P.M. Hui, D. Stroud Theory of second harmonic generation in composites of nonlinear dielectrics II J. Appl. Phys., v. 82, No. 10, pp. 4740-4743 (1997).

2. P.M. Hui, P. Cheung, D. Stroud Theory of third harmonic generation in random composites of nonlinear dielectrics II J. Appl. Phys., v. 84, No. 7, pp. 3451-3458 (1998).

3. D. Ricard, Ph. Roussignol, С Flytzanis Surface-mediated enhancement of optical phase conjugation in metal colloids II Opt. Lett., v. 10, pp. 511-517 (1985).

4. J.J. Maki, M.S. Malcuit, J.E. Sipe, and R.W. Boyd Linear and nonlinear optical measurements of the Lorentz local field II Phys. Rev. Lett., v. 67, No. 8, pp. 972-975 (1991).

5. D. Stroud Giant enhancement of cubic nonlinearity in a polycrystalline quasi-one- dimensional conductor II Phys. Rev. B, v. 54, No. 5, pp. 3295-3299 (1996).

6. G.L. Fischer, R.W. Boyd, R.J, Gehr, S.A. Jenekhe, J.A. Osaheni, J.E. Sipe, and 1..A. Weller-Brophy Enhanced nonlinear optical response of composite materials II Phys. Rev. Lett., v. 74, No. 10, pp. 1871-1874 (1995).

7. Properties of Nanostructured Random Media, ed. by V. M. Shalaev // Springer, N. Y. (2002).

8. F. Genereux, S.W. Leonard, H.M. van Driel, A. Bimer, and U. Gosele Large birefringence in two-dimensional silicon photonic crystals II Phys. Rev. B, v. 63, pp. 161101(1-4) (2001).

9. R.L. Sutherland Handbook on Nonlinear Optics II Marcel Dekker, Inc., New York- Basel-Hong Kong (1996).

10. J. Gomes Rivas and A. LsigQnd\}\^Tunable photonic strength in porous GaP II Appl. Phys. Lett., V. 80, No. 24, pp. 4498-4500, (2002).

11. V.E. Kjavtsov, V.M. Agranovich, K.I. Grigorishin Theory of second-harmonic generation in strongly scattering media II Phys. Rev. B, v. 44, pp. 4931-4942 (1991).

12. J.F. de Boer, A. Lagendijk, R. Sprik, and S. Feng Transmission and reflection correlations of second harmonic waves in non-linear random media II Phys. Rev. Lett., v. 71, pp. 3947-3950 (1993).

13. M.A. Noginov, S.U. Egarievwe, N. Noginova, J.C. Wang, H.J. Caulfield Demonstration of second-harmonic powder laser II J. Opt. Soc. Am. B, v. 15, pp. 2854-2858 (1998).

14. I.M. Tiginyanu, I.V. Kjavetsky, G. Marowsky, H.L. Hartnagel Efficient optical second harmonic generation in porous membranesof GaP II Phys. Stat. Sol.(a), v. 175, No.2,pp.R5-R6,(1999).

15. I.M. Tiginyanu, I.V. Kravetsky, J. Monecke, W. Cordts, G, Marowsky, H.L. Hartnagel Semiconductor sieves as nonlinear optical materials II Appl. Phys. Lett., v. 77, No. 15, pp. 2415-2417, (2000). Ф Y .iy

16. П.К. Кашкаров, Б.В. Каменев, E.A. Константинова, А.И. Ефимова, А.В. Павликов, В.Ю. Тимошенко Динамика неравновесных носителей заряда в кремниевых квантовых нитях II Успехи Физ. Наук, т. 168, с. 577-582 (1998).

17. Л.А. Головань, А.А. Гончаров, В.Ю. Тимошенко, А.П. Шкуринов, П.К. Кашкаров, Н.И. Коротеев Обнаружение двухступенчатого процесса возбуждения фотолюминесценции в кремниевых наноструктурах II Письма в ЖЭТФ, т. 68, с. 732-736 (1998).

