У досліджених кристалах n-Ge нелінійним й анізотропним було й поглинання світла вільними електронами. Поведінка поглинання випромінювання СО₂-лазера для двох напрямків поля світлової хвилі Е: уздовж [001] й [111] осей кристала. У першому випадку поле орієнтоване симетрично відносно осей долин. Тому електрони у всіх долинах розігріваються однаково і їхній міждолинний перерозподіл відсутній. Інший напрямок - несиметричний, тому розігрів носіїв призводить до міждолинного перерозподілу.

При 77 К коефіцієнти поглинання для цих напрямків Е різні. До того ж їхня величина збільшується зі зростанням інтенсивності світла. Для 300 К вони відрізняються лише при інтенсивностях світла, більших ніж ~12 МВт/см², а при менших інтенсивностях - співпадають. Збільшення коефіцієнта поглинання зі зростанням інтенсивності (нелінійність) також різне: воно більше для світла з поляризацією вздовж [001] осі. При зміні інтенсивності світла від 2 МВт/см² до 29 МВт/см² воно становить 15% при 300 К і 10% при 77 К. Для світла з поляризацією вздовж [111] осі, при цих же умовах, воно дорівнює 12% й 4% для цих температур. Величина анізотропії поглинання збільшується зі зростанням інтенсивності світла. Збільшується вона також і при зменшенні температури кристала при постійній інтенсивності світла. Наприклад, для максимальної інтенсивності вона становить ~3% і ~7% при температурах 300 К та 77 К, відповідно.

В другій частині розділу проводиться розрахунок розігріву електронів випромінюванням СО₂-лазера, їх міждолинного перерозподілу й пов'язаних з ними змін показника заломлення й коефіцієнта поглинання світла вільними носіями в n-Ge. Оскільки концентрація електронів у досліджених зразках досить велика, то для невеликого їхнього розігріву функція розподілу задавалася максвелівською функцією з різними електронними температурами в різних долинах. Ці температури знаходились з рівняння балансу потужностей -отриманої електронною підсистемою при поглинанні світла носіями і переданої гратці при взаємодії електронів із внутрішньодолинними акустичними (ДА) і оптичними (ДО) фононами. Враховувався також міждолинний обмін енергією за рахунок електрон-електронної взаємодії. При розрахунку потужності, одержаної від світла, враховувалося поглинання при розсіянні на акустичних й оптичних фононах і домішках. Для оптичного розсіяння використовувалася формула, що була отримана для випадку “гарячих“ електронів. Розрахунки лінійного поглинання світла показали, що внесок домішкового розсіяння становить усього ~ 1,5% при 300 К і ~ 9% при 77 К, а внески при розсіяння на ДА й ДО фононах не дуже відрізняються один від одного.

Показано, що врахування міжелектронної взаємодії є важливим. Наприклад, при напрямку поля світлової хвилі вздовж [111] осі германія відмінність електронних температур у різних долинах при максимальній інтенсивності ІЧ світла 20 МВт/см², зменшується внаслідок електрон-електронної взаємодії майже в 3.5 рази при 77 К і в 1,5 рази при 300 К. Температури електронів в “гарячій” і в “холодній“ долинах становлять 380 К і 325 К при температурі гратки 300 К і 105 К і 115 К при температурі гратки 77 К. Внаслідок різного розігріву приблизно 10% електронів при 300 К і ~ 24% носіїв при 77 К з “гарячих” долин переходять в “холодну” долину.

Була розрахована зміна показника заломлення, пов'язана з міждолинним перерозподілом електронів залежно від інтенсивності ІЧ світла. Для цього напрямку поля світлової хвилі E¦[111] вона пов'язана з відношенням концентрацій у долинах співвідношенням:

,

де m_l й m_t - повздовжня й поперечна ефективна маса електронів.

Встановлено, що при 300 К залежність зміни показника заломлення від інтенсивності світла можна апроксимувати з хорошою точністю лінійною залежністю . Тобто не лінійність середовища є кубічною (рис. 9). Величина параметра n₂ близька до визначеної з експериментального значення константи ⁽³⁾.

Для температури 77 К залежність n(I) є лінійною лише при інтенсивностях, менших ніж ~ 6 МВт/см². Величина n₂ також добре збігається з експериментальною. Однак при більших інтенсивностях зміна показника заломлення не пропорційна інтенсивності світла й, отже, для його пояснення необхідно враховувати й нелінійність п'ятого порядку.

