Электрооптические эффекты дырок в одноосно деформированном германии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Національна академія наук України Донецький фізико-технічний інститут ім. О. О. Галкіна

„ Далакян Андрій Тимурович

РГ6 од

2 4 ОКТ сїОО

• УДК 537.877

іектрооптичні явища дірок в одноосьово деформованому германії

01.04.07. Фізика твердого тіла

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата сЬізико-математичних наук

Донецьк-2000

Дисертацією с рукопис.

Робота виконана в Донбаській державній машинобудівній акад Міністерство освіти і науки.

Науковий керівник (консультант)

доктор Фізико-математичних наук, доцент Тулупєнко Віктор Миколайович.

Донбаська державна машинобудівна академ завідувач кафедри Фізики.

Офіційні опоненти:

доктор фізико-математичних наук Каменев Віктор Іванович. ДонФТ

0.0. Галкіна НАН України, завідувач відділу.

кандидат Фізико-математичних наук. Порошин Володимир Михайлові НАН України, старший науковий співробітник.

Провідна установа:

Донецький державний університет, кафедра фізики твердого тн Фізичного матеріалознавства. Міністерство освіти і науки України. Доне

Захист відбудеться ((12)) жовтня 2000 р. о 1400 годині на засіді спеціалізованої вченої ради Д11.184.01 в Донецькому Фізико-технічн інституті ім. О. О. Галкіна НАН України, 84114. вул. Р. Люксембург. 72 Донецьк.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Донецького фізі технічного інституту ім. О. О. Галкіна НАН України. 84114. вул. Люксембург, 72. м. Донецьк.

Автореферат розісланий £ 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

Криворучко В. М

Дисертаційну роботу присвячено пошуку, утворенню і дослідженню інвертованих розподілів носіїв заряду для підсилення і генерації випромінювання у середньому (довжина хвилі випромінювання Я ~ 10 + 50 мкм) і далекому {/. а 50 + 200 мкм) 14 діапазонах спектру у одноосьово деформованому кристалі діркового германію

Актуальність теми. У 80-і роки було створено низку принципово нових активних твердотільних приладів терагерцового діапазону, серед яких найбільш потужний - лазер на переходах між підгонами легких та важких дірок у Германії при схрещених напрямках магнітного (В) та електричного (Е) полів [1 ]. Фізичні принципи роботи різноманітних типів цих приладів і основні результати, отримані в цій області досліджень до середини 80-х років, докладно викладені у монографії [2] (лазери на міжпідзонних переходах), у збірнику наукових праць [3] (мазери на циклотронному резонансі).

Із утворенням твердотільних джерел вимушеного випромінювання, що представляють собою (на відміну від відповідних аналогів з активними газовими середовищами) достатньо компактні пристрої з принциповою можливістю перебудови частоти випромінювання електронними засобами і відсутністю потужної оптичної накачки, відкрилася перспектива реального вирішення важливої проблеми у галузі сучасної техніки терагерцового діапазону - переходу її на основу твердотільних активних елементів.

На жаль, створені квантові генератори можуть ефективно працювати тільки при температурі дорогого і незручного в обходженні з ним, рідинного гелію (Г=4.2К). Так, у численних експериментах із лазером на міжпідзонних переходах, побудованого в конфігурації полів Фарадея (напрям розповсюдження випромінювання у зразку є збіжним до напрямку магнітного поля), зрив генерації відбувався при розігріві активного середовища вище ЗОК [2]. Тільки в окремих випадках, коли експерименти проводилися в конфігурації Фогта (для схрещених напрямків розповсюдження світла і магнітного поля) і на більш легованих, у порівнянні із конфігурацією Фарадея, зразках, повідомлялося про спостереження генерації при температурі рідинного азоту [Т = 77К) [1]. Проте більш детальні дослідження, проведені у подальшому, показали, що максимальна температура, при якій спостерігається стабільна генерація, не перевищує 70К, при цьому відбувається різке зменшення потужності випромінювання і область генерації (у координатах електричного і магнітного полів) стягується в точку [4].

Нові можливості лазера на міжпідзонних переходах були продемонстровані у роботі [5]. В цій роботі вперше досліджувався вплив одноосьової деформації (у діапазоні тисківЛ'-кбар) на параметри випромінювання лазеру. Відзначається значне розширення областей генерації (у координатах магнітного і електричного полів) і збільшення коефіцієнту підсилення активного середовища. Ці результати, вірогідно, Дозволили проф. А. А. Андронову висловити припущення про можливість отримати інверсну заселеність міжпідзонних оптичних переходів в одноосьово стиснутому р-Ое і у відсутності магнітного поля [2, стор.169].

У 1988 р. група фізиків під керівництвом проф. М.С. Кагана (ІРЕ РАН, Москва) повідомила пр виявлення стимульованого випромінювання в далекому ІЧ діапазоні гарячими дірками водноосьое деформованому p-Ge при збіжних напрямках електричного поля і тиску і за відсутності магнітної поля [6]. Гєнерація спостерігалася при досягненні достатньо великих величин тиску {X >8 кбар електричного поля (Е >3 кВ/см) і супроводжувалася стрибкоподібним збільшенням електричної струму в декілька разів.

Результати роботи [6] послужили підставою для проведення досліджень, результати яких пода у цій дисертації. Наш інтерес до досліджень електрооптичних явищ в одноосьово деформованому р-С викликаний, насамперед, тим, шо коефіцієнт підсилення активного середовища у випадку генерації[6] істотно вищим, ніжу Еипадку лазера на міжпідзонних переходах [1]. До такого висновку можна прийт якщо звернути увагу, що практично всі основні параметри, від яких залежать втрати випромінювання порівнюваних лазерних системах, однакові (матеріал активного середовища, спектральний діапазс випромінювання, концентрація легуючої домішки, діапазон електричних полів, температура, tv резонатора - на повному внутрішньому відбитті). У той же час, довжина оптичного шляху за один прохі необхідна для компенсації втрат і початку генерації, у першому випадку «4мм, а в другому-«80 100 лш [2]. Тоді, приймаючи до уваги тільки різницю у довжинах оптичного шляху, можна зробив висновок, що коефіцієнт підсилення активного середовища у випадку генерації[6] повинний бути, і меншій мірі, на порядок вищим, ніж у випадку лазера на міжпідзонних переходах [2].

