Лазеры терагерцового диапазона частот на примесных центрах в кремнии и германии

• Автор: Павлов, Сергей Геннадьевич
• Шифр специальности: 01.04.07, 01.04.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 217 с. : ил.

Содержание
Введение
ГЛАВА 1. Мелкие примесные центры и фононы в кремнии, германии и кремнийi ер.маниевых соединениях обзор теоретических и экспериментальных данных
1.1. Водородоподобные и многозарядные примесные центры в кремнии, германии и кремнийгсрманисвых соединениях.

1.2. Фононы в кремнии, германии и кремнийгерманиевых соединениях.

1.3. Процессы, определяющие населенности состояний примесных центров в кремнии и германии.
1.4. Модели захвата и внутри центровой релаксации для мелких примесных центров в германии и кремнии.
1.5. Времена жизни неравновесных носителей заряда в состояниях мелких примесных центров в германии и кремнии.
ГЛАВА 2. Стимулированное излучение терагерцового диапазона частот на переходах между примесными состояниями доноров в кремнии

2.1. Образцы кремния, изготовление и тестирование образцов.

2.2. Экспериментальные схемы для исследований.

2.3. Механизмы поглощения и внутрицентрового усиления излучения терагерцового диапазона частот в кремнии лтипа проводимости.
2.4. Гснсрация терагерцового излучения из кремния, легированного донорами Vй группы i, ii, i, при фотоионизации водородоподобных примесных центров.
2.5. Влияние типа кремниевой матрицы монокристаллическая, поликристаллическая, моноизотопная монокристаллическая на характеристики терагерцовых кремниевых лазеров, легированных фосфором.
2.6. Влияние концентрации и типа примесных центров, температуры решетки на стимулированное излучение терагерцового диапазона частот при фотоиопнзации донорных центров в электронном кремнии.
2.7. Влияние внешних полей на внутрицентровые кремниевые лазеры терагерцового диапазона частот.
2.7.1. Эффект Зеемана для терагерцовых кремниевых лазеров.
2.7.2. Влияние электрического поля на оптически накачиваемые
терагерцовыс кремниевые лазеры.
2.7.3. Влияние одноосной деформации кристалла на оптически
накачиваемые терагерцовыс кремниевые лазеры.
2.8. Измерение поглощения терагерцового излучения в оптически
возбуждаемом кремнии 7тина проводимости.
2.9. Терагерцовые кремниевые лазеры при резонансном внутрицентровом
оптическом возбуждении.
ГЛАВА 3. Стимулированное излучение терагерцового диапазона частот
вследствие нелинейного прсобразовашш частоты света в кремнии
3.1. Механизмы комбинационного рассеяния света в кремнии.
3.2. Генерация излучения терагерцового диапазона частот на основе
эффекта вынужденного комбинационного рассеяния света ВКРС в кремнии, легированном донорами Vй группы.
3.2.1. Генерация терагерцового излучения на основе эффекта ВКРС в 4 монокристаллическом кремнии, легированном одиночными донорами
Vй группы.
3.2.2. Генерация терагерцового излучения на основе эффекта ВКРС в крем
иин, совместно легированном центрами фосфора и сурьмы i.
3.2.3. Особенности стимулированного терагерцового излучения на эффекте
ВКРС в кремнии, обогащенном м изотопом i.
3.3. Генерация стимулированного излучения терагерцового диапазона
частот на основе эффекта нелинейного смешения частот в кремнии, легированном центрами фосфора i.
ГЛАВА 4. Стимулированное излучение терагерцового диапазона частот па 4 переходах между состоянпнмн акцепторных центров в германии
4.1. Механизмы поглощения и усиления излучения терагерцового
диапазона частот в германии типа проводимости в скрещенных электрическом и магнитном полях при низких температурах решетки.
4.2. Генерация внутрицентрового терагерцового излучения н скрещенных
электрическом и магнитном полях ЕВ при низких температурах
решетки в германии, легированном акцепторами III группы.
4.3 Измерение усиления терагерцового излучения в активных средах
германиевых лазеров, легированных элементами Шй р и Ий
сВс групп.
4.4 Влияние одноосной деформации кристалла германия на внутрицент
ровое стимулированное излучение из iермаиия .
ГЛАВА 5. Экспериментально обнаруженные особенности внутрицентровои
релаксации носителей заряда в кремнии и германии
5.1. Измерение времен релаксации внутри центрового возбуждения в
электронном кремнии.
5.2. Доминирующие каналы внутрицентровой релаксации в электронном
кремнии при оптическом возбуждении и низких температурах.
5.3. Неравновесные насслсшюсти возбужденных состояний доноров в
кремнии при их оптическом возбуждении.
5.4. Неравновесные населенности возбужденных состояний доноров в
кремнии при их электронном возбуждении.
5.5. еравновссные населенности возбужденных состояний акцепторов в
германии при совместном оптическом и электронном возбуждении.
ГЛАВА 6. Поглощение и усиление терагерцового излучения примесными
центрами в кремнийгерманиевмх монокристаллах н низкоразмерных кремнийгермаииевых структурах
6.1. Фотолюминесценция терагерцового диапазона частот из кремний
германиевых 7i.x кристаллов, легированных мелкими примесными центрами.
6.2. Фотолюминесценция терагерцового диапазона частот из пi ii
структур, селективно легированных допорпыми центрами.
6.3. Наблюдение электронной модуляции поглощения терагерцового
излучения в i структурах методом внутрирезонаторной спектроскопии.
Заключение Литература автора Цитируемая литература
Введение
Актуальность


