автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Стимулированное излучение при оптическом возбуждении доноров фосфора в кремнии

На правах рукописи

Жукавин Роман Хусейнович

стимулированное излучение при

оптическом возбужден™ доноров фосфора

в кремнии

05.27.01 - твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Нижний Новгород - 2005

Работа выполнена в Институте физики микроструктур РАН

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор физико-математических наук В.Н. Шастин

доктор физико-математических наук В.Н. Мурзин,

ФИ им. П.Н. Лебедева РАН;

доктор физико-математических наук А.А. Андронов, ИФМ РАН.

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет.

Защита состоится 22 декабря 2005 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д. 002.098.01 при Институте физики микроструктур РАН (603950, Н. Новгород, ГСП-105).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики микроструктур РАН.

Автореферат разослан 22 ноября 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физико-математических наук, профессор

К.П. Гайкович

2 ооб-4 гшт

глъг.7

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследований

Поиск новых принципов для разработки источников когерентного излучения в диапазоне частот 1-ИО ТГц вызывает большой интерес уже довольно долгое время. Это обусловлено несколькими причинами. В терагер-цовом диапазоне сосредоточены наблюдаемые частоты вращательных переходов органических сред и молекул газов, фононные спектры в твердых телах, переходы между состояниями локализованных примесей в полупроводниках. Большое значение имеет взаимодействие терагерцового излучения и живой материи. В сверхпроводниках (ВТСП) энергия связи куперов-ских пар также соответствует ТГц диапазону.

Исторически разработка источников терагерцового диапазона ведется по нескольким направлениям. В первую следует отметить лазеры на свободных электронах (ЛСЭ) [1] с рекордными для этого диапазона мощностями и возможностью непрерывной перестройки в широком интервале, что делает их эффективным инструментом для научно-исследовательских целей. Недостатком ЛСЭ является громоздкость и стационарность. Другим широко используемым источником терагерцового излучения является лампа обратной волны (ЛОВ), для которых получены частоты до 3 ТГц при мощности порядка 1 мВт [2]. Однако применение принципов ЛОВ в коротковолновой области вызывает затруднение из-за проблем миниатюризации замедляющих систем и уменьшения поперечных размеров пучка.

Большой набор линий излучения получен на газовых лазерах при оптическом возбуждении (как правило, излучением С02 лазера) вращательно-колебательных переходов молекулярных сред (Н20, 020, СН3ОН и др.) [3]. Они получили широкое распространение в качестве гетеродинов в гетеродинных приемниках. Однако ограниченный выбор линий и сложность в перестройке частот ограничивают сферу их применений.

Стремление получить компактный, и перестраиваемый источник когерентного излучения терагерцового диапазона с хорошей эффективностью ставит задачи поиска полупроводниковых активных сред. В первую очередь речь идет о преобразовании излучения ближнего ИК диапазона с использованием различных физических принципов. Первые попытки были сделаны с использованием эффектов смешения. Разработаны источники излучения терагерцового диапазона, позволяющие производить плавную перестройку в ТГц диапазоне путем изменения условий синхронизма при смешении частот ближнего ИК [4]. Другим, характерным для терагерцового диапазона, стало появление так называемых А^оп вшксЬв (излучателей Остона), в которых полупроводник (как правило, это ваАБ) возбуждаются на межзонных переходах фемтосекундным источником итггучения и, благо-

Юс. НАЦИОНАЛЬН , ,,

БИБЛИОТЕКА ] 3

даря протеканию импульсного тока, являются источниками в ТГц диапазоне [5]. Из классических электронных осцилляторов, эффективных в миллиметровом диапазоне отметим резонансно-туннельный диод, который позволяет достичь частоты 0,7 ТГц [6], однако дальнейшее увеличение частоты сдерживается по техническим и физическим причинам. Применение тройных соединений типа РЬБпБе [7] позволило создать первые инжекционные полупроводниковые лазеры с длиной волны до 40 мкм, однако уменьшение ширины щели приводит к высокой вероятности Оже-процессов, что ограничивает применение подобных устройств криогенными температурами.

Первыми полупроводниковыми лазерами в диапазоне 50-200 мкм стали р-ве лазеры, работающие с использованием различных излучательных переходов горячих дырок. После публикации предложения [8] появились несколько источников когерентного излучения, такие как НЕМАГ (700+2000 мкм) [9], лазер на циклотронном резонансе горячих дырок в скрещенных полях (100+400 мкм) [10, 11] и лазер на межподзонных переходах горячих дырок германия [12, 13]. В частности, лазер на 1-Й переходах в скрещенных электрическом и магнитном полях имеет достаточно широкий спектр выходного излучения (70+200 мкм) с возможностью одномодо-вой генерации во всем диапазоне [14]. Характерным общим недостатком рОе лазеров, ограничивающих их применение следует считать малую эффективность, что в результате приводит к низким рабочим температурам и импульсному режиму работы. Немного позднее появились работы [15] с сообщением о стимулированном излучении разогретыми электрическим полем дырками в одноосно деформируемом германии. Авторы полагают, что данный источник может работать в непрерывном режиме с перестройкой длины волны вблизи 100 мкм путем изменения приложенного давления.

Настоящим прорывом можно назвать получение эффекта стимулированного излучения в квантово-каскадных лазерах. Развитие нанотехнологии позволило выращивать требуемые многослойные гетероструктуры из полупроводниковых материалов на основе арсенида галлия с моноатомной точностью [16]. Однако большие величины решеточного поглощения в ваАБ [17] делают применение этой технологии для диапазона 6+9 ТГц невозможным.

В кремнии решеточное поглощение мало [17]. По этой причине существует устойчивый интерес к созданию ТГц лазеров на основе кремния или его сплавов.

Первыми попытками в этом направлении были эксперименты по получению инверсии населенности в объемном 81 :В в скрещенных электрическом и магнитном полях [18] и получение электролюминесценции из напряженных 81/8Юе гетероструктур [19, 20]. Таким образом, можно сказать, что кремниевые источники находятся в стадии разработки. Перспективным направлением является использование примесных состояний в полупро-

водниках, в частности, донорных центров в кремнии [21, 22]. В качестве основных причин можно назвать большие сечения оптических переходов и относительно большие времена жизни электронных состояний. Первые высказывания по использованию полупроводников, легированных мелкими примесными центрами, в качестве лазерной среды были сделаны в [23]. Впервые сообщение о регистрации спонтанного излучения из кремния, легированного акцепторами при накачке излучением С02 лазера было сделано в работе [24].

Цель работы

Целью диссертационной работы являются экспериментальные исследования возможности формирования инверсии населенности на локализованных состояниях донора фосфора в кремнии и получения стимулированного излучения при их оптическом возбуждении.

Научная новизна

1. Экспериментально показано, что особенности акустической релаксации электронов на внутрицентровых переходах доноров фосфора в кремнии приводят к формированию инвертированных распределений.

2. Получено стимулированное излучение из кремния, легированного фосфором при фотоионизации активных центров; исследованы временные, спектральные характеристики выходного излучения.

3. Получено стимулированное излучение из кремния, легированного фосфором при резонансной накачке локализованных состояний донора, исследованы временные и спектральные характеристики выходного излучения.

4. Показано, что длина волны выходного излучения доноров фосфора зависит от возбуждаемого состояния центра.

Научная и практическая значимость работы

Научная значимость состоит в возможности использования особенностей релаксации электронов по состояниям доноров в кремнии с целью получения инвертированных распределений и усиления излучения в терагерцовом диапазоне частот

Практическая значимость определяется реализацией нового типа полупроводниковых источников стимулированного излучения - кремния, легированного фосфором при оптическом возбуждении. Данный источник может быть использован в качестве гетеродина в радиоастрономии. Результаты работы могут быть использованы при исследовании других примесей в кремнии с целью получения стимулированного излучения.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Специфика внутрицентровой релаксации связанных состояний доноров на акустических фононах при низких температурах приводит к инверсии населенности и эффектам усиления в ТГц диапазоне частот.

2. Оптическая накачка кремния, легированного фосфором позволяет получить эффект стимулированного излучения на переходах 2р0 - 1з(Е) и 2р0-18(Т2).

3. Введение компенсирующей примеси уменьшает концентрацию отрицательно заряженных доноров в условиях фотоионизации активной среды, что приводит к увеличению коэффициента усиления и снижению порога генерации.

4. Непосредственная накачка верхнего рабочего уровня 2р0 приводит к генерации излучения на переходе 2ро-1з(Е), в то время как возбуждение других вышележащих состояний, включая состояния зоны проводимости, ведет к генерации излучения на переходе 2р0-1з(Т2).

Личный вклад автора в получение результатов

• Определяющий вклад в проведение экспериментальных исследований по получению спонтанного и стимулированного излучения доноров фосфора при их фотоионизации излучением [А1-А9].

• Равнозначный вклад в получение спектральных и температурных зависимостей стимулированного излучения доноров фосфора при их фотоионизации и анализ результатов измерений [А10-А13] (совместно с С.Г.Павловым).

• Определяющий вклад в подготовку проведение и интерпретацию измерений по выяснению влияния компенсации на усиление доноров фосфора в кремнии [А17, А20, А21] (при участии К.А.Ковалевского и С.Г. Павлова).

• Основной вклад в подготовку эксперимента по внутрицентровому возбуждению доноров излучением лазера на свободных электронах [А 16-А32] и равнозначный с С.Г.Павловым, М.Рюммели и Я.Н.Ховениром вклад при его проведении.

• Определяющий вклад в проведение измерений коэффициента усиления и интерпретацию данных [А33-А35] (совместно с С.Г.Павловым, А.В.Муравьевым и Я.Н.Ховениром).

