Примесная люминесценция терагерцового диапазона в квантовых ямах GaAs/AlGaAs при межзонном оптическом возбуждении тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.10, кандидат наук Махов Иван Сергеевич

• Махов Иван Сергеевич
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Махов Иван Сергеевич

Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Мелкие донорные примесные центры в объемных полупроводниках и двумерных наноструктурах

1.2 Терагерцовая люминесценция объемных полупроводников и наноструктур с квантовыми ямами в условиях пробоя примесей электрическим полем

1.3 Примесная терагерцовая электролюминесценция в условиях инжекции носителей заряда из р-п перехода

1.4 Терагерцовая лазерная генерация на внутрицентровых переходах при внутризонной оптической накачке объемных полупроводников

1.5 Примесная терагерцовая люминесценция при межзонном фотовозбуждении объемных полупроводников

Глава 2. Терагерцовая фотолюминесценция при межзонном фотовозбуждении квантовых ям, легированных мелкими донорами

2.1 Введение

2.2 Описание образцов для экспериментальных исследований

2.3 Методика экспериментальных исследований

2.4 Результаты исследований, их анализ и обсуждение

2.4.1 Наноструктура с легированными квантовыми ямами ОаАв/АЮаАБ шириной 30 нм

2.4.2 Наноструктура с легированными квантовыми ямами ОаАв/АЮаАБ шириной 16.1 нм

2.5 Основные результаты главы

Глава 3. Терагерцовая фотолюминесценция наноструктур с легированными квантовыми ямами в условиях лазерной генерации излучения ближнего инфракрасного диапазона

3.1 Введение

3.2 Описание образцов для экспериментальных исследований

3.3 Методика исследований

3.4 Результаты исследований, их анализ и обсуждение

3.5 Основные результаты главы

Глава 4. Терагерцовая фотолюминесценция в компенсированных квантовых ямах

4.1 Введение

4.2 Описание образцов для экспериментальных исследований

4.3 Методика исследований

4.4 Результаты исследований, их анализ и обсуждение

4.4.1 Терагерцовая фотопроводимость в легированных квантовых ямах ааАБ/АЮаАБ

4.4.2 Фотолюминесценция ближнего инфракрасного диапазона в легированных квантовых ямах GaAs/AlGaAs

4.4.3 Фотолюминесценция терагерцового диапазона в легированных квантовых ямах GaAs/AlGaAs

4.5 Основные результаты главы

Заключение

Список научных статей, опубликованных по теме диссертации

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Примесная люминесценция терагерцового диапазона в квантовых ямах GaAs/AlGaAs при межзонном оптическом возбуждении»

Введение

Актуальность темы исследования. Под терагерцовым излучением, как правило, подразумевается электромагнитное излучение с длинами волн 30 мкм - 1 мм (0.3 - 10 ТГц). Интерес к излучению терагерцового диапазона определяется рядом особенностей, которые делают перспективным его применение в науке и технике [1-3]. Одним из характерных свойств терагерцового излучения является его высокая проникающая способность для сухих неметаллических объектов, что позволяет применять его в области неразрушающего контроля и в системах безопасности. В терагерцовом диапазоне частот многие органические молекулы имеют характерные полосы поглощения, связанные с дипольно-разрешенными вращательными и колебательными переходами, что позволяет выявить форму объектов и различить их химический состав. Кроме того, ввиду малости энергии терагерцовых фотонов, такое излучение не является ионизующим, в отличие, например, от рентгеновского, используемого в медицинской диагностике, что делает его более безопасным для живых организмов. Тем не менее, несмотря на обширные области возможного применения терагерцового излучения, его использование существенно ограничено ввиду отсутствия подходящих компактных и эффективных источников терагерцового излучения.

На сегодняшний день наиболее эффективным и компактным источником терагерцового излучения является квантово-каскадный лазер, принцип действия которого основан на межподзонных переходах электронов при их вертикальном транспорте в наноструктурах с туннельно-связанными квантовыми ямами [4]. Максимальная рабочая температура "классических" терагерцовых квантово-каскадных лазеров до сих пор является достаточно низкой и не превышает 210 К для импульсного [5] и 129 К для непрерывного [6] режимов генерации, а работа при комнатной температуре реализована только в терагерцовых квантово-

каскадных лазерах, в основе которых лежит принцип разностной частотной генерации [7]. Основные трудности таких лазеров связаны с эффективностью вывода излучения из структуры и с выполнением условий фазового синхронизма. Наиболее важным фактором, который ограничивает широкое применение терагерцовых квантово-каскадных лазеров, является то, что они до сих пор остаются крайне сложными устройствами с точки зрения технологии их изготовления. Поэтому задача поиска и разработки альтернативных механизмов и схем генерации терагерцового излучения в настоящее время является актуальной.

