Релаксация рабочих состояний в лазере на внутрицентровых переходах доноров V группы в кремнии при излучении фононов

• Автор: Цыпленков, Вениамин Владимирович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 98 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Теоретическая модель

1.1 Обзор литературы

1.2 Состояния мелких доноров в кремнии

1.3 Электронфононное взаимодействие и релаксация состояний мелких доноров в кремнии

1.3.1 Матричный элемент взаимодействия

1.3.2 Вероятности междолинной релаксации

Глава 2. Релаксация возбужденных состояний доноров пятой

группы в недеформированном кремнии при взаимодействии с фононами

2.1 Постановка задачи

2.2 Релаксация возбужденных состояний доноров V фуппы в кремнии
2.3 Сравнительные данные по темпам внутридолинной релаксации состоя ний мелких доноров и темпам междолинного рассеяния электронов прово димостн в кремнии
Глава 3. Релаксация доноров в одноосно деформированном кремнии
3.1 Состояния мелких доноров в условиях одноосного сжатия
3.2 Междолинная релаксация в Бг.Р
3.3 Междолинная релаксация в ЯкАя
3.4 Междолинная релаксация в БЬ
3.5 Междолинная релаксация в В1 Глава 4. Сравнение с экспериментом
4.1 РитрргоЬе измерения в Р и Аз.
4.2 Сравнение с данными спектральных измерений в натуральном и моно изотопном кремнии 1
4.3 Обсуждение данных измерений в деформированном кремнии
Заключение
Цитируемая литература
Список публикаций автора
Введение
Актуальность


Позже появилось сообщение о стимулированном излучении резонансных состояний акцепторов в одноосно деформированном германии при разогреве дырок электрическим полем [5]. Как утверждается, этот источник ИК излучения может работать в непрерывном режиме на длинах волн -0 мкм [5]. Самый большой резонанс получили успехи в развитии источников стимулированного излучения на переходах между состояниями размерного квантования в ОаАБ/АЮаАэ и АИлАэЛЗаТпАз гетероструктурах при вертикальном транспорте электронов [6, 7]. В кремнии и структурах на его основе такое поглощение мало и создание ТГц лазеров в таких средах считается перспективным [8, 9]. К настоящему времени эффект стимулированного ТГц излучения в кремнии получен, и он связан с внутрицентровыми переходами оптически возбуждаемых доноров V группы в кремнии. Лазерный эффект получен на 2р0-1^ переходах в Бг. Р и 8г8Ь и 2ро/2р±-Ь(Е,Т2) переходах в в :Аь и внВк Соответствующие частоты генерации недоступны для квантово-каскадных лазеров и лежат в диапазоне -мкм. В то же время такие источники находятся в стадии развития и их потенциал не реализован в полной мере. Последнее во многом объясняется отсутствием адекватного описания процессов формирующих неравновесные состояния и населенность рабочих состояний активной среды. Данная работа призвана хотя бы частично, устранить имеющиеся недостатки теоретического описания. Конкретной целью диссертационной работы является вычисление времен жизни состояний мелких доноров в кремнии, определяемых междолинными процессами электрон-фононного взаимодействия, в условиях низких температур; расчет темпов междолинных переходов в зависимости от деформации кристалла . Важной составляющей является интерпретация полученных данных по экспериментальному изучению стимулированного излучения доноров в кремнии. Получены сравнительные значения скоростей релаксации различных состояний доноров фосфора, сурьмы, мышьяка и висмута в кремнии при меж-долинном рассеянии на фононах/и ? Исследована зависимость темпов междолинной релаксации для доноров V группы в кремнии от одноосной деформации кристалла. Показано, что наблюдаемое в эксперименте изменение характеристик излучения лазера на мелких донорах в кремнии (интенсивность, порог накачки, частота излучения) от одноосной деформации кристалла в значительной мере определяется зависимостью от этого параметра релаксации неравновесных состояний центров легирования на междолинных фононах. Проведенные расчеты дают новое знание о неравновесных состояний мелких доноров в кремнии и важны для понимания процессов лежащих в основе лазеров на внутрицентровых переходах доноров в кремнии. Междолинное рассеяние с излучением ТА-/, ТА-#, ЬА-? ЬА^, ТО-? ЬО^ фононов определяют распад нижних возбужденных состояний мелких доноров в кремнии при низких температурах. Химический сдвиг -состояний доноров V Iруппы в кремнии, связанный с потенциалом центральной ячейки, существенно влияет на время жизни состояния 2р0 и определяет тип фононов, ответственных за распад отщепленной группы состояний 1б(Н,Т2). Одноосная деформация кристалла кремния существенно меняет как маршруты, так и времена релаксации возбужденных состояний доноров V группы в кремнии, при этом могут меняться фононы, доминирующие в релаксационном процессе. Равнозначный вклад в выбор модели расчета темпов междолинных переходов между состояниями доноров в кремнии при взаимодействии с фо-нонами (совместно с Демидовым Е. Равнозначный вклад в сопоставление результатов расчета с экспериментальными результатами (совместно с Жукавиным Р. Полученные результаты применялись при интерпретации данных эксперимента и способствовали проведению уточняющих измерений при исследовании стимулированного излучения донорами в кремнии. Материалы диссертационной работы обсуждались на семинарах ИФМ РАН, на радиофизических конференциях в ННГУ им. Лобачевского ( г. С.-Петербург, г. Фундаментальные проблемы оптики» (С. Петербург, г. Они представлены в материалах симпозиумов по нанофизике и наноэлектронике ( г. Российской конференции по физике полупроводников (Новосибирск-Томск, г), международной конференции TERA - MIR (Turkey, 3-6 November г).