Поглощение И Излучение В Терагерцовом Диапазоне Частот При Фотоионизации Акцепторов В Одноосно-Деформированном Кремнии

Abstract

Представлены данные экспериментальных исследований по наблюдению спонтанного излучения и модуляции поглощения в кремнии, легированном бором при возбуждении излучением СО 2 -лазера, в зависимости от величины приложенного давления вдоль кристаллографических направлений [001] и [011]. В качестве зондирующего использовалось излучение комнатной температуры. Показано, что приложение малых давлений (до 0.5 кбар) приводит к уменьшению потерь в терагерцовом спектре частот на величину порядка 20%. Основной вклад в модуляцию поглощения вызван A + -центрами при малых и нулевых давлениях и межподзонными переходами при увеличении давления, что может быть минимизировано использованием компенсированных образцов. ВведениеПоиск различных активных сред для терагерцовых приложений является важным направлением в физике полупроводников уже достаточно долгое время. Среди полупроводниковых источников терагерцового излуче-ния, использующих инверсионный механизм, можно вы-делить лазеры на основе p-Ge [1], лазеры на основе n-Si [2], а также квантово-каскадные лазеры на основе GaAs соединений [3]. Несмотря на успех последних, интерес к кремниевым лазерам остается, что, в част-ности, объясняется относительной простотой изготов-ления, стабильной частотой, определяемой положением энергетических уровней кулоновского центра в кремнии, а также возможностью использования в перспективных схемах с примесными атомами, где доноры/акцепторы выступают в качестве основы " одноатомных" транзисто-ров и других элементарных ячеек вычислителей [4,5].Как известно, на данный момент при накачке излу-чением среднего ИК получено терагерцовое стимули-рованное излучение в кремнии, легированном донора-ми пятой группы (фосфор, мышьяк, сурьма, висмут). Частоты кремниевых лазеров соответствуют диапазо-ну ∼ 5−6.5 ТГц, что определяется энергетическим за-зором между уровнями 2p 0 , 2p ± и 1s(E, T 2 ) донорных центров. Как известно, положение этих уровней отно-сительно дна долин проводимости хорошо описывает-ся приближением эффективной массы, т. е. (практиче-ски) не зависит от химической природы примеси и не подвержено влиянию одноосной деформации. Для продвижения в область частот выше/ниже 5−6.5 ТГц необходимо использовать другие примеси (например, более глубокие гелиоподобные двойные доноры, такие как магний). Наименее проработаны схемы использова-ния акцепторов в кремнии, где более богато выглядит набор возможностей, так как, в отличие от доноров, деформация может значительно изменить энергетиче-ские зазоры. На текущий момент стимулированное из-лучение зарегистрировано лишь для Si : B при внутри-центровом возбуждении (рис. 1) (энергия ионизация центра 45 мэВ). В отличие от доноров пятой группы, где генерация была получена как для внутрицентрового возбуждения, так и для ионизации, лазерный эффект для акцепторов наблюдается лишь при возбуждении вблизи линии 4 (состояния 1Ŵ