Один из перспективных методов получения терагерцового излучения основан на оптических переходах неравновесных носителей заряда при их релаксации через состояния мелких примесных центров в полупроводниках и полупроводниковых наноструктурах после оптического или электрического возбуждения. Такие примесные терагерцовые оптические переходы носителей заряда уже наблюдались в спектрах низкотемпературной люминесценции объемных полупроводников [8] и наноструктур с квантовыми ямами [9] при пробое мелких примесей электрическим полем, а также при внутризонном [10] и межзонном [11] оптическом возбуждении объемных полупроводников. Кроме того, в условиях внутризонного фотовозбуждения удалось добиться даже лазерной генерации на внутрицентровых переходах в кремнии [10].

До настоящего времени еще не сообщалось о наблюдении примесной терагерцовой люминесценции в условиях межзонного фотовозбуждения неравновесных носителей заряда в наноструктурах с легированными квантовыми ямами. Терагерцовое излучение при межзонной оптической накачке легированных квантовых ям по аналогии со случаем объемных полупроводников [11] может возникать при захвате неравновесных электронов (дырок) на донорные (акцепторные) примесные состояния, опустошение которых происходит за счет спонтанной электронно-дырочной рекомбинации при переходах типа «основное донорное (акцепторное) состояние - подзона тяжелых дырок (электронов)». При этом помещение примесного центра в квантовую яму открывает возможности управления его энергетическим спектром за счет эффекта размерного квантования

путем изменения параметров легированных квантовых ям, а следовательно, и возможности управления частотой примесной терагерцовой люминесценции, что также определяет актуальность настоящей работы.

Целью настоящей работы является экспериментальное исследование излучательных свойств наноструктур с легированными квантовыми ямами в терагерцовом диапазоне частот при межзонном оптическом возбуждении неравновесных носителей заряда.

Увеличение скорости опустошения основных примесных состояний в квантовых ямах может привести к увеличению интенсивности примесной терагерцовой фотолюминесценции, определяемой, в значительной степени, заселенностью основных примесных состояний. Это может быть достигнуто за счет опустошения основных примесных состояний стимулированным излучением, а также за счет существенной компенсации примесей в квантовых ямах. При этом компенсация примесей приведет к возникновению дополнительного канала рекомбинации типа "донор-акцептор", а также понизит равновесную заселенность примесных состояний.

В соответствии с изложенным выше в работе поставлены следующие задачи:

1. Рассчитать энергетический спектр электронов и дырок в квантовых ямах GaAs/AlGaAs различной ширины. Основываясь на литературных источниках, определить энергетический спектр донорных состояний в исследуемых квантовых ямах GaAs/AlGaAs различной ширины.

2. Исследовать спектры терагерцовой и ближней инфракрасной фотолюминесценции в наноструктурах с легированными донорами квантовыми ямами GaAs/AlGaAs различной ширины при различных температурах кристаллической решетки в условиях межзонного оптического возбуждения.

3. Провести совместный анализ полученных экспериментальных данных по исследованию спектров фотолюминесценции терагерцового и ближнего инфракрасного диапазонов с результатами расчета энергетического спектра электронных и дырочных состояний в квантовых ямах, а также с энергетическим

спектром доноров в квантовых ямах. Определить основные оптические переходы, дающие вклад в спектры ближнего инфракрасного и терагерцового излучения при различных температурах кристаллической решетки.

4. Исследовать спектры фотолюминесценции ближнего инфракрасного диапазона в лазерных наноструктурах с легированными донорами квантовыми ямами и с волноводом для ближнего инфракрасного излучения при различных интенсивностях межзонного оптического возбуждения. Определить пороговую мощность для возникновения лазерной генерации ближнего инфракрасного излучения в образце.

5. Исследовать спектры терагерцовой фотолюминесценции в лазерных наноструктурах с легированными донорами квантовыми ямами с волноводом для ближнего инфракрасного излучения при различных интенсивностях межзонного оптического возбуждения. Определить влияние стимулированного ближнего инфракрасного излучения на спектры и интенсивность примесной терагерцовой фотолюминесценции в квантовых ямах.

6. Исследовать спектры фотолюминесценции ближнего инфракрасного и терагерцового диапазонов в наноструктурах с квантовыми ямами, легированными как донорной, так и донорной и акцепторной примесями при различных температурах кристаллической решетки в условиях межзонного оптического возбуждения. Определить влияние компенсации доноров акцепторами в квантовых ямах на интенсивность примесной терагерцовой фотолюминесценции.