Необхідно також відзначити, що до моменту початку досліджень, поданих у дисертації, механі: виникнення генерації випромінювання в одноосьово стиснутому р—германії ще не було з’ясовано, цьому зв'язку проведення подальших експериментальних досліджень умов виникнення електрооптичні явищ [6] у залежності від різних параметрів с також і актуальною фізичною задачею.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження за темо дисертації виконані в лабораторії твердотільної квантової електроніки кафедри фізики Донбаськ державної машинобудівної академії (ДДМА). Протягом 1991-1998 p.p. роботи проводилися відповідності з тематичними планами науково-дослідних робіт ДДМА, що фінансувалися держбюджету (було виграно 1-й конкурс міністерства освіти України) і за завданням Державно Фонду Фундаментальних Досліджень (були виграні 1,2, і 4 конкурси), а з 1995 р. - також на підете координаційних планів Міністерства освіти України. Протягом 1995-1999 p.p. досліджені проводилися в рамках проектів НАТО HTECH LG 960931 і CNS 970627.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи було утворення і досліджені інвертованих розподілів носіїв заряду в одноосьово стиснутому p-Ge для підсилення і генераї випромінювання в середньому і далекому ІЧ діапазонах.

Першочерговими задачами початкового етапу досліджень були виявлення генерації nj збіжних напрямках електричного поля і одноосьового тиску (повторення експерименту [6]) виявлення можливих фізичних причин, що сприяють її виникненню. Для вирішення поставлені задач:

з

І

- розроблена, виготовлена і налагоджена експериментальна установка для проведення

лектрооптичних досліджень в одноосьово деформованому р-йе у широкому діапазоні тисків {X ~ і+21 кбар) і імпульсних електричних полів [Е -0+5 кВ/см)\ ■

- проведені експерименти по вивченню впливу різних фізичних параметрів (концентрації іегуючої домішки, напрямку одноосьового тиску відносно кристалографічних осів кристалу, емлератури) на умови виникнення генерації (у діапазоні довжин хвиль Я «20 +45 мкм \Л~80 + 20 мкм) і стрибка струму при збіжних напрямках електричного поля і тиску (ЕІІX).

Результати проведених досліджень виявили необхідність продовження подальших робіт при хрещених напрямках електричного поля і одноосьового тиску (Е1Х), коли немає причин для иникнення статичного домену сильного електричного поля. (Поява останнього в зразках при ЕIIX, к було встановлено, негативно впливає на умови виникнення стимульованого випромінювання і бумовлює великі величини порогових тисків і електричного поля). Крим того, на цей час механізм енерації, по крайній мірі, на якісному рівні, став зрозумілим [7]. У зв'язку з цим, рішення задачі по иявленню примусового випромінювання при Е±Х набуло додаткової актуальності і практичної начущості. Стало ясно, що в умовах відсутності домену слід очікувати істотно менших величин тиску ля початку генерації, ніж при Е11X.

Наукова новизна одержаних результатів досліджень одноосьово деформованогор-Ое при Зіжних напрямках електричного поля і тиску полягає у тому, що:

- показано (практично одночасно з авторами роботи [7]), що стимульоване випромінювання иникає у широкому спектральному діапазоні;

- вперше виявлено, що величина порогових тисків для "запалювання” примусового ипромінювання і стрибка електричного струму зменшується при збільшенні концентрації легуючої омішки, і навпаки - збільшується при зростанні температури;

- показано, що поява статичного домену потужного електричного поля обумовлює великі еличини порогового тиску виникнення генерації випромінювання.

При проведенні експериментальних досліджень при схрещених напрямках електричного поля і цноосьового тиску, коли немає негативного впливу домену:

- отримані нові експериментальні результати, що підтверджують виникнення резонансних омішкових станів у безперервному енергетичному спектрі валентної зони одноосьово сформованого Єє',

- вперше виявлено стимульоване випромінювання у далекому 14 діапазоні при суттєво енших, ніжу випадку ЕІІ X, величинах тиску.

Практичне значення отриманих результатів. Проведені у дисертації дослідження помітно ззширили експериментальну базу даних про електрооптичні явища у одноосьово деформованому ■Єє і дозволили одержати нові відомості про умови виникнення і механізм стимульованого іпромінювання у середньому і далекому 14 діапазонів спектру.

За результатами всієї роботи можна зробити висновок, що одержали подальший розвиі експерименти по дослідженню резонансних станів у "розщепленому" р - германії, яки привели виявлення нового механизму підсилення вшромювання. Тим самим, стимулюються подалі дослідження по створенню принципово нових активних приладів для цього діапазону на осні напружених твердотільних структур.

Особистий внесок здобувана. Автор дисертаційної роботи приймав активну участь обговоренні і конструюванні експериментальної установки, безпосередньо виготовив і налагодив усі ії оригінальні частини, так і установку в цілому, виготовив усі зразки (порядку 200 ші відпрацював методику експерименту, провів експериментальні виміри і опрацював і експериментальні результати. У процесі роботи приймав активну участь в обговоренні пла досліджень і експериментальних результатів, у проведенні наукових семінарів, у написа> відповідних частин статей і тез доповідей.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертації доповідались на семінар відділу фізики електронних процесів твердого тіла інституту фізики НАНУ (Київ), відділу теоретиче фізики ДонФТІ ім. Галкіна НАНУ (Донецьк), відділу електроніки твердого тіла ІРЕ РАН (Москв; кафедри фізики напівпровідників і наноелектроніки Санп-Петербурзького державного технічне університету, кафедри електрофізики національного університету ім. Т. Шевченка (Київ), кафеді радіотехніки і радіофізики ДонДУ (Донецьк), доповідались на міжнародній школі-конференції"Physii problems in material science of semiconductors" (Чернівці 1S95, 1999); 2й, 3й і 4й російськ конференціях з фізики напівпровідників (Зеленотрад 1996, Москва 1997, Новосибірськ 199! міжнародних конференціях "Material Science and Material Properties for Infrared Optoelectronic (Ужгород - 1996, Київ - 1998); 9“)' і 10м)' міжнародних симпозіумах "Ultrafast Phenomena Semiconductors" (Вільнюс - 1995,1998), 24ій міжнародній конференції "Physics of Semiconductor (Єрусалим, Ізраїль -1998); 1й міжнародної конференції "Наука і Освіта” (Дніпропетровськ - 199Є

Публікації. За результатами досліджень опубліковано усього 28 робіт із них: 9 робіт у наукові журналах, 4 роботи в збірниках наукових праць, 15 тез у матеріалах спеціалізованих міжнародні конференцій і симпозіумів.

Структура і обсяг. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків і дві додатків і містить 126 сторінок друкованого тексту, у тому числі 29 рисунків, 3 таблиці і списі літератури, що вміщує 113 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

У вступі подано загальний огляд теми досліджень, обгрунтована їхня актуальніст сформульовані мета і задачі роботи, проведено стисле обговорення наукової новизни і практичн цінності отриманих результатів.

Перший розділ присвячено літературному огляду. У п.п. 1.1 в рамках уявлень, розвинутих [8], розглянуто характер перебудови зонної структури p-Ge під впливом одноосьового тиску.