Апробация работы

Материалы, вошедшие в диссертационную работу, обсуждались на семинарах ИФМ РАН, Нижегородского университета, Университета Браун-

швейга, Технического Университета Дельфта, Института исследования

планет (Берлин). Основные результаты диссертации представлялись на 5, 6

и 7 Российских конференциях по физике полупроводников, Нижний Новгород 2001, Санкт-Петербург 2003 и Звенигород 2005, 8, 9 и 10 Международных конференциях по мелким примесным центрам в полупроводниках (Shallow Level Centers in Semiconductors SLCS-8, SLCS-9, SLCS-10), Мон-пелье, Франция, 1998, Хиого, Япония, 2000, Варшава, Польша, 2002; Международной конференции по терагерцовой спектроскопии и ее применениям (Terahertz Spectroscopy and Applications (EUROOPTO-99)), Мюнхен, Германия 1999; Международном совещании по терагерцам (International Terahertz Workshop), Сандберг, Дания, 2000; Встрече по оптоэлектронике на основе кремния (One day meeting on Si-based optoelectronics), Лидс, Великобритания, 2000; Голландском совещании по физике твердого тела, Вельдховен, Нидерланды, 2001; 6 и 7 Симпозиуме IEEE/LEOS (Benelux Chapter), 2001, Брюссель, Бельгия, 2002, Амстердам, Голландия; Международной конференции по физике полупроводников (International Conference on Physics of Semiconductors) Эдинбург, Великобритания, 2002; 10 и И Международной конференции по терагерцовой электронике (IEEE International conference on Terahertz Electronics) Кембридж, Великобритания, 2002 и Япония, 2003; 27, 28 и 29 Международной конференции по инфракрасному и миллиметровому излучению (International Conference on Infrared and Millimeter Waves), Сан-Диего, США, 2002, Япония, 2003, Карлсруэ, Германия, 2004; 21 Международной конференции по дефектам в полупроводниках (International Conference on Defects in Semiconductors), Гиссен, Германия, 2001; Рабочем Совещании при поддержке НАТО «Навстречу первому кремниевому лазеру» (NATO Advanced Research Workshop "Towards the first silicon laser"), Тренто, Италия, 2002.

Публикации

Содержание диссертации опубликовано в 11 печатных работах в периодических научных журналах и изданиях и в 24 работах в материалах конференций.

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и одного приложения. Общий объем диссертации составляет 117 страниц, включая 59 рисунков и 7 таблиц. Список цитированной литературы включает 83 наименования, список работ автора по теме диссертации - 35 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность темы диссертации, показана ее научная значимость, сформулированы цели и задачи работы, приведены

положения, выносимые на защиту, а также представлены сведения о структуре и содержании работы.

В первой главе отражены теоретические и экспериментальные предпосылки для создания инверсии населенности в кремнии, легированном мелкими донорами при их оптическом возбуждении. Большой набор накопленных данных дает информацию об энергетическом спектре и волновых функциях мелких доноров и физических процессах, контролирующих электронные распределения в такой среде. В условиях низких температур, умеренных концентраций и оптической накачки населенности примесных центров и зоны проводимости в полупроводниках контролируются в основном

процессами спонтанного испускания

Верхние возбужденные состояния и зона проводимости

%акач

акустических фононов. Показано, что в рамках существующих представлений можно построить простую модель, описывающую инверсию населенности в вкР при оптической накачке (Рис. 1).

Рис.1. 4-х уровневая схема возбуждения БкР: Закачки - СКОрОСТЬ опустошения основного состояния (накачка), ч, - скорость релаксации верхних возбужденных состояний (в случае фотоионизации - включая релаксацию в зоне и процесс захвата), м - скорость релаксации верхнего рабочего уровня, - скорость релак-

сации нижних рабочих уровней, со - лазерное излучение.

200

Частота, см"

Рис. 2. Спектр стимулированного излучения 81:Р при резонансном возбуждении уровня 2р0 - (а) и вышележащих уровней-(б).

Вторая глава содержит описание экспериментальной методики для наблюдения спонтанного и стимулированного излучения из мелких доноров в кремнии. Приведены резуль-8

таты проведенных экспериментальных исследований по наблюдению фотолюминесценции в^Р при возбуждении излучением С02 лазера при интен-сивностях менее 1 кВт/см2. Использование больших (более 30 кВт/см2) ин-тенсивностей накачки приводит к возникновению эффекта стимулированного излучения. Представлены результаты измерения временных, спектральных характеристик стимулированного излучения. Показано, что спектр излучения содержит одну линию (55 мкм), соответствующую переходу 2р0 1 з(Т2) (Рис. 2). Определен диапазон температур существования эффекта генерации.

Третья глава посвящена исследованию влияния компенсации образцов на снижение пороговых интенсивностей накачки. В условиях низких температур в легированных полупроводниках существует возможность захвата нейтральным атомом примеси дополнительного электрона с образованием отрицательно заряженного центра (О" центра). В силу своей природы Б" центры обладают широкой полосой поглощения в дальнем ИК диапазоне. Введение компенсирующей примеси снижает населенность отрицательно заряженных доноров, способствуя тем самым снижению потерь в среде. Проведенные экспериментальные исследования ставили целью определение влияния компенсации на пороговую интенсивность, а также определения зависимости поглощения от интенсивности накачки в предпорого-вом режиме путем измерения модуляции прохождения фонового излучения при накачке кремниевых образцов излучением С02 лазера. Показано, что введение компенсирующей примеси приводит к снижению уровня потерь в активной среде и уменьшению величины пороговой интенсивности.

Четвертая глава представляет результаты исследования стимулированного излучения вкР при использовании в качестве источника внутри-центровой накачки лазера на свободных электронах (ЛСЭ). Так как сечения разрешенных внутрицентровых переходов значительно выше сечения фотоионизации, то применение ЛСЭ позволяет, во-первых, существенно снизить средние мощности накачки. Во-вторых, резонансное возбуждение в линиях снижает (при равной со случаем фотоионизации населенности верхнего рабочего уровня) населенность континуума и концентрацию отрицательно заряженных центров. Наконец, в третьих, возможность уменьшения участвующих в процессе формирования инверсии уровней дает более наглядную физическую картину, упрощая анализ экспериментальных результатов и сравнение с теоретическими оценками. Определена область энергий квантов накачки, где наблюдается генерация. Показано, что лазерный эффект существует вблизи резонансных примесных переходов, т.е. при совпадении энергий квантов ЛСЭ с энергиями переходов из основного состояния донорного центра в верхние возбужденные состояния другой четности и зону проводимости. Величина пороговой мощности для конкретной линии возбуждения зависит не только от сечения перехода, но также и от характера релаксации электронов с состояния, находящегося в резонансе с

накачкой. Измерен спектр выходного излучения 81:Р при различных энергиях кванта накачки. Показано, что спектр излучения всегда содержит одну линию. Непосредственное возбуждение верхнего рабочего уровня 2р0 приводит к стимулированному эффекту на переходе 2р0 15(Е), (59 мкм) (Рис. 2). Опосредованное возбуждение 2р0 через накачку других состояний приводит к генерации излучения на линии 2р0 -» 1 з(Т2), (55 мкм). В определении рабочего перехода существенную роль играет симметрия электронных состояний.

Пятая глава содержит результаты экспериментов по измерению коэффициента усиления при внутрицентровом возбуждении (накачка ЛСЭ) и фотоионизации (С02 лазер). Возможность изменения характеристик импульсов ЛСЭ позволило применить различные методики для измерения коэффициента усиления по времени нарастания фронта импульса излучения ¿¡:Р. В первом случае использовался макроимпульс длительностью ~6 мкс с частотой повторения микроимпульсов 1 не, что при непрямоугольной форме макроимпульса дает возможность измерения коэффициента усиления вблизи порога генерации. Во втором случае с помощью внешнего модулятора (оптического ключа) из макроимпульса вырезалась часть длительностью 40 не; при этом фронт импульса накачки совпадал с фронтом микроимпульса. В третьем случае использовался «прореженный» вариант макроимпульса (период повторения микроимпульсов 40 не), что позволило «растянуть» время нарастания излучения БкР. Применение в качестве накачки «разреженного» импульса позволило по времени жизни фотона в резонаторе измерить характерную величину суммарных потерь резонатора, которая составляет ~ 10"2 см"1. Кроме того, для измерения коэффициента усиления были проведены эксперименты с применением схемы «лазер-усилитель» как для внутрицентровой накачки так и фотоионизации излучением С02 лазера. Измерения показали, что в случае внутрицентровой накачки измеренное значение коэффициента близко к теоретическим оценкам (24 см"1). Напротив, результаты эксперимента по фотоионизации доноров позволяют сделать вывод о существенном отклонении от каскадной модели релаксации по состояниям примесного центра при таком типе возбуждения.

Шестая глава посвящена сопоставлению характеристик стимулированного излучения и изложению возможных механизмов инверсии населенности доноров пятой группы в кремнии (фосфор, мышьяк, сурьма и висмут). Особенности, обусловленные наличием «химического» сдвига энергии основного состояния и влиянием этого фактора на процессы релаксации позволяют разделить доноры на две группы: фосфор (Р) и сурьма (БЬ) с одной, и мышьяк (Аэ) и висмут (ВО, с другой стороны. В первом случае фотоионизация приводит к возникновению инверсии населенности и развитию стимулированного излучения на переходе 2р0 -* 1 з(Т2). Наличие в спектре мышьяка и висмута больших энергетических зазоров приводит к

резонансному взаимодействию уровней 2р0 (Ш) и 2в (Лб) с высокочастотными междолинными оптическими и акустическими фононами. В результате этого для В) и Ая рабочими оказываются переходы 2р± —» 1б(Т2) и 2р± Ь(Е). Приведены результаты измерения временных, спектральных характеристик и зависимости величины стимулированного излучения от температуры. Использование в качестве источника возбуждения ЛСЭ показало, что для всех доноров когерентное приготовление уровня 2р0 при резонансной накачке приводит к тому, что стимулированное излучение развивается на переходе 2р0 -» 1б(Е).

Заключение содержит основные результаты диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Получено стимулированное излучение примесных центров фосфора в кремнии при фотоионизации излучением С02 лазера. Длина волны излучения соответствует переходу между состояниями 2р0 и Ь(Т2) до-норного центра (55 мкм). Эффект возникает пороговым образом при превышении интенсивности накачки 20 кВт/см2. Рабочие температуры лежат в диапазоне Т < 16 К.

