WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |
Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 6 „Модуляция“ характеристик интенсивного пикосекундного стимулированного излучения из GaAs ¶ † © Н.Н. Агеева, И.Л. Броневой, А.Н. Кривоносов, С.Е. Кумеков, Т.А. Налет, С.В. Стеганцов Институт радиотехники и электроники Российской академии наук, 125009 Москва, Россия Казахский национальный технологический университет, 480013 Алма-Ата, Казахстан, † Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Получена 6 июля 2004 г. Принята к печати 2 ноября 2004 г.) Исследовалось интенсивное пикосекундное стимулированное излучение из торца тонкого слоя GaAs. Излучение возникало при накачке GaAs мощными пикосекундными импульсами света. Обнаружена модуляция зависимостей энергии излучения от: а) энергии фотона, б) пикосекундной задержки между двумя импульсами накачки, в) расстояния между активной областью и торцом. Под модуляцией подразумевалось появление локальных выступов или максимумов на графике какой-либо зависимости. Параметры модуляции названных характеристик излучения оказались связаны соотношениями, позволяющими предполагать следующее.

К модуляции характеристик приводит один общий, пока окончательно не установленный, механизм автомодуляции спектра излучения, обусловленный сверхбыстрым нелинейным взаимодействием сильно фотовозбужденного полупроводника со светом накачки и стимулированным излучением. По косвенным признакам этот механизм приводит еще и к амплитудной модуляции излучения в пикосекундном диапазоне времен.

Необходимость исследований интенсивного пикосе- отношении. А именно, в таких исследованиях могут кундного излучения, генерируемого в полупроводни- обнаруживаться процессы модуляции, которые способны ке, объясняется недостаточной изученностью кинети- негативно или положительно сказываться на генерации ки „сверхбыстрого“ взаимодействия сильно фотовозбу- сверхкоротких импульсов в полупроводниковых лазерах, возможностях оптической передачи информации и, жденного полупроводника с интенсивным собственным вообще, на функционировании устройств сверхбыстростимулированным излучением. Приставка „сверх“ здесь действующей полупроводниковой оптоэлектроники, в и далее означает, что не медленнее, чем в пикосекундкоторых используется стимулированное излучение. При ном диапазоне времен. Взаимодействие между стимуэтом, естественно, важно определить способы управлелированным излучением и неравновесными носителями ния модуляцией.

может проявляться в изменении различных характериОбнаружение в настоящей работе модуляции характестик носителей и излучения. Например, это взаимористик излучения относится к вышеназванной области действие может приводить к существенной пространпроблем. Модулированными оказались характеристики ственной неоднородности и пикосекундным пульсациям интенсивного пикосекундного стимулированного излутемпературы и концентрации носителей во время речения, возникавшего во время образования в GaAs лаксации излучения после сверхкороткой накачки GaAs, горячей плотной электронно-дырочной плазмы. Плазма как показало численное моделирование [1]. Пространобразовывалась при накачке тонкого слоя GaAs пикосественная неоднородность концентрации носителей, кокундными импульсами света. Обнаруженную модуляцию эффициента усиления света и интенсивности излучения исследованных характеристик отличал ряд не совсем анализировалась, в частности, в работах [2–4], но уже тривиальных свойств. Уточним, что под модуляцией без учета температуры носителей. Взаимодействие межв этой работе подразумевалось появление локальных ду излучением и носителями заряда может приводить выступов или максимумов на графике какой-либо хак различным явлениям модуляции излучения [5,6]. При рактеристики. Появление локальных выступов на спекэтом известно, насколько чувствительны могут быть тре излучения обнаружилось, когда спектр излучения явления модуляции к самой слабой обратной связи стали измерять с достаточно высоким разрешением.

или, например, к наличию в полупроводниковом лазеОбнаружилось, что попеременно на смену гладкому ре даже незначительных пассивных (т. е. без инверсии спектру появлялся модулированный спектр. Такая смена заселенностей носителей) областей [5]. В частности, спектров происходила по мере изменения расстояния модуляция излучения при взаимодействии с пассивной между активной областью в слое GaAs и торцом слоя, из средой имеет важную роль в генерации сверхкоротких которого выходило измеряемое излучение. Зависимость импульсов света в полупроводниковых лазерах. Проявэнергии излучения (интегральной по исследовавшемуся ление взаимодействия излучения с носителями через спектральному интервалу) от расстояния между активмодуляцию характеристик излучения делает исследованой областью и торцом тоже оказалась модулированной.