Одноосьова деформація знімає виродження валентної зони кристалу у центральній точці (к= 0) зони Брилюена і розщеплює її на дві підзони, нижню (є_р) і верхню (є+р), розділені енергетичним зазором Д = аГ(див. рис.1). Крім того, слід зазначити виникнення суттєвої анізотропії підзон. У таблиці 1 наведені значення коефіцієнту пропорційності а і ефективних мас дірок, розраховані для двох окремих (і досліджених у цій роботі) випадків напрямку одноосьової деформації кристалу, уздовж кристалографічних напрямків [100] і [111]. Тут т\\ і ту - ефективні маси дірок поблизу дна підзон у напрямках, відповідно, паралельному (кц) і перпендикулярному (кі) до напрямку прикладеного одноосьового тиску X, т0- маса вільного електрону.

Таблицаї. Параметри валентної зони одноосьово деформованого Се.

X а. нижня підзона є.„ верхня підзона є+„

меВ/кбар ті\1та т^піг. т\\1та ту/та

[100] 6 0.045 0.11 0.057 0.21

.[111] 3.75 0.041 0.13 0.053 0.5

Відзначені особливості одноосьово деформованого р-Єе послужили предметом численних експериментальних досліджень протягом із середини 50-х років і до поточного часу. У п.п.1.2 наведено стислий огляд деяких із цих робіт, присвячених вивченню різних кінетичних явищ. Особливий інтерес викликають результати дослідів процесів протікання електричного струму у потужних електричних полях, напрям яких був параллельним до напряму одноосьової деформації кристалу (Е11X). У цих роботах були виявлені [9] і досліджені [10] ганівські коливання електричного струму. Відомо, що осциляції електричного струму обумовлені рухливими доменами потужного електричного поля, які виникають у зразках із від'ємною диференційною провідністю (ВДП) [11]. Поява ВДВ обумовлюється перегином на законі дисперсії дірок нижньої підзони є-р у напрямку кц, в наслідок цього, у більш потужному електричному полі збільшується відносна чисельність важких дірок (після перегину) за рахунок зменшення чисельності легких (до перегині) (дів. рис.1 ітабл.1). Необхідно, проте, відзначити, що, як вказано у уонофафії [12], домен є рухливим тільки у достатньо ‘коротких" зразках (в цитованих роботах для спостереження коливань електричного струму

Рис.1. Структура валентної зони одноосьово деформованого

германію (схематично).

Єо и 37 ліеВ - енергія оптичного фонону.

використовувалися зразки з відстанню ніж контактами « 0.1+0.2 мм), у більш довгж зразках домен

- статичний. ‘

У п.п. 1.3 розглянуті всі основні результати досліджень, ініційовані роботою [6] і виконані до початку наших експериментів.

У п.п. 1.4 обговорюються роботи, у яких виконувалися дослідження станів мілкої домішки в одноосьово деформованому р-Єе. У недеформованому кристалі основний стан мілкої акцесорної домішки є чотирікратно (з урахуванням спіну) виродженим. Одноосьова деформація кристалу знімає виродження як підзон, так і рівнів домішки. Останні розщеплюються на два рівні с+ і є., причому, із збільшенням тиску кожний із цих рівнів слідує за “своєю” ПІДЗОНОЮ £+р і £_р [8]. Інтерес до цього, із погляду з'ясовування ролі домішки у механізмі генерації [6], виникає у зв'язку з питанням про можливість резонансного стану, тобто, появи верхнього рівня є+ у безперервному енергетичному спектрі нижньої підзони є_р (у [8] така ситуація не розглядалася). На таку можливість вказаноу роботі [13], де проведені розрахунки енергетичних положень станів мілкої домішки в рамках моделі потенціалу нульового радіусу дії. Відзначається, що трансформація локалізованого стану акцептору у резонансний повинна відбуватися при тиску, коли міжпідзонний енергетичний зазор Д » 16 меВ. Проте.у роботі [14], дедля розрахунку хвильових функцій і енергетичних положень рівнів основного і збуджених станів мілкого акцептору було використано варіаційний метод, на відміну від [13], отримано відсутність резонансних рівнів. Цей результат автори роботи [14] пояснюють антикросингом збуджених станів домішки з однаковою симетрією.

Таким чином, на початок наших досліджень у науковій літературі не було сталих уявлень на можливість існування резонансних станів домішок в одноосьово деформованому р - германії.

На закінчення (п.п.1.5) подані стислі висновки огляду літератури.

В другому розділу спочатку докладно викладаються оснбвні вимоги (обумовлені задачами, поставленими перед експериментальними дослідженнями), що накладаються на конструкцію експериментальної установки. Наведено блок-схему створеної установки, подано опис окремих, найбільш важливих, її частин. Далі подається методика підготування зразків і їхні основні характеристики, обгрунтовується необхідність використання зразків різних форм, докладно обговорюються особливості методики дослідження зразків, вирізаних у вигляді хреста і правильної прямокутної форми, викладена методика контролю області пружної деформації у зразках і їхньої цілісності. Обговорюються результати попередніх контрольних вимірів при температурі 4.2К.

У третьому розділі представлені основні результати досліджень при X11 Е.

Використовувалися зразки з типовими розмірами «7x7 *8мм3 і з відстанню між контактами« 5-гбмм. Одноосьова деформація утворювалася уздовж довгої сторони зразка, що була збіжною із кристалографічним напрямком [100] або [111 ]. Вольт-амперні (ВАХ) і ампер-барні характеристики вимірювалися у діапазоні тисків X ~ 0+21 кбар і електричних полів Е ~ 0*5 кВ/см при температурах 4.2 і 77К. Для вимірів інтенсивності випромінювання при Т=4.2Квикористовувалися

(ва фотоприймача: Ое<Са> і Ое<1п> із максимальною чутливістю на довжині хвилі 105 і 40мкм, іідповідно.

У п.п.3.1 обговорюються результати вимірів ВАХ (гри Т = 4.2К і 77Щ і розподілу ілектричного попя уздовж довжини зразка (при Т = 77К) при різних величинах одноосьового тиску, їиявлено, що при збільшенні тиску виникають ділянки насичення електричного струму, що характерні іля систем з ВДП [12]. При досягненні достатньо великих тисків (у залежності від концентрації [□мішок і температури) інтервал електричних полів, при яких реалізується ВДП, зменшується і, після «нього проходження, спостерігається подальше зростання струму. Виміри розподілу електричного юля між контактами показали, що при реалізації ВДП виникає неоднорідний розподіл поля, ібумовлений появою статичного домену. Придушення ВДП супроводжується зникненням домену і ¡¡дновленням рівномірного розподілу поля.