18. D. Kovalev, G. Polisski, J. Diener, Н. Heckler, N. KUnzner, V.Yu. Timoshenko, F. Koch Strong in-plane birefringence of spatially nanostructured silicon II Appl. Phys. 1.ett, V. 78, pp. 916-918 (2001).

19. J. Diener, N. Kunzner, D. Kovalev, E. Gross, V. Yu. Timoshenko, G. Polisski, F. Koch Dichroic Bragg reflectors based on birefringent porous silicon II Appl. Phys. Lett., V. 78, pp. 3887-3889 (2001).

20. L.A. Golovan, P.K.Kashkarov, M.S. Syrchin, A.M. Zheltikov One-Dimensional Porous-Silicon Photonic Band-Gap Structures with Tunable Reflection and Dispersion II Phys. Stat. Sol. (a), v. 182, pp. 437-442 (2000).

21. P.K. Kashkarov and A.M. Zheltikov On the Boolean Algebra of Porous-Silicon Photonic Band-gap Structures II Nonlinear Optics, v. 23, pp. 305-313 (2000).

22. A.G. Gullis, L.T. Canham, P.D.J. Calcott The structural and luminescence properties of porous silicon II J. Appl. Phys., v. 82, pp. 909-965, (1997).

23. Сборник статей Травление полупроводников IIМ: Мир, 1965.

24. Р. Shmuki, L.E. Erikson, D.J. Lockwood, B.F. Mason, J.W. Eraser, G. Champion, H.J. Lable Predefined initiation of porous GaAs using focused ion beam surface sensitization //J. Electrochem. Soc, v. 146, pp. 735-740 (1999).

25. P. Shmuki, L. Santimacci, T. Djenizien, D.J. Lockwood Pore formation on n-InP II Phys. Stat. Sol. (a), v. 182, pp. 51-60 (2000). V

26. B.H. Eme, D. Vanmeakelbergh, J.J. Kelly Porous etching: a means to enhance the photoresponse of indirect semiconductors II Advanced Materials, v. 7, pp. 739-745 (1995).

27. A.Volance Theoretical model for early stages of porous silicon formation from n- andp-type silicon substrates II Phys. Rev. B, v. 55, pp. 9706-9715 (1997).

28. M. Rausches, H. Spohn Porous silicon formation and electropolishing II Phys. Rev. E, V. 64, pp. 031604-031614 (2001).

29. J.C. Claussen, J. Carstensen, M. Christophersen, S. Langa, H. Foil Self-organized pore formation and open-loop control in semiconductor etching II Chaos, v. 13, No. 1, pp.217-224, (2003).

30. H. Foil, J. Carstensen, S. Langa, M. Christophersen, LM. Tiginyanu Porous 111-V compound semiconductors: formation, properties, and comparison to silicon II Phys. Stat. Sol. (a), V. 197, No. 1, pp. 61-70, (2003).

31. J.W. Faust, Jr., А. Sugar Effect of polarity of the 111-V intermetallic compounds on etching II J. Appl. Phys., v. 31, pp. 331-336, (1960).

32. D. Vanmaekelbergh, B.H. Eme, C.W. Cheung, R.W. Tjerkstra On the increase of the photocurrent quantum efficiency of Gap photoanodes due to (photo)anodic pretreatments II Electrochimica Acta, v. 40, No. 6, pp. 689-698, (1995).

33. B.H. Eme, D. Vanmaekelbergh, J.J. Kelly Morphology and strongly enhanced photoresponse ofGaP electrodes made porous by anodic etching II J. Electrochem. Soc, V. 143, pp. 305-311,(1996).