Розрахунок показав, що спостережуване збільшення нелінійності показника заломлення при зниженні температури кристала відбувається, головним чином, в інтервалі 200 К - 77 К. Показано також, що збільшення довжини хвилі світла призводить до сильного збільшення нелінійності. Наприклад, для =90,6 мкм (лазер на аміаку) вона майже в 800 разів більша, ніж для =10,6 мкм при однаковій інтенсивності світла 20 МВт/см² і температурі 300 К. Проведені розрахунки добре пояснили спостережувану анізотропію й нелінійність поглинання ІЧ випромінювання в n-Ge. Встановлено, що мала величина нелінійності поглинання при 77 К (у порівнянні з 300 К) пов'язана, головним чином, зі слабкою залежністю коефіцієнта поглинання світла від електронної температури, оскільки енергія кванта світла набагато більша середньої енергії електронів.

Основні результати розділу 3 опубліковані в роботах [5, 9, 11, 12, 19, 20, 24, 25, 27, 29, 31, 35].

Достовірність отриманих у дисертації результатів забезпечується застосуванням сучасних методів досліджень і надійною повторюваністю результатів, вибором адекватних моделей та задовільним узгодженням експериментальних результатів з теоретичними.

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ

Наведені в дисертації результати досліджень дозволяють виділити ряд особливостей оптичних властивостей напівпровідників, зумовлених виродженням і багатодолинністю енергетичного спектру вільних носіїв заряду, серед яких найважливіші наступні:

1. Виродження валентної зони зумовлює існування в кубічних напівпровідниках додаткового механізму неекранованого одночастинкового розсіяння світла вільними дірками, пов'язаного з флуктуаціями густини квадрупольного моменту при їх внутрішньопідзонних переходах.

2. Завдяки внеску в діелектричну проникність напівпровідників з виродженою валентною зоною міжпідзонних переходів (додатково до внутрішньопідзонних переходів, що існують при будь-якій структурі енергетичних зон) залежність плазмової частоти носіїв від їхньої концентрації відрізняється від кореневої залежності і лінія плазмового розсіяння світла має асиметричну форму.

3. Зміни структури валентної зони, зумовлені пружною одноосьовою деформацією (ОД), призводять до появи нового механізму одночастинкового розсіяння світла дірками, пов'язаного з переходами носіїв між екстремумами розщеплених деформацією підзон важких і легких дірок, змін плазмової частоти носіїв і форми лінії плазмового розсіяння світла.

4. Резонансні стани акцепторів, що виникають у деформованих кристалах внаслідок зняття виродження валентної зони і відповідно енергетичних домішкових рівнів, можуть призводити до розширення плазмової лінії завдяки появі додаткового механізму домішкового розсіяння носіїв (резонансного розсіяння).

5. Непрямі оптичні переходи носіїв між підзонами важких і легких дірок з малою зміною їх квазіімпульсу, що відбуваються при розсіянні носіїв на іонізованих домішках, зумовлюють сильне поглинання світла.

6. Для напівпровідників з виродженою валентною зоною розігрів вільних носіїв заряду в полі світлової хвилі призводить до нелінійності поглинання світла внаслідок зміни заселеності початкових станів прямих міжпідзонних оптичних переходів.

7. У багатодолинних напівпровідниках існує оптична анізотропна нелінійність (поглинання та рефракції), пов'язана з “гарячими” електронами. Нелінійність виникає внаслідок перерозподілу носіїв між еквівалентними долинами, основною причиною якого є неоднаковий розігрів електронів світлом у різних долинах. Величина нелінійної рефракції, зумовленої багатодолинністю зонної структури, істотно більша, ніж її величина для усіх відомих раніше механізмів нелінійності нерезонансного типу в напівпровідниках (непараболічність зон, залежність часу релаксації імпульсу електронів від енергії і т.п.).

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Васецкий В.М., Порошин В.Н., Сарбей О.Г., Саркисян Э.С. Нелинейное поглощение ИК излучения в дырочном германии при низких температурах. Физика и техника полупроводников .-1988-, т.22, в.9, стр. 1610-1613.

2. Васецкий В.М., Гайдар А.В., Порошин В.Н., Саркисян Э.С. Фотопроводимость p-Ge при низких температурах, возбуждаемая излучением импульсного СО₂-лазера. Физика и техника полупроводников .-1989-,т.23, в.8, стр. 1508-1509.

