Фотоэлектрический эффект в полупроводниковых кристаллах кубической симметрии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

РГБ ОА

'¡См и ДЬЛ Г.' .''

МИНИСТЕРСТВО НАРОДНОГО ОБРАЗОВАНИЯ АЗЕРБАИДМИСКОЙ РЕСПУБЛИКИ БАКИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им.М.Э.РАСУЛЗАДЕ

На правах рукописи ' 9 УДК 537.529.93

ШЕДБЕИДИ ИЗМИР КЕЯН АДИПЬ ГЕРАй ОГЛИ

ФОТОЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИИ ЭФФЕКТ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КРИСТАЛЛАХ КУБИЧЕСКОЙ СИММЕТРИИ

(01.04.01. - техника физического эксперимента,Физика приборов, автоматизация физических исследований)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации иа соискание ученой степени доктора физико-математических наук

БАКУ - 1994

Работа выполнена в Институте Фотозлектроникк АН Азсрбай даанской Республики.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук,профессор Б.М.Аскеров

доктор физико-катсиатичйских наук.профессор Р.Б.Ёафнзаде •

доктор оизико-иатецатическнх наук А.Ч.Измайлов

Ведуцаа организация: - Институт Физики АН Азербайджанской Республики.

Защита состоится 1994 г. в часов

на заседании разового Специализированного Совета Б/Л 054.03 по присуждении ученой степени доктора физико-ытеиатичсскж'. наук в Бакинской Государственной Университете ии.ИЛ'аспл-заде по адресу: Баку.ул.З.Халилова 23.

С дисертацией ыозно ознакомиться в библиотеке ВГУ иа.И.Расулзаде.

Автореферат разослан "

1534 г.

Ученый секретарь разового Специализированного Совета, '

д.С.-ы. н,.профессор НУРИЕВ И.Р

ОБЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Для систем оптической обработки информации,лнний оптической связи.лазерной локации и в других областях лазерной техники и оптозлектроники вамное значение имеет эффективная модуляция и управление в пространстве оптическим излучением.С этой целью применяются модуляторы и дефлекторы,действие которых основано на линейном электрооптическом I ЗОП )зффекте Поккельса в различных кристаллах.В подобных приборах и устройствах давно и пироко используются полупроводниковые кристаллы,обладающие хорошими.оптическими качествами.большши показателями преломления и высокими значениями ЗОП параметров.

Среди них особое место занимают высокоомные полупроводниковые кристаллы кубической симметрии класса 43 а йайз . &аР , 2п5е , МТе и IпР .Они получили наибольшее, распространение благодаря тому,что технология выращивания этих кристаллов доведена до уровня,позволяющего получать слитки необходимых размеров и качества.

При решении задачи повышения эффективности воздействия на оптическое излучение в ЗОП системах на основе полупроводниковых кристаллов был обнаруяен и исследован эффект фотоиндуцирован-ного изменения ЗОП свойств - фотоэлектрооггтический (ФЭОП) эффект, сначала в полуизолирующем йайз.компенсированном Сг. а затем в 6аР. гпБе. СйТе ,СаАэ с неконтролируемым донорник фоной и 1пР.компенсированном ге. Суть наблюдавшегося зффектз-в извещении (положительном или отрицательном) ЗОП свойств под дейст-

вием локальной поглощаемой подсветки. Детальные исследования перечисленных кристаллов показали непосредственное влияние и на ЗОП и на ФЗОП свойства генерационно-рекомбинационных процессов, протекавших в них, и зарядового состояния локальных цен-

о

тров. Зто влияние, впервые экспериментально установленное, представляется очень вашным с точки зрения расширения представлений о механизме самого ЗОП эффекта и возмонности разработки принципиально новых ЗОП приборов. Кроме того, это открыло совершенн.о новые возмонности и для решения обратной задачи,когда по иссле-. дованию ЗОП и ФЗОП свойств изучается поведение примесей и дефектов в полупроводниках, оцениваются параметры локальных уровней в запрещенной зоне.их схемы и возможные переходы, й этом аспекте выбранная тема диссертации носит как прикладной, так .и фундаментальный характер,определяющий ее актуальность.

Цель® диссертационной работы являлся поиск путей эффективного воздействия на электрооптические характеристики полупро-' водниковых кристаллов кубической симметрии класса 43а,Выявление механизма такого воздействия и-разработка на этой основе новых методов и приборов для модуляции и управления в пространстве оптическим излучением.

Для достикения поставленной цели необходимо было :

а) изучение особенностей ЗОП свойств под воздействием поглощаемой локальной подсветки на примере полуизолирующего баАг :

б) систематическое изучение обнаруаенного ФЗОП-эффекта в других полупроводниковых кристаллах кубической симметрии класса 43а : в; выявление механизма ФЗОП-эффекта;

г) разработка метода ФЭОП-спектроскопии.Исследование кристаллов методом ФЭОП-спектроскопии.

д) разработка на основе ФЗОП-зффекта новых методов и приборов управления и модуляции лазерного излучения;

Научная новизна полученных результатов.

1. В высокоомных кристаллах ¿айз(Сг) , 6аР , гггБе , Со1Те , байэ с неконтролируемым донорным фоном и 1пР(е),относящихся к классу 43в' кубической симметрии . обнаружен эффект изменения. ЗОП свойств под воздействием локального поглощаемого излучения- Фотоэлектрооптический(ФЭОП) эффект.

2. Установлено, что при подсветке кристалла излучением, с длиной волны.попадающей в область его поглощения,оптическая индикатриса кристалла поворачивается и деформируется.Направление и угол поворота индикатрисы зависит от направления и вели-

I

чины прикладываемого поля,а также от условий подсветки.

3. Впервые изучены ЗОП и ФЗОП свойства полупроводниковых кристаллов ¿аЙ5 и гпБе в иироком интервале температур.Установлен^ непосредственная корреляция в температурных зависимостях электрооптических и проводящих свойств кристаллов.Обнарунена зависимость половения соответствующих экстремумов на шкале тем ператур от условий локальной подсветки;

4. Впервые исследованы спектральные характеристики ФЗОП эф фекта в кристаллах байз(Сг) , вайя с неконтролируемым донорным фоном, гпБе и 1пР(Ре).Установлено,что ФЗОП эффект наблюдается как при подсветке излучением с длиной волны из примесной облас ти.так и с длиной волны.приходящейся в собственную область; •

- б -

5. Установлен непосредственный вклад в ЭОП свойства.кристаллов генерационно-рекомбинационных процессов,протекающих при возбуждении локальных центров;

6. Предложен и практически реализован новый метод спектроскопии - ФЗОП-спектроскопия.По ФЗОП спектрам уточнены схемы энергетических уровней и соответствующих электронных переходов;

7. Показано,что ФЭОП-эффект можно объяснить изменением зарядового состояния центров с отрицательной корреляционной энергией,туннелируищих в кристаллической решетке из узла в междоузлие и обратно,а также перезарядкой мелких уровней вблизи разрешенных зон и обладающих высокой поляризуемостью.

.8. Разработан способ управления характеристиками электрооптических модуляторов и дефлекторов,а также новый метод модуля -цйи лазерного излучения.

Практическая ценность работы.

