Теория поглощения и испускания света в полупроводниках - Грибковский В.П.
Скачать (прямая ссылка):
В лазерах с пассивным затвором возникает автосинхронизация мод. Для активной синхронизации мод модулируют либо накачку, либо добротность резонатора с частотой, равной разности частот аксиальных типов колебаний.
Применение пикосекундных импульсов света открывает новые возможности для научных исследований и практических приложений. Они позволили, в частности, измерить время жизни фононов ~3-10_12тс (см. § 7, горячая люминесценция).
§ 25. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ЛАЗЕРЫ С ОПТИЧЕСКИМ И ЭЛЕКТРОННЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ
Особенности оптической накачки. Полупроводниковые квантовые генераторы с оптическим возбуждением на основе GaAs [741, 742], CdS [743, 744], InSb [745], InAs [745, 746] были созданы в 1965 г., а затем на основе CdSe [747, 748], CdSK — CdSe1_x [749 — 751], Cdj.Hgj_j.Te [752], PbjSn^Te [753] и на других полупроводниках (табл. 7) [481].
397
Таблица 7
Полупроводниковые вещества, генерирующие при возбуждении пучком быстрых электронов (е) при оптической иакачке (S) и при инжекции тока через р—п-переход (/) или контакт металл — полупроводник (/*)
Вещеапбо Яг,мям
з о,ч « 5 0 г « 7 0 в 0 9 / 0 / г г 3
ZaS e 8
GвН e 5
ZnO I e 5
ZnSe e
Zn^Od,.^ 5
CdS e s '
e s
S
ZnTe e
GaxIa1-xP i S J
GaSe e s e
e s j
A*hrGa1-±As e 3
Znxce4-xTe e
CdSe s
CdSiAs2 (6
CdTe e
.GaAs' I * 5 d - \
AlGaPAs J II
j II
InP
InP^As^ S
AlGaAsSb , j
InSe e
(JaAaxSb1_x d
GalnPAs и
CdSnP2 e
s
Продолжение табл. 7
Вещеапбо
1 Z 3 4 5 6 ? 8 9 10 11
GaSb e! s J
IngSe e
InP**31-x i
GVn1-xA3 i
IrxAs L nllll s j
“Wx3 s
j
Mxft1-xS s
Те 1 e
OWx8 j
o^.^e S
PbS' e S 1 *M e s
PbSxSe'l-x e s
InSb
Z
InSb d
GexPbl4x.Te d
Me e & * i
PbSe e S j — mi Ш
Sn^Ffe^^Te e s j* — MS мкм
Vi-I86 e j Ш m
Оптическое возбуждение генерации, так же как и люминесценции, связано с однофотонным или двухфотонным поглощением внешнего излучения в активной среде. При однофотонном возбуждении энергия квантов внешнего излучения Йо)в должна быть больше ширины запрещенной зоны. В случае двухфотонного поглощения, как показано в § 16, необходимо, чтобы Йсов было больше Eg/2. Двухфотонное возбуждение позволяет создать инверсную населенность на большей глубине от поверхности образца, так как коэффициент двухфотонного поглощения обычно невелик. Поэтому возбуждающий свет можно направлять как перпендикулярно, так и параллельно оси резонатора. Если /i(oB>-?g, то инверсная населенность создается только в приповерхностном слое толщиной в не-
399
Рис. 132. Схема оптического возбуждения генерации в полупроводииАах [754]: 1 — излучение неодимового лазера иа иттрий-алюмиииевом гранате (Ли = 1,06 мкм); 2, 3 — цилиндрические лиизы; 4 — образец из GaAs; 5 — хладопровод; 6 — генерируемое излучение
сколько микрон и осуществляется обычно поперечный вариант накачки, когда генерируемое излучение распространяется перпендикулярно к направлению распространения возбуждающего света (рис. 132). Чтобы получить узкую полоску активного вещества, возбуждающий свет фокусируется цилиндрическими линзами.
В качестве источников оптической накачки полупроводников применяется чаще всего излучение твердотельных, газовых и инжекционных лазеров. Так, для однофотонного возбуждения арсенида галлия используется либо непосредственно излучение рубинового лазера, либо первая стоксова компонента вынужденного комбинационного рассеяния этого излучения в жидком азоте [741]. Для двухфотонного возбуждения GaAs подходит излучение неодимового лазера. Таким путем ролучена непрерывная генерация при комнатной температуре [754]. Двухфотонное поглощение второй гармоники излучения неодимового лазера позволило возбудить широкозонный полупроводник ZnS и получить генерацию в ультрафиолетовой области спектра с Яг=0,33 мкм [755]. При двухфотонном возбуждении излучением рубинового лазера смешанных кристаллов CdSxSei-* получена генерация в интервале Яг= =510—555 мкм [756]. Плотность излучения маломощного газового гелий-неонового лазера оказывается достаточной для возбуждения генерации в монокристаллах CdSe [757], GaAsi-жР* [758] и других полупроводниках.
Хотя мощность генерации инжекционных лазеров составляет десятки ватт, площадь поперечного сечения генерируемого луча на зеркале резонатора обычно меньше 10~4 см?. Поэтому плотность светового потока достигает больших значений и достаточна для создания инверсной населенности в полупроводниках. Инжекционный лазер на основе GaAs использовался для возбуждения генерации в InSb, InAs [745, 746], InP [759] и других полупроводниках. Так как излучение ип-жекционных лазеров характеризуется большим углом расхо-