Научная новизна, теоретическая и практическая значимость. Научная значимость настоящей работы заключается в том, что в ней впервые проведены исследования терагерцовой фотолюминесценции, связанной с оптическими переходами неравновесных электронов с участием состояний мелких доноров в наноструктурах с легированными квантовыми ямами GaAs/AlGaAs различной ширины при межзонном оптическом возбуждении неравновесных носителей заряда. Анализ полученных результатов позволил определить оптические переходы неравновесных электронов, дающие основной вклад в спектры терагерцовой фотолюминесценции в наноструктурах с квантовыми ямами

различной ширины. Продемонстрирован сдвиг полосы примесной терагерцовой фотолюминесценции при изменении ширины легированной квантовой ямы, связанный с изменение энергетического спектра доноров вследствие эффекта размерного квантования. Предложены механизмы увеличения интенсивности примесной терагерцовой фотолюминесценции при межзонной оптической накачке легированных квантовых ям, основанные на организации стимулированного ближнего инфракрасного излучения в лазерных наноструктурах, а также компенсации примесных центров в квантовых ямах. Полученные в настоящей работе результаты могут быть использованы для разработки нового типа источников терагерцового излучения на основе квантовых ям, легированных мелкими примесными центрами. При этом использование удобного и физически наглядного способа межзонного оптического возбуждения, реализованного в настоящей работе, является первым шагом на пути к созданию источников терагерцового излучения с электрической накачкой, пригодных для практического применения.

Методология и методы исследования. Исследован ряд наноструктур с множественными легированными квантовыми ямами GaAs/AlGaAs, выращенными методом молекулярно-пучковой эпитаксии. Экспериментальные исследования выполнены с использованием традиционных и вновь разработанных методик, среди которых спектроскопия терагерцовой и ближней инфракрасной фотолюминесценции, а также спектроскопия терагерцовой фотопроводимости. Обработка полученных в экспериментах результатов проводилась в программных пакетах OPUS и Origin.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Межзонная оптическая накачка квантовых ям GaAs/AlGaAs, легированных донорной примесью, при низкой температуре кристаллической решетки приводит к спонтанной эмиссии терагерцового излучения, связанного с оптическими переходами неравновесных электронов из первой электронной подзоны и возбужденного донорного состояния в основное состояние доноров в квантовых ямах.

2. В легированных квантовых ямах GaAs/AlGaAs в условиях межзонной оптической накачки стимулированное ближнее инфракрасное излучение при примесных переходах носителей заряда существенно влияет на характеристики примесной терагерцовой фотолюминесценции.

3. Компенсация доноров акцепторами в квантовых ямах GaAs/AlGaAs приводит к возрастанию интенсивности терагерцовой фотолюминесценции, связанной с примесными состояниями, при межзонном оптическом возбуждении.

Степень достоверности и апробация результатов. Результаты настоящей работы были доложены на международном симпозиуме "Semiconductor sources and detectors of THz frequencies" (Монпелье, Франция, 2013); 15, 19 и 20 Всероссийских молодежных конференциях по физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто- и наноэлектронике (Санкт-Петербург, 2013, 2017, 2018); 22 и 25 Международных симпозиумах "Nanostructures: Physics and Technology" (Санкт-Петербург, 2014, 2017); XVIII, XXII и XXIII Международных симпозиумах "Нанофизика и наноэлектроника" (Нижний Новгород, 2014, 2018, 2019); 1 Международной школе и конференции по оптоэлектронике, фотонике, проектированию и наноструктурам Saint-Petersburg OPEN (Санкт-Петербург, 2014); 43, 44, 46 и 47 Научно-практических конференциях с международным участием Неделя Науки СПбПУ (Санкт-Петербург, 2014, 2015, 2017, 2018); 41 и 43 Международных конференциях "Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz)" (Копенгаген, Дания, 2016; Нагоя, Япония, 2018); 13 Всероссийской конференции по физике полупроводников (Екатеринбург, 2017).

Результаты проведенных исследований также были доложены на научном семинаре в лаборатории оптики спина им. И.Н. Уральцева СПбГУ (2019).

Основные результаты диссертации опубликованы в 23 печатных работах, в том числе в 6 научных статьях и 17 тезисах докладов на российских и международных конференциях. Список научных статей приведен в конце диссертации.