1. Полученны аналитические выражения,описывающие модуляционный спектр излучения в реальных электрооптических системах.излучение модулированное за счет ФЗОП эффекта,а также выражения для характеристики модуляторов и дефлекторов,позволящие объективно оценивать и прогнозировать возможности этих устройств;

2. Разработан и практически реализован макет ФЗОП спектрометра,относящийся к разряду бесконтактных.неразруиающих приборов.По ФЗОП спектрам можно оценивать глубину залегания ло -кальных уровней и поведение соответствующих центров; ■

5. Выявлена непосредственная связь между генерационно-

рекомбинационными процессами и зарядовым состоянием локальных центров с ЗОП и ФЭ0Г1 свойствами кристаллов .позволяющая влиять на зти свойства;

' 4. Анализ температурных зависимостей ЗОП и ФЗОП свойств позволяет выявить положение локальных уровней в запрещенной зоне,а такае оценить наиболее вероятные электронные переходы;

5. Разработаны различные методы измерения ЗОП характеристик полупроводниковых кристаллов под воздействием локальной поглощаемой подсветки,метод бесконтактного.дистанционного управления параметрами ЗОП модуляторов и дефлекторов.новый принцип модуляции лазерного излучения,новый принцип получения теплового изображения.

На защиту выносятся следующие полонения:

1. Результаты поиска и исследования в полупроводниковых кристаллах кубической симметрии класса ,43ш,индуцированного " локальной подсветкой изменения электрооптических .свойств -- фотоэлектрооптический эффект ; • .

'¿. Результаты исследований температурных зависимостей ЗОП и ФЗОП свойств кристаллов,Установленная в работе непосредственная связь ЭОП и ФЭОП свойств с генерационно-рекомбинациоНными процессами и с зарядовым состоянием локальных центров в кристаллах ;

, 5. Иетод ФЗОП спектроскопии и результаты спёкт'ральных ис -следований ФЭОП эффекта в различных кристаллах ;

4. Методы и конплекс измерительных установок для исследования электрооптических свойств кристаллов под воздействием оп.ти-

ческого излучения ';

5. Механизм ФЗОП эффекта,основанный на модели ^ -центров с отрицательной корреляционной энергией,туннелирующих,в зависимости от зарядового состояния,в системе 'узел-мевдоузлие",а так»е на представлениях о перезарядке мелких уровней вблизи разревен-ных зон,обладающих высокой поляризуемостью:

!5. Комплекс аналитических выраяений,описывающий модуляционный спектр излучения в реальных ЭОП системах.поворот и деформацию сечения оптической индикатрисы показателей преломления под воздействием локальной подсветки.нелинейную восприимчивость при перезарядке локальных центров : •

7. Новые методы дистанционного "правления лазерным излучением и преобразования тьплового изобраяения.

Апробация работы1 и публикации.

Материалы диссертации докладывались ;на-8-9 отраслевой научно-технической конференции по фотоэлектрическим полупроводниковым приемникам излучения (Москва 1978 г.).на Всесоюзной' кон' 55

ференции по физике соединений й Ь (й°нкнград 1979 г.).на IX Всесоюзной конференции по физике полупроводниковсбаку 1982 г.), на X Всесоюзной конференции по физике полупроводников (Минск 1985 г.).на 11-й отраслевой научно-технической конференции по фотоэлектрическим полупроводниковым приемникам излучения (Москва 1985 г.).на УП советско-западногерманское симпозиуме по лазерной спектроскопии (Баку 1985 г.),на XX Всесовзнок съезда по спектроскопии Киев 1988 г.).на республиканской конферен^ ции "Фиэика-93" (Баку 1993 г.),на международной конференции "Лазеры и их применение" (Тегеран,Иран.1993 г.).'

По материалам диссертации опубликовано 27 работ.включая 6 авторских свидетельства СССР.список которых приведен в конце работы.

СТРУКТУРй И СОДЕРЖАНИЕ. РАБОТЫ.

Диссертация состоит из введения.6 глав,заключения и списка цитируемой литературн.

2с. введении дана общая характеристика работы,включая актуальность избранной темы исследований,сформулированы цель и задачи исследований,научная новизна и практическая ценность,полученных в диссертации результатов.Там яе приведены основные положения,выносимые на защиту,указаны сведения об апробации работы и публикациях по теме диссертации.

В первой главе рассматриваются особенности линейного электрооптического эффекта Поккельса в кристаллах кубической симметрии класса 43ш .приводятся необходимые выражения для определения приращений главных осей оптической индикатрисы показателей преломления. Далее ^рассматривается пропускание системы поляризатор-реальный ЗОП кристалл-анализатор,в которой учитывается собственный фазовый сдвиг и остаточное пропускание системы.В качестве причин,вызывающих их,указаны деполяризация,вследствие конечной угловой расходимости лазерного излучения и интерференция в сходящихся лучах,а также наличие в кристалле внутренних дефектов, деформаций,спонтанного ЭОП эффекта.

Показано.что для наиболее практически важного случая,когда к ЭОП кристаллу приложено переменное модулирующее поле,в выгодном потоке излучения будут содержаться постоянная и переменная

составляющие,с наиболее интенсивными компонентами на основной и удвоенной частоте модуляции.Полученные выражения значительно упрощаются в случае слабого поля и нашли подтверждение в экспериментальных исследованиях.

Вторая глава посвящена обнарумению и исследованию ФЭОП эффекта в кристалле ьайэ(Сг).Первые эксперименты по воздействии локальной подсветки на ЗОП свойства были начаты в 1977 г. и подробно описаны в этой главе .Основное внимание уделено экспериментальному доказательству того.что наблюдавшееся явление не имело аналогов и действительно является новым эффектом.

Наиболее тонкие измерения были посвящены изучению влияния локальной подсветки на поворот сечения оптической индикатрисы. Такой поворот запрещен законами симметрии у изотропных кубических кристаллов.Гем не менее.он был обнаружен и проявил достаточно сильную нелинейную зависимость от направления и величины приложенного внешнего электрического поля.что указывает на локальное нарушение в области пятна подсветки симметрии кристалла.Примечательно,что вклад в приращение главных осей сечения оптической индикатрисы показателей преломления от поворота индикатрисы оказался значительно большим,чем вклад от ее дефор--' мации.Как было затем показано.использование модели ^ -центров с отрицательной корреляционной энергией также допускает ло- . кальное нарушение симметрии кристалла.

Направление поворота сечения индикатрисы было однозначно связано с обнаружением характеристических точек в кристалле, локальное освещение которых или увеличивало ЗОП параметры ("+" точка),или их уменьшало ("-" тачка) , что является главной отличительной чертой ФЭОП эффекта,

- и -

Далее,приведены результаты исследований зависимости ФЗОП эффекта от мощности излучения подсветки,приводится подробное описание оригинальной методики измерений и экспериментальной установки.Эффект быстро насыщается с увеличением мощности излучения подсветки при том,что соответствующий фототок остается линейно зависящим.Отличие величины мощности подсветки в области насыщения для характеристических точек указало на ограниченное число центров,ответственных за ФЭОП эффект и отличие их природы.было такяе показано,что зависимость ФЗОП эффекта от мощности излучения подсветки носит экспоненциальный характер.

Во второй.главе такае приведены результаты исследований приращения показателя преломления под воздействием локально поглощаемого излучения методом оптического гетеродинирования.Описывается методика измерений и оригинальная экспериментальная установка,позволившая непосредственными измерениями установить, что локальная подсветка поглощаемым излучением в отсутствие электрического поля не вызывает изменения показателя преломления.