У п.п 3.2. обговорюються результати вимірів залежностей інтенсивності випромінювання і ілекгричного струму відтиску (рис.2) у зразках із різною концентрацією легуючої домішки. У зразках ) найменшою концентрацією немає стрибка струму, а інтенсивність випромінювання у смузі

чутливості обох фотоприймачів збільшується тільки в декілька разів (криві 3,3'). Використання зразків із більшою концентрацією домішки призводить, по-перше, до

виникнення генерації

випромінювання (зростання оптичного сигналу на 2-КЗ порядки маєпороговий, потиску, характер), по-друге - до зменшення порогового тиску (криві 1, 2). Ці результати свідчать про суттєву роль домішок у механізмі інверсного перерозподілу дірок. Слід зазначити, що порогове по тиску збільшення інтенсивності випромінювання спостерігалося в смузі чутливості _ обох фотоприймачів (тут, щоб не ускладнювати рисунок, поданий, в основному, сигнал із

довгохвильового фотоприймача). Таким чином, стимульоване випромінювання генерується

X, кбар

Рис. 2. Залежності амплітуди оптичного сигналу 5 (а) і електричного струму 1 (відносно [0 - струму при X = 0) (б) від тиску А .

Концентрація домішок МА, 10й см'3: Д - 6.8; О -2.2; П-0.7.

Фотоприймачі: 1,2,3 - Ое<Са>; У-Се<2п>.

у широкому спектральному діапазоні.

У дослідах при Т = 77К виявлено, що в цьому випадку ампер-барні залежності аналогічні ти що показані на рис25, із тією лише різницею, що стрибок струму відбувається при тисках на 2*3 кб> більших.

Дещо несподіваний результат був отриманий при порівнянні результатів дослідів зразк деформованих уздовж кристалографічних напрямків [100] і [1 ] 1]. З огляду на те, що параме розщеплення а при ХІІ [100] абмеВ/кбар, а приХІІ [111]-~ 3.7 меВ/кбар (див.табл.1), мож було очікувати, що величина порогових тисків у першому випадку буде більшою, ніжу другому. Про експерименти показали, що за інших однакових умов (концентрація легуючої домішки, величиї електричного поля, розміри зразків) і в тому і в іншому випадку генерація спостерігалася п| досягненні приблизно однакових значень тиску, причому, у всіх випадках А"> 8 кбар (див. рис.; Оцінки, проведені на основі даних у табл. 1, показують, що при таких величинах тиску гілка важкі дірок нижньої підзони є_р цілком потрапляеу.такзвану, активну область енергійг.>£«, да£<,-енер оптичного фонону (див. рис.1). У цьому випадку важкі дірки ефективно розсіюються на оптичні фононах із кінцевим станом в області енергії нижче перегину на законі дисперсії, тобто, стаю легкими. Таким чином, при досягнення достатньо великих значеннях тиску виникають сприятлу умови для зменьшення числа важких дірокі і, внаслідок цього, придушення ВДП і зникнення доі,^ Якщо врахувати, що ефективна маса важких дірок при ХІІ [100] - тІОо ~0,21т0,ащмХ\\ [111 т,ц ~ 0,5то (див. табл.1), то можна зрозуміти, що їхній розігрів однаковим електричним полем п однаковому міжпідзонному зазорі Д буде сильнішим у першому випадку, ніж у другому. При цьої необхідно мати на увазі, що поле в домені є у декілька разів більшим за середнє у зразку. От* відносне число важких дірок у випадку X11 [ 100] буде більшим, ніж при X11 [ 111 ]. Припускаючи, і. придушення ВДП відбувається при приблизно однаковому співвідношенні міжчислом легких і важк дірок, можна зробити висновок, що для зникнення домену при ХІІ [100] необхідно мати більші міжпідзонний зазор Д ніж при X11 [111 ].

Наведений вище аналіз дозволяє припустити, що саме домен є відповідальним за велі величини тиску виникнення генерації і стрибка струму. Цей висновок підтверджується і характері впливу температури на величину порогового тиску. При збільшенні температури зростає чисі важких дірок (внаслідок впливу кБТ-фактору), і тому, для руйнації домену (зменшення числа важи дірок), необхідно додатково збільшувати тиск - для збільшення міжпідзонного розщеплення Д.

У п.п. 3.3 проводиться обговорення всіх отриманих результатів при ЕІІХ з точки зо; можливих механізмів генерації випромінювання. Зроблено висновок про доцільність проведені аналогічних досліджень при Е1Х. У цьому випадку немає особливостей на законі дисперсії дірої напрямку кх (див. рис.1) і, отже, немає умов для виникнення домену і, відповідно, його негативно впливу на умови виникнення генерації.

У четвертому розділі наведено результати досліджень, які отримані при Х1Е.

Слід зазначити, що на цей час була опублікована робота [7], де, на підставі спектральних зимірів, виявлено, що генерація випромінювання при ЕІІХ обумовлена внутрішньоцентровою нверсією у розподілі дірок і, таким чином, експериментально доведено існування резонансних станів домішок у одноосьово деформованому p-Ge. Внаслідок часткового заповнення дірками резонансних зівнів є+, і ефективного спустошення локалізованих рівнів є_ (у забороненій зоні) потужним електричним полем, відбувається інверсний перерозподіл дірок між цимирівнями. З цього випливає, що статичний домен (область у зразку з підвищеною концентрацією важких дірок) обумовлює несприятливі умови для заповнення резонансних рівнів (що знаходяться в області енергій значно менших ніж енергії' важких дірок) і, таким чином, перешкоджає виникненню внутрішньоцентрової інверсії. Тому експерименти по дослідженню резонансних станів при Е±Х набули, насамперед, важливого практичного значення, оскільки дозволяли сподіватися, внаслідок відсутності статичного цомену, на одержання генерації випромінювання на основі внутрішньоцентрової інверсії при суттєво менших величинах тиску, ніж у випадку ЕІІХ. '

У п.п.4.1 обговорюються особливості методики проведення досліджень, пов'язані із необхідністю використання зразків двох геометричних форм: правильної прямокутної і хрестоподібної. Попередній аналіз показав, що, по-перше, вплив інжекції електронів на результати вимірів при Е1Х очікується істотно більшим, ніж при Е11X. По-друге, був, невідомим вплив механічного напруження на властивості контактів, нанесених на поверхню бічних граней прямокутного зразка. Тому, на початковому етапі досліджувалися зразки хрестоподібної форми.

Механічні напруження у центральній частині таких зразків розраховувались за методом кінцевих елементів, а електричне поле вимірювалось ємнісними зондами.