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Мелкие донорные примесные центры в объемных полупроводниках и двумерных наноструктурах

Примесные атомы представляют собой простейшие дефекты, которые располагаются в кристаллической решетке полупроводника. Наличие в определенном месте кристаллической решетки полупроводника примесного атома приводит к тому, что на периодический потенциал решетки накладывается достаточно сильное возмущение, локализованное в некоторой малой пространственной области [12]. В общем случае нахождение энергетического спектра таких примесных состояний является крайне сложной задачей даже при условии того, что известен конкретный вид потенциала возмущения, поскольку неизвестен точный вид периодического потенциала кристаллической решетки.

Наиболее часто для нахождения энергетического спектра и волновых функций примесного электрона используют приближение метода эффективной массы. В приближении метода эффективной массы носители заряда, как свободные, так и связанные, обладают эффективной массой , которая в общем случае является тензорной величиной и учитывает влияние периодического потенциала решетки. Возмущение U (г) , возникающее из-за наличия примесного атома, может быть представлено в виде кулоновского потенциала иона однозарядовой донорной примеси с учетом диэлектрической постоянной кристалла :

\е\2

U (г) = -— , (11)

£ Г

РN (г) = Е$>-<р N (г) , (1.2)

где е - заряд электрона, г - радиус вектор. Тогда уравнение движения для нахождения энергетического спектра и волновых функций примесного электрона представляется в виде уравнения для плавной огибающей волновой функции

Р N (г):

к2

где Н - постоянная Планка.

Уравнение (1.2) в таком случае является одноэлектронным стационарным уравнением Шредингера для частицы, которая движется в кулоновском потенциале, а движение электрона вокруг иона донора аналогично движению электрона в атоме водорода. Поэтому доноры, электроны которых могут быть описаны решениями уравнения (1.2), называются водородоподобными или мелкими. Связанные состояния донорного электрона классифицируются в соответствии с главным квантовым числом Ы, угловым моментом Ь и спином. Связанные состояния мелких примесей как правило обозначаются по аналогии с последними в атомной физике как 1s, 2Я., 2р и т. п.

Решением уравнения (1.2) с потенциалом возмущения, представленным в виде (1.1), является серия энергетических уровней Е^ 0

3 о = _ = _тИЯУА_ (1 3)

Е £2 2 Н 2 И2 т0 £2 И2' ( . )

где N = 1,2,... - номер уровня; Яу - постоянная Ридберга, равная 13.6 эВ; т0 -масса свободного электрона в вакууме. Область локализации волновой функции электрона, связанного с примесным атомом, на энергетическом уровне с номером N в реальном пространстве характеризуется боровским радиусом примеси а^:

. 0.4)

Оценим энергию связи и боровский радиус основного состояния донорной примеси для GaAs. Взяв диэлектрическую постоянную GaAs равной 12.85 и эффективную массу электрона т*е = 0 . О 6 3 т0 при температуре Т = 300 К [14] и используя формулы (1.3) и (1.4), можно получить энергию связи мелкого донора в

GaAs примерно 5.2 мэВ и боровский радиус примерно 108 А. Как видно, область локализации волновой функции основного донорного состояния значительно превышает период решетки кристалла GaAs, равный 5.653 А [15], вследствие чего мелкие водородоподобные примеси хорошо описываются в приближении метода эффективной массы.

Помещение примесного центра в квантовую яму приводит к изменению характеристик примесных состояний. При этом уравнение движения (1.2) модифицируется, и в гамильтониан добавляется член, связанный с потенциалом квантовой ямы. В общем случае такое уравнение решается только численно, например вариационным методом [16, 17] или методом разложения по "плоским волнам" [18, 19], где волновая функция примесного состояния ищется в виде разложения по собственным функциям электронов или дырок в квантовой яме в отсутствии примесного центра.

Рассмотрим результаты расчета зависимости энергии связи донорной примеси от ширины квантовой ямы GaAs/AlxGa1-xAs из работы [16], которые представлены на рисунках 1а и 1б для случаев, когда легирующая донорная примесь расположена в центре и на краю квантовой ямы, соответственно.

Как видно из рисунка 1а, зависимость энергии связи донора от ширины квантовой ямы имеет немонотонный характер. В начале при сужении квантовой ямы происходит увеличение энергии связи донорной примеси. Это вызвано тем, что ограничение примесного центра стенками квантовой ямы не позволяет электрону далеко уйти от примеси, что, в свою очередь, приводит к возрастанию его средней энергии. Затем при определенной ширине квантовой ямы энергия связи достигает максимального значения. Дальнейшее сужение квантовой ямы приводит к спаду энергии связи, который вызван тем, что вследствие увеличения энергии размерного квантования электронный уровень ямы поднимается очень высоко, и волновая функция донора начинает сильнее перекрываться с барьерной областью, что приводит к ослаблению влияния размерного квантования на донорный центр. Таким образом, энергетический спектр донорных состояний существенно зависит от ширины легированной квантовой ямы, в отличие от

примесей в объемных полупроводниках, где энергия связи не изменяется в отсутствии внешнего воздействия.