34. B. Eme High quantum yield III-V photoanodes II PhD. thesis. University of Utrecht, the Netherlands (1995).

35. R.W. Tjerkstra, J. Gomez Rivas, D. Vanmaekelbergh, J.J. Kelly Porous GaP multilayers formed by electrochemical etching II Electrochemical and Solid State Letters, v. 5, No.5, pp. G32-G35, (2002). •4.1 V

36. A.Uhlir Electrolytic shaping of germanium and silicon II Bell. Syst. Tech. J., v. 35, No. 2, pp. 333-337 (1956).

37. K.H, Jung, S. Shin, D.L. Kwong Development in luminescence porous silicon II J. Electrochem. Soc, v. 140, pp. 3046-3050 (1993).

38. B.A. Лабуков, B.P. Бондаренко, B.E. Борисенко Получение, свойства и применение пористого кремния II Зарубежная электронная техника, т. 15, вып. 3 (1978).

39. R.L. Smith, S.D. Collins Porous silicon formation mechanisms II J. Appl. Phys., v. 71,No. 8,pp.Rl-R12(1992).

40. M.I.J. Beale, N.G. Chew, M.J. Uren, A.G. CuUis, J.D. Benjamin Microstructure and formation mechanisms of porous silicon II Appl. Phys. Lett., v. 46, No. 1, pp. 86-93 (1985).

41. V. Lechmann, U. Gosele Porous silicon formation: a quantum wire effect II Appl. Phys. Lett., V. 58, No. 8, pp. 856-864 (1991).

42. A. Grosman, С Ortega, J. Siejka, M. Chamarro A quantitative study of impurities in photoluminescent and nonphotoluminescent porous silicon layers II Appl. Phys., v. 74, No. 3, pp. 1992-1998(1993).

43. T. Unagami Oxidation of Porous Silicon and Properties of Its Oxide Film II Japanese Jumal of Appl. Phys., v. 19, No. 2, pp. 231-241 (1980). •у

44. J.J. Yon, К. Barla, R. Herino, G. Bomchil The kinetics and mechanism of oxide layer formation from porous silicon formed on p-Si substrates II J. Appl. Phys, v. 62, No. 3, pp. 1042-1048(1987).

45. J. Salonen, V-P. Lehto, E, Laine Thermal oxidation of free-standing porous silicon films II Appl Phys. Lett., v. 70, pp. 637-645 (1997).

46. J. Salonen, K. Saarinen, J. Peura, J. Viinikanoja, I. Salomaa, E. Laine, and J. Kauppinen Dispersive Fourier transform spectroscopy of free-standing porous silicon films II Mat. Res. Soc. Symp. Proc, v. 486, pp. 323-329 (1998).

47. И.Н. Францевич Анодные оксидные покрытия на металлах и анодная защита II Киев: Наукова Думка (1985).

48. Н. Masuda, К. Yada, А. Osaka Self-ordering of cell configuration of anodic porous alumina with large-size pores in phosphoric acid solution II Jpn. J. Appl. Phys., v. 37, No. IIA, pp. L1340-L1342 (1998).

49. O. Jessensky, F. MuUer, U. Gosele Self-organized formation of hexagonal pore arrays in anodic alumina II Appl. Phys. Lett., v. 72, No. 10, pp. 1173-1175 (1998).

50. J. De Laet, H. Terryn, J. Vereecken Development of an optical model for steady state porous films on aluminium formed in phosphoric acid II Thin solid films, v. 320, pp. 241-252(1998).

51. M. Saito, M. Miyagi Anisotropic optical loss and birefringence of anodized alumina film IIJOSA A, v. 6, No. 12, pp. 1895-1901 (1989).

52. H. Masuda, M. Ohya, H. Ason, M. Nakao, M. Nohtomi, T. Tamamura Photonic crystal using anodic porous alumina II Jpn. J. Appl. Phys., v. 38, No. 12, pp. L1403-1.1405 (1999).

53. B.C. Днепровский, E.A. Жуков, О.A. Шалыгина, В.Л. Лисаковский, Е.А. '^^) Мулжаров, А. Гаврилов, И. Мацумото Экситоны в полупроводниковых квантовых нитях CdS и CdSe с диэлектрическими барьерами IIЖЭТФ, т. 121, вып. 6, с. 1362-1369 (2002).