Электронное комбинационное рассеяние и двухфотонное поглощение света в полупроводниках типа А2В6 и полумагнитных полупроводниках на их основе тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

РГб од

5 / ;;;oiijnn3.j.

;мия наук азерг-аЦшшской республики •:i' институт <щгми_

На правах рукописи

щшшз тариэл гумбат оглы .

' удк 538.975.535.361

апектронное. комбинационное рассеяго1е и дшфотснное. поглощйще света в ГТО.лупроволни1сах ttttta а2?6 И п017-. машггных :полуг1рсвол1жках на ш основе (

01.04.10 -физика полупроводников и диэлектриков

А в то р е ф е pat

' диссертации на соискание ученой степени' доктора физико-математических наук

Баку - 1993

• Работа выполнена в Институте физики АН Азербайджанской Республики. ,

.Научный консультант: член-корр. АН Азербайджана, доктор физико-математических : наук, профессор Гйиимэаде Ф.М.

' Официальные оппонент»: ; '

член-корр. АН Азербайджана, доктор'физико-математических наук, профессор Сеидов Ю.М. /Баку/, '

I г

доктор физико-математических паузе, профессор

Коровин Л.И. /г.Санкт-Петербург/, ;

доктор физико-математических наук, профессор Кулиев Б.И. /г.Баку/ . '. ь

¡5 еду и, ее пр^л^иятие; Санкт- Пет??!*у ргсхи и ГосударствецнУниверситет

Зацита диссертации состоится "£5"" 1993г.

в " " часов на заседании специализированного 'совета /шифр Д-004.04.01/ по защите диссертагтий на соискание ученой-степени доктора физико-математических наук при Институте физики Академии наук Азербайджанской Республики.

Адрес: 370143, Баку, пр.'зизбекова, 33. ;

С диссертацией южно ознакомиться в библиотеке Института физики АН АзербаВдланскоК Республики.

Автореферат разослан "23" 1993г.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор физико-математических

наук, профессор ' Шефизаде P.E.

Актуальность теш. Полупроводниковая электроника ставит перед физикой полупроводников более высокие - жесткие и той- ' кретине требования. Это в свою очередь требует научный попек . я всесторонние исследования полупроводниковых материалов и структур на их основе. , '

Исследования оптических свойств полупроводниковых структур' связаны с перспективами достижения предельных возможностей по быстродействию^ чувствительности л габаритам, а также создания принципиально новых оптоэлектронных устройств. Благодаря успехам современной лазерной спектроскопии стало возможным изучение спектров электронного комбинационного рассеяния св .'а /ЗКРС/ -и двухфотонного поглощения /ДФП/ света в полупроводника* Создание "спин-фпип" лазера на УпЗё , полуширина линии которого уже, чем 3*Ю8см~^, стимулировало дальнейшие исследования ЭКРС.в полупроводниках. Спектры ЭКРС в полупроводниках содержат в себе особенности зонной 'структуры, буквально, все электронные свойства - как одночастпчкые, так и -коллективное. Кз этих спектров можно получить.информацию о зонной структуре, функции распределения носителей, определить такие параметры '

какд -фактор, время-жизни носителя и т.д. Изучение ЗКРС в /

0 ■ 'I

полупроводниках также связано с перспективой создания новнх

/

ь перестраиваема с помощью магнитного поля, температуры, всестороннего сжатия лазеров, работающих в различных1 частотных интервалах.

Исследование ДФП света связано с широкими возможностями этого метода. Во-первых, ДОТ позволяет получать объемное собственное возбуждение полупроводника, что в своп очередь., позво-изучать объемные процессы, мало искаженные поверхностью.

Во-вторых, с помощью двухколонной накачки цегко может быть соз-' дана инверсная населенность в однородных полупровогашках и

V

структурах на их основе. В третьих, поскольку в кристаллах с центром симметрии двухфотонныо переходы дипольно разрешены между состояниями одинаковой четности, следовательно, с помощью Д® можно обнаруживать те энергетические состояния, которые в одно-фотонных спектрах не проявляются.

Д<Ш существенно зависит от поляризации излучения. Зта зави-. симость резко -отличается от поляризационной зависимости одностопного поглощения, причем ДФП.зависит от поляризации даже в изотр. пной среде. Следует также■отметить, что ДФП может быть 4 основным механизмов потерь интенсивности мощного лазерного луча в собственных полупроводниках в спектральном-интервале"

¿¿ц » ГД0 ^-ширина запрещенной зоны полупроводника; из^ -частота накачки. • .

ЭКРС и ДФП спектроскопии могут быть эффективными методаш в исследовании различных эдектронн-лс систем, в частности, полупроводниковых структур с двумерным электронным газом. /ДЗГ/, ■ интерес к которым в последние годы необычайно возрос.

Перспективной идеей является создание на основе узкощелевнх . полупроводников перестраиваемого путем плавного -изменения ши- . - рины запрещенной зоны лазера на принципе ЗКРС с двух^отон-ной накачкой без магнитного поля.

Целью настоящей работы являлось исследование электронного

комбинационного рассеяния света /ЭКРС/ и двухсотенного поглоще-

2 6

ния /Д4П/ света в полупроводниках и полуметаллах А В и их твердых растворах, вклгчая и ■

При этом ставились следующие задачи:

1. Построение межзонного ¿ЖРС./МЖРС/ б уэкощелевнх полупроводчиках с нормальной и инверсной зонными структурами.