У п.п.4.2 приведені результати вивчення впливу одноосьового тиску на процеси протікання електричного струма у зразках із різною концентрацією легуючої домішки ¡різної кристалографії. В результаті дослідження зразків хрестоподібної форми при Т = 77К виявлені максимуми на ампер-барних залежностях в електричних полях Е > 500В/см (див. рис.З). Причому, у випадку ХІІ [100] максимуми струму спостерігалися в області тисків а 3 кбар, а при ХІІ [111] - X 5 кбар. Подальші дослідження проводилися на зразках прямокутної форми. Експерименти

X, кбар

Рис.З. Залежності нормованого електричного струму (70-струм при X = 0) від величини одноосьового тиску. Е1Х || [100] - 1, 2; Е 1X Ц [111 ] - 1', 2'. Е, кВ/см: 0.75 - 1, 11.0 -2,2'. Т= 77К; Концентрація домішок N¿,8x1011 см'3. Стрілками вказані величини тисків появи резонансних станів.

показали, що кількаразове стискування зразків до X * 6 кбар не позначалося на властивості контактів. Вплив інжекції електронів контролювався за формою імпульсів струму, а також, удеяю випадках, за результатами вимірів Холловскої напруги. Встановлено, що при тривалості імпульс напруги менше 100 не (із крутістю переднього фронту менше 20 не) ампер-барні характеристики подібними аналогічним залежностям, отриманим на зразках хрестоподібної форми, і при Т = 77. спостерігаються максимуми струму в області тих же величин тиску. Відзначимо, що такі максимун при Т = 4.2К не спостерігалися.

Поява максимуму струму на ампер-барних характеристиках при Т=77К і залежність їхньої положення по шкалі тисків від кристалографічних напрямків, уздовж яких здійснювався одноосьові' стиск зразків, можна пояснити виникненням резонансних станів домішок. Справа в тому, ш трансформація верхнього відщепленого рівня є+ мілкого акцептору у резонансний стан відбуваєш при тисках, коли Д ~І6меВ [7,13]. Саме при таких величинах тиску (X ~4.2кбарпрнХ\\ [111]і. «2.6 кбар приХІІ [100], показані стрілками нарис.З) експериментально спостерігається зростань електричного струму. Збільшення струму ми пояснюємо як наслідок спустошення резонансних рівн є+ за рахунок перекиду дірок у підзони е+р і є.р у електричному полі за участю акустичних фононії Відзначимо, що ефективна маса дірок у верхній підзоні є приблизно утричі меншою, ніж у нижнії тому їхній внесок в електропровідність буде, відповідно, вищим. Висновок про збільшенн концентрації дірок у верхній підзоні підтверджується результатами більш детальних досліді; проведених на зразках правильної прямокутної форми. А саме, подальше збільшення електричної поля призводить до зменшення величини максимумів аж до самого їхнього зникнення. Внесоку стру дірок верхньої підзони в цьому випадку може зменшуватися через збільшення інтенсивності 'іхньог розсіювання із емісією енергії оптичного фонону е0 и кінцевим станом дірки у нижній підзоні. Оскільк усереднена по напрямкам густина станів у верхній підзоні є приблизно у 20 разів меншою, ніж нижній підзоні (для дірок з однаковою енергіею відносно дна нижньої підзони), то навіть дірки із є > 2го головним чином будуть розсіюватись у нижню підзону. Аналогічно, подальше збільшення тиск також призводить до зменшення числа дірок у верхній підзоні внаслідок зменшення різниці є0 є+р(р). Зменшення струму може бути обумовлено і іншими причинами: розширенням резонансною рівня є+ (що еквівалентно зменшенню часу життя дірки на цьому рівні); структурною перебудово* нижньої підзони (зменшення густини станів при збільшенні тиску) і, внаслідок цього, зменшенням час взаємодії дірок нижньої підзони з резонансними дсмішковими станами (резонансне розсіювання)

У п.п.4.3 обговорюються результати дослідження випромінювання у далекому 14 діапазоні Типові результати вимірів залежності інтенсивності випромінювання (у діапазоні спектрально чутливості фотоприймача Ge<Ga>) від тиску, отримані на одному із зразків, подані на рис.4. Тут же на вставці показані положення вершин валентних підзон є+р і є_р, і відповідної їм серії верхніх єн Cradled) і нижніх е_(СЖіі-ф рівнів (утворених від основного і перших трьох збуджених станії домішки за відсутності тиску) акцесорного центру в залежності від величини міжпідзонноп

X, кбар

Рис.4. Залежності інтенсивності випромінювання 5 від величини тиску А'' при напруженості електричного поля Е, кВІсм: 1 -0.5; 2 -1.0; 3 -1.4; 4 -1.7; 5 -1.8; б-2.0. ХІІ [111]. Т=4.2К; МА *6.8х10мсм3.

На вставці - залежності від Д енергетичного положення: вершин нижньої є_р і верхньої Є+р ПІДЗОН, рівнів верхніх збуджених о-ГгхаЫ) та основного є+, нижніх збуджених £-(ехаЫ) та основного е_ станів мілкого акцепторногу центру (За.

озщеплення Д. Відзначимо, що положення доміїшових рівнів в області фанично великих еформацій взяті з роботи [15].

Насамперед, звертає на себе увагу порогове по тиску збільшення інтенсивності ипромінювання на 2 порядки (штрихова крива 6), що дозволяє припустити стимульований характер ього випромінювання. Виявлені області зростання спонтанного випромінювання (криві 3 *■ 5) ми ов’язуємо із оптичними переходами дірок, показаними на вставці широкими стрілками однакової овжини із є+^піеф станів (перший максимум) і є+ станів (другий максимум) у локалізовані стани. Для иникнення помітного спонтанного випромінювання необхідно, щоб населеність нижніх рівнів не еревишувала населеність верхніх. При відносно слабких електричних полях (криві 1,2) рівень є. ще алишається частково заповненим (неповним спустошенням основного стану домішки, приблизно в аких же електричних полях, пояснюється провал області генерації в діапазоні 120...160мкмцпя азера на міжпідзонних переходах [16]). При збільшенні електричного поля його населеність дірками меншується і виникає помітне спонтанне випромінювання - крива 3. Подальше збільшення

електричного поля призводить до спустошення збуджених станів £+,хсіЄе(і, очевидно, внаслі/: пробою у “свою” підзону є+р. У результаті інтенсивність спонтанного випромінювання в обла першого максимуму зменшується (криві 4, 5). '

Висновок про пробій у “свою” подзону підтверджується тим, що в області тисків, спостерігається другий максимум, не відбувається чергування кривих при зростанні електричне поля. У цьому випадку не відбувається спустошення рівня є+ внаслідок великої (по відношенню положення збуджених станів) глибини його залягання під дном “своєГ підзони є+р У той же ч; оскільки глибина залягання рівня є. під дном підзони є_р при збільшенні тиску зменшується, т( однакових електричних полях населеність рівня е_ буде меншою лри 5 кбар, ніж при 2.5 кбар. І знаходить своє відображення у тому, що приріст інтенсивності випромінювання і самі величи максимумів при 5 кбар є більшими, ніж при 2.5 кбар.