3. Саркисян Э.С., Порошин В.Н., Хачатрян А.М., Багдасарян Д.А. Температурная зависимость поглощения лазерного излучения 10.6 мкм в дырочном германии. Ученые записки Ереванского Государственного университета, серия Естественные науки.-1990-№ 3, стр.147-149.

4. Danko D.B., Fedorovich R. D., Gaydar A.V., Poroshin V.N. Electron and phonon emission from discontinious carbon films. Int.J.Electronics.-1992-,v.73, № 5, p.1005-1008

5. Vasetskii V.M., Poroshin V.N., Sarbey O.G., Asche M. Self-induced birefringence of infrared light in n-Ge // Phys. Rev. Lett. -1993.-v.77,№ 18, p. 3027-3030.

6. Гайдар О.В., Васько Ф.Т., Порошин В.М., Сарбей О.Г., Солдатенко Ю.М.. Розсіяння ІЧ-світла на флуктуаціях густини квадрупольного моменту дірок в германіі. Укр. фіз.журн.-1994-, т.39, № 2, с.165-166.

7. Gaydar A.V., Poroshin V.N., Sarbey O.G., Vasko F.T. Infrared light scattering by free holes in p-Ge. Semicond. Sci.Technol.-1994-, v.9, №10, p.1791-1794.

8. Gaydar A.V., Poroshin V.N., Sarbey O.G., Vasko F.T. IR- scattering by single-particles and collective excitations of holes in uniaxially compressed p-Ge. Lithuanian Journal of Physics.-1992-, v.32, № 5, p. 165-168.

9. Порошин В.М., Сарбей О.Г., Васецький В.М. Нелінійні оптичні явища, пов' язанннні з “гарячими” електронами в багатодолинних напівпровідниках. Укр. фіз.журн.-1999.-т.44, №1-2, с.60-65.

10. Гайдар О.В., Порошин В.М. Розсіяння ІЧ-світла вільними дірками в направлено деформованому p-Ge. Укр. фіз.журн.-1999-, т.44, № 7, с.879-882.

11. Poroshin V.N., Vasetskii V.M. Infrared phase-conjugate reflection by hot electron-induced optical nonlinearity in n-Ge. Applied Physics B. -2001.- v.72, №3, p.323-325.

12. Vasetskii V.M., Poroshin V.N., Ignatenko V.M. Degenerate four-wave mixing in n-Ge due to intervalley redistribution of hot electrons. Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. 2001. V. 4, N 4. P. 260-263.

13. Гайдар О.В., Порошин В.М. Розсіяння ІЧ-світла плазмонами у p-Ge.Укр. фіз.журн.-2002-, т.47, № 9, с.862-866.

14. Абрамов А.А., Порошин В.М., Тулупенко В.М. Резонансне домішкове розсіяння у p-Ge під одноосьовим стиском. Укр. фіз.журн.-2002-, т.47, № 10, с.964-966.

15. Порошин В.М., Гайдар О.В. Комбінаційне розсіяння ІЧ-світла вільними дірками в кристалах германію, що перебувають під одноосьовим стиском. Укр. фіз.журн.-2003-, т.48, № 5 , с.411 - 416.

16. Poroshin V.N., Gaydar A.V. Band structure effects in light scattering by plasmons in p-type germanium. Ukr.J.Phys.2004-,v.49, № 1,p.94 -99.

17. Poroshin V.N., Gaydar A.V., Abramov A.A., Tulupenko V.N. Stress-induced effects in light scattering by plasmons in p-type germanium. Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. 2003. v. 6, № 4. p. 425-430.

18. Сарбей О.Г., Порошин В.М. Плазмоны в напівпровідниках з виродженими зонами. Вісник Київського національного університету імені Тараса Шевченко. Радіофізика та електроніка. 2004,-випуск 6, с. 26-30.

19. Poroshin V.N., Sarbey O.G. The role of optical phonons in electrons heating by IR radiation in Ge. Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. 2005. v.8, № 2. p. 1-3.

20. Vasetskii V.M., Ignatenko V.A., Poroshin V.N. Anisotropy and non-linearity of absorption of an intensive IR light by free electrons in germanium. Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. 2005. v.8, № 3, p.12-15.

21. Abramov A.A., Akimov V.A., Bondar V.M., Poroshin V.N., Tulupenko V.N. Influence of uniaxial stress on the polarization of spontaneous emission from p-Ge. Materials Science Forum -2001-v. 384-385, p.221-226.