2. Построение теории МЭКРС в размерно-квантованных пленках у?коиелевнх полупроводников и полуметаллов . типа Щ

'" ^ ■ ■ . ' .

3. Построение теории резонансного ЭКРС в полумагнитном

<полупроводнике Те. с учетом обменного, взатятодей-

ствия меаду сщшш.си ионов и спинами свободных носите-

лей в классическом /неквантувдем/ и квантующем магнитных ио-. лях. "

4.. Построегаи? теории ДФП света в узкощелевых полупроводниках с нормальной'и инверсной зонными структурами. / / 1

5.. Построение теории ДФП света в узкощелевых полупроводниках в режиме размерного квантования. ,

К защите выдвигаются' следущие основные положения: ■

- Установление существенного влияния блоховсккх факторов в волновых функциях электронов на процессы ЗКРС.

-Гигантские сечения ЗКРС. ..■•.''

- Установление резонансного характера ЗКРС в разкерко-квантованннх пленках уэкощелевшс полупроводников. .

* - Установление характера Концентрационной зависимости сечения рассеяния я узкощалевом полумагиитпом полупронолнько.

- Пороговый характер резонансного ЗКРС в неквантумцем магнитном поле в широкозонном полуулгнятном полупроводнике п

' нелоренцевская форкалиниив этом случае.

- Учет экситоншх эффектов в процессе ЭКРС приводит к исчезновению порога и лоренцевской форме резонансной литот.

/

/ - Анизотропия коэффициента ДФП cвeta существенным образом

зависит от геометрии эксперимента и непараболнчности легких частки.

- Установление правил отбора и лоляризашгс:;ш.- аавлсимос-'<; тей ДШ в пленке. .

- Установление осциллирующей или ступенчатой зависимости 1 коэффициента ДФП в полупроводниковой■•размерно-квантованной

пленке от частоты света и толщины.

Научная новизна работы заключается в следующем.

1. Предсказан новый э^ект У.ЭКРС. Получены выражения для дифференциальных эффективных сечений /ДЭС/ щоцессов МЭКРС, ко орые зависят от ширины запрещенной зоны . Рассмотрен бесщелевой предел ё. * 0.

и

2. Предлагается метод экспериментального установления перехода полупроводник - полуметалл по положению резонансной 'частоты. Предсказывается возможность создания лазера с перестраиваемой частотой на основе .43КРС.

3. Получены общие .выражения для ДЭС процессов ..!:-ЖРС в размерно-квантованных пленках узкощелевкх полупроводников в зависимости от сдвига частоач, ширины запрещенной зоны и толщины пленки для возможных поляризаций падающего и рассеянного излучений. ...

4. Развита теория ДШ света в узкощелевкх полупроводниках с нормальной и инверсно;*: зонными структурам. Получены зависимости ДЙ1 от -ширины запрещений!: зоны . Подробно исследованы поляризационные зависимости.

5. Установлены правила отбора для {.ФП света в узкощелевых полупроводниках в режиме размерного квантования. Рассмотрен бесщелевой случай.

6. Найдены спектры и волновые функции электронов и дырок в МикТе при наличии как классического, так и квантующего магнитных полей. Вычислены ДЭС и форма линии резонансного

7. Найдены спектры и волновне функции основного состояния экситонов в . Вычислены ДЭС и форма резонансного эхситонного КРС, а такие резонансного однофоношюго экситон-ного КРС.

8. Выявлены особенности влияния кейновской непараболич- ■ пости зон и непараболичности, обусловленной обменным взаимодействием в 1М1 на спектры ЭКРС.

Практическая гокность работы заключается в том, '.что полученные, теоретические результаты могут быть использованы:

1. При анализе экспериментов по ЭКРС и Д$П в узкощелевых Полупроводниках,- в полумагнитннх полупроводниках, а их раз. мерно-квантованных пленках, для определения важнейших пара-

л метров материала - эффективной "массы носителей, ширины запрещенной зоны, толщины двумерного канала или пленки, -фактора, значений обменных параметров и концентрации магнитных ионов в случае НМЛ. , . • . /

2. Для постановки новых экспериментов по ЭКРС в ДШ в полупроводниках как в отсутствии, так и при наличии размерного квантования. ■ ' /

3. При установлении в эксперименте правил.отбора для ЭКРС и ДЯ1 света и исследовании поляризационных зависимостей.

4. При исследования перехода полупроводник - полуметадл в уз^ощелевых полупроводниках. '"/'■•

/ б. При .создании лазера сйврестрзиваемо'й частотой на оо-

нове узкощелевых полупроводников.

Аптобашя работы.- Основные результаты докладывались на X /Новосибирск, 1580/, ХП /Ташкент, 1985/, ХШ /Ереван, 1987/, Х1У /Донецк, 1989/ Всесоюзных совещаниях по творил полупроводников, Координационном совещании социалистических стран по физическим проблемам оптоэлектроники /Баку, 1989/, Медду-народной конференции по полупроводников*^' материалам /Нью . Дели,. Индия, 1988/. * . / .

Результаты обсуадались на сетнара* теоретически лабо- ' раторий и объединенном семинаре Института физики АН Азербайджанской Республика,

Публикация. По результатам выполненных исследований опубликовано 26 работ, включая одно авторское свидетельство, ссылки на которые приведены в конце автореферата'.