Третья глава диссертации посвящена исследованиям температурной зависимости ФЗОП свойств кристалла" £а!ЫСг).В начале приводятся результаты исследований температурной зависимости проводимости (ТЗП) известным методом териостимулированной проводимости СТСП).Эти ве исследования были проведены,когда кристалл подвергался различным видам оптической стимуляции.Однако ни присутствие фоновой засветки,ни кратковременная засветка пвред охлаждением не позволили обнарунить.хоть какой-нибудь, экстремум,свидетельствувщий о наличии локальных центров в кристалле ьаАзССг),хотя он и обладал достаточно большим донорным

фоном и компенсирующей акцепторной примесью.

Совсем другая картина наблюдалась при непрерывной локальной подсветке в характеристические точки ФЗОП эффекта.

При подсветке "-" точки обнаружились три примесных уровня с глубиной залегания 0.51 эВ,0.54 эВ и 0.57 эВ,положение которых хороштз известно по литературным данным.

При подсветке "+" точки установлено,что скорость роста ТЭП на начальном участке совпадает с соответствующей скоростью длк ТЗП при подсветке "-" точки . хотя фототок в максимуме почти вдвое больше и соответствует примесному уровню с глубиной залегания 0.61 эВ.Наблюдавшееся отличие кривых ТЗП объясняется неравномерностью распределения компенсирующей примеси.что подтверждается и литературными данными.

Диалогичные выводы были сделаны при исследованиях ТЗП по другой методике,когда кристалл после нагревания и быстрого охлаждения,- кратковременно освещался в характеристические точки через каждые 5К.Полученные кривые ТЗП приобрели классический _зид,позволивший определить положение примесных уровней при подсветке "+" точки - 0.14 эВ .а при подсветке "-" точки - 0.1 эВ.

в

Далее.в работе приводятся результаты исследований температурных зависимостей электрооптических (ТЗЭ) и фотоэлектроопти-ческих (ТЗФЗ) свойств кристалла £аЙз(Сг).

Как обычно,вначале описывается оригинальная экспериментальная установка и методика измерений.а затем обсуждался полученные результаты.Согласно известном литературным данным,-30П свойства крнизлла ы>Яз определяются электронной поляризуемостьп и гюэтпму.своопдные носители вкл.?д з ЗОН свойства не дают.что означает и неравноценный вклад от тлектронов и дырок.Число сея-

занных зарядов через нелинейную восприимчивость прямо связано с

А

ЗОП параметром .В этом случае,кривая ТЗЭ долна быть об-

ратной ТЗП и всякое отклонение от этого мояет означать ,что в процессе термической активации,вклад в ЗОП свойства различных ' уровней будет неодинаковым и более того-противоположным-.чем * и объясняется наличие максимума при 289К на кривой ТЗЭ.

При исследованиях ТЗФЭ на соответствущих кривых наблюдались по три экстремума.Два из них : при 298К и 339К довольно точно . совпадали .половение яе третьих .находящихся при более низких температурах существенно отличались (223К и 219К для "+" и "-" точек,соответственно).Анализ низкотемпературных ветвей ТЗЗ и ТЗФЭ показывает,что вплоть до температур 263К в кристалле Сайг процесс поглощения излучения подсветки сопровождается интенсивной генерацией дырок.С дальнейшим увеличением температуры процесс поглощения сопровождается увеличением числа связанных состояний и соответствующим увеличением ЗОП параметров.Другой ванный вывод,следующий из анализа ТЗЗ и ТЗФЭ о том ,что уровни . перезаполнение которых при подсветке характеристических точек вызывают изменение ЗОП свойств.находятся на различной глубине запрещенной зоны.

Температурные исследования при импульсной подсветке характеристических точек через каядкг 5 К позволил практически полностью исключить влияние подсветки на темновую зависимость ЗОП свойств.

5 четвертой главе приведены результаты исследования глубоких центров в'кристалле байз(Сг) новым методом спектроскопии- методом фотоэлектрооптической спектроскопии,относящегося к • разряду неоазруааюцих,бесконтактных методов измерений.

- 14 -

В основе метода лежит наблюдаемая при ФЭОП эффекте зависимость изменения ЭОП свойств от длины волны излучения под -светки.Сканируя длину волны излучения,можно по.изменениа интенсивности зондирующего луча оценить ряд параметров исследуемого кристалла,исследовать динамику электронных переходов,уточнить схемы этих переходов.

Для иследования кристалла ЙаЙзССг) в качестве зондирующего луча использовалось излучение С0г лазера с ^ = 10.6 мкм.Для подсветки применялось излучение лампы накаливания, прошедшее монохроматор и сфокусированное системой зеркал на торец исследуемого кристалла в одну из характеристических точек.Одновременно регистрировался соответствующий спектр фотопроводимости (ФП) . который в дальнейшем использовался для сравнительного анализа. .

Было установлено.что спектры ФЗОП эффекта точно воспроизводят известные экстремальные точки спектра фотопроводимости,

9

соответствующие переходам 0.83 зВ; 0.95 эВ; 1.1 эВ; 1.3 эВ и, помимо этого.позволили обнарунить дополнительный максимум при

= 1.42 мкм ( 0.8? эВ ).

Для управления процессом поглощения,его стимуляции или 'гашения исследуемый кристалл дополнительно освещался излучением :'накачки",которое такие могло сканироваться по торцу в поисках, области максимального взаимодействия стимулирующего и поглощаемого излучений.

Анализируя полученные спектры,была составлена схема энер- . гетическцх уровней и электронных переходов кристалла полуизо-лируюцего ьайэ,компенсированного Сг.Зто стало возмонным благодаря ФЭОП спектрам,которые несут информации о наиболее веро-

ятных переходах.

. Примечательно, что независимо от длины волны излучения под -светки и присутствия "накачки" фаза сигнала ФЗОП эффекта не изменялась.Зто означало.что высвобондающиеся с локальных уровней носители лишь запускают механизм ФЗОП эффекта и используются в последнем для перезарядки.

большое внимание в этом разделе уделено изучении спектров фотопроводимости больших,объемных образцов Gafts(Cr).Спектры снимались "с высоким разрешением при различных температурах, наличии подсветки и "накачки" и позволили уточнить генерацион-но-рекомбинационные процессы,протекающие в этом кристалле в соответствии с предложенной схемой энергетических уровней и электронных переходов.

В этой se главе приводятся результаты исследования ФЗОП и ФП спектров кристалла высокоомного ¿afls с неконтролируемым дозорным фоном.Технология получения этого материала отличается от технологии получения полуизолирующего GaAstCr).но он. такие успешно мокет применяться для изготовления ЗОП элементов.

Проведенные исследования показали,что в этом материале преобладают-переходы типа акцептор - зона и что этот материал по фотоэлектрическим и фотоэлектрооптическим свойствам оказался значительно однороднее,чем ¿afls с контролируемым донорныи фоном.