У світлі вищевикладеного, різке зростання інтенсивності випромінювання (на 2 порядки максимумі спонтанного випромінювання(в области тисків » 5 кбар при ХІІ [111] и«і кбар п ХІІ [100]), коли резонансним стає рівень є+, ми зв'язуємо (за аналогією із [7]) із виникнень внутрішньоцентрової інверсії' між рівнями В+ І Є_ .

У висновку представлені основні результати, отримані в дисертації, наведено обгрунтуван їхньої достовірності, а також рекомендації по їхньому подальшому використанню.

У додатку зібрані схеми приладів оригінальної конструкції, що входять до скла експериментальної установки.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі вивчалися електрооптичні явища в одноосьово деформовано (“розщепленому") дірковому германії з метою з'ясовування фізики та умов формування інвертован розподілів дірок у середньому та далекому 14 діапазонах. Одноосьова деформація досліджуван зразків (вирізаних із монокристалівр-Єе із різноманітною концентрацією домішок йа) проводила уздовж кристалографічних напрямків [100] і [111], а електричний струм пропускався як паралельї так і перпендикулярно напрямку тиску. Проведені виміри інтенсивності випромінювання (при Т 4.2К) в області довжин хвиль -100 і 40мкм і електричного струму (при Т= 4.2 і 77К) у зразка) широкому діапазоні механічних напружень і електричного поля дозволили суттєво розшири фактичну базу даних про електрооптичні явища гарячих діроку одноосьово деформованому крист; германію. Аналіз результатів дослідів сприяв розвитку уявлень про резонансні стани “розщепленому" германії і нового механізму генерації випромінювання гарячими дірками внутрішньоцентрової інверсії. Отримані експериментальні результати можуть стати корисними д вирішення задач, пов'язаних із створенням інвертованих розподілів носіїв заряду для терагерцовс частотного діапазону на основі твердотільних напружених структур.

Основні результати, отримані в роботі

У експериментах при збіжних напрямках електричного поля і одноосьового тиску:

1. Встановлено, що вимушене випромінювання виникає у достатньо легованих зразках я 10й + 1015 см3) при досягненні порогових величин тиску (X «8+12 кбар) і електричного ПОЛЯ (Б я 3+4 кВ/см), супроводжується стрибкоподібним збільшенням електричного струму (у 2+6 разів) і генерується у широкому спектральному діапазоні (в інтервалі довжин хвиль «40+100 мкм).

2. Виявлено, що пороговий тиск генерації і стрибка струму зменшується при збільшенні концентрації домішок і, навпаки, збільшується при зростанні температури. Таким чином, збільшення концентрації різних типів центрів розсіювання - домішок і акустичних фононів - призводить до протилежних результатів. Отримані результати вказують на суттєву роль домішок у механізмі виникнення інверсії і одночасно показують, що механізм інверсного перерозподілу дірок не може здійснюватися за рахунок квазіпружньої взаємодії останніх із центрами розсіювання у борнівському наближенні.

3. Експериментально встановлено, іцо генерація випромінювання і стрибок електричного струму виникають тільки після досягнення величин тиску, при яких вибувається зникнення статичного домену сильного електричного поля. На підставі аналізу особливостей розігріву дірок у одноосьово деформованому германії запропонований механізм зникнення домену. Він пов'язаний із збільшенням інтенсивності розсіювання дірок нижньої підзони на оптичних фононах і, у наслідок цього, зменшенням співвідношення між числом важких і легких дірок нижньої підзони. Спостерігаєме в експериментальних дослідженнях збільшення порогових тисків при підвищенні температури пояснюється необхідністю компенсувати вплив к£Г-фактору, який призводить до збільшення відносного числа важких дірок. Показано, що за інших однакових умах (концентрація домішок, електричних полів, температури) зникнення домену у випадку деформації кристала уздовж напрямку [100] повинно відбуватися при більшому енергетичному зазорі між валентними підзонами Д, ніжу випадку [111]. Цей висновок підтверджується тим, що генерація випромінювання і стрибок струму у зразках, стиснутих уздовж зазначених кристалографічних напрямків, спостерігалися при приблизно однакових величинах тиску. На підставі сукупності експериментальних фактів висунуто припущення про відповідальність домену за великі значення порогових тисків і доцільності проведення досліджень при схрещених напрямках електричного поля і одноосьового тиску, коли немає фізичних причин для появи домену.

У експериментах при схрещених напрямках електричного поля і одноосьового тиску:

4. Виявлені максимуми на залежностях електричного струму відтиску при Т=77К)Е >500 В/слі. В той же час відзначається відсутність таких максимумів при температурі рідинного гелію. Положення максимумів по шкалі тиску знаходяться у залежності від кристалографічного напрямку, уздовж якого призводиться одноосьова деформація кристалу (Xя5 кбар при XII [111] \Х«3 кбар ри ХІІ [100]). Збільшення електричного струму починається в області величин тиску, коли у неперервному енергетичному спектрі валентної зони одноосьово деформованому кристалу виникає

резонансний рівень домішки. На основі аналізу отриманих експериментальних результатів висунут припущення, що при Т-77К відбувається інтенсивне спустошення квазілокальних станів за рахунс переходів дірок у підзони в електричному полі за участю акустичних фононів.

5. Проведені виміри інтенсивності випромінювання у далекому 14 діапазоні (Л «100 мш) залежності від величини тиску при різних електричних напругах. На отриманих залежностях при Я. 1200 В/см виявлені області збільшення інтенсивності випромінювання, поява яких пояснюєтьс оптичними переходами дірок із резонансних рівнів домішок у їх локалізовані стани, енергетичні ріві яких знаходяться у забороненій зоні. Встановлено, що збільшення електричного поля сприя суттєвому зростанню інтенсивності випромінювання в області значень тиску X ~ 5 кбар пр ХІІ [111] та X «• і кбар при ХІІ [100], а при Е~ 2 кВ/см - виникненню вимушеног випромінювання. Зростання інтенсивності випромінювання пояснюється збільшенням ефективнос спустошення локалізованих станів у більш потужних електричних полях і, у наслідок цьогс виникненням інверсного перерозподілу дірок між резонансними і локалізованими рівнями, тобтс внутрішньоцентрової інверсії.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ АВТОРА ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

А1. Белых В. Г, Далакян А. Т., Тулупенко В. Н„ Фирсов Д. А. Экспериментальное изучение влияни одноосного давления на эффекты горячих дырок в р-германии в продольных электрических полях, ФТП. -1995. - Т. 29. - С. 1764 -1770.