2. Обнаружено влияние компенсации на поглощение в дальнем ИК диапазоне длин волн и величину пороговой интенсивности накачки. Экспериментально показано, что введение акцепторов приводит к значительному уменьшению поглощения в дальнем инфракрасном диапазоне длин волн в предпороговом режиме и снижению пороговых интенсив-ностей накачки.

3. Получено стимулированное излучение при резонансном возбуждении состояний фосфора в кремнии излучением лазера на свободных электронах. Спектр возбуждения повторяет спектр поглощения Б1:Р в дальнем ИК диапазоне.

4. Измерен спектр стимулированного излучения при резонансном возбуждении локализованных состояний фосфора в кремнии. При резонансной накачке уровня 2р0 генерация развивается на переходе между уровнями 2р0 и ВД (59 мкм). Возбуждение других уровней донора приводит к возникновению стимулированного излучения на переходе между уровнями 2р0 и 1 з(Т2) (55 мкм).

5. Определен коэффициент усиления дальнего ИК излучения при возбуждении кремния легированного фосфором. Коэффициент усиления на переходе между 2р0 и 1б(Т2) составляет при фотоионизации 0,2 см"1, а при резонансном возбуждении центра - 4 см'1.

Список цитированной литературы

[1] G.M.H. Knippels. / Generation of frequency-chirped pulses in the far-infrared by means of a sub-picosecond free-electron laser and an external pulse shaper, G.M.H. Knippels, A.F.G. van der Meer, R.F.X.A.M. Mols, P.W. van Amersfoort, R.B. Vrijen, D.J. Maas, L.D. Noordam, Opt. Commun. - 1995. Vol.118. - P. 546-550.

[2] Kozlov G.V. Coherent Source for Submillimeter Wave Spectroscopy. / Kozlov G.V., Volkov A. A. // - Topics in Applied Physics, edited by G. Gruner, published by Springer-Verlag - 1998. Vol. 74 - P. 51-109.

[3] Th. de Temple. Pulsed Optically Pumped Far Infrared Lasers in Infrared and Millimeter Waves. // Edited by K.J. Button. N.Y. - 1979. Vol.1 - P. 129.

[4] T. Tanabea. Frequency-tunable high-power terahertz wave generation from GaP. / T. Tanabea, K. Suto, J. Nishizawa, T. Kimura, K. Saito. // Frequency-tunable high-power terahertz wave generation from GaP, Journal of Applied Physics - 2003. Vol. 93. - P. 4610-4615.

[5] D. H. Auston. Picosecond photoconducting Hertzian dipoles. / D. H. Auston, K. P. Cheung, and P. R. Smith. // Applied Physics Letters - 1984. Vol.45. - P. 284-286.

[6] E.R. Brown. Oscillations up to 712 GHz in InAs/AlSb resonant-tunneling diodes. / E. R. Brown, J. R. Soderstrom, C. D. Parker, L. J. Mahoney, К. M. Molvar, Т. C. McGill. // Applied Physics Letters - 1989. Vol. 55. - P. 17771779.

[7] M.C. Мурашов. О временных задержках генерации излучения в лазерных диодах на основе халькогенидов свинца. // М.С. Мурашов, А.П. Шотов. // Квантовая электроника. - 1995. - Т.22. Вып. 12. - С. 1255.

[8] Андронов А.А. Об усилении далекого инфракрасного излучения в германии при инверсии населенностей «горячих» дырок. / Андронов А.А. Козлов В.А., Мазов JI.C., Шастин В.Н. // Письма в ЖЭТФ. - 1979 - Т.30. Вып.9 - С. 585-589.

[9] V.I. Gavrilenko. Negative mass cyclotron resonance maser / V.I. Gavrilenko and Z.F. Krasil'nik. // Opt.Quant.Elect. - 1991. Vol.23. - S323-S329.

[10] Ivanov, Y.L. Generation of Cyclotron Radiation by Light Holes in Germanium. / Ivanov, Y.L. // Optical and Quantum Electronics - 1991. Vol.23. - S253-S265.

[11] Mitygin, Yu.A. Wide-Range Tunable Sub-Millimeter Cyclotron Resonance laser. / Mitygin, Yu.A., Murzin, V.N., Stoklitsky, S.A., Chebotarev, A.P. // Optical and Quantum Electronics - 1991. Vol.23. - S307-S311.

[12] Андронов А.А. Стимулированное излучение в длинноволновом ИК диапазоне на горячих дырках Ge в скрещенных электрическом и магнитном полях. / Андронов А.А. Зверев И.В., Козлов В.А., Ноздрин Ю.Н., Павлов

C.А., Шастан В.Н. //ЖЭТФ - 1984. -Т.40. Вып.2. - С.69-71.

[13] L.E. Vorobjev. Generation of far-infrared radiation by hot holes in germanium and silicon in E1H fields. / L.E. Vorobjev, S.N. Danilov, V.I. Stafeev. // Optical and Quantum Electronics - 1991. Vol.23. - S221-S229.

[14] A.B. Муравьев. Перестраиваемый узкополосый лазер на межподзонных переходах дырок германия. / А.В. Муравьев, С.Г. Павлов, В.Н. Шастин. // Квантовая электроника. - 1993. - Т. 20. Вып. 2. - С.142-148.

[15] И. В. Алтухов. Межзонное излучение горячих дырок в Ge при одноосном сжатии. / И. В. Алтухов, М.С. Каган, В.П. Синие. // Письма в ЖЭТФ. -1988. Т.47. - С. 136.

[16] Kohler, R. Terahertz semiconductor-heterostructure laser. / Kohler, R., Tredicucci, A., Beltram, F., Beere, H., Linfield, E., Davies, G., Ritchie, D., Iotti, R.C., and Rossi, F. // Nature. - 2002. Vol. 417. - P. 156-159.

[17] Dargys A. Handbook on Physical Properties of Ge, Si, GaAs and InP / Dar-gys A. and J. Kundrotas. // Science and Encyclopedia Publishers - Vilnius, Science and Encyclopedia Publishers - 1994. - 262 p.

[18] Muravjov, A.V. Amplification of Far-Infrared Radiation on Light Hole Cyclotron Resonance in Silicon in Crossed Electric and Magnetic Fields. / Muravjov, A.V., Strijbos, R.C., Wenckebach, W.Th., and Shastin, V.N. // 21th Int. Conf. on Infrared and Millimeter Waves, Berlin. Conference proceeding, - 1996. -CThll.

[19] Dehlinger G. Intersubband electroluminescence from silicon-based quantum cascade structures. / Diehl L, Gennser U, Sigg H, Faist J, Ensslin K, Grutzmacher

D, Muller E. // Science. - 2000. Dec 22; 290 (5500). P. 2277-2280.

[20] M. S. Kagan. THz lasing of SiGe/Si quantum-well structures due to shallow acceptors / M. S. Kagan I. V. Altukhov, E. G. Chirkova, V. P. Sinis, R. T. Troeger, S. K. Ray, and J. Kolodzey. // Physica Status Solidi В - 2003. -Vol.235. Issue 1. - P. 135-138.

[21] Shastin V.N. Far-Infrared Active Media Based on Inraband and Shallow Impurity States Transitions in Si, / Shastin V.N. //21th Int. Conf. on Infrared and Millimeter Waves, Berlin. Conference proceeding, - 1996. - CT2.

[22] Orlova E.E. Inverse Population of Bismuth Donor Excited States and FIR Amplification in Silicon. / Orlova E.E., Shastin V.N. //21th Int. Conf. on Infrared and Millimeter Waves, Berlin. Conference proceeding, - 1996 - CTh4.

[23] Басов Н.Г. Генерация, усиление и индикация инфракрасного и оптиче- „ ского излучений с помощью квантовых систем. / Басов Н.Г., Крохин О.Н., ~ Попов Ю.М. // УФН - 1960. - Т. LXXII. Вып. 2. - С. 162-209.

[24] Я.Е. Покровский. Медленная релаксация возбужденных состояний акцепторов в кремнии. / Я.Е. Покровский, О.И. Смирнова. // Письма в ЖЭТФ - 1991. - Т.54. Вып.2. - С.100-103.

Список работ автора по теме диссертации

[Al] E.E. Orlova. Far infrared active media based on the shallow impurity states transitions in silicon / E.E. Orlova, R.Kh. Zhukavin, S.G. Pavlov, V.N. Shastin// Physica Status Solidi В - 1998. Vol. 210. - P.859.

[A2] Shastin, V.N. THz oscillators based on intraband transitions in bulk semiconductors. / Shastin, V.N., Zhukavin, R.Kh., Muravjov, A.V., Orlova, E.E., Pavlov, S.G.// EUROPTO-99. International Conference on Terahertz, Spectroscopy and Applications. Munich, Germany, June 1999. Proceedings of SPIE. Vol. 3828.-P. 40-51.

[A3] Hiibers, H.-W. Investigations of phosphorus doped silicon as a possible far-infrared laser material / Hiibers, H.-W., Auen, K., Pavlov, S.G., Orlova, E.E., Zhukavin, R.Kh., Shastin, V.N. // EUROPTO-99. International Conference on Terahertz, Spectroscopy and Applications. Munich, Germany, June of 1999. Proceedings of SPIE. Vol. 3828. - P. 52-57.

[A4] H.-W. Hiibers. Population inversion and far-infrared emission from op- t

tically pumped silicon / H.-W. Hiibers, K. Auen, S. G. Pavlov, E. E. Orlova, R. Kh. Zhukavin, and V.N.Shastin // Applied Physics Letters. - 1999. Vol.74. - P. 2655-2657. i

[A5] S.G. Pavlov. Stimulated emission from donor transitions in silicon / S.G. Pavlov R. Kh. Zhukavin, E. E. Orlova, V. N. Shastin, A. V. Kirsanov, H.-W. Hiibers, K. Auen and H. Riemann. // Physical Review Letters - 2000. Vol.84. -P. 5220-5223.