Применение для анализа ФЗОП спектров понятия коэффициента преобразования,определяемого как отношение ФЗОП сигнала к неравновесной ПРОВОДИМОСТИ,ПОЗВОЛИЛО СДелаТЬ . о ток,что уровни "работающие" при подсветке "+" и "-" гичек,разные и со-ветствуюцая их концентрация существенно отличается-

3 пятой главе приводятся результаты исследований ЭОП и ФЗОП свойств кристаллов гпЗе.БаР и СбТе.В начале излоаен краткий обзор литературных данных по основным ЭОП параметрам кристалла ¿п5е.Описывается экспериментальная установка и методика измерений.Кристалл 2п5е частично прозрачен в видимой области спектра и поэтому.для его зондирования использовалось излучение Не-Не лазера с ) = 0.63 мкм.Результаты по ТЗЭ для гпИе были получены впервые.Определялся ЭОП коэффициент 1ц и, так называемый,

з

коэффициент качества ИД^ .Наличие на кривых ТЗЭ ряда экстремумов указало на обилие в запрещенной зоне исследуемого образца локальных состояний.Для их идентификации проводились исследования ТЗП.Были выявлены два максимума при 200К и 283К.соот-бетствующие уровням с глубиной залегания 0.38 эВ и 0.66 эВ. Кроме того,в запрещенной зоне на глубине 2.34 эВ,по-видимому,, располагается уровень прилипания,поставляющий носители для слабо заполненного уровня с энергией 0.38 эВ.

По релаксации ФП определялась и температуная зависимость ' времени аизни исследуемого кристалла,проявившая заметней рост в окрестностях температуры 200К.Анализ полученных кривых од -нозначно устанавливает непосредственную взаимосвязь генерацион-но-рекомбинационных процессов с ЭОП свойствами кристалла гпБе, Феноменологическое объяснение этого взаимодействия приводится в работе.исходя из модели электронных осцилляторов.что позволило установить резкое возрастание скорости рекомбинации с ростом температуры свыше ¿ООК.что вовсе не следует из анализа ТЗП. Кроме того.было установлено.что уровень с глубиной залегания 0.05 эВ дуплетный и является уровнем донорного типа.На основании полученных данных была составлена схема.энергетических

- 1? -.

уровней и соответствующих переходов кристалла ¿п5е. *

При исследованиях ФЭОП свойств наблюдалась характерная,бы стро насыщающаяся зависимость ФЭОП сигнала от мощности излуче ния подсветки йг-лазера .носящая экспоненциальный характерна же,как и в случае ьайз,соответствующий фототок.текущий через исследуемый образец,оставался линейно зависящим от мощности в всем использовавшимся диапазоне мощностей.Помимо этого,наблюд лось отличие' величины мощности в области насыщения для разных характерестических точек.Все это указывало на то.что процесс поглощения света и высвобождения носителей является лишь частью механизма.запускающего ФЭОП эффект.Дефокусировка луча пo^ светки,равно как и чрезмерная его локализация,приводили к исчезновению эффекта.Это могло происходить по причине ограниче! ности числа центров.ответственных за эффект,и,кроме того,указывало на то .что эффект не связан с локальным разогревом кр) *аллической решетки.

Анализ температурной зависимости инерционности ФЭОП эффе] также показал,что» лишь часть возбуждаемых подсветкой центров могут вызвать изменение ЭОП свойств;зти центры еще долго ост-ются возбужденными после прекращения освещения и они могут быть по крайней мере двух типов.

Далее,излагаются результаты исследований ТЗФЭ в ХпБе.Пар ллельно-производились исследования и ТЗП.Было установлено,чт. при засветке всей торцевой поверхности кристалла обнаруживаю са два максимума прК 225К и 240К.При локальной же подсветке точки наблюдался максимум.лишь при 225К,а при подсветке "+" точки лижь при 240К.Также,как и в случае кристалла ьайз.макс муж в "-" точке сменен в сторону более низких температур.Так

образом,и из исследований ТЗФЭ и ТЗП следовало,что для разных характеристических точек работают различные центры.что,по-види-мому,связано с неравномерным распределением примесей и дефектов в объеме исследуемого кристалла.не исключающее.однако.и различное зарядовое состояние одного и того яе центра.

Для оценки возмонности использования ФЗОП спектрскопии.бы-ш проведены исследования кристалла ¿п5е,легированного диффузией II.Полученные ФЭСП спектры отличались более высоким разрешением ю сравнению со спектром ФП.На нём наблюдалась широкая примес -!ая полоса, примыкавшая к области собственного поглощения,четко 1бозначенного при 0.47 мкм.По ФЗОП спектру этот максимум соот-¡етствует уровню с анергией 2.23 зВ.Измерения спектров пропустил этого же образца на Фурье-спектрометре показали наличие 1инии поглощения,соответствующей энергии 2.21 эВ.Анализ сигнала. >3ОП модуляции показал,что это донорный уровень.Поэтому А1 в гешетке '2п5е по-видимому замещает 5е.Наличие донорного уровня с лубиной залегания 2.34 эВ.определенном из температурных измере-[ий проводимости в нелегир'ованном гпБе,указывает на то,что это, ю-видимому, такяе примесь замещенияVSa ,по параметрам близкая ; А1,например ..содержавшийся в исходном образце по данным ;асс-спектрального анализа достаточно большой концентрации.

Следующий раздел пятой главы посвящен исследованиям ФЗОП эффекта в кристалле йаР.Исследовался образец высокоомного нелегированного ьаР.В результате этих исследований обнаруяились закономерности,характерные для ФЗОП эффекта:наличие характеристических точек;быстрое насыщение ФЗОП сигнала с ростом мощности подсветки и линейная зависимость от нее.соответствующего фототока, текущего через образец;поворот сечения оптической йнди-

катрисы .направление которого связано с выборов типа характеристической точки¡значительное превышение инерционности эффекта по сравнению с инерционностью фотопроводимости;существенная локализация возмущенной области в окрестностях точки подсветки.

В кристалле СсГГе были проведены чисто качественные исследования ФЭОП эффекта,т.к. использованные образцы имели блочную структуру и большую дефектность,что не позволило дать точную количественную оценку результатов.Тем не менее,были четко обнаружены характеристические точкиСподсветка осуществлялась излу- • чением Не-Не лазера с У - 1,15 мкм ,а зондирование на Д - 10.б

с

мкмЛповорот сечения оптической индикатрисы около 3 .направление которого зависело от выбора характеристической точки;типич-ная инерционность .превышающая фотоэлектрическую,и носящая экспоненциальный' характер зависимость ФЗОП эффекта от мощности подсветки,

I

Шестая глава посвящена исследованию ЭОП и ФЭОП эффектов в кристалле 1пР,компенсированного. Ре.Кристалл высокоомного 1пР, технология выращивания которого была освоена бтносительно недавно, считается одним из самых перспективных материалов для оптики и микроэлектроники.Результаты измерений его ЭОП параметров на различных длинах волн приводятся в начале главы.Данные на длинах волн 1.15 мкм, 3.39 ыкм и 10,6 мкм были получены нами впервые.Впервые яе были проведены исследования дисперсионной

С/

завиеимости ЭОП коэффициента кристалла 1пРС Ре).Это стало возможным благодаря разработке методики измерений.учитывающей собственный фазовый сдвиг кристалла.Полученная дисперсионная зависимость имела традиционную для кристаллов кубической симметрии форму ,эа исключением небольшой области слабого минимума вбли-

зи длины волны 3 мкм.Сравнение полученных данных с литературными позволило утверядать.что в кристалле IпР(Ре) имеются локальные состояния.переход с которых с энергией порядка 0.1 эВ сильно влияет на ЭОП свойства.

ФЭОП эффект в кристалле 1пР(Ре) впервые наблюдался на длине волны 1.15 мкм.Подсветка в "+" точку увеличивала ЭОП коэффи -циент на 25 У. ,а в'."-" точку уменьиала на 38 У. . При длине волны зондирующего излучения 10.6 мкм подсветка в "+" точку • увеличивала ЭОП коэффициент почти'в 1,5 раза .а подсветка в "-" точку уменьшала его более,чем в 4 раза.Такое значительное увеличение воздействия подсветки на ЭОП свойства объясняется наличием локального состояния с энергией перехода порядка 0.1 эВ. ...