Личнйй вклад автора в работах, выложенных с соавторами, состоит в поотановке задачи, проведении вычислений, обсужден ния а изложения результатов, ,

. рюуятут» и объем работа. Диссертация состой* га. введения, шести глав, выводов я списка литературы. Она содержит. 199 страниц .машинописного текста, включая 48 рисунков, 4 таблиц 'и библиографию из 165 наименований. /'

СОДЕРШИВ РАБОТЫ

ввепенвд обсуждается актуальность тема диссертацион- ' ной1 работы, поставленные перед работой паль в вада^ш. Описаны научная новизйа и практическая целость диссерташи, а такаю перечислена основные положения, внйосимые на защиту. Дается краткое Удержание работы.

В перш!»,ртрз В Результате реферирования теоретических и экспериментальных работ по ЭКРС и ДФП света в полупроводниках и полупроводниковых структурах с ДГ" обосновыр-чегся необходимость соответствующей постановки задачи. Приводится общая формула №С и методика расчета, основанная на применении диаграммной техники, предложенной Павловым С.Т. с сотр.

Во второй главе рассматривается межзонное ЭКРС /1':у.\РС/ в полупроводниках,и полуметаллах типа , .

в отсутствие магнитного поля. В первом параграфе эт'-й главы кратко излагается метод получения с ектра и волновых йункний одноэлектронннх состояшп! в объемных полупроводниках. Получены энергетически спектр и явный вид волновых ¡¿.ункшй электронов в зоне проводимости и в зонах легких и тянелих дырок для произвольного волнового вектора к . в двухзгиной приближении Кейт. 1л втором параграфе вычислены матричные элементы и получены общие выражения дм ДЗС МЭКРС в случаях полупроводников: а/ с инверсной зонной структурой типа и б/ с нормальной зонной структурой для двух геометрий АХ и ХУ, т.е. когда 'падающий, и рассеянный свет поляризованы по оси X и когда падаодиЯ свет поляризован по оси X, а рас-сеянный-по оси У. Для полупроводника с инверсной зонной структурой /ИЗС/ рассмотрены случаи резонансного/' к нерезонансного рассеяний. Получены аналитические выражения для ДЗС, которые зависят от ширины щели ^ и частоты сдвига . Из этих адрмул при в полуметг 1-лическом случаи получаются соответствующие формулы Бурптей-. на, Мияяса и Уоллиса / РЬуу/Цву., В4 , 2429-2437, 1571/, а в полупроводниковом случаи выражения для ДЗС стремятся к нуле,

т.е. в параболическом приближении в полупроводниках с нормальной зонной структурой /НЗС/ МЭКРС не имеет место. В пределе 0 получаются дормулы для бесщелевого.состояния. В случаи XX поляризации, например, имеем:

¡j

lflSxx _ . и) I

í/й ./¿Г /о&яЧъ. I cae-f-co + sco-cot I'

где ^ -классический радиус электрона, -масса свободного электрона, £ -постоянная Кейна. .

, В полупроводниковом случае, т.е. в полупроводнике с НЭС, М?КРС может происходить только резонансно, поскольку, закон сохранения энергии удовлетворяется только в этом случае. Резонанса соответствуют частотам:

где в случае КЗС > С, а для ИЗО ¿y < 0. ég может изменятся в пределах от^- ) до (+■ í5^) проходя через "О". Следовательно, в эксперименте по перемещению резонансной точки, можно судить о переходе полупроводник - полуметалл.

В ФпетьеЙ главе исследуется ЭКРС на двумерных возбуждениях в размерно-квантованных пленках узкощелевых полупровод. ников. Б первом параграфе этой главы приводится описание метода получения спектра и волновых функций одноэлектронных состояний при наличии размерного квантования. Получены явный вид спектра и волновых функций электронов в зоне проводимости и зонах легких и тягелых дырок ¡ь додели прямоугольной ямы с бесконечными стенками в двухзошгам -приближения Кейна с учетом спина и непараболичности зон легких честен. Во втором »•параграфе получено общее выражение для 'ДОС.МЭКРи на двумерно

нет электронных возбуждениях /ДОВ/. В отличие от объемного случая, при рассеянии света на двумерном электронном газе число различных неэквивалентных геометрий увеличивается до четырех: XX, ХУ, Х2 Установлено, что для всех геометрий порог ДЭС МЗКРС один и тот же. В третьем параграфе рассматривается МЗКРС на ДЭВ с учетом непараболичности зон. Получены выракения ДОС- МЭКРС с учетом возможных поляризаций падающего и рассеянного излучений в зависимости от частоты • сдвига со у гиртш запрюценноЯ зоны «Г^ и толщины пленки ^ . Показана1, что в случае геометрия в МЭКРС дают вклады переходы как с сохранением номера размерных подзон Д« так и с его изменением п - 11 ь. - V*-/ //-целое ¡число/. Оценки показывает, что значения ДЭС этих процессов при боль./ штос толшглах пленки примерно одинаковы. В отличие ,от 2 2 ■геометрии, в геометриях 12' и XX дополнительно появляются процессы с АЯ- = 2£ . Обсулаются результаты, вытекавдие из полученных выражений, и построены зависимости ДЭС бт энергии сдвига А СО при различных и 4. Рассмотрено ?,Г'*<РС на размерно-квантованных уровнях в бесщелевом состоянии. В пленках узкощелевых полупроводников типа СЫ56 процессы МЭКРС имеют место только аа счет непараболичности. Оценки / показывают, что значение ДЭС огромны. Например, для пле..ок при о! ■= 300 А, = 0.23 эВ, 0.37 эВ сечение

) ~ Ю"20 с ср~* см~*. Это соответствует объемному значению 10~*6 с-ср~?см~* я на лять-аесть порядков пре-

, /

восходит значения ДЭС известного в литературе слин-флип" рассеяния. В четвертом параграфе данной главы рассмотрено внутриэонное ЗКРС /ВЭКРС/ на двумергшх' возбуждениях в полупроводниках о ИЗС типа ЩТе . Из выражений ДЭС для ИЗС полу' ;. и

чаются формулы для полупроводника с НЕС при замене Установлено, что благодаря непараболичности отдельные дискретные пзначения превращаются в отдельные области.