[A6] R.Kh.Zhukavin. THz lasers based on optically pumped silicon. / R.Kh.Zhukavin, S.G.Pavlov, E.E.Orlova, V.N.Shastin. // ITW2000: International

Terahertz Workshop 2000. Sandbjerg Estate, Denmark, 17-19 September, 2000. Proceedings. - P.40.

[A7] E.E. Orlova. FIR Lasing Based on Group V Donor Transitions in Silicon. / E.E. Orlova, S.G. Pavlov, R. Kh. Zhukavin, V.N. Shastin, A.V. Kirsanov, H. -W. Hubers, K. Auen, M. Rummeli, H. Reimann. // Physica B - 2001, Vol.302-303. - P.342-348.

[A8] H.-W. Hubers. THz emission from semiconductors doped by shallow impurities / H.-W. Hubers S.G. Pavlov, M. Rummeli, R.Kh. Zhukavin, E.E. Orlova, H. Riemann, and V.N. Shastin. // Physica B - 2002. Vol.308-310. - P. 232.

[A9] S.G. Pavlov. The physics of optically pumped semiconductor bulk lasers for the 5-15 THz frequency range. / S.G. Pavlov, H.-W. Hubers, M.H. Rummeli, V.N. Shastin, R.Kh. Zhukavin, E.E. Orlova, H. Nakata. // 6th IEEE/LEOS Int. Conf., Brussels, Belgium, December 3,2001. Conference proceedings - P.49.

[A 10] H.-W. Hubers. Terahertz Emission Spectra of Optically Pumped Silicon Lasers. / H.-W. Hubers, S. G. Pavlov, M. Greiner-Bar, M. H. Ruemmeli, M. F. Kimmitt, R. Kh. Zhukavin, H. Riemann, V. N. Shastin. // Physica Status Solidi B -2002. Vol.233.-P. 191-196.

[All] S.G. Pavlov. Optically pumped terahertz semiconductor bulk lasers. / S.G. Pavlov, H.-W. Hubers, E.E. Orlova, R.Kh. Zhukavin, H. Riemann, H. Nakata, and V.N. Shastin. // Physica Status Solidi B - 2003. Vol.235. - P. 126-134.

[A12] S.G. Pavlov. Optically pumped terahertz silicon lasers. / S.G. Pavlov.H.-W. Hubers, R.Kh. Zhukavin, E.E. Orlova, H. Riemann, and V.N. Shastin. // 10th International Conference on Terahertz Electronics, Selwyn College, University of Cambridge, Cambridge, UK, September 9-10, 2002. IEEE Conference proceedings. - P. 93-96.

[A13] V.N. Shastin. Silicon lasers based on shallow donor centers / V.N. Shastin, E.E. Orlova, R.Kh. Zhukavin, S.G. Pavlov, H.-W. Hubers, H. Riemann. // Towards the first Silicon laser. NATO Science Series, Edited by L. Pavesi, S. Gaponenko and L.D. Negro. Kluwer Academic Publishers. - 2003. Vol.93. - P. 341-349.

[A 14] H.-W. Hubers. THz silicon lasers. / H.-W. Hubers, S.G. Pavlov, T. O. Klaassen, J. N. Hovenier, H. Riemann, E.E. Orlova, R. Kh. Zhukavin, V.N. Shastin // 28111 International Conference on Infrared and Millimeter Waves, Otsu, Japan, September 29 - October 2, 2003. Conference Digest, JSAP Catalog No. 031231, edited by N. Hiromoto. - P.241.

[A15] S.G. Pavlov. Nonequilibrium electron distribution in terahertz intracentre silicon lasers. / S.G. Pavlov, H-W. Hubers, E.E. Orlova, R.Kh. Zhu-

kavin and V.N. Shastin. // Semiconductor Science and Technology - 2004. Vol.19 - S.465-468.

[A 16] S.G. Pavlov. Semiconductor lasers for mid- and far-infrared frequency ranges based on intracenter transitions. / S.G. Pavlov, H.-W. Hiibers, R.Kh. Zhu-kavin, V.N. Shastin // 7th Annual Symposium of the IEEE/LEOS Benelux Chapter, Amsterdam, The Netherlands, Decemb. 9, 2002. Symposium Proceeding. Published by the Vrije Universiteit Amsterdam, De Boelelaan 1081, 1081 HV Amsterdam - P.226-229.

[A17] B.H. Шастин. Infrared lasers on shallow donors in silicon / B.H. Illac-тин, С.Г. Павлов, P.X. Жукавин, and H.-W. Hiibers // VI Российская конференция по физике полупроводников, Санкт-Петербург, 27-31 октября, 2003, Материалы конференции. - С. 163.

[А 18] S.G. Pavlov. Nonequilibrium phonons in terahertz silicon lasers: building the intracenter population inversion. / S.G. Pavlov, H.-W. Hiibers, R.Kh. Zhukavin, J.N. Hovenier, Т.О. Klaassen, H. Riemann, D. Carder A.F.G. van der Meer, and V.N. Shastin. //11th International Conference on Phonon Scattering in Condensed Matter, St. Petersburg, Russia, July 25-30, 2004, Published by Ioffe Physical-Technical Institute, Conference Abstracts - P. 48.

[A19] V.N. Shastin. THz silicon lasers based on impurity-state transitions. / V.N. Shastin, S.G. Pavlov, R.Kh. Zhukavin, N.A. Bekin, and H.-W. Hiibers. // Joint 29th International Conference on Infrared and Millimeter Waves and 12th International Conference on Terahertz Electronics, Karlsruhe, Germany, Sept. 26 - Oct. 1,2004. Conference Digest, IEEE Cat. No. 04EX857. - P. 79-80.

[A20] B.H. Шастин. Полупроводниковые лазеры ИК излучения на мелких кулоновских центрах. / В.Н. Шастин, Р.Х. Жукавин, Е.Е. Орлова, С.Г.Павлов, М.Н. Riimmeli, H.-W. Hiibers, // V Российская конференция по физике полупроводников, Москва, 2001, Материалы конференции. - С. 183.

[А21] R. Kh. Zhukavin. D" centers in intracenter Si:P lasers. / R. Kh. Zhukavin. R. Kh. Zhukavin, S.G. Pavlov, K. A. Kovalevsky, H.-W. Hiibers, H. Riemann, V. N. Shastin. // Journal of Applied Physics - 2005. Vol. 97. - P. 1137086.

[A22] R. Kh. Zhukavin. THz stimulated emission from impurities in semiconductors. / R. Kh. Zhukavin E.E. Orlova, V.N. Shastin, S.G. Pavlov, M. Riimmeli, H. -W. Hiibers, J.N. Hovenier, Т.О. Klaassen, H. Reimann, A.F.G. van der Meer. // FOM Conference, Veldhoven, Netherlands, December 18-19, 2001. Conference proceedings. - P. 126.

[A23] V. N. Shastin. Stimulated terahertz emission from group-V donors in silicon under intracenter photoexcitation. / R. Kh. Zhukavin, E. E. Orlova, S. G.

Pavlov, M. H. Rummeli, H.-W. Httbers, J. N. Hovenier, T. O. Klaassen, H. Riemann, I. V. Bradley, A. F. G. van der Meer. // Applied Physics Letters - 2002. Vol.80.-P. 3512-3514.

[A24] V. N. Shastin. Si-based shallow donor far-infrared lasers. / V. N. w Shastin, R. Kh. Zhukavin, E. E. Orlova, D. M. Gaponova, A. V. Muravjov, S. G.

Pavlov, M. H. Ruemmeli, H.-W. Hubers, J. N. Hovenier, T. O. Klaassen, A. F. G. van der Meer. // 26th International Conference on the Physics of Semiconductors, Edinburgh, UK, Jul 29 - Aug 2, 2002. Conference Abstracts - H42.

[A25] T. O. Klaassen, THz emission spectra of optically pumped Si-based THz lasers. / T. O. Klaassen, J. N. Hovenier, R. Kh. Zhukavin, D. M. Gaponova, A. V. Muravjov, E.E. Orlova, V.N. Shastin, S.G. Pavlov, H.-W. Htlbers, H. Riemann, and A.F.G. van der Meer. // 10th International Conference on Terahertz Electronics, Selwyn College, University of Cambridge, Cambridge, UK, September 9-10,

2002. IEEE Conference proceedings. - P. 89-92.

[A26] J. N. Hovenier. Stimulated THz emission from Si:P and Si:Bi under resonant intracenter optical pumping. / J. N. Hovenier, R. Kh. Zhukavin, D. M. Gaponova, A. V. Muravjov, E. E. Orlova, V. N. Shastin, S. G. Pavlov, H.-W. Hubers, T. O. Klaassen, H. Riemann, and A.F.G. van der Meer. // The 27th IEEE International Conference on Infrared and Millimeter Waves, San Diego, California, USA, September 22 - 26, 2002. Conference Digest of Technical Papers, published by IEEE Press. - P. 271-272.

[A27] R.Kh. Zhukavin. Laser transitions under resonant optical pumping of donor centres in Si:P. / R.Kh. Zhukavin, D.M. Gaponova, A.V. Muravjov, E.E. Orlova, V.N. Shastin, S.G. Pavlov, H.-W. Hubers, J.N. Hovenier, T.O. Klaassen, H. Riemann, A.F.G. van der Meer. // Applied Physics B, rapid communication -

2003. Vol.76-P. 613-616.

[A28] S.G. Pavlov. Terahertz silicon lasers. / S.G. Pavlov, H.-W. Htlbers, M.H. Rtimmeli, J.N. Hovenier, T.O. Klaassen, R.Kh. Zhukavin, A.V. Muravjov, V.N. Shastin, // Towards the first Silicon laser. NATO Science Series, Edited by L. Pavesi, S. Gaponenko and L.D. Negro. Kluwer Academic Publishers. - 2003. Vol.93.-P. 331-340.