ТГц излучения, приводятся оптические пороги генерации для схем лазеров при резонансной накачке в различные возбужденные состояния донорных центров, спектры излучения лазеров, динамика лазерного излучения, температурные и концентрационные границы эффекта ТГц стимулированного излучения. Исследованию влияния различных кремниевых матриц
изотопнообогащснной монокристалл и ческой с i, природной многоизотопной монокристаллической i и поликристалл и ческой i, легированных фосфором, на стимулированное излучение внутрицентровых лазеров посвящен раздел 2. В разделе 2. ТГц излучения для образцов кремния, легированного междоузельными мелкими донорными центрами 1ой и Iой группы. В разделе 2. Раздел 2. ТГц излучения в оптически накачиваенмх кремниевых активных средах. Ращел 2. ТГц излучения в кремнии при внутри центровом возбуждении доноров. Третья гласа посвящена исследованиям стимулированного ТГц излучения на основе эффектов нелинейного преобразования частоты инфракрасного излучения, таких как вынужденное комбинационное рассеяние света раздел 3. ИК ЛСЭ. Приводятся данные об оптических порогах генерации, спектральном анализе, временной динамике лазерного излучения. Лазеры на примесных переходах в дырочном германии, работающие в скрещенном электрическом и магнитном полях при низких равновесных температурах решетки К, рассматриваются в четвертой главе диссертации. Механизмы поглощения и усиления ТГц излучения рассмотрены в разделе 4. Раздел 4. ТГц излучения на примесных переходах акцепторов Шй 1рупны. В разделе 4. ОеСа лазеров на примесных переходах. Пятая глава посвящена особенностям внутри центровой релаксации носителей заряда в кремнии и германии, установленных экспериментальными методами. В разделе 5. Раздел 5. ТГц излучения при их внутри центровом оптическом возбуждении БпАя, ЭЙР. В разделах 5. Шестая глава обсуждает обнаруженное ТГц излучение и его усиление в легированных мелкими донорами кремнийгерманиевых соединениях монокристаллах раздел 6. ЯмСе структурах раздел 6. Специальное внимание раздел 6. ТГц рОс лазера с составной конструкцией резонатора. В Заключении приводятся основные результаты диссертационной работы, выражаются благодарности, приводится список литературы. Спектры локализованных состояний донорпых центров в запрещенной зоне элементарных полупроводников и их соотношение к спектрам колебаний кристаллической решетки полупроводника фононов определяет многообразие примеснофононных взаимодействий, которые, как показывают экспериментальные исследования данной работы, контролируют распределения неравновесных носителей по возбужденным состояниям кулоновских центров в слаболегнрованных полупроводниках при низких температурах кристаллической решетки. В этой связи знание равновесных спектров таких распределений, а также их динамики при внешних возмущениях, является определяющим фактором в задачах исследования возможности создания активных сред на основе структуры энергетического спектра примесных центров в элементарных полупроводниках. Вопросам обнаружения, идентификации и корректного описания примесных и фононных спектров посвящено большое количество исследований, наиболее полный лист публикаций по спектрам примесных центров и фононам можно найти в специализированных обзорных сериях i , заслуживает внимания классический обзор по спектрам водородоподобиьтх центров в кремнии и германии А. К. , . В. Н. Мурзина М. В этой главе будут отражены основные данные, необходимые для представления структуры спектров мелких примесных центров в кремнии, германии и кремнийгерманисвых соединений, а также фононных спектров этих полупроводников. Водородоподобные н . Элементы Шй и Vй групп периодической системы, внедренные в узлы замещаюшие примесные центры кристаллической матрицы кремния и германия, а также кремнийгерманиевых соединений, формируют однократно заряженные центры ионы со связанным кулоновскими силами притяжения электроном дыркой. Прямая аналогия такого центра с моделью атома водорода обусловила название такого класса примесей водородоподобными. Наиболее распространенное приближенное описание свойств электронов и дырок т.