(а)

(б)

Рисунок 1 - Зависимости энергетического положения основного состояния донора от ширины квантовой ямы GaAs/AlxGa1-xAs [16] (для различного состава х) для

расположения донорной примеси в центре (а) и на краю (б) квантовой ямы. Энергия отсчитывается от первой электронной подзоны квантовой ямы, ширина квантовой ямы измеряется в количестве монослоев GaAs.

Более того, оказывается, что волновая функция и энергия связи донорных примесных состояний зависят не только от ширины квантовой ямы, но и от положения легирующей примеси в самой яме. Из сравнения зависимостей энергии связи основного донорного состояния от ширины квантовой ямы для расположения донора в центре (см. рисунок 1а) и на краю (см. рисунок 1б) квантовой ямы видно, что донор на краю ямы обладает меньшей энергией связи чем донор в центре квантовой ямы. Это объясняется тем, что перекрытие

электронной волновой функции с донором на краю ямы значительно меньше, чем в центре квантовой ямы.

В работе [20] было рассмотрено влияние непараболичности закона дисперсии в зоне проводимости на положения основного и возбужденных донорных состояний в квантовых ямах GaAs/AlGaAs. Как оказалось, влияние непараболичности закона дисперсии пренебрежимо мало для квантовых ям, ширина которых больше боровского радиуса донора для объемного GaAs. Учет непараболичности закона дисперсии для квантовых ям, ширина которых меньше боровского радиуса донора, приводит к возрастанию энергии связи донорного центра примерно на 20 %.

Учет поляризации гетерограниц "яма/барьер", вызванной разницей диэлектрических проницаемостей материалов квантовой ямы и барьеров, проведенный вариационным методом авторами работы [21], показал, что поправки к энергии связи основного донорного состояния являются незначительными и составляют величину порядка 10 %.

Влияние эффектов экранирования кулоновского потенциала донорного примесного центра свободными носителями заряда, а следовательно влияние концентрации свободных носителей заряда на энергию связи основного донорного состояния в квантовых ямах GaAs/AlGaAs было рассмотрено в работе [22]. Было показано, что рост концентрации свободных носителей заряда ведет к спаду энергии связи основного донорного состояния. При этом, энергия связи не стремится к нулю при высоких значениях концентрации свободных носителей заряда, а стремится к конечному значению, которое также зависит от ширины легированный квантовой ямы.

При определенных условиях примеси в квантовых ямах наряду с локализованными состояниями, расположенными в запрещенной зоне, могут образовывать и резонансные состояния, располагающиеся на фоне разрешенных подзон [20, 23] без всякого внешнего воздействия (например, деформации). Результаты расчета энергетического положения возбужденных донорных состояний 2р± и 2р0 (также в ряде работ эти возбужденные донорные состояния

обозначаются как 2pxy и 2pz, соответственно) и нижних уровней размерного квантования для электронов от ширины квантовой ямы GaAs/Al0.3Gaa7As из работы [23] представлены на рисунке 2. Видно, что уменьшение ширины квантовой ямы приводит к тому, что возбужденные донорные состояния 2p± остаются "подвешены" под первой электронной подзоной, в то время как возбужденное донорное состояние 2p0, являясь привязанным ко второй электронной подзоне, становится резонансным в квантовых ямах шириной менее 65 нм и находится на фоне непрерывного спектра состояний первой электронной подзоны.

4.0

3.S

3.0

2.5

> 2.0 о

Е Ы

ш 1.5 1.0

0.5 0.0 - 0.5

4.0 6.0 8.0 10.0 1Е.0

WELL WIDTH (L)

Рисунок 2 - Зависимость энергетического положения донорных примесных состояний 2p±, 2p0, а также первого n = 1 и второго n = 2 уровней размерного квантования для электронов от ширины квантовой ямы GaAs/Al03Ga07As [23]. Ширина квантовой ямы представлена в боровских радиусах (98.7 А), энергия представлена в эффективных ридбергах (5.83 мэВ).