[A29] J.N. Hovenier. Stimulated THz emission from resonant intra-center optical pumped Si:P and Si:Bi. / J.N. Hovenier T.O. Klaassen, R.Kh. Zhukavin, D.M. Gaponova, A.V. Muravjov, E.E. Orlova, V.N. Shastin, S.G. Pavlov, H.-W. HUbers, T.O. Klaassen, H. Riemann, and A.F.G. van der Meer. // 7th Annual Symposium of the IEEE/LEOS Benelux Chapter, Amsterdam, The Netherlands, Decemb. 9, 2002. Symposium Proceeding. Published by the Vrije Universiteit Amsterdam, De Boelelaan 1081, 1081 HV Amsterdam - P. 167-170.

[A30] S.G. Pavlov. Nonequilibrium electron and phonon distributions in terahertz silicon lasers. / S.G. Pavlov, H.-W. Httbers, V.N. Shastin, R.Kh. Zhukavin, J.N. Hovenier, T.O. Klaassen, H. Riemann, A. F. G. van der Meer. // 13th Int. Conf. on Nonequilibrium Carrier Dynamics in Semiconductors, Modena, Italy, 28 July- 2 August 2003. Conference Proceedings - P. Thl 1-11.

[A31] H.-W. Hiibers. THz silicon lasers. / H.-W. Hiibers, S.G. Pavlov, N. Hovenier, T. Klaassen, H. Riemann, E.E. Orlova, R.Kh. Zhukavin, and V.N. Shastin. // 11th IEEE Int. Conf. on Terahertz Electronics, Sendai, Japan, September 24 - 26, 2003. Conference Proceedings. - P. 68.

[A32] S.G. Pavlov. Generation of THz emission from donor centers in silicon under intracenter optical pumping. / S.G. Pavlov, J.N. Hovenier, T.O. Klaassen, D.A. Carder, H.-W. Hiibers, R.Kh. Zhukavin, H. Riemann, B. Redlich, and V.N. Shastin. // Joint 29th International Conference on Infrared and Millimeter Waves and 12th International Conference on Terahertz Electronics, Sept. 26 - Oct. 1, 2004, Karlsruhe, Germany, Conference Digest IEEE Cat. No. 04EX857. - P. 301-302.

[A33] T. O. Klaassen. Stimulated THz Emission of Si:P Under Nano- and Picosecond Resonant Optical Pumping of Donor Centres. / T. O. Klaassen J. N. Hovenier, S.G. Pavlov, E.E. Orlova, R. Kh. Zhukavin, A. V. Muravjov, V.N. Shastin, H.-W. Hiibers, H. Riemann, and A.F.G. van der Meer. // 28th International Conference on Infrared and Millimeter Waves, Otsu, Japan, September 29 - October 2, 2003. Conference Digest, JSAP Catalog No. 031231, edited by N. Hiromoto.-P.195.

[A34] R.Kh. Zhukavin. Gain in silicon lasers based on shallow donor transitions. / R.Kh. Zhukavin, S.G. Pavlov, J.N. Hovenier, T.O. Klaassen, H.-W. Hiibers, A.F.G. van der Meer and V. N. Shastin. // Joint 29th Intemationsal Conference on Infrared and Millimeter Waves and 12th International Conference on Terahertz Electronics, Karlsruhe, Germany, Sept. 26-Oct. 1, 2004. Conference Digest, IEEE Cat. No. 04EX857. - P. 303-304.

[A35] T.O. Klaassen. Time resolved terahertz emission in Si:P under resonant pumping of donor centres with picosecond optical pulses. / T.O. Klaassen, J.N. Hovenier, S.G. Pavlov, H-W. Httbers, E.E. Orlova, R.Kh Zhukavin, A.V. Muravjov, V.N. Shastin, H. Riemann, B. Redlich, P.J. Phillips, D.A. Carder, A.F.G. van der Meer. // 2004 Symposium of IEEE/LEOS (Lasers and Electro-Optics Society) Benelux Chapter, December 2-3, 2004, Gent, Belgium, Proceedings. Published by Gent University, ISBN: 9076546061. - P. 227-230.

Жукавин Роман Хусейнович

СТИМУЛИРОВАННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ПРИ ОПТИЧЕСКОМ ВОЗБУЖДЕНИИ ДОНОРОВ ФОСФОРА

В КРЕМНИИ

Автореферат

Подписано к печати 18 ноября 2005 г. Тираж 100 экз. Отпечатано в Институте физики микроструктур РАН, 603950, г. Н. Новгород, ГСП-105

»23 9 94

РНБ Русский фонд

2006-4 23327

Введение.

Глава 1. Теоретические представления о механизме инверсной населенности состояний мелких доноров в кремнии и соответствующих эффектов усиления.

1.1. Мелкие доноры в кремнии.

1.2. Время жизни электрона в зоне проводимости и возбужденных состояниях донора фосфора в кремнии.

1.2.1. Рассеяние свободных носителей на акустических фононах.

1.2.2. Переходы между уровнями дискретного спектра со спонтанным излучением акустических фононов. Водородоподобный центр.

1.2.3. Влияние анизотропии состояний донорного центра на вероятности перехода с излучением акустических фононов.

1.2.4. Влияние междолинных переходов на вероятность акустической релаксации между локализованными состояниями.

1.2.5. Время жизни состояния 2ро.

1.2.6. Время жизни отщепленных состояний 1б(Е) и ^(Тг).

1.2.7. Каскадный захват носителей на кулоновский центр.

1.3. Механизм формирования инверсной населенности состояний донора фосфора в кремнии при оптической накачке.

Глава 2. Наблюдение спонтанного и стимулированного излучения при накачке излучением СО2 лазера.

2.1. Экспериментальная методика для наблюдения фотолюминисценции из кремния легированного мелкими донорами.

2.2. Спонтанное излучение из БкР при оптической накачке.

2.3. Наблюдение эффекта стимулированного излучения.

2.3.1. Влияние уровня легирования.

2.3.2. Временная динамика стимулированного излучения

2.3.3. Спектр стимулированного излучения кремния, легированного фосфором, при фотоионизации активных центров.

2.3.4. Влияние температуры на эффект стимулированного излучения

Глава 3. Отрицательно заряженные доноры в Б^Р и влияние компенсации на усиление и поглощение ТГц излучения при оптическом возбуждении излучением С02 лазера.

3.1. Населенность О" центров и поглощение ТГц излучения.

3.2. Методика эксперимента и характеристики образцов.

3.3. Влияние компенсации на зависимость спонтанного излучения от интенсивности накачки и усиление ТГц излучения.

3.4. Влияние компенсации на поглощение фонового излучения.

3.5. Зависимость пороговой интенсивности накачки от компенсации.

Глава 4. Особенности стимулированного излучения доноров фосфора в кремнии при внутрицентровом оптическом возбуждении.

4.1. Специфика внутрицентровой накачки.

4.2. Экспериментальная установка для наблюдения стимулированного излучения при внутрицентровой накачке.

4.2.1. Параметры лазера на свободных электронах, используемого для внутрицентровой накачки.

4.2.2. Параметры образцов.

4.3.1. Зависимость эффекта стимулированного излучения от длины волны возбуждения.

4.3.2. Спектр стимулированного излучения БпР при внутрицентровой накачке.

Глава 5. Коэффициент усиления терагерцового излучения доноров фосфора при их внутрицентровом и фотоионизирующем возбуждении.

5.1. Измерение коэффициента усиления по времени нарастания при внутрицентровом возбуждении.

5.2. Измерение коэффициента усиления по схеме «лазер - усилитель».

5.2.1. Методика измерения.

5.2.2. Коэффициент усиления при накачке излучением СОг лазера.

5.2.3. Коэффициент усиления при виутрицентровом возбуждении.

Глава 6. Сравнительные характеристики излучения доноров пятой группы в кремнии.

6.1. Особенности различных донорных центров.

6.2. Спектры стимулированного излучения доноров при их фотоионизации.

6.3. Временные характеристики стимулированного излучения доноров.

6.4. Зависимость стимулированного излучения от температуры.

6.5. Особенности спектра стимулированного излучения доноров пятой группы при внутрицентровой накачке в линиях.

6.6. Перспективы развития источников излучения на примесных переходах.

Актуальность темы диссертации

Поиск новых принципов для разработки источников когерентного излучения в диапазоне частот 1-10 ТГц вызывает большой интерес уже довольно долгое время. Это обусловлено несколькими причинами. В терагерцовом диапазоне частот сосредоточены наблюдаемые энергии вращательных переходов органических сред и молекул газов, фононные спектры в твердых телах, переходы между состояниями локализованных примесей в полупроводниках. Большое значение имеет взаимодействие тера-герцового излучениями живой материи. В высокотемпературных сверхпроводниках (ВТСП) энергия связи куперовских пар также соответствует ТГц диапазону. Исторически разработка источников терагерцового диапазона ведется по нескольким направлениям. Среди наиболее разработанных следует отметить не полупроводниковые источники. В первую очередь это лазеры на свободных электронах (ЛСЭ) [1], где достигнуты рекордные для этого диапазона мощности (несколько мегаватт) с возможностью непрерывной перестройки в широком интервале, что делает их идеальным инструментом для научно-исследовательских целей. Очевидным недостатком ЛСЭ является громоздкость и стационарность этих установок. Другим широко используемым источником терагерцового излучения являются лампы обратной волны (ЛОВ), для которых получены частоты до 3 ТГц при мощности порядка 1 мВт [2]. Однако дальнейшее продвижение в коротковолновую область вызывает затруднение из-за проблем миниатюризации замедляющих систем и уменьшения поперечных размеров пучка. Большой набор дискретных линий излучения получен при оптическом возбуждении (как правило, излучением СО2 лазера) вращательно-колебательных переходов молекулярных сред (НгО, ЭгО, СН3ОН и др.) [3]. Они получили широкое распространение в качестве гетеродинов в гетеродинных приемниках. Однако ограниченный выбор линий и сложности в перестройке частот ограничивают сферу их применений. Стремление получить компактный, эффективный и перестраиваемый источник когерентного излучения терагерцового диапазона ставит задачи поиска новых полупроводниковых активных сред. В первую очередь речь идет о преобразовании излучения ближнего ИК диапазона с использованием различных физических принципов. Первые попытки были сделаны с использованием эффектов смешения. Разработаны системы, позволяющие производить плавную перестройку в ТГц диапазоне путем изменения условий синхронизма при смешении частот ближнего ИК с разностью, соответствующей терагерцовому диапазону [4]. Другим, характерным для терагерцового диапазона, стало появление так называемых АиБЮп БЛуисЬз (излучателей Остона), в которых полупроводник пластины (как правило, это ОаАэ) возбуждаются на межзонных переходах фемтосекундным источником излучения и, благодаря протеканию импульсного тока, являются источниками в ТГц диапазоне [5]. Резонансно-туннельный диод позволяет достичь частоты 0,7 ТГц [6], однако дальнейшее увеличение частоты сдерживается техническими трудностями, хотя применение этих устройств в качестве смесителей возможно и в более высоких частотах. Применение тройных соединений типа РЬБиБе [7] позволило создать первые инжекционные терагерцовые лазеры с длиной волны до 40 мкм, однако уменьшение ширины щели приводит к высокой вероятности Оже-процессов, что затрудняет применение подобных принципов для получения эффективных источников, работающих при комнатной или хотя бы азотной температуре.