Такяе как и для других кристаллов.в 1пР(Ре) сигнал ФЭОП " эффекта быстро насыщается с ростом модности излучения подсветки.а величина мощности,при которой наступает насыщение отличается для различных характеристических точек (4.5 мВт для "+" точки и 3 мВт для "-'" точки).Эти зависимости также носили экспоненциальный характер.Соответствующий фототок оставался линейно зависящим во всем диапазоне использовавшихся мощностей излучения подсветки.

Инерционность ФЭОП эффекта оценивалась из частотной характеристики и составляла 6-10 с для "+" точки и 1.2 10 с для '-" точки.Отсюда следует вывод о том,что для разных характеристических точек ответственны разные центры.При этом концентрация центров,ответственных за '+" точку больще.чем концентрация центров.ответственных за "-" точку,а отличие инерционности в характеристических точках позволяет допустить.что таким про-

цессоы может быть медленный туннельный переход типа узел-междоузлие для Ч" точки и более быстрый,обвальный обратный переход для "-" точки.

ФЭОП спектроскопией в кристалле 1пР(Ре),помимо максимума в области края поглощения на 0.96 мкм.были обнаружены и ряд при -месных максимумов при 1.03 мкм; 1.1? мкм; 1.36 мкм и 1.47 мкм. Максимумы,совпадавшие на спектрах обеих характеристических точек соответствует .по-видимому, уровням,косвенно.через свободные носители.влияющих на 30(1 параметры.Другие же,соответствуют энергиям переходов- непосредственно центров.отвественных за эф--фект в кристалле.

0 седьмой главе.на основе наиболее общих особенностей наблюдавшегося явления,предлагается модель механизма ФЭОП зффекта-.В начале этой главы, в дополнение к рассматриваемым особенностям эффекта приводятся результаты лазерного зондирования кристаллов 1пР(/е) и СаЙ5(Сг).Идея этого эксперимента'заключалась в том, чтобы проследить за возможными изменениями ЗОП параметров исследуемого кристалла в окрестностях произвольно направленной локальной подсветки,Был получен совершенно неожиданный результат, когда в окрестностях-пятна подсветки наблюдались скрещенные области "+" и "-" точек.Стало ясно.что поиск при ФЭОП эффекте на поверхности исследуемого кристалла характеристических точек означает поиск точки освещения,когда через ооласть кристалла с определенным знаком приращения 3011 параметров пройдет зондирующее излучение.получив,таким образом,дополнительный фазовый сдвиг.

Располагая таким набором основных особенностей ФЭОП эффекта.для объяснения его механизма была предложена модель класси-

ческого ангармонического осциллятора.Согласно этой модели,процесс воздействия подсветки на ЭОП свойства кристаллов носит многоступенчатый характер.Высвобождаемые светом носители изменяют условия термодинамического равновесия меаду-разрешенной зоной и мелкими уровнями вблизи нее.обладающими высокой поляризуемостью и дающими заметный вклад в нелинейную восприимчивость, непосредственно связанную с ЭОП коэффициентом.Увеличение заселенности уровней этого типа приводит к возрастанию ЭОП коэффициента и.наоборот.опустошение их - к его уменьшению.В этой модели фотоносители-лииь средство,с помощью которого изменяется заселенность мелких уровней.Впрочем.это не исключает возможности резонансного перехода, вызванного поглощением кванта соответствующей энергии меаду самим локальным уровнем,источником свободных носителей и мелким уровнем с высокой поляризуемостью. Полученные вырэаения и проведенные по ним количественные оценки,показали пригодность предложенной модели для объяснения ФЗОП эффекта.

Другая модель основана на современных представлениях о поведении центра с компенсированным электрон-колебательным взаимодействием, так называемых,У - центров с отрицательной корреляционной энергией.Этот тип центров был впервые предложен П.Т. оаграевым при изучении осоОенностей фотопроводимости кремния,легированного золотом.Согласно его теории,при изменении зарядового состояния и -центра он переходит в новое положение равновесия. Таким переходом является смещение центра из узла в междоузлие. Располокивиись в междоузлие центр с отрицательной энергией превращается в центр с обычным порядком уровней. Применением этой модели били полностью объяснены спектры фотопроводимости,

зависимость их от внешнего электрического поля для кристалла ' байзС Сг). Величина смещения I/ -центра в новое положение равновесия является величиной.значительно превышающей смещение в результате поляризации связанного электрона.Поэтому.даже небольшая концентрация I) -центров в состоянии внести заметный вклад-в величину нелинейной восприимчивости,а значит,« в ЗОП свойства.Для ФЭОП эффекта переход II -центра в междоузлие после поглощения кванта излучения подсветки будет означать возможность обнаружения "+" точки.,Двухэлектронный захват центра в полностью ионизованном состоянии,сопровождающий его обратный переход в узел,будет означать возможность наблюдения "-" точки.

И.наконец,последняя восьмая глава посвящена различным аспектам практического применения фотоэлектрооптического эффекта,Широко применяемые ЭОП модуляторы ,как правило,применяются в сочетании с фазосдвигающими элементами,чтобы обеспечить работу модулятора на линейном участке статической характеристики пропускания.Но не менее важно иметь возможность управлять положением рабочей точки вдоль всей статической характеристики,например,для плавной регулировки глубиной модуляции и модуляционным спектром.Возможность такого регулирования,причем бесконтактного и дистанционного,открылась благодаря ФЭОП эффекту.Суть его в том.что производя подсветку.уменьшающей полуволновое на-пряаение.тем самым обеспечивается увеличение пропускания ЭОП системы при тех ие модулирующих напряжениях.Подсветка в точку, вызывающей увеличение полуволнового напряжения,приводит к уменьшению пропускания системы.Таким образом.диапазон регулирования положением рабочей точки будет определяться величиной изменения полуволнового напряжения.Непосредственное регулирование

мокет осуществляться или изменением интенсивности излучения подсветки или его сканированием между характеристическими точками. Здесь не приведены необходимые выражения для рассчета пропускания системы и коэффициента модуляции.

Поскольку с изменением интенсивности подсветки ФЭОП эффект быстро достигает насыщения,то это накладывает ограничения на диапазон регулирования.Поэтому была предложена простая методика,благодаря которой диапазон регулирования монет быть значительно расширен.Зто достигается путем подачи на кристалл постоянного напряжения,пропорционального полуволновому и называемого напряжением полного фотоиндуцированного просветления.Таким образом удавалось осуществить фотоиндуцированное смещение рабочей точки от минимума статической характеристики пропускания до полного просветления.

Следующий параграф посвящен ФЗОП модуляции.Зтот способ модуляции лазерного излучения уже использовался в исследованиях в предыдущих главах.3 основе способа -модуляция излучения подсветки по интенсивности или ае периодическим сканированием непрерывного излучения.Получены выражения для рассчета пропускания,коэффициента модуляции и контрастности.Далее, приводится метод,с помощью которого можно получить очень большую глубину и контрастность модуляции,сохраняя на низком уровне интенсивность излучения подсветки.Суть его в том,что при подаче на кристалл постоянного напряжения,в несколько раз превышающего полуволновое так,что в исходном состоянии ЗОП система находится в точне минимума,при поступлении подсветки за счет кратно возросшей разности фаз пропускание системы резко возрастет. Приведенные расчеты и соответствующие выводы были проверены

экспериментально и полностью подтвердились. При использовании для подсветки непрерывного излучения, которое периодически сканируется между характеристическими точками, эффективность ФЗОП модуляции возрастает в 2 раза. Интересные результаты по ФЗОП модуляции получены так называемым методом компенсации фаз, ког»1 да два ЭОП кристалла одинакового геометрического размера и кристаллографической ориентации соединены последовательно. Б этом случае ЗОП набег фазы в каждом кристалле будет равен по величине, но противоположен по знаку. Подсветка одного из кристаллов в результате ФЗОП эффекта вызывает изменение фазового сдвига системы. В идеале ФЗОП модуляция в такой системе должна быть близка к 100К. В реальных системах некоторые ограничения накладываются наличием^ остаточного пропускания.

