Спин-зависимые и нелинейно-оптические явления при внутризонном поглощении в полупроводниковых структурах

• Автор: Бельков, Василий Валентинович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 223 с. : ил.

1 Фототоки, обусловленные спиновой ориентацией

1.1 Линейное по волновому вектору слагаемое в эффективном гамильтониане

1.2 Спиновое расщепление в А3В5 квантово-размерных

структурах

1.3 Циркулярный фотогальванический эффект

1.3.1 Микроскопическая модель

1.3.2 Феноменологическое описание ЦФГЭ

1.4 Независящие от спина фототоки при однородном возбуждении

1.4.1 Линейный фотогальванический эффект

1.4.2 Эффект увлечения

2 Циркулярный фотогальванический эффект в полупроводниковых гетероструктурах

2.1 Методика эксперимента
2.1.1 Образцы
2.1.2 Экспериментальная техника
2.2 ЦФГЭ при межподзонном возбуждении в ОаАэ/АЮаАз
структурах п—типа

2.2.1 Экспериментальные результаты
2.2.2 Спектральная инверсия ЦФГЭ при резонансных межподзонных переходах
2.2.3 Микроскопический механизм резонансного ЦФГЭ
2.3 Спин-зависимая нелинейность циркулярного фотогаль-ванического эффекта
2.4 ЦФГЭ в кремний-германиевых структурах
3 Спин-гальванический эффект
3.1 Феноменологическое описание спин-гальванического эффекта
3.1.1 Спин-гал'ьванический эффект при оптической ориентации
3.1.2 Спин-гальванический эффект в магнитном поле
3.2 Экспериментальные результаты
3.2.1 Спин-гальванический эффект в магнитном поле
3.2.2 Спин-гальванический эффект при межподзонном возбуждении
3.2.3 Спин-гальванический эффект в отсутствие магнитного поля
3.3 Микроскопическая модель спин-гальванического эффекта
3.4 Микроскопическая теория спин-гальванического эффекта
3.5 Монополярная спиновая ориентация
3.5.1 Прямые переходы между подзонами размерного квантования
3.5.2 Внутриподзонное поглощение, непрямые переходы
4 Магнито-гиротропные фотогальванические эффекты
4.1 Феноменология магнито-гиротропных ФГЭ

• 4.2 Результаты эксперимента
4.3 Микроскопическая модель магнито-гиротропных ФГЭ
4.4 Экспериментальное разделение спиновых расщеплений, связанных с объемной и структурной асимметрией
5 Нелинейно-оптические явления при разогреве носителей заряда в микроволновом поле
5.1 Тепловой пробой экситонов
5.1.1 Экспериментальные результаты
5.1.2 Микроскопическая модель теплового пробоя экситонов
5.1.3 Кинетика теплового пробоя экситонов
5.1.4 Автоколебания в электрон-экситонной системе
• - 5.2 Ударная ионизация экситонов в кремнии в электрическом СВЧ поле
5.3 Разогрев электронов в арсениде галлия
5.3.1 Экспериментальные результаты
5.3.2 Влияние разогрева электронов на процесс связывания в экситоны
5.3.3 Микроволновый циклотронный резонанс в арсениде галлия
5.3.4 Гашение люминесценции при разогреве электронов в постоянном электрическом поле
5.4 Формирование пространственно-неоднородных структур
при разогреве электронов в СВЧ поле
Основные результаты

ui1 фотона падающего излучения соответствует энергетическому расстоянию между подзонами, как показано в левой части рис. 2.5. Таким образом, оптические переходы создают асимметричное импульсное распределение в обеих подзонах el и е2, что означает появление тока в направлении х. В квантово-размерных структурах n-типа энергетический зазор между подзонами el и е2 обычно превышает энергию продольного оптического фонона Ки>ю, поэтому неравновесные носители в подзоне е2 быстро релаксируют путем испускания оптических фононов. Это означает, что вкладом электронов второй подзоны можно пренебречь. Следовательно, величина и направление тока определяется групповой скоростью и временем релаксации импульса тр фото-возбужденных электронов в el подзоне с ms = —1/2. При изменении знака циркулярной поляризации (сг_ - излучение) возможны лишь оп-

тические переходы из состояния со спином ms = +1/2 в подзоне el в состояние со спином ms = -1/2 в подзоне е2. Переходы разрешены для электронов с волновым вектором — к~. Очевидно, это означает смену направления фототока при изменении степени циркулярной поляризации возбуждающего света от +1 до —1.
В рамках обсуждаемой модели объясняется и спектральная инверсия ЦФГЭ при резонансном межподзонном возбуждении (рис. 2.5): уменьшение величины энергии кванта (так что Тгш < e2i) при неизменной поляризации излучения <т+ вызывает межподзонные переходы с переворотом спина при положительном значении кх = к£. Это приводит к асимметрии импульсного распределения и появлению тока jx, показанного стрелкой в правой половине рис. 2.5. Таким образом, вблизи значения heu = £21 наблюдается инверсия знака ЦФГЭ. В рамках этой модели изменение полярности фототока происходит при энергии фотона huinv, соответствующей оптическому переходу из ми-