Первыми полупроводниковыми лазерами в диапазоне 50 -200 мкм стали р-ве лазеры, работающие с использованием различных излучательных переходов. После предложения по использованию особенностей транспорта горячих дырок германия в сильном электрическом поле [8] появились несколько источников когерентного излучения, такие как НЕМАГ (700+2000 мкм) [9], лазер на циклотронном резонансе горячих дырок в скрещенных полях (100+400 мкм) [10, И] и лазер на межподзонных переходах горячих дырок германия [12, 13]. В частности, лазер на 1-И переходах в скрещенных электрическом и магнитном полях имеет достаточно широкий спектр выходного излучения (70+200 мкм) с возможностью одномодовой генерации во всем диапазоне [14]. Характерным общим недостатком р-Эе лазеров, ограничивающих их применение следует считать малую эффективность, что в результате приводит к низким рабочим температурам и большой скважности импульсов выходного излучения. Немного позднее появились работы [15] с сообщением о стимулированном излучении разогретыми электрическим полем дырками в одноосно деформируемом германии. Авторы полагают, что данный источник может работать в непрерывном режиме с перестройкой длины волны вблизи 100 мкм путем изменения приложенного давления [16].

Настоящим прорывом можно назвать достижение эффекта стимулированного излучения в квантово-каскадных лазерах. Развитие нанотехнологии позволяет выращивать с моноатомной точностью многослойные гетероструктуры из полупроводниковых материалов, причем расстояние между подзонами (или минизонами) размерного квантования в активном слое выбирается соответствующим ТГц диапазону [17, 18]. Однако большие величины коэффициента фононного поглощения в ОаАБ [19] делают применение этой технологии для диапазона 6-г9 ТГц затруднительным.

По этой причине существует устойчивый интерес к созданию ТГц лазеров на основе кремния или кремнийсодержащих материалов, так как он обладает малым коэффициентом решеточного поглощения в указанном диапазоне [19, 20] и, кроме того, существует возможность использования развитой кремниевой технологии. Можно отметить, что первыми попытками в этом направлении были эксперименты по получению инверсии населенности в объемном БиВ в скрещенных электрическом и магнитном полях [21] и получение электролюминесценции из напряженных ЗУЭЮе ге-тероструктур [22-25]. Таким образом, можно сказать, что кремниевые источники остаются в стадии разработки, несмотря на проведенные в этом направлении исследования. Перспективным направлением является использование примесных состояний в полупроводниках, в частности, донорных центров в кремнии [26, 27]. В качестве основных причин можно назвать большие сечения оптических переходов и относительно большие времена жизни электронных состояний. Предложения по использованию полупроводников, легированных мелкими примесными центрами, в качестве лазерной среды высказывались достаточно давно [28]. Впервые сообщение о регистрации спонтанного излучения из кремния, легированного акцепторами при накачке излучением СО2 лазера было сделано в работе [29]. Впервые механизм создания инверсии и получения усиления на внутрицентровых перехода фосфора и висмута был предложен в 1996 г. [26, 27].

Цель диссертационной работы

Целью диссертационной работы является определение возможности формирования инверсии населенности на локализованных состояниях донора фосфора в кремнии и получение стимулированного излучения при их оптическом возбуждении.

Научная новизна результатов диссертационной работы

- экспериментально показано, что особенности акустической релаксации электронов на внутрицентровых переходах доноров фосфора в кремнии, приводят к формированию инвертированных распределений; получено стимулированное излучение из кремния, легированного фосфором при фотоионизации активных центров; исследованы временные, спектральные характеристики выходного излучения; получено стимулированное излучение из кремния, легированного фосфором при резонансной накачке локализованных состояний донора, исследованы временные, спектральные характеристики выходного излучения. Показано, что спектр возбуждения стимулированного излучения качественно повторяет спектр поглощения фосфора в кремнии; показано, что длина волны стимулированного излучения фосфора в кремнии зависит от возбуждаемого состояния центра, что является следствием симметрии волновых функций.

Научная и практическая значимость работы

Научная значимость состоит в возможности использования особенностей релаксации электронов по состояниям доноров в кремнии с целью получения инвертированных распределений и усиления излучения в терагерцовом диапазоне частот Практическая значимость определяется реализацией нового типа полупроводниковых источников стимулированного излучения — кремния, легированного фосфором при оптическом возбуждении. Данный источник может быть использован в качестве гетеродина в радиоастрономии. Результаты работы могут быть использованы при исследовании других примесей в кремнии с целью получения стимулированного излучения.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Специфика внутрицентровой релаксации электронов на связанных состояниях доноров в Б! на акустических фононах при низких температурах приводит к инверсии населенности и эффектам усиления в ТГц диапазоне частот.

2. Оптическая накачка кремния, легированного фосфором, позволяет получить эффект стимулированного излучения на переходах 2р0 - 1б(Е) и 2ро - ЩТг).

3. Введение компенсирующей примеси уменьшает концентрацию отрицательно заряженных доноров в условиях фотоионизации активной среды, что приводит к увеличению коэффициента усиления и снижению порога генерации.

4. Непосредственная накачка верхнего рабочего уровня 2ро приводит к генерации излучения на переходе 2ро-1з(Е), в то время как возбуждение других вышележащих состояний, включая состояния зоны проводимости, ведет к генерации излучения на переходе 2po-ls(T2).

Вклад автора

• Определяющий вклад в проведение экспериментальных исследований по получению спонтанного и стимулированного излучения доноров фосфора при их фотоионизации излучением [А1-А9].

• Равнозначный вклад в получение спектральных и температурных зависимостей стимулированного излучения доноров фосфора при их фотоионизации и анализ результатов измерений [А10-А13] (совместно с С.Г.Павловым).

• Определяющий вклад в подготовку проведение и интерпретацию измерений по выяснению влияния компенсации на усиление доноров фосфора в кремнии [А 17, А20, А21] (при участии К.А.Ковалевского и С.Г. Павлова).

• Основной вклад в подготовку эксперимента по внутрицентровому возбуждению доноров излучением лазера на свободных электронах [А16-А32] и равнозначный с С.Г.Павловым, М.Рюммели и Я.Н.Ховениром вклад при его проведении.

• Определяющий вклад в проведение измерений коэффициента усиления и интерпретацию данных [A33-A35] (совместно с С.Г.Павловым, А.В.Муравьевым и Я.Н.Ховениром).

Реализация результатов работы

Полученные результаты применялись и применяются при теоретических и экспериментальных исследованиях неравновесных носителей заряда в полупроводниках и полупроводниковых структурах, разработках новых источников в ТГц диапазоне в ИФМ РАН (Нижний Новгород), Institut für Planetenforschung (Берлин), Technical Delft University, FOM-Institute for Plasma Physics (Нидерланды), Osaka University (Япония).

Апробация работы

Материалы, вошедшие в диссертационную работу, обсуждались на семинарах ИФМ РАН, Нижегородского государственного университета, Университета Брауншвейга, Технического Университета Дельфта, Института исследования планет (Берлин). Основные результаты диссертации представлялись на 5-7 Российских конференциях по физике полупроводников, Н. Новгород 2001, С.-Петербург 2003 и Звенигород 2005, 8-10 Международных конференциях по мелким примесным центрам в полупроводниках (Shallow Level Centers in Semiconductors SLCS-8 - SLCS-10), Монпелье, Франция, 1998, Хиого, Япония, 2000, Варшава, Польша, 2002; Международной конференции по терагерцовой спектроскопии и ее применениям (Terahertz Spectroscopy and Applications (EUROOPTO-99)), Мюнхен, Германия 1999; Международном совещании по терагерцам (International Terahertz Workshop), Сандберг, Дания, 2000; Встрече по оптоэлектронике на основе кремния (One day meeting on Si-based optoelectronics), Лидс, Великобритания, 2000; Голландском совещании по физике твердого тела, Вельдховен, Нидерланды, 2001; 6 и 7 Симпозиуме IEEE/LEOS (Benelux Chapter), 2001, Брюссель, Бельгия, 2002, Амстердам, Голландия; Международной конференции по физике полупроводников (International Conference on Physics of Semiconductors) Эдинбург, Великобритания, 2002; 10 и 11 Международной конференции по терагерцовой электронике (IEEE International conference on Terahertz Electronics) Кембридж, Великобритания, 2002 и Япония, 2003; 27-29 Международной конференции по инфракрасному и миллиметровому излучению (International Conference on Infrared and Millimeter Waves), Сан-Диего, США, 2002, Япония, 2003, Карлсруэ, Германия, 2004; 21 Международной конференции по дефектам в полупроводниках (International Conference on Defects in Semiconductors), Гиссен, Германия, 2001; Рабочем Совещании при поддержке НАТО (NATO Advanced Research Workshop "Towards the first silicon laser"), Тренто, Италия, 2002.