22. Abramov A.A., Akimov V.A., Tulupenko V.N., Firsov D.A., Gavrilenko V.I., Poroshin V.N. Screened Coulomb potential approach for the study of resonant impurity states in uniaxially deformed p-Ge". Proceedings of SPIE, Vilnius, 2001, V.4415, p. 220-225.

23. Васецкий В.М., Гайдар А.В., Порошин В.Н., Саркисян Э.С. Нелинейное поглощение ИК излучения в дырочном германии, обусловленное разогревом носителей заряда светом. - в сб. ”Оптическая спектроскопия”, Киев, Наукова думка, 1993, ч.2, с. 167-170.

24. Svizhenko A., Vasetskii V., Poroshin V., Sarbey O., Gumenjuk-Sychevskaya Zh., Sizov F. Anisotropy of optical characteristics of low-dimensional and bulk many-valley semiconductors. - 1996.- High Technology (Devices Based on low-dimensional semiconductor structures), v.14, № 3, p.179-181.

25. Гайдар А.В., Порошин В.Н., Сарбей О.Г. Комбинационное рассеяние ИК-света на флуктуациях плотности квадрупольного момента дырок в германии// Труды международной конференции “Структурно-динамические процессы в неупорядоченных средах”, (Самарканд, Узбекистан, 28-30 мая, 1992), ч.1, С.123.

26. Sarbey O.G., Poroshin V.N., Vasetskii V.M., Asche M. Self-induced birefringence of infrared light in-Ge. // Proc. 22nd International Conference on the Physics of semiconductors: Vancouver,1994, ed. David J. Lockwod, World Scientific, Singapore,1995.

27. Asche M., Poroshin V.N., Sarbey O.G., Vasetskii V.M.. Nonlinear optical effects due to free carriers heating in semiconductors at 10.6 µm . Program and Abstracts of the X International conference on nonequilibrium carrier dynamics in semiconductors. HCIS-10 (Berlin, Germany, 28 July,1997), TuB1.

28. Poroshin V.N., Gaydar A.V. Infrared light scattering by free holes in uniaxially compressed p-type Ge. Proceeding of the XIV International School-Seminar “Spectroscopy of molecules and crystals”, June 7-12,1999 (Odessa, Ukraine), р. 117.

29. Vasetskii V.M., Poroshin V.N., Sarbey O.G., Asche M., Self-induced birefringence of infrared light in n-Ge. Proceedings of the International conference “CLEO/Europe-EQEC 94” (Amsterdam, The Netherlands), 28 August,1994, р. 153-154.

30. Poroshin V.N., Gaydar A.V. Band structure effects in light scattering by plasmons in p-type germanium. Proceeding of the XVI International School-Seminar “Spectroscopy of molecules and crystals”, 25.05-1.06 .2003 (Sevastopol, Ukraine), р. 179.

31. Васецкий В.М., Порошин В.Н., Сарбей О.Г. Самоиндуцированное двойное лучепреломление ИК света в многодолинных полупроводниках. Тези доповідей XI Української школи-семінару “Спектроскопія молекул та кристалів” (Харків,10-16 травня 1993 р.) с.21.

32. Gaydar A.V., Poroshin V.N., Sarbey O.G., Vasko F.T. IR- scattering by single-particles and collective excitations of holes in uniaxially compressed p-Ge. Abstracts of 8the Vilnius symposium on Ultrafast phenomena in semiconductors (11UFPS), Vilnius, Lithhuania, 22 -24 September, 1992, р.45.

33. Poroshin V.N., Gaydar A.V. Effects of valance band structure in light scattering by collective excitations of free hole in germanium. Тези доповідей Міжнародна школа-конференція “Актуальні проблеми фізики напівпровідників” (Дрогобич, Україна, 24-27 червня 2003 року), с.175.

34. Порошин В.Н., Гайдар А.В., Абрамов А.А. Плазмоны и рассеяние света в полупроводниках с вырожденной валентной зоной. Тези доповідей II Українська наукова конференція з фізики напівпровідників (Чернівці-Вижниця, Україна, 2004), т.1, с. 207.

35. Ігнатенко В.А., Васецький В.М., Порошин В.М. Анізотропія та нелінійність поглинання інтенсивного ІЧ_світла вільними електронами в германії. Тези доповідей Всеукраїнський з'їзд “Фізика в Україні” (Одеса, Україна, 2005), c. 153.