Полученные результаты в равной мере применимы, к задаче управления параметрами.отклоняющих устройств,выполненных на основе любого из исследованных кристаллов.

Фотоэлектрооптическая модуляция с контрастностью близкой к единице,является условием работы ЗОП системы в реяиме оптического ключа, когда управляемое мощное излучение полностью запирается или пропускается через ЗОП ячейку с помощью существенно более слабой подсветки. Подобный режим очень важен для оптических линий'связи, где передача -информации производится в двоичной системе. Кроме того,существуют высокоэффективные ЗОП модуляторы и отклоняющие устройства с низкими управляющими напряжениями для воздействия на излучение подсветки с длиной волны около видимого и ближнего ИК диапазона, что дает возможность с минимальными энергетическими затратами промодулировать подсветку. произвести перенос информации на мощное излучение зондиру-

ющих лазеров.

Широкие перспективы для применения аффекта фотоиндуцирован-ного изменения показателя преломления открываются и при решении обратной задачи - дешифровки, где за счет переноса несущей оптической частоты обеспечивается выигрыш в отношении сигнал/шум. Несомненный интерес представляет возможность создания многоканальной системы передачи информации с помощью одного электрооптического элемента, так как подсветка кристалла несколькими лучами,несущими различную информацию, позволит используя лишь одну пару электродов перенести ее на основной луч.

И, наконец, в заключении главы на основе ФЭОП эффекта предложен новый принцип прёобразования теплового изображения, в котором излучение от изучаемого объекта фокусируется, коллимиру-ется, модулируется и направляется в характеристическую точку соответствующего ЗОН кристалла, через который проходит излучение '- зондирующего лазера, мромодулированное за счет ФЭОП эффекта оно попадает °на фотоприемник, сигнал с которого управляет яркостью

электрооптического луча дисплея. Развертка же изображения по

»

двум координатам осуществляется обычным способам от механического сканера и соответствующих датчиков.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ .

1.В кристалле полуизолирующего ьайз.компенсированного Сг,относящегося к классу 43 и кубической симметрии , был обнаружен й исследован эффект воздействия на его электрооптичес-»

кие свойства локальной подсветки поглощаемым излучением -

. -11 -

- фотоэлектрооптический эффект.На кристаллах обнаружены области , локальное освещение которых вызывает положительное ("+" точка) или отрицательное I"-" точка) приращение электрооптических параметров.Б последующих исследованиях этот эффект был обнаружен и изучен в других кристаллах это-1 го класса симметрии : ьаР . 2п5е . СбТе , Iпр . а также в еаЙБ с неконтролируемым донорным фоном.

2.Обнаруженный эффект можно объяснить на основе модели I) -центров с отрицательной корреляционной энергией,тунне-лирующих при изменении зарядового состояния из узла в междоузлие и,наоборот,и вносящие таким образом .несмотря на небольшую концентрацию,заметный вклад в нелинейную восприимчивость-,непосредственно связанную с электрооптическим коэффициентом, , '

3.Установлено,что в общем случае фотоэлектрооптический эффект сопровождается поворотом и деформацией оптической индикатрисы показателей преломления,Угол поворота существенно нелинейно зависит от величины и направления приложенного электрического поля,а направление вращения угла для различных характериситических точек различно.

4.Получены аналитические выражения,полностью описывающие модуляционный спектр излучения, а. реальных электрооптических системах.

5.Установлено,что индуцированное излучением подсветки изменение электрооптических свойств кристаллов локализовано в области пятна подсветки.

6.Установлено,что величина фотоэлектрооптическаго эффектй. экс-

- ¿а -

поненциально зависит от мощности излучения подсветки,быстро

-э

достигая насыщения при мощностях порядка 10 Вт. При этом, соответствующий фототок остается линейно зависящим от мощности.Величина мощности, при которой наступает насыщение для различных характеристических точек,различна,что указало на отличие возбуждаемых при этом центров. ?.Впервые экспериментально установлена непосредственная связь электрооптических свойств кристаллов с генерационно-рекоаби-национными процессами и зарядовым состоянием локальных центров.

8,Обнаружена корреляция между температурными зависимостями электрооптических свойств и проводимости.Установлено,что локальная подсветка в характеристические точки кристалла 'инициирует различные экстремумы,положение которых б низкотеиператур- ■ ной ветви шкалы температур- отличаются,а на остальной части* -совпадают,что ооъясняется многоступечатастьп процесса фото-

индуцировйнного воздействия на злектрооптпческие свойства. 9.С понижением температуры фотоэлектрсоптический эффект исчезает.При этом скорость спада для различны;: характеристических точек разная;

10.Инерционность фотоэлектрооптического эффекта намного превь шает инерционность фотоэффекта в соответствующем кристалле. Инерционность эффекта в характеристических точках различна, что также указало на отличие центров,возбуждаемых при этом.

11.На основе обнаруженного эффекта создан принципиально новый вид спектроскопии - фотоэлектрооптическаа спектроскопия,отличающаяся от традиционных видов большей чувствительности!)

- 29 -

и разреаавцей способностью.

1-2.Разработан принципиально новый способ управления глубиной

- модуляции электрооптических систем.

13.Получены аналитические выравения,полностью описывающие параметры выходного излучения,щ5оведмее кристалл,который подвергается фотоэлектрооптическому воздействию.

14.Разработаны оригинальные методы и создан комплекс прецизион-

I •

• ных измерительных установок для исследования электрооптичес-крх свойств различных кристаллов под воздействием поглощаемого излучения,

Основные результаты диссертации отрааены в следующих публикациях:

К Кадшар Ч.О.,Кулиев В.А..Намедбейли И.А..Салаев З.Ю. Влияние постоянного фазового сдвига на работу злектрооптического модулятора.ДАН йзерб.ССР.197?.N11.39

2. йадвар Ч.О..Кулиев В.А..Намедбейли И.А..Мехтиев М.А.,Шалаев Э.В.'Электрооптическая модуляция 10,6 мкм излучения при нвбольвих модулирующих напрявениях.Вопросы оборонной техни-,КИ.1978.cep.XI,в.59,8 „

З'-Кадмар Ч.О..Кулиев В.А..Мамедбейли И.А.,Салаев З.Ю.Дерлек^ чи Х.Б. Измерения постоянной времени фотоприемников на ос-

ф

нове СёНвТе.Вопросы оборонной техники,1979,сер.11,в.9.15

4. Кадаар Ч.О.,Кулиев В.А.,Мамедбейли И.А.'.Салаев З.Ю. Фото- • злектрооптический эффект в кристалле- СаАБ,ДАН Азерб.ССР,

1978,N12.15

5. Кадяар Ч.О.,Кулиев В.ft..Мамедбейли И.А.,Салаев Э.Ю. Исследование фотоэлектооптического эффекта в fiafts,Труды всесоюзной конференции по физике соединений ft В .Ленинград,1979, 147

6. Гадяиер 3.Т..Гусейнов 3.К..Гусейнова Т.1..Мамедбейли И.А., Некрашевич В.Г. Фотодиоды из HgCdTe для гетеродинного приема 10,6 мкм излучения,Материалы XI научно-технического со-, вещания по фотоэлектрическим и тепловым приемникам иэлуче-ния,Москва,1985,101

7. Qa]ar Ch.O..Guseinov Е.С..Mauedbayll I.A. Laser photorecel-vers for infrared region,Abstracts of 2nd international conference on lasers and their applications,Tehran - Iran; . 1993,93 , '

8. Кадяар 4.0,.Мамедбейли И,А.,Мусаев С.А.,Саидов Э.Ч. Устройство' отбора полупроводникового материала по заданным спектральным характеристикам,Автор.свидетельство СССР N289148.