Наличие таких резонансных состояний доноров наглядно подтверждается исследованием спектров примесной терагерцовой фотопроводимости, представленными в работе [9], для различной поляризации возбуждающего терагерцового излучения. В спектрах фотопроводимости наблюдаются полосы фототока, вызванного оптическими переходами электронов из основного донорного состояния в основную электронную подзону, а также на состояния как

локализованных, так и резонансных возбужденных донорных состояний. При этом оптические переходы с участием резонансных донорных состояний, вследствие правил отбора, наблюдаются только для одной из поляризаций падающего терагерцового излучения, содержащей компоненту вектора поляризации, направленную вдоль оси роста структуры.

1.2 Терагерцовая люминесценция объемных полупроводников и наноструктур с квантовыми ямами в условиях пробоя примесей

электрическим полем

Энергия связи мелких примесей в полупроводниках соответствует терагерцовому диапазону частот, поэтому оптические переходы неравновесных носителей заряда с участием состояний мелких примесных центров в полупроводниках могут сопровождаться испусканием квантов терагерцового излучения. Неравновесные электроны или дырки в полупроводнике, к примеру, могут быть созданы за счет ионизации нейтральных доноров или акцепторов электрическим полем.

Нейтральными мелкие примеси являются как правило при низкой температуре кристаллической решетки, когда энергия теплового движения не превышает энергию связи примесного центра. В таком случае в основном состоянии нейтрального донора находится электрон, а в основном состоянии акцептора дырка. Приложенное к полупроводнику электрическое поле приводит к наклону энергетических зон, и для носителя заряда, локализованного в основном примесном состоянии, возрастает вероятность туннелирования из основного примесного состояния в разрешенную зону, поскольку ширина потенциального барьера, ограничивающего носитель заряда на примесном уровне, становится

конечной. Далее начинает идти процесс ударной ионизации носителей заряда, а именно этот уже свободный носитель заряда под действием электрического поля будет увеличивать свою кинетическую энергию, которая впоследствии может быть передана другому носителю, например, для перехода из локализованного состояния в разрешенную зону. В таком случае будет происходить рост концентрации свободных носителей в разрешенной зоне, характеризующийся резким ростом тока через образец, который начинается при определенном значении электрического поля на образце (поля пробоя). Также свободные носители из разрешенной зоны могут захватиться обратно на ионизованные примесные состояния, и такой захват может сопровождаться испусканием терагерцовых квантов света.

Вероятно, самые первые исследования, посвященные наблюдению терагерцовой электролюминесценции в условиях примесного пробоя электрическим полем, были представлены ещё в 1960 г. на образцах n-Ge [24]. В качестве легирующей донорной примеси использовалась сурьма, энергия связи которой составляет величину примерно 9.7 мэВ. Вольт-амперная характеристика образца Ge:Sb, измеренная при температуре Т = 3.7 ^ имела два характерных участка. На начальном участке данной зависимости наблюдалась линейная зависимость плотности тока от напряженности электрического поля, соответствующая закону Ома. На втором участке, соответствующем полям напряженностью выше 10 В/см, наблюдалось отклонение зависимости плотности тока от напряжения от линейного закона, и возникал сверхлинейный рост тока через образец, свидетельствовавший о росте концентрации свободных электронов в зоне проводимости из-за пробоя нейтральной донорной примеси электрическим полем и возникновении ударной ионизации электронов в полупроводнике.

Для исследования интегральной интенсивности терагерцового излучения авторами работы [24] в качестве фотоприемника использовалось фотосопротивление Ge:As с энергией связи донорной примеси примерно 12.7 мэВ, который располагался напротив образца Ge:Sb, являвшегося источником терагерцового излучения. Приложение к образцу Ge:Sb

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Махов Иван Сергеевич, 2020 год

Список литературы

[1] Mittleman, D. Perspective: Terahertz science and technology / D. Mittelman // Journal of applied physics. - 2017. - Vol. 122. - Iss. 23. - P.230901.

[2] Yang, X. Biomedical applications of terahertz spectroscopy and imaging / X. Yang, X. Zhao, K. Yang, Y. Liu, Y. Liu, W. Fu, Y. Luo // Trends in biotechnology. -2016. - Vol.34. - № 10. - P. 810.

[3] KaruliGnas, M. Non-destructive inspection of food and technical oils by terahertz spectroscopy / M. KaruliGnas, K.E. Nasser, A. Urbanowicz, I. Kasalynas, D. Brazinskiene, S. Asadauskas, G. Valusis // Scientific reports. - 2018. - Vol. 8. - Iss. 1. -P. 18025.

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

[5] Bosco, L. Thermoelectrically cooled THz quantum cascade laser operating up to 210 K / L. Bosco, M. Frankie, G. Scalari, M. Beck, A. Wacker, J. Faist // Applied physics letters. - 2019. - Vol. 115. - Iss. 1. - P. 010601.