АНОТАЦІЯ

Порошин В.М. "Оптичні властивості електронного газу в напівпровідниках зі складною структурою зон ". - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 - фізика твердого тіла. - Інститут фізики Національної Академії наук України, Київ, 2006.

В дисертації наведені результати експериментальних досліджень ефектів зонної структури в процесcах розсіяння, нелінійної рефракції і поглинання світла, пов'язаних із вільними носіями заряду в напівпровідниках з виродженим і багатодолинним спектром.

Для напівпровідників з виродженою валентною зоною вперше виявлений новий, передбачений раніше теоретично, механізм неекранованого одночастинкового розсіяння світла дірками та незвична (некоренева) залежність плазмової частоти дірок від їх концентрації і асиметричність лінії плазмового розсіяння світла, природа яких пояснена вкладом в діелектричну проникність кристалу переходів між підзонами легких і важких дірок. Виявлено ряд нових ефектів в розсіюванні світла при пружній одноосній деформації напівпровідників: комбінаційне розсіяння ІЧ світла, що пов'язане з переходами дірок між розщепленими деформацією екстремумами валентних підзон, збільшення плазмової частоти й зменшення асиметрії плазмової лінії.

Вперше вивчено вплив виродження і багатодолинності енергетичного спектру на процеси поглинання та заломлення світла в умовах сильного розігріву носіїв у полі світлової хвилі. Виявлені нелінійність поглинання світла при прямих міжпідзонних оптичних переходах в напівпровідниках з виродженою валентною зоною, нелінійні оптичні явища в багатодолинних напівпровідниках (анізотропія і нелінійність поглинання інтенсивного ІЧ випромінювання СО₂-лазера, наведені світлом явища подвійного променезаломлення та чотирихвильової взаємодії), які пояснені перерозподілом „гарячих” електронів між еквівалентними долинами. Для довжини хвилі світла л=10,6 мкм та температур 300 К і 80 К визначена константа нелінійності третього порядку.

Розраховані для n-Ge залежності константи нелінійності від концентрації вільних електронів, температури кристалу, довжини хвилі ІЧ світла.

Ключові слова: напівпровідники з виродженою валентною зоною, багатодолинні напівпровідники, вільні носії заряду, розсіяння й поглинання світла, оптична нелінійність, розігрів носіїв, міждолинний перерозподіл електронів.

SUMMARY

Poroshin V.N. "Optical properties of the electron gas in semiconductors with a complex band structure". - Manuscript. Thesis for a Doctor of Sciences degree in Physics and Mathematics (speciality 01.04.07 - solid state physics). - Institute of Physics, National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2006.

The thesis presents results of investigation of the effects caused by the band structure in the processes of scattering and non-linear reflection and absorption of light that are related to the free carriers in semiconductors with the degenerate and multi-valley spectrum.

For the semiconductors with a degenerate valence band there have been found for the first time a new effect predicted earlier theoretically and consisting in non-screened single-particle light scattering by holes, unusual (non-root like) dependence of the plasma frequency of holes on their concentration, and asymmetric shape of the plasma light scattering line. Their nature is explained by contribution of transitions between the subbands of light and heavy holes into the crystal permittivity. A number of new effects in the light scattering under the conditions of elastic uniaxial deformation of semiconductors has been found: the Raman IR light scattering connected with transitions of holes between the valence band extrema split by deformation, an increase of the plasma frequency and decrease of asymmetry of the plasma line.

For the first time, an influence of a degenerate and multi-valley energy spectrum on the processes of light absorption and refraction under the conditions of strong heating of carriers by a light wave field has been studied. There have been found non-linearity of light absorption at the direct intersubband optical transitions in the semiconductors with the degenerate valence band, various non-linear optical phenomena in the multi-valley semiconductors (anisotropy and non-linearity of absorption of an intense IR radiation of a CO₂ laser, the birefringence and four-wave interaction phenomena induced by light). They have been explained by redistribution of “hot” electrons among equivalent valleys. For this light wavelength and temperatures of 300 and 80 K the third order non-linearity constant has been determined.

The dependencies of the non-linearity constant on the free electron concentration, crystal temperature and IR light wavelength, calculated for n-Ge have been presented.

Keywords: semiconductors with degenerate valence band, multi-valley semiconductors, free charge carriers, light scattering and absorption, optical non-linearity, carriers heating, intervalley redistribution of electrons.

АННОТАЦИЯ

Порошин В.Н. "Оптические свойства электронного газа в полупроводниках со сложной структурой зон".- Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.07 - физика твердого тела. - Институт физики НАН Украины, Киев, 2006.