В четвертой главе исследовано МЭКРС в полумагнитнкх полупроводчиках типа в неквантуюцих 15 ^ в квантующих и неквантующих магнитных полях. В .первом параграфе в двухзонной модели Кейна с учетом обменного взаимодействия

между опина- : электронов проводимости, и г ~нов марганца

/ ■

получены спектр и волновые функции для произвольного волнового вектора к . Во Ьтором параграфе этой главы получены аналитические выражения для ДЗС МЭРТС. Рассмотрены случаи и X? геометрий. Показано, что в ШП ДЭС в&вксит также от обменных парагатр^в а! и уЗ .и концентрации магнитных ионов. Предлагается метод определения.концентрации магнитных ионов по спектрам.КРС. В третьем параграфе вычислены энеггетическый сйетлр и волновые функции электронов и дырок в Се^^п,^ в ра?лках двухзониой модели Кейна в неквантувдем магнитном поле с учетом обменного взаимодействия между спинами ионов марганца и спинами сво^однг - носителай. При втом влияние магнитного поля на спектр учитывается только через вклад обменного взаимодействия. Полученные в параболическом приближении результаты показывают, что в этом случаи гона алектронов :.. дырок становятся анизотропными и компоненты тензора эффективных масс электронов я дырок определяются обменными параметрами. В чат-вёртом параграфе, используя найденные спектр и волновые функции с помощью диаграммкой техники, проведен расчет сечения резонансного ЗКРС в С^Ин^е . Спектр резонанснс/го ЭКРС содержи* порог,/ который обусловлен анизотропией спектра элек-

тронов и дырок. Порог шроделяется только величиной обменной энергии. Получены выражения для- пороговой и резонансно;' частот. Для исследования (¿орш линии учтен* времена > зни плек-тронов и дырок. Причем они предш. тались независкга/и от волнового вектора и частоты., «юр/а линии оказывается нелсрея-цевской, что так"е связано с обменным взаимодействием в ШД[. Расгеты ДЗС проводились для различных направлений векторов поляризагшй падающего и рассеянного света. Обнаружена аавкси-мость порога и резонансна от геометрии. Отот поллрнл .щионны!} эадект при ЗКРС в Сс/^^'Т^е. полноты- подтверждается экспериментально. Опенки покр-швают, что ¿.ОС резонансного 1)КРГ. в О^^Ш/Ре к . несколько порядков вине, чем. в обычшк полупроводниках. В пятом параграфе этой главы исследовано влияние непараболичности, иозншсамцей из-за обменнс о взаимодействия на ОКРС в . С помощью теории воз^цений вычислены спектр и волновые функции электронов I! дырок до членов, квадратичных по параметру малости £/(А1 , гд § -кинетическая энергия свободных носителей, Д -обменная анергия. При лтом в матричные элементах появляются дополнительные члены, квадратичные по вышеприведенному параметру малости. Расчеты ДЗС и 4ормы линии показывают, что учет непараболичности, возникающее из-за обменного взаимодействия несущественно влияет на ОКРС в Се/ Ш^Иг. В шестом параграфе рассмотрено резонансное ЭКРС в Сс/ Ми Те в квантующем магнитном поле. Предварительно вычислены спектр и волновые ^ункнии электронов и дырок в рамках двухзоняой модели Кейна. 3 ^ильном магнитном поле в ПИП происходит как обменное расщепление, так расщепление Ландау электронных и дырочных зон. Примем величины рас-

щеплений могут быть одного и того не порядка. Поэтому при расчете учитывались оба типа расщеплений. Из-за обменного взаимодействия каждый подуровень Ландау сложным образом зависит от магнитного поля и следовательно, может возникать такая ситуация, когда подзоны с различными'номерами могут перекрываться. Этот эффект происходит¡,даже при Кг=0. При этом волновые функции дырок становятся смешанными. Используя найденные волновые функции и спектр электронов и дырок, с помощью диаграммой техники сделан расчет Д:;)С резонансного ЗКРС при =0. Показано, что спектр ЭКРС содержит ряд пиков, соответствующих' различным номерам уровней Ландау. Пороговый сдвиг энергии с ростом уровней Ландау размывается, но для небольших значений номеров порог четко наблюдаем, чорма резонансной линии - нелоренцевская, что связано с анизотропией спектра. Кроме этого, получены формулы для расчета-порога и резонанса при ЭКРС, которые зависят от величины обменного расщепления и растепления Ла дау, а также от номера уровней Ландау. Полученные формулы могут быть использованы при экспериментальном изучении резонансного ЭКРС в Ся^./^Те в квантующем магнитном поле. Сценка величины сечения показывает, что она имеет такой же порядок, как при неквантукщем магнитном поле, т.е. 10~16-1С~17 см-1- с ср"1.