[6] Wienold, M. High-temperature, continuous-wave operation of quantum-cascade lasers with metal-metal waveguides and third-order distributed feedback / M. Wienold, B. Röben, L. Schrottke, R. Sharma, A. Tharaoui, K. Biermann, H.T. Grahn // Optics express. - 2014. - Vol. 22. - Iss. 3. - P. 3334.

[7] Fujita, K. Recent progress in terahertz difference-frequency quantum cascade laser sources / K. Fujita, S. Jung, Y. Jiang, J.H. Kim, A. Nakanishi, A. Ito, M. Hitaka, T. Edamura, M.A. Belkin // Nanophotonics. - 2018. - Vol. 7. - Iss. 11. - P. 1.

[8] Андрианов, А. В. Терагерцовая электролюминесценция в условиях пробоя мелкого акцептора в германии / А. В. Андрианов, А. О. Захарьин, И. Н. Яссиевич, Н. Н. Зиновьев // Письма в ЖЭТФ. - 2004. - Т. 79, вып 8. - С. 448-451.

[9] Фирсов, Д. А. Излучение и фотопроводимость в квантовых ямах GaAs/AlGaAs n-типа в терагерцовой области спектра: роль резонансных состояний / Д. А. Фирсов, В. А. Шалыгин, В. Ю. Паневин, Г. А. Мелентьев, А. Н. Софронов, Л. Е. Воробьев, А. В. Андрианов, А. О. Захарьин, В. С. Михрин, А. П. Васильев, А. Е. Жуков, Л. В. Гавриленко, В. И. Гавриленко, А. В. Антонов, В. Я. Алешкин // Физика и техника полупроводников. - 2010. - Т. 44, вып. 11. - С. 14431446.

[10] Pavlov, S. G. Far-infrared stimulated emission from optically excited bismuth donors in silicon / S. G. Pavlov, H. W. Hubers, M. H. Rummeli, R. Kh. Zhukavin, E. E. Orlova, V. N. Shastin, H. Riemann // Applied physics letters. - Vol. 80, num. 25. - P. 4717-4719.

[11] Андрианов, А. В. Примесная терагерцовая люминесценция при межзонном фотовозбуждении полупроводников / А. В. Андрианов, А. О. Захарьин, Ю. Л. Иванов, М. С. Кипа // Письма в ЖЭТФ. - 2010. - Т. 91, вып. 2 - С. 102-105.

[12] Павлов, П. В. Физика твердого тела / П. В. Павлов, А. Ф. Хохлов. - 4-е изд., стер. - М.: Ленанд, 2015. - 496 с.

[13] Ю, П. Основы физики полупроводников / П. Ю, М. Кардона; под ред. Б.П. Захарчени. - 3-е изд. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. - 560 с.

[14] Mitin, V. V. Quantum heterostructures: microelectronics and optoelectronics / V. V. Mitin, V. A. Kochelap, M. A. Stroscio. - Cambridge: Cambridge university press, 1999. - 642 p.

[15] Blakemore, J. S. Semiconducting and other major properties of gallium arsenide / J. S. Blakemore // Journal of applied physics. - 1982. - Vol. 53. - № 10. -P. R123.

[16] Mailhiot, C. Energy spectra of donors in GaAs-Ga1-xAlxAs quantum well structures in the effective-mass approximation / C. Mailhiot, Y.-C. Chang, T. C. McGill // Physical review B. - 1982. - Vol. 26. - Iss. 8. - P. 4449.

[17] Helm, M. Far-infrared spectroscopy of minibands and confined donors in GaAs/AlxGa1-xAs superlattices / M. Helm, F. M. Peeters, F. DeRosa, E. Colas, J. P. Harbison, L. T. Florez // Physical review B. - 1991. - Vol. 43. - Iss. 13. - P. 13983.

[18] Алешкин, В. Я. Мелкие акцепторы в напряженных гетероструктурах Ge/Ge1-xSix с квантовыми ямами / В. Я. Алешкин, Б. А. Андреев, В. И. Гавриленко, И. В. Ерофеева, Д. В. Козлов, О. А. Кузнецов // Физика и техника полупроводников. - 2000. - Т. 34. - Вып. 5. - С. 582.

[19] Алешкин, В. Я. Примесное поглощение света с участием резонансных состояний мелких доноров в квантовых ямах / В. Я. Алешкин, Л. В. Гавриленко // Журнал экспериментальной и теоретической физики. - 2004. - Т. 125. - Вып. 6. -С.1340.