Публикации

Содержание диссертации опубликовано в 11 печатных работах в периодических научных журналах и изданиях и в 24 работах в материалах конференций.

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и одного приложения. Общий объем диссертации составляет 118 страниц, включая 59 рисунков и 7 таблиц. Список литературы содержит 83 наименования.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Получено стимулированное излучение примесных центров фосфора в кремнии при фотоионизации излучением С02 лазера. Длина волны излучения соответствует переходу между состояниями 2ро и 1б(Т2) донорного центра (55 мкм). Эффект возникает пороговым образом при превышении интенсивности накачки 20 кВт/см2. Рабочие температуры лежат в диапазоне Т < 16 К.

2. Обнаружено влияние компенсации на поглощение в дальнем ИК диапазоне длин волн и величину пороговой интенсивности накачки. Экспериментально показано, что введение акцепторов приводит к значительному уменьшению поглощения в дальнем инфракрасном диапазоне длин волн в предпороговом режиме и снижению пороговых интенсивностей накачки.

3. Получено стимулированное излучение при резонансном возбуждении состояний фосфора в кремнии излучением лазера на свободных электронах. Спектр возбуждения повторяет спектр поглощения БкР в дальнем ИК диапазоне.

4. Измерен спектр стимулированного излучения при резонансном возбуждении локализованных состояний фосфора в кремнии. При резонансной накачке уровня 2ро генерация развивается на переходе между уровнями 2ро и ^(Е) (59 мкм). Возбуждение других уровней донора приводит к возникновению стимулированного излучения на переходе между уровнями 2ро и и(Т2) (55 мкм).

5. Определен коэффициент усиления дальнего ИК излучения при возбуждении кремния легированного фосфором. Коэффициент усиления на переходе между 2ро и 1б(Т2) составляет при фотоионизации 0,2 см"1, а при резонансном возбуждении центра-4 см"1.

В заключение хочется выразить благодарность научному руководителю В.Н. Шастину за предложенную тему исследований, помощь в решении поставленных задач и физической интерпретации полученных экспериментальных результатов, а также навыки научных исследований, приобретенные в течение совместной работы. Выполнение исследований проходило в тесном сотрудничестве с сотрудниками лаборатории, и в первую очередь хочется выразить благодарность С.Г. Павлову за помощь в проведении экспериментальных исследований и обсуждении результатов, а также Е.Е. Орловой, A.B. Муравьеву и К.А. Ковалевскому. Отдельно выражается благодарность A.B. Кирсанову за предоставление возможности использования TEA СО2 лазера в первых экспериментах по наблюдению эффекта стимулированного излучения и помощь в освоении СО2 техники. Работа выполнялась при международном сотрудничестве, поэтому автор считает необходимым поблагодарить иностранных коллег H.W.-Hübers, М.Н. Rümmeli, M. GreinerBär, H. Riemann, H.B. Абросимова, J.N. Hovenier, Т.О. Klaassen, а также персонал FELIX. Кроме того, хочется сказать спасибо Б.А. Андрееву и В.Я. Алешкину за консультации в области физики мелких примесных центров в полупроводниках. Выражается благодарность В.И. Гавриленко за чтение диссертации и критические замечания, позволившие значительно улучшить содержание, а также представление диссертации на Ученом совете ИФМ РАН.

Заключение

1. Kozlov G.V. Coherent Source for Submillimeter Wave Spectroscopy. / Kozlov G.V., Volkov A. A. // Topics in Applied Physics, edited by G. Gruner, published by SpringerVerlag- 1998. V. 74-P. 51-109.

2. Th. de Temple. Pulsed Optically Pumped Far Infrared Lasers in Infrared and Millimeter Waves. // Edited by K.J. Button. N.Y. 1979. V.l - P. 129.

3. T. Tanabea. Frequency-tunable high-power terahertz wave generation from GaP. / T. Tanabea, K. Suto, J. Nishizawa, T. Kimura, K. Saito. // Journal of Applied Physics 2003. V. 93(8)-P. 4610-4615.

4. D. Grischkowsky. Far-infrared time-domain spectroscopy with terahertz beams of dielectrics and semiconductors. / D. Grischkowsky, S. Keiding, M. van Exter, and C. Fattinger. // Journal of Optical Society of America B. 1990. V.7(10) - P. 2006-2015.

5. E.R. Brown. Oscillations up to 712 GHz in InAs/AlSb resonant-tunneling diodes. / E. R. Brown, J. R. Soderstrom, C. D. Parker, L. J. Mahoney, К. M. Molvar, Т. C. McGill. // Applied Physics Letters 1989. V. 55(17) - P. 1777-1779.

6. M.C. Мурашов. О временных задержках генерации излучения в лазерных диодах на основе халькогенидов свинца. // М.С. Мурашов, А.П. Шотов. // Квантовая электроника. 1995. Т.22, №12. - С. 1255-1256.

7. Андронов А.А. Об усилении далекого инфракрасного излучения в германии при инверсии населенностей «горячих» дырок. / Андронов А.А. Козлов В.А., Мазов JI.C., Шастин В.Н. // Письма в ЖЭТФ. 1979. Т.30(9) - С. 585-589.

8. V.I. Gavrilenko. Negative mass cyclotron resonance maser / V.I. Gavrilenko and Z.F. Krasil'nik. // Optical and Quantum Electronics 1991. V.23. - S323-S329.

9. Ivanov, Y.L. Generation of Cyclotron Radiation by Light Holes in Germanium. / Ivanov, Y.L. // Optical and Quantum Electronics 1991. V.23. - S253-S265.

10. Mitygin, Yu.A. Wide-Range Tunable Sub-Millimeter Cyclotron Resonance laser. / Mitygin, Yu.A., Murzin, V.N., Stoklitsky, S.A., Chebotarev, A.P. // Optical and Quantum Electronics 1991. V.23. - S307-S311.

11. Андронов А.А. Стимулированное излучение в длинноволновом ИК диапазоне на горячих дырках Ge в скрещенных электрическом и магнитном полях. / Андронов А.А. Зверев И.В., Козлов В.А., Ноздрин Ю.Н., Павлов С.А., Шастин В.Н. // ЖЭТФ 1984. Т.40(2) - С.69-71.

12. L.E. Vorobjev. Generation of far-infrared radiation by hot holes in germanium and silicon in E-LH fields. / L.E. Vorobjev, S.N. Danilov, V.I. Stafeev. // Optical and Quantum Electronics- 1991. V.23.-S221-S229.

13. A.B. Муравьев. Перестраиваемый узкополосый лазер на межподзонных переходах дырок германия. / А.В. Муравьев, С.Г. Павлов, В.Н. Шастин. // Квантовая электроника.- 1993. Т. 20(2).-С. 142-148.

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

15. Yu. P. Gousev. Widely tunable continuous-wave THz laser. / Yu. P., Gousev. I. V., Altukhov, K. A. Korolev, V. P. Sinis, and M. S. Kagan. // Applied Physics Letters 1999. V. 75. - P.757-759.

16. Kohler, R. Terahertz semiconductor-heterostructure laser. / Kohler, R., Tredicucci, A., Beltram, F., Beere, H., Linfield, E., Davies, G., Ritchie, D., lotti, R.C., and Rossi, F. // Nature. -2002. V.417.-P. 156-159.

17. Rochat, M. Low-threshold terahertz quantum-cascade lasers. / Rochat, M., Ajili, L., Willenberg, H., Faist, J., Beere, H., Davies, G., Linfield, E., and Ritchie, D. // Applied Physics Letters 2002. V. 81.-P. 1381-1383.

18. Dargys A. Handbook on Physical Properties of Ge, Si, GaAs and InP / DargysA. and J. Kundrotas. // Science and Encyclopedia Publishers Vilnius - 1994. - 187 p.

19. M. Ikezawa. Far-infrared absorption due to the two-phonon difference process in Si. / M. Ikezawa and M. Ishigame. // Journal of Physical Society of Japan. 1981. V. 50. - P. 37343738.

20. Dehlinger G. Intersubband electroluminescence from silicon-based quantum cascade structures. / Diehl L, Gennser U, Sigg H, Faist J, Ensslin K, Grutzmacher D, Muller E. // Science. 2000. Dec 22; 290 (5500). P. 2277-2280.

21. M. S. Kagan. THz lasing of SiGe/Si quantum-well structures due to shallow acceptors / M. S. Kagan I. V. Altukhov, E. G. Chirkova, V. P. Sinis, R. T. Troeger, S. K. Ray, and J. Kolodzey. // Physica Status Solidi В 2003. V.235(l) - P. 135-138.

22. Shastin V.N. Far-Infrared Active Media Based on Inraband and Shallow Impurity States Transitions in Si, / Shastin V.N. // 21th Int. Conf. on Infrared and Millimeter Waves, Berlin. Conference proceeding, 1996. - CT2.

23. Orlova E.E. Inverse Population of Bismuth Donor Excited States and FIR Amplification in Silicon. / Orlova E.E., Shastin V.N. // 21th Int. Conf. on Infrared and Millimeter Waves, Berlin. Conference proceeding, 1996 - CTh4.

24. Басов Н.Г. Генерация, усиление и индикация инфракрасного и оптического излучений с помощью квантовых систем. / Басов Н.Г., Крохин О.Н., Попов Ю.М. // УФН 1960. т. LXXII, вып. 2. - С. 162-209.

25. Я.Е. Покровский. Медленная релаксация возбужденных состояний акцепторов в кремнии. / Я.Е. Покровский, О.И. Смирнова. // Письма в ЖЭТФ 1991. Т.54(2) - С. 100103.

26. С. Smith. Piezorezistance Effect in Germanium and Silicon. / C. Smith. // Physical Review 1954. V. 94 - P. 42-49.

27. R.N. Dexter. Effective Masses of Electrons in Silicon. / R.N. Dexter, Benjamin Lax, A.F. Kip and G. Dresselhaus. // Physical Review 1954. V. 96 - P.222-223.

