Введение
ГЛАВА I. Особенности люминеценции ионов эрбия (Ег3) в твердотельных матрицах (обзор литературы) 12
1.1 Энергетический спектр и люминесцентные свойства ионов Ег3 в твердотельных диэлектрических матрицах 12
1.2 Характеристики фото- и электролюминесценции ионов Ег3+ в полупроводниках: энергетический спектр, среднее время жизни, механизм возбуждения 18
1.2.1 Кристаллический кремний и другие полупроводниковые кристаллы, легированные эрбием 18
1.2.2 Тонкие слои и волноводные структуры на основе твёрдых растворов Sii.xGex:Er 24
1.2.3 Аморфный кремний, легированный эрбием 27
1.2.4 Кремниевые нанокристаллы в диоксиде кремния, легированном эрбием 29
1.3 Структура оптически активных эрбиевых центров в кремнии и диоксиде кремния 38
1.4 Особенности оптических свойств легированных эрбием кремниевых структур при высоких уровнях возбуждения 44
1.5 Выводы из обзора литературы и постановка задачи исследования 48
ГЛАВА II. Образцы и методы исследования 50
2.1 Слои твердых растворов Sii.xGex:Er 50
2.2 Структуры кремниевых нанокристаллов в матрице диоксида кремния, легированной эрбием (nc-Si/SK)2:Er) 52
2.3 Методика измерения спектров и кинетик фотолюминесценции (ФЛ) 55
2.4 Схема эксперимента по исследованию оптического усиления 57
ГЛАВА III. Фотолюминесценция ионов эрбия в слоях твердых растворов кремний-германия 59
3.1 Зависимость характеристик ФЛ от состава и условий формирования образцов 59
3.2 Температурная зависимость ФЛ 63
3.3 Зависимость характеристик ФЛ образцов Si/Sii.xGex:Er/Si от интенсивности оптического возбуждения 66
3.4 Динамика населённости состояний ионов Ег3* в Sii.xGex:Er структурах 68
ГЛАВА IV. Изучение фотолюминесценцентных свойств структур nc-Si/Si02:Er 72
4.1 Характеристики ФЛ нелегированных структур nc-Si/Si02 72
4.1.1 Спектры и кинетики ФЛ при Т=300 К 72
4.1.2 Температурная зависимость ФЛ 74
4.2 Фотолюминесцентные свойства структур nc-Si/Si02:Er 77
4.2.1 Зависимость характеристик ФЛ ионов от размеров нанокристаллов 11
4.2.2 Расчет энергии штарковского расщепления уровней ионов имплантированных в nc-Si/Si02 83
4.2.3 Температурная зависимость ФЛ 89
4.2.4 Зависимость интенсивности ФЛ образцов nc-Si/Si02:Er от концентрации эрбия 91
4.3 Теоретический и экспериментальный анализ люминесцентных характеристик структур nc-Si/Si02:Er при интенсивном оптическом возбуждении 92
4.3.1 Зависимость характеристик ФЛ ионов Е^ от интенсивности накачки 92
4.3.2 Феноменологическая модель возбуждения/девозбуждения экситонов и ионов Ег в структурах с кремниевыми нанокристаллами 95
4.3.3 Определение относительной концентрации возбужденных ионов Е^ и оптического усиления в структурах nc-Si/Si02:Er 101
Заключение и основные выводы 110
Литература 113