В седьмом параграфе исследована задача об экситонном КРС в ГОШ. Необходимость рассмотрения этого вопроса вытекает из того, что резонансное ЭКРС, которое изучалось в предыдущих параграфах реализуется при условии, что энергия.падающего света больше, чем щель между зонами,;участвующими в поглощении света. В случае же, когда энергия'падающего света порядка

этой июли или меньше е, то необходимо учитывать экситонные состояния, образованные электронными п дырочными зонами. Учет зкситоннкх эсЩектов приводит к тому,, чт в спектре КРС появя ляртся серии линий, соответствутаге зкситонным переходам. Наличие зкситониых состояний в СУ 7е и их расщепления хорошо изучены в. литературе. Экситонное КРС дает реальную' возможность прямого экспериментального наблюдаенкя этих состояний в 1М1. Следуя общей схеме предварительно на:;дены спектр и волновые функции экситонов. Для этого испс :ьзован вариационный метод., Сначало было вь.ислено ДХ и (¿орма линии резонансного экоитонного 1ФС, в котором участвуют экситонн .в основном состоянии с суммарным волновым вектором Л =0. При этом экситон-4сноиное взаимодействие не учитывалось. Результаты расчета показывает, что в спектре КРС порог исчезает, а резонанс определяется только энергией конечного состояния акситона. Сорма резонансной линии без учета затухания экси-тона в начальном состоянии оказалось лоренцевской. Порядок сечения находится в пределах,10'*°- Ю"^ см-*- сер"1. Так как в процессе участвуй; состояния с 'X =0, то влияние анизотропии зкситоннкх состояний в этом случае не существенно. Анизотропия экситонных состоянии приводит к особённостям при вклгчении в'рассмотрение донрнов. Нами рассмотрено однофо-нонное экситонное КРС. В этом случае из-за экситон-сононного взаимое1 ствкя в переходах участвуют экситонные состояния с волноьим Еокторсда К^ О,- Б спектре резонансного одного не .лого экситонного КРС появляется порог, который определяется не только энергией конечного состояния, но и энергией фонона. чорма резонансной линии оказывается нелореицевокой даже р

случае пренебрежения затуханием экситонов в начальном состоянии. Резонансная частота при однофононном повторении оназы-вается' также смещенной на величину частоты оптического фонола, Сечение однофононного отклика оказывается пропорциональ-еым,первой степени фрелкховской константы связи для экситонов, которая предполагалась малой величиной. Полученные формулы для порога и резонанса при фононком повторении могут быть использованы и для определения энергии оптического фоно-на.в Сс/^Ф^е. И наконец, учитывая, что сечение экситонно-го КРС явно зависит от коэффициента анизоту тик через спетр э^снтонов, то полученные формулы. для порога, резонанса и ДЭС можно использовать для исследования зависимости этих величин от степени анизотропии сньктра.

В пятой главе рассматривается двухфотошюе,поглощение света в узкощелевых полупроводниках с нормальной зонной структурой. Б первом параграфе приведен краткий вывод основной формулы для коэффициента ДФЬ, который используется ь дальнейшем и в следующей главе. Во втором параграфе вычисляется коэффициент ДФЛ. Для этого использованы волновыё функции и спектр, найденные в главе 2. Получено общее выражение гущ коэффициента ДФП в зависимости от энергии падающих квантов и ширины запрещенной зоны в.различных геометриях, содержащее в себе всевозможные, двухсотенные процессы. Предполагалось, что при переходе электронов под действием света из валентных зон в зоцу проводимости, роль 'промежуточных состояний играют как зона проводимости, так и валентная .зоны.

Проведен аналитический расчет коэффициента Л «>17 для четырех геометрий: , "++", " и "+-" и проведено сравнение

I

с имеющимися в литературе экспериментальными результатами. Приводятся возможные причини расхождений мозду теорией и экспериментом. Построены кривые зависимостей коэффициента ДФП Л? для вышеуказанных геометрий.

В шестой гляве диссертации исследуется ДФП света в полупроводниках типа ¿Ух■ при наличии размерного квантования. В первом параграфе проведен аналитический расчет коэффициента дет в полупроводниках с ИЗС и а структурах на их основе с ДПГ, В параболическом приближении рассмотрено Д® в энгргетической области Я^+а)^ < ¿д когда переходы однофотонного поглощения в диполыгом приближении запрегчш. Здесь я Ъи)г э-ергии падающих излучений, —пптрина

■ щели между потолками легких и тяжелых дырок. В рассмотри- : ваемом случае возможен только один двухфзтошшй процесс /без учета спина/, соответствующий переходам электрона из Л зоны в зону С , когда промежуточным- состоянием является зона € . Получеяо выражение для ^ в зависимости о? частоты подающих излучений. Во втором параграфе рассмотрено ДФП в режиме размерного квантования. В этом случае внрояйение в 0 снимается и в бесщелевой структуре образуется зазор , равный энергетическому расстояний между первыми раз-/ 'мерными подзонами воин тяжелых дырок п зоны проводимом". В этом случае й интервале $сОг <<однофотонное поглощение запрещено также из-за неудовлетворения закона сохранения энергии. В этом интервале имёаяо Д©1 .может дать ценнув информации об энергетическом спектре; вблйзй ^ где ! -волновой вектор влектрона в плоскости, пврпе?!дику-ляркой оси квантования 02 . Получены аналитические внраже-.

