Полупроводники - Смит Р.
Скачать (прямая ссылка):
подходят для изучения лазерного эффекта. Авторы первых работ, посвященных
исследованию этих материалов, особенно Гурвиц, Калава и Редикер [70],
использовали накачку электронным лучом, однако было обнаружено, что
возможен также и диодный режим работы. Для возбуждения лазерного эффекта
в GaAs, CdTe, CdSe и CdS Басов и др. ([25], стр. 277) использовали
оптическую накачку рубиновым лазером.
Более поздние технические разработки показали, что полупроводниковые
лазеры могут быть сделаны на основе различных материалов, включая
халькогениды свинца и их сплавы, такие, как Pbi^CdaS, и различные сплавы
соединений типа A1UBV. Были ис-
518
14. Некоторые специальные вопросы
пользованы также узкозонные материалы Pbi-^Snj-Te и Pbi-^Sn^Se (см. разд.
13.8). На основе этих материалов были созданы полупроводниковые лазеры,
перекрывающие по частям спектральный диапазон от 0,6 мкм до 32 мкм. Эти
лазеры можно перестраивать по длине волны путем изменения тока инжекции,
каждый в своем узком спектральном диапазоне. При этом изменяется
температура лазера, а следовательно, и ширина запрещенной зоны и в свою
очередь частота излучения лазера. Лазеры этого типа, а также их
применение в молекулярной спектроскопии подробно описали Мура-дян ([71],
стр. 75), а также Мелнгайлис и Мурадян ([72], стр. 1).
Лазеры на основе GaAs с гетеропереходами Gai-^Al^As в настоящее время
могут работать в непрерывном режиме при комнатной температуре, лазеры же
на солях свинца для этого следует охлаждать до 77 К. Однако лазеры этого
типа обычно работают в импульсных режимах. Для перестройки излучения
лазеров используются и другие различные методы, включая применение
гидростатического давления и магнитного поля, тем не менее перестройка
путем изменения тока остается, несомненно, самой простой. Мурадян ([71],
стр. 75) при работе лазера в непрерывном режиме с выходной мощностью
порядка нескольких мВт наблюдал очень узкие линии излучения, шириной
около 50 кГц.
Одни из первых обзоров по разработке полупроводниковых лазеров сделали
Квиссер [73] и Пилькун [74].
14.7. Рассеяние излучения, обусловленное переворачиванием спина, и лазеры
на этой основе
Другое новое явление в полупроводниках, которое нашло себе применение в
лазерах,- это одна из форм комбинационного рассеяния света, известная как
"переворот спина" (spin-flip phenomena). Явление заключается в рассеянии
света электронами зоны проводимости, сопровождающееся переворачиванием
спина электрона. Если электрон находится в магнитном поле, то его
спиновая энергия gjJB (см. разд. 12.6) либо отбирается от энергии
рассеянного кванта, либо добавляется к ней, что приводит соответственно к
уменьшению или увеличению частоты излучения на величину g$B/h. На языке
комбинационного рассеяния в первом случае возникает стоксов сдвиг
частоты, во втором случае - антистоксов. Оказывается, что переходы такого
типа запрещены для электронов в свободном пространстве, но не запрещены
для электронов в зоне проводимости в полупроводнике, имеющем вырожденную
валентную зону.
Другие виды комбинационного рассеяния на электронах в полупроводнике,
находящемся в магнитном поле, возникают из-за
14. Некоторые специальные вопросы
519
ft
в
Рис. 14.11. Комбинационное рассеяние, представленное в виде
двухступенчатого процесса, включающего промежуточное состояние
(ftvs=ftvi-Е/+Е\).
a) ?t>?f>?i; б) ?t<?i<?f; в) ?i<?t<?f.
переходов между уровнями Ландау в зоне проводимости. Комбинационное
рассеяние происходит путем двухступенчатого перехода, в некотором смысле
сходного с непрямыми межзонными переходами, хотя в данном случае фононы в
нем не участвуют. Падающее излучение вызывает переход из исходного
состояния i в промежуточное состояние t, а затем из состояния t в
конечное состояние /. Промежуточное состояние занято в течение столь
короткого отрезка времени, что при этом не требуется выполнения закона
сохранения энергии, точно так же как для промежуточного состояния в
межзонных переходах, которые обсуждались в подразд.
10.5.3. Энергия будет сохраняться в целом, если сравнивать энергию
квантов падающего и рассеянного излучения с энергией начального и
конечного состояний. Промежуточное состояние может быть выше начального
или конечного состояний, быть ниже их и даже может лежать между ними. Эти
три ситуации показаны на рис. 14.11. Промежуточное состояние должно быть
реальным состоянием, на которое может произойти разрешенный переход. Если
Ex<.Et, то частота рассеянного излучения v8 будет меньше частоты
520
14. Некоторые специальные вопросы
м+2
я+1
Рис. 14.12. Рассеяние при переходе с Дп=2 через промежуточный уровень
Ландау без изменения направления спина (/iv,=/tvi-2Л(0с).
spa
Состояние со смешанным спином
Рис. 14.13. Рассеяние с переворотом спина через промежуточное состояние
со смешанным спином, находящееся в валентной зоне (/rvs-Avj-g$B).
падающего излучения vit так как
/iv, = Avi - (Et-?[). (14.14)
В этом случае будет иметь место стоксов сдвиг частоты. Если >?,, то сдвиг