28. G.L. Pearson. Electrical Properties of Pure Silicon and Silicon Alloys Containing Boron and Phosphorus. / G.L. Pearson, J. Bardeen. // Physical Review 1949. V.75 - P.865-883.

29. W .Kohn. Theory of Donor States in Silicon. / W .Kohn and J.M. Lattinger. // Physical Review 1955. V.98. - P. 915-922.

30. Г. JI. Бир. Симметрия и деформационные дефекты в полупроводниках. // Г. JI. Бир, Г.Е. Пикус. // М., Наука. 1972 - 584 с.

31. R.A. Faulkner. Higher donor states for prolate-spheroid conduction bands: a réévaluation of silicon and germanium. / R.A. Faulkner. // Physical Review 1969. V. 184 - P. 713-721.

32. Y.-C. Chang. Model Hamiltonian of donors in indirect-gap materials. / Y.-C. Chang, T. C. McGill and D. L. Smith. // Physical Review В 1981. V. 23 - P. 4169-4182.

33. Socrates T. Pantelides. The electronic structure of impurities and other point defects in semiconductors. // Socrates T. Pantelides. // Review on Modern Physics 1978. V. 50(4) -P.797-858.

34. Бейнихес И.Л. Доноры в многодолинных полупроводниках в приближении центральной ячейки нулевого радиуса. / Бейнихес И.Л., Коган Ш.М. // ЖЭТФ 1987. Т. 93 - С.285-301.

35. Clauws P. Oscillator strengths of shallow impurity spectra in germanium and silicon. / Clauws P., Broeckx J., Rotsaert E., Vennik J. // Physical Review В -1998. V. 38 P. 1237712382.

36. Ramdas, A.K. Spectroscopy of the solid-state analogues of the hydrogen atom: donors and acceptors in semiconductors. / Ramdas, A.K. and Rodriguez, S. // Reports on Progress in Physics-1981. V. 44-P. 1297-1387.

37. Conyers Herring. Transport and Deformation-Potential Theory for Many-Valley Semiconductors with Anisotropic Scattering. / Conyers Herring and Erich Vogt. // Physical Review 1956. V.101 - P. 944-961.

38. Leonard Kleinman. Deformation Potentials in Silicon. II. Hydrostatic Strain and the Electron-Phonon Interaction. / Leonard Kleinman. // Physical Review 1963. V. 130(6) - P. 2283-2289.

39. B.H. Абакумов. Безызлучательная рекомбинация в полупроводниках. / В.Н. Абакумов, В.И. Перель и И.Н. Яссиевич. // изд-во: Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН, С.-Петербург. 1999 - 376 с.

40. G. Ascarelly. Recombination of Electrons and Donors in n-type Germanium. / G. Ascarelly and S. Rodriguez. // Physical Review 1961. V. 124(5) -P. 1321-1328.

41. M. Кузнецов. Внутрицентровая релаксация донорных центров кремния на акустических фононах./ М. Кузнецов. // Курсовая работа, ВШОПФ ННГУ. 2004 - 11 с.

42. М. Asche. Electron-phonon interaction in n-Si. / M. Asche and O.G. Sarbei. // Physica Status Solidi В 1981. V. 103 - P. 11-50.

43. V. J. Tekippe. Determination of the Deformation-Potential Constant of the Conduction Band of Silicon from the Piezospectroscopy of Donors. / V. J. Tekippe H. R. Chandrasekhar, P. Fisher, and A. K. Ramdas. // Physical Review В 1972. V. 6 - P. 2348-2356.

44. D.K. Ferry. First-order optical and intervalley scattering in silicon. / D.K. Ferry. // Physical Review В 1976. V. 14. - P. 1605-1609.

45. A. Onton. Evidence of intervalley scattering of electrons in the extrinsic photoconductivity of n-type silicon. / A. Onton. // Physical Review Letters 1969. V. 22. - P. 288-290.

46. Theodore G. Castner. Raman Spin-Lattice Relaxation of Shallow Donors in Silicon Theodore G. Castner. // Physical Review 1963. V. 130. P. 58-75.

47. Publishing ISBN:-7503-0924-5, Conference Proceeding. V. 3. - P. 123.

48. Andreev B.A. Oscillator strengths and linewidths of shallow impurity spectra in Si and Ge. / Andreev B.A., Kozlov E.B., and T.M. Lifshitz. // Material Science Forum. 1995. V.196-201, -P. 121.

49. C. Jagannath. Linewidths of the electronic excitation spectra of donors in silicon. / Z C. Jagannath. W. Grabovski, and A.K. Ramdas. // Physical Review B- 1981. V. 23. P. 20822098.

50. Karaiskaj D. Impurity absorption spectroscopy in Si-28: The importance of inhomogeneous isotope broadening. / Karaiskaj D., Stotz J.A.H., Meyer Т., Thewalt M.L.W., Cardona M. // Physical Review Letters 2003. V. 90. - P. 186402-4.

51. J.N. Heyman. Far-infrared pump-probe measurements of the intersubband lifetime in an * AlGaAs-GaAs coupled-quantum well. / J.N. Heyman K. Unterrainer, K. Craig, J. Williams,

52. M.S. Sherwin, K. Campman, P.F. Hopkins, A.C. Gossard, B.N. Murdin, C.J.G.M. Langerak. // 1 Applied Physics Letters 1996. V. 68. -P. 3019-3021.

53. K.K. Geerinck. Far infrared saturation spectroscopy in semiconductors. Chapter 5: Saturation of the cyclotron resonance transition in a quantum well. / K.K. Geerinck. // PhD Thesis. Technische Universiteit Delft, September 1995.

54. Ya. E. Pokrovskij. Longliving excited states of impurities in Si. / Ya. E. Pokrovskij, O.I. Smirnova, N.A. Khvalkovskii. // Solid State Communications. -1995. V. 93. -P. 405-408.

55. A.Dargys. Excited state lifetime of phosphorus atoms in silicon single crystals. / A.Dargys, S.Zurauskas, N.Zurauskiene. // Liet. Fiz. Zurn. 1994. V. 34(6). - P.478-483.

56. Griffin, A. Thermal Conductivity of Solids IV: Resonance Fluorescence Scattering of Phonons by Donor Electrons in Germanium. / Griffin, A. and Carruthers, P. // Physical Review 1963. V. 131.-P. 1976-1995.

57. M. Lax. Cascade capture of electrons in solids. / M. Lax. // Physical Review 1960. V. 119. - P 1502-1523.

58. Mayur, A. J. Redetermination of the valley-orbit (chemical) splitting of the Is ground state of group-V donors in silicon. / Mayur, A. J. Dean Sciacca, M., Ramdas, A. K., and Rodriguez. S. // Physical Review В 1993. V. 48. - P. 10893-10898.

59. О. Звелто. Принципы лазеров. / О. Звелто//пер. с англ., М., Мир 1984. - 558 с.

60. David M. Larsen. Concentration broadening of absorption lines from shallow donors in multivalley bulk semiconductors. / David M. Larsen // Physical Review B. 2003. V. 67. - P. 165204-9.

61. M. Lax. Broadening of impurity levels in silicon. / M. Lax, E. Burstein. // Physical Review 1955. V. 100. -P. 592-602.

62. P. Briiesch. Phonons: Theory and Experiment II. / P. Briiesch. // Springer-Verlag 1974. Vol. 2,- 278 p.

63. К. Зеегер. Физика полупроводников. / К. Зеегер. // пер. с англ., М., Мир. 1977 -615 с.

64. Y.B. Levinson. Nonequilibrium phonons in nonmetallic crystals / Y.B. Levinson. // Modern Problems in Condensed Matter Science, edited by W. Eisenmerger and A.A. Kaplyanskii, published by North Holland, Amsterdam 1986. V. 16 - P. 91-120.

65. Yia-Chung Chang Theory of D" states in Ge and Si. / Yia-Chung Chang and T.C. McGill. // Physical Review B. 1982. V. 25. - P. 3927-3944.

66. JI.A. Ворожцова Рекомбинация свободных носителей в легированном кремнии с малой компенсацией. / JI.A. Ворожцова, Е.М. Гершензон, Ю.А. Гуревич, Ф.М. Исмагилова, А.П. Мельников. // ЖЭТФ. 1988. Т.94. -С.350-362.

67. Г.Бете. "Квантовая механика атомов с одним и двумя электронами". / Г.Бете, Э.Солпитер. // пер. с англ., М."Физматгиз" I960 - 562 с.

68. N. Sclar. Properties of doped silicon and germanium infrared detectors. / N. Sclar // Progress in Quantum Electronics 1984, V.9. - P. 149-257.

69. Gres'kov, I.M. Influence of growth defects on the electrical properties of radiation-doped silicon. / Gres'kov, I.M., Smirnov, B.V., Sobolev, S.P., Stuk, A.A., and Kharchenko, V.A. // Soviet Physics Semiconductors - 1978. V. 12.-P. 1118-1120.

70. Li Yi Lin. Design of a short-pulse, far-infrared free electron laser with a highly overmoded waveguide. / Li Yi Lin., A.F.G. van der Meer. // Review of Scientific Instruments 1997. V. 68. - P. 4342-4347.

71. Официальный Интернет-сайт FELIX: www.rijnh.nl.n3/nl/fl234.htm.

72. S. G. Pavlov. Terahertz optically pumped Si:Sb laser. / S. G. Pavlov H.-W. Hiibers, H. Riemann, R. Kh. Zhukavin, E. E. Orlova, and V. N. Shastin. // Journal of Applied Physics. -2002. V. 92 P. 5632-5634

73. H.-W. Hiibers. Stimulated terahertz emission from arsenic donors in silicon. / H.-W. Hiibers. S.G. Pavlov, R.Kh. Zhukavin, H. Riemann, N.V. Abrosimov, and V.N. Shastin. // Applied Physics Letters 2004. V. 84. - P. 3600-3602.

74. Официальный Интернет-сайт фирмы LOT-Oriel, каталог оптических свойств материалов: http://www.lot-oriel.com /site/sitedown/ttopticalmaterialsdede01 .pdf.