Н1Ш для коэффициента Д'Ш б зависимости от энергии пацанцйх квантов и.толшины пленки в трех геометриях: XX, X2. Показано, что в случае ?? геометрии, когда пленка ориентирована по оси От , ДФП происходит как с сохранением номера размерных подзон, так и с его изменением: /К -целое число/. Оценки показывают, что вероятности этих процессов при малых значениях толщины пленки примерно одинаков^. В сгличие от ¿Я- геометрии, щ геометриях XX и X? дополнительно появляются и процессы с 4 - . Приведены • кривые зависимости ?Сг от щ-ы)дпя ЩТе в различ-

ных поляризациях падаидих излучений.. Также приведены кривые К.г в зависимости от энергии падающих излучений при различных толщинах пленки. В третьем параграфе иссле-овано влияние непараболично'сти на ДФП. Установлено, что учет непарабо-личности приводит к качественному изменению, т.е. появляется возможность реализации также и процессов ДФП с участием внутриподзонных переводов. В этом случае составные матричные элементы состоят как из только чисто межзонных переходов, так и из вметенных - межзонных и внутризонных переходов. Полученные результаты сравниваются с параболическим случаем. В четвертом параграфе рассмотрено Д$П света в полупроводниках со сложной валентной зоной при наличии размерного квантования. В параболическом пределе получено аналитическое выражение для 'Кг в зависимости от энергии падаидих квантов в различных геометриях - "г +" и "++". В,этом случае

двухфотойные процессы могут происходить в зависимости от геометрии как с, правилом отбора ¿п а 0 я ¿и а так и с АИ = ЗК, где к «= 0,±1,±2,... Здесь ДИ-разница номеров

подзон в зоне проводи ости и валентных зонах. Установлено, что в '22- геометрии процессы с правилом отбора ди = 0 запрещены, а с правилом отбора дп = <?< во.можны тол; чо лишь' за счет переходов из подзон легких д. рок. 3 "++" геометрии, наоборот, имеют место процессы с правилом отбора лп = О, а процессы с дп = ±2,+4,'... - запрещены. В остальных неэквивалентных геометриях появляются все процессы с произвольным ЛП Приведены кривые зависимости._коэс}ф>кдаента Д<Ш от энергии па-дакцих излучений при различных толщинах пленок и геометриях эксперимента. Установлено, что размерное газантование отчетливо проявляется з спектрах ДчП и спектр ДФП содержит богату:-. информацию, что указывает на эффективность спектроскопии ДФП в исследованиях свойств ДЭГ. В пятом параграфе рассмотрено влияние непараболичности на спектр Д<Ш. Получеьы аналитические выражения в гависимости от энергии падающих излучений, толщины пленки и ширины запрещенной зоны. Установлено, что при уменьшении ширины запрещенной зоны /ё^-гО/ расстояния между пиками, соответствующими переходам с одинаковыми правилами отбора, становятся эквидистантными и наблюдается линейная зависимость этлх расстояний от величины i/d.

По результатам работы сформулированы следующие основнне выводы:

I. Установлено, что в соединениях типа Те ДЗС

тд лл т т

МЭКГС имеет огромные значения, порядка 1СП -1СГ исм~с-ср~ и существеиным образом зависит от непараболичности легких частиц. В полупроводниковых соединениях Сс/Х fe

/х >0.16/ МЭКРС реализуется только лишь благодаря непараболичности.

2. При резонансном' рассеянии по положению резонансной частоты МЭКРС монно прямым путем определить параметр -щель между зонами легких дырок и электронов, а следовательно, и состав твердого раствора Те . Показана возможность контроля перехода полуметалл - полупроводник по положению резонансной частоты МЗКРС.'

, .3. Б размерно-квантованных пленках Те в па-

раболическом приближении во всех геометриях (ДЭКРВ происходит I .

с правилом отбора ЛН= О Включение непараболичяосги ■ как в резонансном, : так и нерезонансном случаях приводит к увеличению значений ДЭС, а в резонансном и - к существенным сдвигам резонансных частот в зависимости от ширины щели Более того, появляется дополнительные процессы о =

= 1,3,5,..., ДЭС которых на два-три порядка меньше, чем процессов с 4К= 0.

4. Б полушгнитном ролупроводнике типа Щ

ДЭС ЫЭКРр зависит также от обменных параметров, ч частота сдвига линейно зависит от концентрации магнитных ионов. В эксперименте по положению резонансных линий рассеянного излучения можно определить концентрацию магнитных.ионов и отношение обменных параметров

5. Рассмотренный эффект МЭКРС. в узкощелевых полупроводниках и их пленках может лечь в основу лазера, действующего в отсутствие магнитного поля, частоту которого можно перестраивать путем изменения ^ с помощью всестороннего сжатия. '

I:

6. Показано, что учет обыеннрго взаимодействия в классическом /неквантуицем/ магнитном поле в Со!^^«* приводит к анизотропии энергетического спектра электронов и

дырок. За счет неттараболичности, возникающей благодаря обменному взаимодействию, происходит «яэдаванив волновых функций электронных и дырочных зон. В спектре резонансного. экрс гго-■ является порог, форма резонансно Г лшщ оказывается нелорен-цевской. Течение резонансного ЭКРС шеет порядок 1СГ1е-1СН*5 см~?с.ср~*, что на несколько порядков вше, чем в обнчянх йсетуйроволниках. ' т :