9. Арутюнян В.Е..Кадяар 4.0..Мамедбейли И.А.,Салаев Э.ИГ. Устройство для преобразования изображения,Автор.свидетельство СССР N 89538.

10: Кадяар 4.0..Мамедбейли И.А..Муратов Б.М. Устройство для измерения эффекта Холла,Автор.свидетельство СССР N 287096.

11. Салаев Э.Ю..Аскеров И.М..Мамедбейли И.А.,Кадяар 4.0. Фото-индуцированные изменения приращения показателя преломления в полуизолирующем baflst Cr J.ДАН Азерб.ССР.1986,42,4,16

12. Аскеров И.М..Кадяар 4.0..Кулиев В.А..Мамедбейли И.А..Салаев Э.Ю. Определение порога чувствительности модуляционным

- 31 -

методом с применением злектрооптического модулятора ,йоп-росы оборонной техники,1979,сер.11,в.Э.16

13. Исаев Ф.А..Кадяар Ч.О.,Кулиев В.й. .Мамедбейли И.й.,Салаев Э.Ю. Гетеродинный порог чувствительности фотпприемника, принимающего излучение.прошедшее злектрооптпческий моду-* лятор.Изв.ЙН fi3ep6.CCP.19ijO.N2.17

14. Салаев Э.Ю.'.МамедбейлиИ.Й. .Каджар 4.0..йрутюнян В.Е. Влияние генерационно-рекомбинационных процессов на электрооптические свойства монокристалла гпБе.ФТП,13155,т .13,в.8,1499

15. Аскеров И.М.,Кадяар Ч.О..Мамедбейли И.А.,Салаев Э.Ю. Влияние примесной фоточувствительности полуизолирующего бэйб на спектральное распределение фитоэлектрооптического эффекта, ФТП,1984,1.18,в.10,1877

16. йрутюнян В.Е.,Иванова А.Л..Кадкар-4.0..Мамедбейли Й.А., Салаев Э.Ю. Эффект фотоиндуцированного двулучепреломления в кристаллах ьаР и ¿пБе, Труды всесоюзной конф.по физике полупроводников,Баку,Элм,1982,т.2.58 • ■

17. Салаев З.Ю..КаднарЧ.О..Мамедбейли И.А..йрутюнян В.Е. Влияние примесного поглощения на фотоэлектрооптический эффект

в кристалле ¿пБе, Материалы X Всесоюзной конф.по физике полупроводников,Минск,часть 3,1985,149

18. Каджар 4.0. .йрутюнян В.Е.-.Йскеоов И.И. .МчмедОейли И.А.. Рустамса Ч,И.,Садыхов И.И. Фотоэлектрооптичесмя спектроскопия - новый метод спектрального анализа.Материалы

XX Всесоюзного съезда по спектроскопии.Киег..Ноукмвз думка, часть ¿.1,88,434 !3. Имановэ й.Л. .Каджар 4.0. .Мамедбейли И.й. .•.сп.чиц 3.13. Иссле-

дование фотоиндуцированного двулучепреломления в GaP, ФТТ, 1982,т.24,в.11,3442

20. Каджар 4.0..Мамедбейли И.А. .Рустамов .4.И. Фотоиндуцирован-ное двулучепреломление в кристалле inP,компенсированном Fe, .Сообщения НПО космических исследований ,Баку,Злм,1990,103

21. Мамедбейли И.А..Касимов Э.Р..Насибов Т.Н. Дисперсия линейного электрооптического коэффициента кристалла InP(Fe) . тезисы респ.конференции "Физика 93".Баку,1993,28

22. Каджар ,4.0..Кулиев В.А..Мамедбейли И.А.,Салаев Э.Ю. Оптический способ управления глубиной модуляции,Авт.свид.СССР N 772393.

23. Кадаар 4.0..Мамедбейли И.А.,Аскеров И.И.,Иманова А.Л. Новые методы дистанционного управления лазерным излучением. Изв.АН Азерб.ССР,1986,К 1,119

24. Qajar Ch.O.,Mamedbay1i I.ft. New method influence on laser radiation. Abstracts of 2nd International conference on lasers and their applications,Tehran-Iran, 1993 ,96

25. Каджар 4.0..Мамедбейли И.А.,Муратов Б.М.,Мусаев С.А. Устройство для отбора материала для изготовления'приемников ИК излучения, заданного спектрального диапазона,автор.свидетельство СССР N 280616.

26. -Йрутюнян В.Е,,Гадвиев 3.Т.,Каджар 4.0..Мамедбейли И.А., Некраыевич В.Г. Чувствительный элемент фотоприемника,автор.свидетельство СССР N 1542349.

2?. Веэиров Х.Н..Мамедбейли И,.ft. Устройство для охлаждения миниатюрных криостатов жидким азотом,Приборы и техника

• I

эксперимента,1993,N6,184

'28. Мамедбейли И,й.. Кадвар Ч.О..Касимов З.Р., Насибов Г.Н. Дисперсия электрооптических свойств кристалла 1пР(Ре), Оптика и спектроскопия, 1994, К 4, 603.

MAMEDBAILY IZMIR CEYAH ADIL GERAI QBLU

PHOTOELECTROOOPTICAL EFFECT IN SEMICONDUCTORS CRYSTALS OF CUBIC SYMMETRY

(01.04.81 - technics of physical experiment,physics of devict'3,automation of physical investiqatitihs)

In crystal of semi isolating GaAs.compensated by Cr.relatinq to cubic symmetry class 43m was found and investiaated effect of influence on its felectrooptical properties the local lightinq with absorbed radiation - photoelectrooptical effect.On crystals were revealed regions,in which local liqhtinq lead to positive <"+" point) or neqative ("-" point) increment of electrooptical parameters.In followinq research this effect was found and studied in other crystals of this symmetry classsGaP,ZnSe,CdTe,InP " arid also in GaAs with uncontrolled donor background.

Revealed effect is explained on basse of model U-centers with neqative correlation enerqy,tunnelinq at chanqa of charqe 'state from lattice point in interstice and,vice versa,and thus, in spite of small concentration,contributing in nonlinear susceptibility ,directl y connected with electrooptic coefficient.

It was found,that in common case the photoelectrooptic effect is accompanied by rotation and deformation of optical indicatrix of refraction coefficients.Rotation anqle nonlineai— ly depends on value and direction of applied electric field, and direction of rotation anyle in various characteristic point» is different.