А2. Білих В. Г., Далакян А. Т., Тулупенко В. М., Фірсов Д. А. Про вплив одновісного тиску на ефект гарячих дірок у германії у поздовжніх електричних полях II Укр.фіз журн. -1995. - Т. 40. - № 9. - С 1008-1010.

АЗ. DalakyanA. Т., Shevchenko S.S.. TulupenkoV. N., FirsovD. A. Stimulated fir radiation of hot hole from uniaxially deformed germanium: influence of impurity concentration and temperature // Lithuania Journal of Physics. -1995. - V. 35. - No. 5 - 6. - P. 507- 510.

A4. Abramov A. A., Akimov V. I., Dalakyan A.T., Tulupenko V.N., Zaitsev A. М., Danilov S. N., FirsovD. A Shalygin V. A. Experimental investigations of electric current under transverse and longitudinal electric fiel in the uniaxial-deformed p-Ge li Proceeding of SPIE Four Int. Conference on Material Science and Materi; Properties for Infrared Optoelectronics. - V. 3890. - P. 196 - 200.

A5. Абрамов А. А., Далакян А. Т., Тулупенко В. H., Фірсов Д. А.. Вольт-амперні та ампер-барі залежності для діркового германію лри схрещених напрямах одновісного тіску і електричного поля., Укр.фіз журн. - 1999. - Т.44. - № 3. - С.318-320.

А6. Abramov A. A., Akimov V. I., Dalakyan А. Т.. Tulupenko V. N., Zaitcev А. М., Danilov S. N.. Firsov D. A Shalygin V. A. Electric current study under parallel and perpendicular directions of uniaxial pressure an strong electric field in p-Ge. // Trans Tech Public. -1S99. - V. 297 - 298. - P. 283 - 286.

A7. Бондар В. М., Далакян А. Т.. Тулупенко В. Н„ Фирсов Д. А. О резонансных состояниях

ющеплённом" германии // Письма в ЖЭТФ. -1999. - т. 69. - вып. 9, - С. 638 - 642.

. Бондар В. М, Воробьёв Л. Е., Фирсов Д. А., Далакян А. Т, Тулупенко В. Н. Исследование тучения горячих дырок в германии при взаимно перпендикулярных направлениях электрического пя и одноосной деформации // Письма в ЖЭТФ. -1999. - т. 70. - вып. 4. - С. 257 - 261.

ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА .

Воробьев Л. Е., Осокин Р. И., Стафеев В. И., Тулупенко В. Н. Обнаружение генерации ДИК-тучения горячими дырками в германии в скрещенных электрических и магнитных полях. //Письма КЭТФ. -1982. - Т.35. - №9. - С. 360 - 362.

Андронов А. А. Субмиллиметровые лазеры на горячих дырках в полупроводниках,-Горький: ИПФ I СССР, 1986.-183 с.

Полупроводниковые мазеры на циклотронном резонансе: Сб. науч. тр. - Горький: ИПФ АН СССР, 86.-175 с.

Воробьёв Л. Е., Данилове. Н., Кочегаров Ю. В. и др. Усиление излучения дальнего ИК диапазона )ячими дырками в германии в скрещенных электрическом и магнитном полях // ФТП. -1997,- Т. .- С. 1482 -1486.

Komiyama S. Hot carrier effects in semiconductors: intervalence band laser oscilation in Ge//Proc. 18* . Conf. Phys. Semicond. - Stockholm. - 1986.-P. 167 -171.

Алтухов И. В, Каган М. С., Синие В. П. Межзонное излучение горячих дырок в Ge при одноосном атии II Письма ЖЭТФ. - 1988.-Т. 47. - С. 136 -138.

Алтухов И. В., Каган М. С., Королев К. А. и др. Внутрицентровая инверсия как причина

цуцированного излучения в сильно деформированном p-Ge//Письма в ЖЭТФ -1994. - Т. 59. -155 - 457.

Бир Г. Л., Пикус Г. Е. Симметрия и деформационные эффекты в полупроводниках-М.:, 1978.— 4с.

Кастальский А. А„Рыбкин С. М. Ганн-эффект водноосно сжатом германии//ФТП.-1967. Т.1,№4. :. 622 -625.

. Gram N. О. and Meyer N. I. High-Frequency Current Oscillations in Stressedp-Type Germanium//

ys. Stat. Sol. (a) -1970. V. 1. -P. 237 - 243.

. Ridley В. K. and Watkins T. B. The possibility of negative resistance effects in semiconductors// Jc.Phys.Soc.(London) 1961. - V.78. - N.500. - P. 293 - 304.

. Бонч-Бруевич В. Л., Звягин И. П., Миронов А. Г. Доменная неустойчивость в полупроводниках. М.: ука, 1972.-416 с.

. Баханова Е. В., Васько Ф. Т. Примесные состояния в одноосно сжатых полупроводниках с рожденными зонами // ФТТ. - 1990. - Т. 32. - №7. - С. 86 - 93.

Broeckx J. and Vennik J. Interpretation of acceptor excitation spectra in uniaxially stressed germanium//

Physical Review В -1987. -V. 35. -N. 12. - P. 6165 -6168.

15. Однолюбов М. A., Чистяков В. М. Расчет энергетических уровней мелкого акцептора в однси деформированных полупроводниках IIФТП -1998. - Т. 32. - №7. - С. 799 - 802.

16. Demihovsky S. V., Muravev A. V., Pavlov S. G. and ShastinV. N. Stimulated emission using transistions of shallow acceptor states in germanium II Semicond. Sei. T exnol. -1992. - V. 7. -P. В С 625.

Анотації

Далакян А. Т. Електрооптичні явища дірок в одноосьово деформованому германії. - Руко

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук спеціальністю 01.04.07 - фізика твердого тіла. -ДонФТІ ім. О.О. Галкіна НАН України, Донецьк, 2і

Дисертацію присвячено дослідам інверсного перерозподілу носїів струму в одноось деформованому кристалі p-Gef\m підсилення і генерації світла у терагерцовому діапазоні спек Експериментами лри збіжних напрямках електричного поля і одноосьового тиску виявл визначальну роль домішок у формуванні механізму інвертованих розподілів. Показано, щогенер; випромінювання виникає при суттєво менших величинах тиску у випадку схрещених напряг електричного поля і одноосьового тиску, ніж гри збіжних напрямках останніх. Сукупність і отриманих результатів свідчить про виникнення у неперервному енергетичному спектрі валені зони одноосьово деформованого германію резонансних домішкових станів і що внутрішньоцектр інверсія є основною причиною генерації випромінювання у далекому ІЧ діапазоні.