. ?. Показано, что поскольку, в квантующем магнитном поле энергетический уровни электронов я днрои в й«^ Мгх Те. испытывают расщепления как обменного, тепа, так я типа Ландау, полученные зависимости энергий подуровней Ландау от иги битного поля указывают на то, что подуровни непарабдличин дахв при о иэ/за обменного взаимодействия. Пороговая и резонансная частота ЭКРС завися* от номера подуровня Ландау И. . С ростом происходит равмнтье порога. Но для ¿¿больших значений Н порог сохраняется.. Форма 'резонансной линии - не-лорешювская й зависят от номера *1 . Порядок сечения тагов же, как и в еяутае неквактуЬйего магнитного поля, . ■ '

8. Установлено, что эксвтопное резонансное КРС в в котором участвует энситоны в основном состояния <? суммар-ннм волновш вектором Х аналогично КРС с изотропным' . спектром, т.е. в опектре КРС отсутствует порог, а форма линии является лоренцевской.. Порядок сечения - 1С~10-1СН*7/

0. Показано« что экситон-фнониоЕо взаимодействия существенно влияет на резонансное экоитонное.КРС.с X £ О./В спектре появляется Порог, а- форма линот ^^онансного одно-ф^онвого экситонного рассеяния ст&новйтся/ яелоретгевской.

Порог и резонанс оказываются смещении™ ив величину энергии оптического, фонола. Вклад в сечение одноаононного отклика является малой величиной по порядку малости первой степени фрелиховской константы связи для экситона.

10. Установлено, что коэффициент ДФП света К2 существенным образом определяется зависимостью блоховских множителей от волнового вектора и непарэболичности зон легких частиц в узкощ^левых полупроводниках типа Й^Сс^Уе . Значения Ко в различных геометриях отличаются на несколько десятков процентов.

* IX. Показано, что в бесщелевых .полупроводниках типа Щ^ при наличие размерного квантования в области <

в 22 геометрии в спектре ДФП проявляются переходы с правилами отбора ЛИ =2к+1.= ±1,±3,..., а в XX геометрии с ДИ = ±2,±4,... Установлено, что в соединениях типа Й^^Ф/у /х > С^б/ в режиме размерного квантования для ДФП имеют место правила отбора ЛК 0 и ац = ±1,±3,..., а также лп ± ¿2 , ±4, • , • :

12. Показано, что при ДФП света в пленке с уменьшением тслшины пленки край Д<Ш смещается в коротковолновую область. Коэффициент ДФП является осциллирующей функцияе частоты света и толщины пленки. Частотная' и толщинная зависимости зависят от поляризаций падагацех излучений. ,

13. Установлено, что при учете непарэболичности пики в спектре ДШ, обусловленные размерным квантованием, смещаются в длиннозолкавую область, пороговое вввчекие и расстояние меру, максимумами уменьшаются, а при ** 0 расстояние меж ду пиками, ; соответствующими переходам с одинаковыми правила

ми отбора становятся -квиднстантными и наблюдается линейная зависимость значений этих расстояний от величины . Содержание диссертации отражено в v.-¡едунщих п„блпкаии-

ях:

1. Исмаштов Т.Г. Межзонное электронное комбинационное рассеяние света а узкои!епеыг: полупроводника": типа

Тег-.докл. ХП Ьсесокзн.совещания по теории лолупроводршков, 'I алкент, 1985, 4.1, с.301.

2. ISMettPob T.G->.A'jß'Za«fy Я. А. Z-4Te.i6a.icvJ 4 ~¿ecftcnic. ffu'vcut fdati^c^j СИ Лни'сл-и-fuctcъ-s Ткс/ггсе</ ЛЬ^-

Pautfcfic.-fy. Phgs.f<<J./of(C), i9$i, 164, S5i-sco.

3. Псмаилов Т.Г,, Назанли P.A., Гагиров ' .А. Размерное квантование в полупроьодниках и полупи овод ikkobux структурах i'C кейновским спектром. Препринт JЬ 55, 1Ш0 .„1, 1988, Же. • '

4. 1'смаилов Т.Г., Назанли P.A., иагиров ?„.А. Оптические свойства двумерного электронного газа в структурах на

о с

основе пслупроьодникоЕ!и соединения AB. Препринт № 19, НПО КИ, Г..€9, 36 с.

5. Гаок»;заде а».\!., Павлов С.Т., Надирзаде P.C., Псмаилов Т.Г., 1'елицкнй В.''. Ш Зсесоюэн.совещание по теории полупроводников. Тез.докл., Ереван,1987, с.'Л.

6. Гашимзаде Ф.М., Павлов С.Т., Надирзаде т\0., Псмаилов Т.Г. Резонансное метаонное комбинащ'онное рассеяние света в полумагнитном полупроводнике. ДАН Азерб.ССР, 198ь, т.II, I №, с.И-14/

7.'Гаишмзаде Ф.М'., Надирзаде P.C., Исмаилов Т.Г. Резонансное комбинационное рассеяние света в полумагнитном по-

г*

Лупроводнике. Препринт № 342, ИФАН, Iöö'J, 32 с. ■

8. Гашимзаде Ф.М., Исмаилов Т.Г., Надкрзаде P.C. Резонансное комбинационное рассеяние света в полумагнитннх полупроводниках р-типа в квантувдем магнитном поле. Тез. докл. Х1У Бсесокзн. совещания по теории полупроводников. Донецк, 1989, с. J84.