It have been obtained analytic expressing completely described modulation spectrum of radiation in real electrooptical

systems. ■ _

_t was found that induced by liqthinq radiation chanqe o-f electrooptical properties of crystals is localized in reqion o-f liqhtinq spot. r'

It was found,that value of photoelectrooptical effect ex-oonentially depends on radiation power of 1iqhtinq.attâininq saturation a*- powers IB Wt.In this ca.se.correspondinq photo-current linearlv depends on power.Value of power,at which occur Epuration for various characteristic points,is different, and it indicates on dj.ffari_,ico of canters,excited at this.

First experimentally it was found direct connection of Blectrooptical properties of crystals with qeneration-recombination processes and charqe state of local centers.

It was found correlation between temperature dependences

of electrooptical properties and conduction.It was found,that local liqhtinq ir characteristic paints of crystal initiates various extremum,positicn of which ira low-t.emper..->tui-ii reqion of temperature seal

e are differed,and on rest P'jrh — i.onvi?f~vio, explained by multlple-st&qe of (yocess the photoinduced influence on blectrooptical properties.

With decrease of temperature ahotoelectrocwtical effect

disajoear.In th b case rate of dm-, :

of «ro.3 for various t hctracteri stic

points ia different.

Sluggishness of ohotocléctrooBtical ,Het t ,.. ,.„,. than^u,, '/i shneso Qf ohotoe,fl?ct ir,ct_=ooiuiinij cry3tji ......^ ^

in characteristic points , s u„ f,.rullt , ^ ^^

tes on differ w'nee of centers ,e;<ci ted at this.

On bant; of found effect was made orincipally new kind of spectroscopy - photoelectrooptical spectroscopy,differinq from traditional kinds'by larqe sensitivity and resolving power.

It was developed principally new method of control by modulation di:,3l.h of electrooptical systems.

It have been obtained analytic expressions,completaly described parameters of output radiation,passed crystal.subjected to photoolectrooptical influence.

It have been developed oriqinal methods and rcado complex of precise maasurinq Installations for investiqation of electrooptical properties of different crystals undsr influence of absorbed radiation.

МАМЕДБЭОЛИ ИЗНИР КвМН АДИЛ КЭРАи стлу КУБИК СИММЕТРИМЛЫ ОАРЫНКЕЧИРИЧИ КРИСТАЛЛАРДА фОТОЕЛЕКТРО-ОПТИК ЕффЕКТИ.

01.04.07.- физики експериментин техникасы, чиНаз-ларын физикасы, физики тадгигатларын автоматлашдырылмасы

Илк дафа олараг, кубик симметр^анын 43 т сикфнна аид олан вэ Сг ила кoмпeнcacиja едилмиш оаАг кристалында фотоелектрооп-тик еффекти- удулан шуа иле локал шуаландырманын електрооптик хассаларинэ тэ'сири ашкар едилниш вэ тадгиг олунмушдур. Кристал-ларын узариндэ ела саИалэр ашкар едилмишдир ки, онлары локал шу-аландыран заиан електрооптик параиетрлзрин артымы ¿а. мусбэт ("<■" негта), ^а да манфи ("-" негта) олур. Сонракы тадгигатларда бу еффект бу симметри^а синфина аид олан дикар кристалларда: баР, гпэе, СйТе, ШР, 11эмчинин контрол олунианыш донор Фонлу Оалг.ага-кар едилмиш вэ е^ракилмишдир. Ашкар едилмиш еффекти, лк вэзи.!-.¡•этинин дэ,)ишди.)и заман говшагдан-говшагарасына ел оксннэ туннел еден, ва Сунунла да, консентраси^сынын аз олмасына бахмадааг, електрооптик амсалла бирбаша алагада олан ге^и-хатти Ьассаслыгы артыран манфи кoppeлjacиJa енержили марказлэр модели, асасннда иэаГ1 етмэк олар.

Тэ,|ин олунмушдур ки, умуми Иалда Фотоелектрооптик еффект сын-дырма эмсалларынын оптик индикатрисаларынын деформаси^ ва фыр-ланмасы илэ мушаиэт едилир.фырланма бучагы татбиг олунмуш елект-рик са(1эсинин ги^иэтиндан ва истигаматиндан там гедо! ллтти олараг асылыдыр, вэ фырланна бучагынын истигамэти мухталиф характеристик негтэлэр учун мухтэлифяир.

Реал електрооптик системлардэ шуаланманкн ж^у.-иас^а слект-рини там шэкилда тасвир едэн аналтик ифадэлэр алышшшдыр.

Тэ^ин едилмишдир ки, итыгландырманын шуасы ило индуздиа ол-унан електрооптик хассаларин д^ишмэси ,|алныз мш^глнгнрма даи-расинин саЬасиндэ локаллашмышдыр.

Та^ин едилмишдир ки, фотоелектрооптика еффектш; гчииати иш-

- за -

нгландырманнн кучундан експоненсиал олараг асылыдыр ва кучун 10 Вт rujMeTii терзинда тез дсммуш hana кечир. Бу занан, yjryH фото-чараланын кучдан асылылыгы хатти олараг галыр. flojMym hantm чат-дыгы Иадда yjryii кучун гиомати мухтзлиф характеристик негталар учун мухталнф дир, бу да он у квстврир ки, бу вахт Ьа^ачанланан марказлар Фаргланирлар.

Илк дафа крлсталларын електрооптик хассэлари ила «eHepacHja-peKOM6HHaciija проссеслари ва локал марказларин jyK вази^атлари арасындакн бирбаша ала га експериментал олараг MvajjaH едилиишдир.

Електрооптик хассаларинин температур асылылыгы ила кечири-4HJHH арасында Koppenjacnja MyjjaH едилнишдир.Та^ин олунмушдур ки, кристальгн характеристик негталаринин локал ишыгландырмасы мухталиф екстремумласы индуска едир вэ онларын вази^ати температура шкаласынын ашагытемператур 1шссасиндэ фаргланир, галан лиссада иса - уст-устэ душурлар, бу да електрооптик яассэлара Фотоиндусив та'сир проссесинин чох-мартабали олмасы ила иза(1 еди-лир.

Температур азалдыгча фотоелектрооптик еффект jox олур. Ву заман мухталиф характеристик негталар учун jox олна сур'ати фар-

гланирлар.

фотоелектрооптик еффектин инерси^лилыгы, |1анин кристаллын фотоеффект инермиалылыгынДан гат-гат 6ejyKflyp. Характеристик нагтеларда ефектин инерси^лылыглары да фзргланирлар, бу да ha-jdwaHflafiati марказларин мухталифлн,/ини кестарир.,

Ашкар еднлмиш еффектин асасында лринсипча тан jeHH hsb спектроскопии - фотоелектрооптик спектроскошиа ^радылмышдыр. Ву ади спектр^снчш^алардан jyKcaK Массаслыгы ва сечма габили^ати ила Фаргланир.

Електрооптик системларин MonynjacHjacHHUH даринли,|инин ида-раедилмасшшн принсипча там jeun га,|дасы ишланиб Иазырланмьшдир.

Кристалдан кечарак Фотоелектрооптик та'сира маруз галан чы-хыш шуаланмасыннн параметларини там акс етдирам аналитик ифадалар алынмышпн;.

Удуман таланманын та'сири алтында мухталиф електрооптик хассаларинин гядгиги учун чох дагиг влчма гургулар комплекса japa-ДЫЛ1ШШ i - ;:и<лнал методлар ишланиб Пазырланмышдыр. ■■ _ -