ния взаимодействия целесообразными и в практическом Модуляция спектра излучения была существенно более ¶ E-mail: bil@mail.cplire.ru крупномасштабной, чем можно было бы ожидать в слу682 Н.Н. Агеева, И.Л. Броневой, А.Н. Кривоносов, С.Е. Кумеков, Т.А. Налет, С.В. Стеганцов чае образования резонатора торцами образца. Интервал между локальными максимумами на зависимости энергии излучения от расстояния между активной областью и торцом был на 2 порядка больше, чем длина волны излучения. Дополнительное возбуждение полупроводника вторым импульсом, следовавшим с пикосекундной задержкой относительно первого и „накачивавшим“ электроны на энергетический уровень, расположенный в зоне проводимости существенно ниже уровня, на который накачивал электроны первый импульс, позволило обнаружить еще следующее. Оказалось, что зависимость энергии излучения (с фиксированной энергией фотона) от времени задержки становилась модулированной при некоторых условиях, подробно описанных несколько ниже. Когда были сопоставлены интервалы между локальными максимумами на зависимостях энергии излучения от: 1) времени задержки, 2) энергии фотона излучения, 3) расстояния между активной областью и торцом образца, обнаружилось, что эти интервалы связаны друг с другом соотношениями, позволяющими предполагать следующее. К модуляции характеристик излучения приводит один общий, пока окончательно не установленный, механизм автомодуляции спектра излучения при сверхбыстром взаимодействии сильно фотовозбужденного полупроводника со светом накачки Рис. 1. Схема эксперимента.

и стимулированным излучением. И этот механизм, повидимому, приводит к амплитудной модуляции излучения в пикосекундном диапазоне времен, которая сопровождает модуляцию спектра. Так что, возможно, обнаИсследуемый образец представлял собой гетероруженная модуляция характеристик излучения в свою структуру Al0.22Ga0.78As–GaAs–Al0.4Ga0.6As с толщиной очередь обнаруживает пикосекундную амплитудную мослоев соответственно 1.2-1.6-1.2 мкм. Гетерострукдуляцию излучения. Механизм автомодуляции квазитура была выращена молекулярно-лучевой эпитаксией периодически возникает и исчезает (или существенно на (100) подложке GaAs. Затем большая часть плоусиливается и ослабевает) при изменении: а) пути, прощади гетероструктуры, включая один ее торец, была ходимого излучением от активной области до торца и освобождена от подложки. Оставшаяся часть подложобратно, б) времени задержки в случае накачки двумя ки окаймляла гетерострутуру, как рама, с трех стоимпульсами. Квазипериодичность и в случае а), и в рон (рис. 1). Концентрации донорных и акцепторных случае б) соответствовала оценке периода амплитудной примесей в гетероструктуре не превышали 1015 см-3.

модуляции, сделанной на основании модуляции спектра.

Слои AlxGa1-xAs предназначены для стабилизации поДалее подробно описываются результаты проделанных верхностной рекомбинации и механической прочности и в настоящей работе опытов, проводившихся при комнатпрозрачны для света, используемого в эксперименте. На ной температуре.

внешние поверхности слоев AlxGa1-x As было нанесено Исследовалось пикосекундное стимулированное изантиотражающее покрытие. В результате отражение свелучение, выходившее из торца тонкого ( 1мкм) та по нормали к поверхности слоев не превышало 2%.

слоя GaAs. Опыты проводились при комнатной темпеНа торцах образца антиотражающего покрытия не было.

ратуре. Накачка GaAs производилась мощными пикосеГетероструктура облучалась одним (e) или двумя (e) кундными импульсами линейно поляризованного света и (p) импульсами, сфокусированными в одну точку в длительностью 12 пс. При накачке создавалась плотная области, освобожденной от подложки. Импульсы (e) (n = p > 1018 см-3) электронно-дырочная плазма. Инпадали на образец под углом 10 относительно нормали версия заселенностей носителей заряда была достаточк его поверхности, а импульсы (p) — приблизительно ной, чтобы стимулированное излучение возникало во время накачки [7]. Интенсивность излучения, по оцен- вдоль нормали. Длительность каждого импульса, опредекам, > 108 Вт/см2. После накачки основное спадание ин- лявшаяся на полувысоте распределения интенсивности света по времени, равнялась 12 пс, длительность, опретенсивности излучения должно завершаться (в условиях деленная у основания импульса, составляла около 28 пс.