9. 6cttfum-2cuJe f.''/., Ра и Со и S.T., /IW/JiWt &.S., ISwailov ßeft'fsr/ b'-l-, (¿tscncu-rcs R<%ni<Ztr joüeittUf «'</ ^ж/л'^у/р/.с fewto^nt/'-ic-ic-i .

phfj. -ftof. -fvl. (ё), /939 , SfS, к (Gi- f(54

10. Gafium 7o.de F. V-, Г6?., 'МхаГгггал/е R. S-

Tnfyi^cutd fctoftewie ßwtaui fcijJ-f-Cicftx? i'n Jei/itmcct/vefiс tu Л/сгусе _

11.Гашимзаде Ф.М., Надирзаде I!.C., Ксмаилой Т.Г. Резонансное комбинационное paccjflniie света в полумагнитноМ полупроводнике. ФТГ, » 10, Т.33, С. 2861-2867, 1901.

12. Гашимзаде Ф.М., . Исмаилов Т.Г., Надирзаде P.C. Резонансное комбинационное рассеяние света в полумагнитном полупроводнике р-типа в квантующем магнитном доле. Труды Координационного совещ. соц. стран по физическим проблемам оптоэлектронике, Баку, 1989, с.125.

13. Is**cU£o\/ Т-в.., Л/acUMfy £.A-, ßofCWV л/.А .

W ¿Wteb^ (И &1е-С?иш<-

& fc'Mj ef ^Wi^W^fe.

fXKef. QMd 'Лс^аи'а/ CcnsU* a* ■/¿mx'ccuaf'UJztvL

14." TsmaUicv TG"., ßc^ctei/ /V.4 ,/)Pe/2.a.«£y

- P/icton fle-eozp tc'oM oj tfc'ai.f <>/ 7<ae>.s<. -fb-

^d /г«'- üctc^hzej fJ.

Ti M >1 e '

15. JswaCtev Г. ßax^tov M.A , PoUt^tcvr^'ot,

Умерен ctekcx^, Тмо-РкоСок Aifvif> {¿си Aaitatö'

7и££ Оме/ '4 T-e ' iype iffUaoiuJtsc-f&is. Piuß- fi&vf-

•h/CS), , /992, P. 3*1-316.

16. Багиров M.A., Искаилов Т.Г. Дьухцотонное поглощение света в полупроводниках с инверсной зонной структурой и их размерно-квантованных пле.лшх. Тез.докл. ХШ Бсесоюзн. со- ' вещания по теории полупроводников, Ереван, 1987, -с.40.

17. Ксмаилов Т.Г., Назанлы Г.А.', 1агиров Y.A. Нелинейные •оптические эф/.ектн, обусловленные кежзонними переходами в тонких пленкйх полуг.рошпников с вкровденнши зонами. Тез. докл. нау^но-техн. кон^. по интегральным преобразователям неялектрических величин. 1аку,1989, с.156.

18. Нсмаилов Т.Г., Уагиров '.'.А., Назанлн-Г.А. Двухфотон-ное поглощение света в полуппоБОЯп;'Кових структурах с дву-vepiiKf» элект-ронни.' газом. Тез.докл.Х1У Всесогзн. совев'чния но теории полупроводников. Донецк, 1989,-с.156.

Ii', '"смаклов Т.Г., I агиров ¡.i.A. Двуздотонное поглощение сгета на разкерно-квантованикх уровнях в полупроводниках со слочно!'; валентной soicoi'.- Сообщения. НПО 'КИ,'.1989, 5, с.'^4(-244.

¿с. Ксмаилс.ц Т.»., х-'агкров М.А. Двухфотокное' поглощение света в'узкощелелкх полупроводниках. Сообщения ШТО КИД990, В 6, с.!;.¡-г.г.

21. Исмаилов Т.Г.", Назанлк P.A., Еагиров М.А. Межзонное-электронное комбинационное рассеяние света на размерно-квантованных уроьнях в полупроводниках с инверсной зонной . структурой. Сообщения НПО Kf-T, 1987, с.138-142. - "

22. Исмаилов Т.Г., Назанлк P.A., Ьагиров М.А. Межзонное комбинационное рассеянйе свота в инверсных полумагнгтных полупроводниках. Сообщения НПО КИ, Баку г-1988, с.2?5-23С.

23с A.c. №1545868 /СССР/. Способ исследования полупроводникового материала по рамановскому рассеянию излучения /Абдул-лаев А.Г., Алекперсв 0.3., Исмаилов Т.Г., Назанлы P.A., Баги-ров М.А.

24. Назанлы P.A., Исмаилов Т.Г. Комбинационное рассеяние света в размерно-квачтоБанных пленках бссщелевых полупроводников с непараболическим спектров носителей. Сообщения НПО КИ, Баку,1989, с.235-240. .

25. f. М. (rajfu'mtade ; R.5. Л'Ы^ъсЛе, Т7. G. Тзюы'&у. ite&OKCVUS. ¿Kitoy Дажлиг 1*1 -

¿992, /б , f)p

26. Гашимзаде ФЛ.ч, Надирзаде P.C., Исмаилов Т.Г.,Белиц-кий В.И., Павлов С.Т. Резонансное межзонное комбинационное рассеяние света в полумагнитном полупроводнике. 4 TT, 1990, т.24, в.4, с.673-677.; •

: {Сы.) с .