Ключові слова: одноосьова деформація, резонансний домішковий рівень, внутрішньоцентр інверсія.

Далакян А. Т. Элекгрооптические эффекты дырок в одноосно деформированном германи Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук специальности 01.04.07 - физика твердого тела. - Донецкий физико-технический институт им. Р Галкина НАН Украины, Донецк, 2000.

Диссертация посвящена исследованиям инверсного перераспределения носителей заря/ одноосно деформированном кристалле p-Ge для усиления и генерации света в терагерцоЕ диапазоне частот. ■

Отправной точкой для начала экспериментальных работ по теме диссертации послужі сообщение об обнаружении стимулированного излучения а дальнем ИК диапазоне спектра одноосно сжатого дырочного германия при совпадающих направлениях электрического поля (I

чавлення (X). Отмечалось, что генерация излучения сопровождается скачкообразным увеличением электрического тока и возникает при достижении достаточно больших пороговых величин электрического поля и давления. В тоже время, оставался неясным вопрос о физических причинах ■енерации излучения, отсутствовали подробные данные об условиях ее возникновения в ¡ависимости от различных параметров. С целью решения этих задач, а также поиска более благоприятных условий для возникновения индуцированного излучения (уменьшения пороговых давлений), в настоящей работе разработана методика исследований, направленная на вьивление злияния различных физических параметров (концентрации примеси, кристаллографических направлений, вдоль которых прикладывается одноосное давление, температуры) на шектрооптические свойства горячих дырок в однооснэ деформированном германии. Одноосная реформация образцов, вырезанных из монокристаллов германия с различной концентрацией іримеси Оа, производилась вдоль кристаллографических направлений [100] и [111]. Исследования іависимостей интенсивности излучения в дальнем и среднем ИК диапазонах (при Т= 4.2К) и текгрического тока (при 1= 4.2 и 77К) от величин одноосного давления и электрического поля доводились как при Е11X, так и при Е.IX.

В экспериментах при ЕIIX получены результаты, которые, во-первых, подтверждают юзникновение стимулированного излучения и скачка электрического тока при больших пороговых юличинах давления и электрического поля, во-вторых, показывают, что излучение генерируется в інтервале длин волн » 40+100 мкм, т.е., более широкой, чем раннее предполагалось, 'становлено, что величина пороговых давлений уменьшается при увеличении концентрации іримеси, а с ростом температуры, напротив, увеличивается. На основе этих экспериментальных 'езультатов сделан вывод, что роль примеси в механизме возникновения вынужденного излучения ,олжна быть определяющей, и, втоже время, инверсное перераспределение дырок, ответственное а генерацию, не может осуществляться за счет квазиупругого взаимодействия последних с ассеивающими центрами в борновском приближении. Установлено, что генерация излучения и качок электрического тока не могут возникнуть, пока в образце есть домен сильного электрического оля. Появление домена вызвано отрицательной дифференциальной проводимостью, возникающей з-за наличия перегиба на законе дисперсии дырок нижней подзоны в направлении, совпадающем с аправлением приложенного одноосного давления. Подавление отрицательной дифференциальной роводимости и исчезновение домена при пороговых величинах давления можно объяснить меньшением соотношения между числом тяжелых и легких дырок нижней подзоны за счет зеличения интенсивности рассеяния тяжелых дырок нижней подзоны на оптических фононах. На сновании анализа всей совокупности полученных экспериментальных результатов сделан вывод, го домен является ответственным за большие пороговые величины давления и электрического эля и целесообразности проведения исследований при скрещенных направлениях электрического эля и давления. В этом случае нет причин для появления домена, так как на законах дисперсии зірок в направлении, перпендикулярном направлению приложенного одноосного давления, нет

никаких особенностей. Поэтому, при EiX можно ожидать возникновение генерации излученияП| меньших величинах давления, чем в случае ЕI |Х.

В экспериментах при ЕIX получены новые результаты, свидетельствующие о существован: резонансных состояниях примеси в одноосно деформированном p-Ge. На зависимост: электрического тока от давления при Т=77К обнаружены максимумы. Выявлено, что положен! этих максимумов по шкале давлений зависит от кристаллографических направлений, вдоль котор! проводилось одноосное сжатие образцов, причем величины давления, при которых начинает! увеличение тока, соответствуют появлению в разрешенном энергетическом спектре валентной зое одноосно деформированного кристалла резонансного уровня примеси. Появление максимум! объясняется интенсивным опустошением квазилокальных состояний за счет переходов дырок подзоны в электрическом поле при участии акустических фононов. Этот вывод подтверждает! отсутствием таких максимумов при температуре жидкого гелия. На зависимостях интенсивное излучения в дальнем ИК диапазоне от величины давления выявлены области увеличен! интенсивности излучения, возникновение которых объясняется оптическими переходами дырок резонансных уровней в локализованные состояния примеси. Обнаружено возникновеж стимулированного излучения при существенно меньших величинах давления, чем при Е lh Генерация наблюдалась в области максимума интенсивности спонтанного излучения и объясняет! внутрицентровой инверсной заселенностью дырок между резонансными и локализованныи уровнями примеси.

По результатам всей работы можно сделать вывод, что получили дальнейшее развит! эксперименты по исследованию резонансных состояний в одноосно деформированном p-G Проведенные исследования расширили фактическую базу данных об электрооггтических эффект; горячих дырок в одноосно деформированном германии, способствовали выявлению механизг, внутрицентровой инверсии, как основной причины генерации излучения. Полученнь экспериментальные результаты могут быть полезны при решении задач, связанных с создание инвертированных распределений носителей заряда для терагерцового частотного диапазона t основе напряженных твердотельных структур.

Ключевые слова: одноосная деформация, резонансный примесный уровень, внутрицентров; инверсия.

Dalakyan А. T. Electrooptical phenomena of holes in uniaxially deformed germanium. - Manuscrit

Thesis for candidate of science degree by specialty 01.04.07 - solid-state physics. Donetsk physïc and technical institute named after A. A. Galkin of National Academy of Sciences of Ukraine, Donets 2000.

The dissertation is devoted to investigations of inverse redistribution of charge carriers in uniaxial deformed crystal ofp-Ge for amplification and génération of light in terahertz spectral range. Experiments coincided directions of electric field and uniaxial pressure discovered the determinative rôle of impurity f

ormation of inverted distributions of holes. It is shown that generation arises at essentially lower values ressure in the case of crossed directions of electric field and uniaxial pressure then at coincided :tions of them. Complex of obtained results evidences for arising resonant impurity states in continuous ■gy spectrum of the valence band of uniaxially deformed crystal and that the intracenter inversion is the i reason of far IR generation.

Keywords: uniaxial deformation, resonant impurity level, intracenter inversion.