данной работы), когда от момента включения накачки проходит приблизительно 60 пс. За этим должна следо- Распределение энергии импульсов в пространстве было вать стадия медленного затухания существенно менее приблизительно гауссово, а диаметр фокусного пятна интенсивного излучения [8]. (на полувысоте этого распределения) 0.5 мм. ЗадержФизика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. „Модуляция“ характеристик интенсивного пикосекундного стимулированного излучения из GaAs ка времени p-импульса относительно e-импульса варьировалась в пикосекундном диапазоне. Это осуществлялось изменением оптического пути p-импульса. По оценке, при изменении на 1 пс возможное смещение фокусного пятна p-луча в плоскости гетероструктуры могло быть только менее 0.07 мкм. Энергия фотона e-импульса была e = 1.56 эВ, а p-импульса p = 1.43 эВ (предполагалось желательным, чтобы генерация носителей (p) и (e) импульсами производилась на различные энергетические уровни). При указанном p, за счет эмиссии LO-фононов электронами, генерируемыми p-импульсом, должен ускоряться энергетический транспорт этих электронов на уровни, с которых они стимулированно рекомбинируют [9]. Накачка носителей e-импульсом была значительно интенсивнее, чем p-импульсом. Например, при накачке образца только p-импульсом интегральная по времени энергия We излучения с s = 1.386 эВ была на порядок меньше, чем при накачке e-импульсом (здесь s — энергия фотона стимулированного излучения). Представление об усилении излучения из-за инверсии заселенностей дают результаты наших измеРис. 2. Зависимости от сдвига Y : 1 — энергии излучения S, рений [10]. Там при накачке e-импульсом (таким же, интегральной по спектру (в диапазоне s = 1.38517 эВ– как в настоящей работе) коэффициент усиления света 1.38982 эВ); 2 и 3 (на вставке) — энергии излучения We в активной области, равноудаленной от торцов образца, при энергии фотона s = 1.38578 эВ (кривая 3 измерена в возрастал от 90 см-1 при s = 1.367 эВ до 440 см-отдельном опыте, где энергия излучения была больше, чем при при s = 1.41 эВ. измерении кривой 2).

Стимулированное излучение распространялось преимущественно вдоль гетероструктуры, обладавшей свойствами волновода. Исследуемая часть излучения выхообласть к торцу образца, считался положительным. Мы дила из торца области, освобожденной от подложки ограничились изучением лишь части спектра излучения, (рис. 1), и попадала в кварцевый световод длиной 1.2 м, поскольку измерения необходимо было проводить с по которому транспортировалась к монохроматору.

очень узким шагом. Эту часть будем называть, для Апертурный угол исследуемого излучения ограничивалкраткости, спектром. Заметим, что в каждом отдельном ся диаметром жилы световода 1 мм и расстоянием межопыте измеряли одну или несколько из представленных ду торцами световода и гетероструктуры 10 мм. Приблидалее экспериментальных зависимостей. При сопоставженно ось апертурного угла лежала в плоскости гетелении их графиков надо учитывать, что условия накачки роструктуры, проходила через фокусное пятно накачки, в разных опытах, выполнявшихся в разные дни, могли была ортогональна торцу гетероструктуры и составляла воспроизводиться только с ограниченной точностью, что угол 3.5 с нормалью ко входному торцу световода.

относится, в частности, к диаметру фокусного пятна и Последнее гарантировало невозможность возникновеисходному положению пятна относительно торца образния резонатора между торцами образца и световода. Выца и, соответственно, к величине сдвига Y. Это не шедшее из световода излучение фокусировалось на щель влияло на основные выводы работы.

монохроматора. Положения в пространстве световода и Сначала исследовалось излучение, возникавшее при фокуса оптической накачки сохранялись неизменными накачке образца e-импульсом. При увеличении сдвиво время каждого опыта. Изменение расстояния от га Y, т. е. при приближении активной области к торцу, фокусного пятна, т. е. от активной области в слое GaAs, энергия излучения We (интегральная по времени) воздо торца гетероструктуры достигалось за счет сдвига обрастала (см. вставку на рис. 2). Причиной этого могло разца в направлении исследуемого излучения. Из-за пробыть уменьшение поглощения излучения в пассивной странственной протяженности фокусного пятна затруд(не облучавшейся e-импульсом) области GaAs, поскольнительно определять точно расстояние между пятном ку эта область сужалась при увеличении Y. При фики торцом. Поэтому далее будет указываться сдвиг Y сированном сдвиге Y энергия излучения We возрастала от некоторого исходного положения образца. В каждом тем значительнее, чем больше была энергия его фотоотдельном опыте образец устанавливали так, чтобы на s. Соответственно спектр излучения, выходящего с допустимой точностью расстояние между центром из торца образца (т. е. излучения, прошедшего через фокусного пятна и торцом образца составляло 1.2 мм.

Pages:     || 2 | 3 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.