В диссертации представлены результаты исследования влияния особенностей зонного спектра носителей заряда в полупроводниках на процессы рассеяния, нелинейной рефракции и поглощения света. Объектом исследования были полупроводники с вырожденной валентной зоной и многодолинной структурой зоны проводимости.

Описаны исследования рассеяние инфракрасного света с длиной волны 10,6 мкм одночастичными неэкранируемыми возбуждениями свободных дырок в кристаллах германия р-типа, основным результатом которых явилось обнаружение нового, теоретически предсказанного для полупроводников с вырожденной валентной зоной, механизма рассеяния, связанного с флуктуациями плотности полного углового момента дырок при внутриподзонных переходах.

Впервые исследовано рассеяние света коллективными (плазменными) возбуждениями свободных носителей заряда в полупроводниках с вырожденной валентной зоной. Установлено, что зависимость плазменной частоты от концентрации дырок является более слабой, чем ожидаемая корневая зависимость, а линия плазменного рассеяния имеет асимметричную форму. Проведен расчет спектральной зависимости сечения рассеяния света с учетом вклада в диэлектрическую проницаемость кристалла различных электронных переходов и показано, что природа этих особенностей обусловлена переходами между подзонами тяжелых и легких дырок.

В упруго одноосно деформированных кристаллах германия р-типа обнаружено комбинационное рассеяние ИК-света свободными дырками с изменением частоты, пропорциональным величине приложенного давления, которое объяснено флуктуациями полного углового момента при фотопереходах дырок между экстремумами расщепленных деформацией тяжелых и легких подзон. Установлено, что одноосная деформация кристалла приводит также к увеличению плазменной частоты и уменьшению асимметрии плазменной линии. Показано, что эти эффекты обусловлены изменением при деформации частотной зависимости диэлектрической проницаемости, связанной с внутри- и межподзонными переходами, соответственно, вследствие изменения формы валентных подзон и их расщепления.

В деформированных кристаллах германия обнаружено сильное увеличение уширения плазменной линии, связанного со столкновениями дырок с примесями. Эффект объяснен изменением характера взаимодействия дырок с примесями вследствие возникновения квазилокальных (резонансных) примесных состояний, что подтверждено расчетами деформационного расщепления примесных уровней и сечения рассеяния дырок примесями при наличии резонансных состояний.

Предложен и экспериментально обнаружен новый механизм нелинейного поглощения света свободными дырками в полупроводниках с вырожденной валентной зоной при прямых межподзонных переходах, обусловленный изменением заселенности их начальных состояний вследствие разогрева дырок в электрическом поле световой волны.

Обнаружено сильное низкотемпературное поглощение света свободными дырками, которое объяснено не рассматривавшимися ранее непрямыми оптическими переходами между тяжелой и легкою подзонами при рассеянии на ионизированных примесях.

Экспериментально установлено предсказанное теоретически нелинейное поглощение ИК-света при низких температурах, обусловленное изменением при разогреве дырок вклада в поглощение света непрямых и прямых фотопереходов. Разогревный механизм нелинейности поглощения света подтвержден существованием внутризонной -фотопроводимости.

В работе впервые обнаружено явление самоиндуцированного двойного лучепреломления мощного ИК-излучения СО₂-лазера в кристаллах германия n-типа. Показано, что анизотропия показателя преломления возникает вследствие перераспределения свободных электронов между эквивалентными долинами, обусловленного неодинаковым их разогревом полем световой волны в разных долинах. Построена феноменологическая теория явления. Из сравнения ее с экспериментом определена значение константы нелинейности третьего порядка. Эта константа была определена также из исследования явления четырехволнового взаимодействия.

Обнаружено также обусловленные междолинным перераспределением "горячих" электронов анизотропия и нелинейность поглощения в n-Ge интенсивного излучения СО₂-лазера.

Проведен расчет разогрева электронов излучением СО₂-лазера в германии, их междолинного перераспределения и связанных с ним изменений показателя преломления и коэффициента поглощения, результаты которого хорошо согласуются с экспериментальными данными. Для расчета поглощения света при рассеянии на оптических фононах получена формула для случая "горячих" электронов.

Ключевые слова: полупроводники с вырожденной валентной зоной, многодолинные полупроводники, свободные носители заряда, рассеяние и поглощение света, оптическая нелинейность, разогрев носителей, междолинное перераспределение электронов.

Размещено на Allbest.ru