Стимулированное излучение при оптическом возбуждении доноров фосфора в кремнии

• Автор: Жукавин, Роман Хусейнович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 118 с. : ил.

Введение.
Глава 1 Теоретические представления о механизме инверсной населенности состояний мелких доноров в кремнии и соответствующих эффектов усиления

1.1. Мелкие доноры в кремнии.

.2. Время жизни электрона в зоне проводимости и возбужденных состояниях донора фосфора в кремнии.

1.2.1. Рассеяние свободных носителей на акустических фононах.

1.2.2. Переходы между уровнями дискретного спектра со спонтанным

излучением акустических фононов. Водородоподобный центр

1.2.3. Влияние анизотропии состояний донорного центра на вероятности перехода с излучением акустических фононов.

1.2.4. Влияние междолинных переходов на вероятность акустической

релаксации между локализованными состояниями.

1.2.5. Время жизни состояния 2ро.

1.2.6. Время жизни отщепленных состояний 1Е и ЬТ2.
1.2.7. Каскадный захват носителей на кулоновский центр.
1.3. Механизм формирования инверсной населенности состояний донора фосфора в
кремнии при оптической накачке.
Глава 2. Наблюдение спонтанного и стимулированного излучения при накачке излучением СО лазера
2.1. Экспериментальная методика для наблюдения фотолюмннисценции из кремния легированного мелкими донорами
2.2. Спонтанное излучение из БР при оптической накачке.
2.3. Наблюдение эффекта стимулированного излучения.
2.3.1. Влияние уровня легирования
2.3.2. Временная динамика стимулированного излучения
2.3.3. Спектр стимулированного излучения кремния, легированного фосфором, при фотоионизации активных центров.
2.3.4. Влияние температуры на эффект стимулированного излучения
Глава 3. Отрицательно заряженные доноры в Р и влияние компенсации на
усиление и поглощение ТГц излучения при оптическом возбуждении излучением СОг лазера.
3.1. Населенность центров и поглощение ТГц излучения.
3.2. Методика эксперимента и характеристики образцов.
3.3. Влияние компенсации на зависимость спонтанного излучения от интенсивности накачки и усиление ТГц излучения.
3.4. Влияние компенсации на поглощение фоновою излучения.
3.5. Зависимость пороговой интенсивности накачки от компенсации
Глава 4. Особенности стимулированного излучения доноров фосфора в кремнии при шутрнценровом оптическом возбуждении
4.1. Специфика внутринентровой накачки.
4.2. Экспериментальная установка для наблюдения стимулированного излучения при ннутрицентровой накачке
4.2.1. Параметры лазера па свободных электронах, используемого для виутринентровой накачки
4.2.2. Параметры образцов
4.3.1. Зависимость эффекта стимулированного излучения от длины волны возбуждения
4.3.2. Спектр стимулированного излучения БР при впутрииентровои накачке
Глава 5. Коэффициент усиления терагерцового излучения доноров фосфора при их виутрипентровом и фотопоинзирующем возбуждении.
5.1. Измерение коэффициента усиления по времени нарастания при внутрнцентровом возбуждении
5.2. Измерение коэффициента усиления но схеме лазерусилитель
5.2.1. Методика измерения
5.2.2. Коэффициент усиления при накачке излучением СОд лазера
5.2.3. Коэффициент усиления при внутрииептровом возбуждении
Глава 6. Сравнительные характеристики излучения доноров пятой группы в кремнии
6.1. Особенности различных донорных центров
6.2. Спектры стимулированного излучения допоров при их фотоионнзацпи.
6.3. Временные характеристики стимулированного излучения доноров.
6.4. Зависимость стимулированного излучения от температуры.
6.5. Особенности спектра стимулированного излучения допоров пятой группы при
внутрицеитровои накачке в линиях.
6.6. Перспективы развития источников излучения на примесных переходах
Заключение
Приложение 1. Фильтры дальнего и среднего ИК диапазона
Список публикаций автора
Список цитированной литсралрм

Введение
Актуальность


Можно отметить, что первыми попытками в этом направлении были эксперименты по получению инверсии населенности в объемном БиВ в скрещенных электрическом и магнитном полях и получение электролюминесценции из напряженных БЮе гетероструктур . Таким образом, можно сказать, что кремниевые источники остаются в сталии разработки, несмотря на проведенные в этом направлении исследования. Перспективным направлением является использование примесных состоянии в полупроводниках, в частности, донорных центров в кремнии , . В качестве основных причин можно назвать большие сечения оптических переходов и относительно большие времена жизни электронных состояний. Предложения по использованию полупроводников, легированных мелкими примесными центрами, в качестве лазерной среды высказывались достаточно давно . Впервые сообщение о регистрации спонтанного излучения из кремния, легированного акцепторами при накачке излучением СОг лазера было сделано в работе . Впервые механизм создания инверсии и получения усиления на внутрицентровых перехода фосфора и висмута был предложен в г. Целью диссертационной работы является определение возможности формирования инверсии населенности на локализованных состояниях донора фосфора в кремнии и получение стимулированного излучения при их оптическом возбуждении. Научная значимость состоит в возможности использования особенностей релаксации электронов но состояниям доноров в кремнии с целью получения инвертированных распределений и усиления излучения в терагерцовом диапазоне частот Практическая значимость определяется реализацией нового типа полупроводниковых источников стимулированного излучения кремния, легированного фосфором при оптическом возбуждении. Данный источник может быть использован в качестве гетеродина в радиоастрономии. Результаты работы могут быть использованы при исследовании других примесей в кремнии с целью получения стимулированного излучения. Специфика внутрицентровой релаксации электронов на связанных состояниях доноров в на акустических фононах при низких температурах приводит к инверсии населенности и эффектам усиления в ТГц диапазоне частот. Оптическая накачка кремния, легированного фосфором, позволяет получить эффект стимулированного излучения на переходах 2р0 1вЕ и 2ро ЬОг. Введение компенсирующей примеси уменьшает концентрацию отрицательно заряженных доноров в условиях фотоионизации активной среды, что приводит к увеличению коэффициента усиления и снижению порога генерации. Определяющий вклад в проведение экспериментальных исследований по получению спонтанного и стимулированного излучения доноров фосфора при их фотоионизации излучением А1А9. Равнозначный вклад в получение спектральных и температурных зависимостей стимулированного излучения доноров фосфора при их фотоионизации и анализ результатов измерений Л Л совместно с С. Г.Павловым. Определяющий вклад в подготовку проведение и интерпретацию измерений по выяснению влияния компенсации на усиление доноров фосфора в кремнии А , А, А при участии К. А.Ковалевского и С. Г. Павлова. Основной вклад в подготовку эксперимента по внутрицентровому возбуждению доноров излучением лазера па свободных электронах АА и равнозначный с С. Г.Павловым, М. Рюммсли и Я. И.Ховениром вклад при его проведении. Определяющий вклад в проведение измерений коэффициента усиления и интерпретацию данных совместно с С. Г.Павловым, Муравьевым и Я. И.Ховениром. Полученные результаты применялись и применяются при теоретических и экспериментальных исследованиях неравновесных носителей заряда в полупроводниках и полупроводниковых структурах, разработках новых источников в ТГц диапазоне в ИФМ РАН Нижний Новгород, Ii Берлин, i ivi, Ii i Нидерланды, ivi Япония. Материалы, вошедшие в диссертационную работу, обсуждались на семинарах ИФМ РАИ, Нижегородского государственного университета, Университета Брауншвейга, Технического Университета Дельфта, Института исследования планет Берлин. Основные результаты диссертации представлялись на Российских конференциях но физике полупроводников, Н. Новгород , С.