[20] Chaudhuri, S. Effect of nonparabolicity on the energy levels of hydrogenic donors in GaAs-Ga1-xAlxAs quantum-well structures / S. Chaudhuri, K. K. Bajaj // Physical review B. - 1984. - Vol. 29. - Iss. 4. - P. 1803;

[21] Fraizzoli, S. Shallow donor impurities in GaAs-Ga1-xAlxAs quantum-well structures: Role of the dielectric-constant mismatch / S. Fraizzoli, F. Bassani, R. Buczko // Physical review B. - 1990. - Vol. 41. - Iss. 8. - P. 5096.

[22] Brum, J. A. Screened Coulombic impurity bound states in semiconductor quantum wells / J. A. Brum, G. Bastard, C. Guillemot // Physical review B. - 1984. -Vol. 30. - Iss. 2. - P. 905.

[23] Greene, R. L. Binding energy of the 2p0-like level of a hydrogenic donor in GaAs-Ga1-xAlxAs quantum-well structures / R. L. Greene, K. K. Bajaj // Physical review B. - 1985. - Vol. 31. - Iss. 6. - P. 4006.

[24] Koenig, S. H. Far infrared electron-ionized donor recombination radiation in germanium / S. H. Koenig, R. D. Brown // Physical review letters. - 1960. - Vol. 4. -Iss. 4. - P. 170.

[25] Melngailis, I. Far-infrared recombination radiation from impact-ionized shallow donors in GaAs / I. Melngailis, G. E. Stillman, J. O. Dimmock, C. M. Wolfe // Physical review letters. - 1969. - Vol. 23. - Iss. 19. - P. 1111.

[26] Stillman, G. E. Magnetospectroscopy of shallow donors in GaAs / G. E. Stillman, C. M. Wolfe, J. O. Dimmock // Solid state communications. - 1969. - Vol. 7.

- Iss. 13. - P. 921.

[27] Salomon, S. N. Far-infrared recombination emission in n-Ge and ^-InSb / S. N. Salomon, H. Y. Fan // Physical review B. - 1970. - Vol. 1. - Iss. 2. - P. 662.

[28] Thomas, S. R. Far-infrared recombination radiation from n-type Ge and GaAs / S. R. Thomas, H. Y. Fan // Physical review B. - 1974. - Vol. 9. - Iss. 10. -P. 4295.

[29] Gornik, E. Recombination radiation from impact-ionized shallow donors in n-type InSb / E. Gornik // Physical review letters. - 1972. - Vol. 29. - Iss. 9. - P. 595.

[30] Kobayashi, K. L. I. Tunable far-infrared radiations from hot electrons in n-type InSb / K. L. I. Kobayashi, K. F. Komatsubara, E. Otsuka // Physical review letters.

- 1973. - Vol. 30. - Iss. 15. - P. 702.

[31] Shalygin, V. A. Impurity breakdown and terahertz luminescence in n-GaN epilayers under external electric field / V. A. Shalygin, L. E. Vorobjev, D. A. Firsov, V. Yu. Panevin, A. N. Sofronov, G. A. Melentyev, A. V. Antonov, V. I. Gavrilenko, A. V. Andrianov, A. O. Zakharyin, S. Suihkonen, P. T. Törma, M. Ali, H. Lipsanen // Journal of applied physics. - 2009. - Vol. 106. - Iss. 12. - P. 123523.

[32] Lv, P.-C. Electroluminescence at 7 terahertz from phosphorus donors in silicon / P.-C. Lv, R. T. Troeger, T. N. Adam, S. Kim, J. Kolodzey, I. N. Yassievich, M. A. Odnoblyudov, M. S. Kagan // Applied physics letters. - 2004. - Vol. 85. - Iss. 1. -P. 22.

[33] Adam, T. N. Terahertz electroluminescence from boron-doped silicon devices / T. N. Adam, R. T. Troeger, S. K. Ray, P.-C. Lv, J. Kolodzey // Applied physics letters. - 2003. - Vol. 83. - Iss. 9. - P. 1713.

[34] Lv, P.-C. Terahertz emission from electrically pumped gallium doped silicon devices / P.-C. Lv, R. T. Troeger, S. Kim, S. K. Ray, K. W. Goossen, J. Kolodzey, I. N. Yassievich, M. A. Odnoblyudov, M. S. Kagan // Applied physics letters. - 2004. - Vol. 85. - Iss. 17. - P. 3660.

[35] Lv, P.-C. Compact electrically pumped nitrogen-doped 4H-SiC terahertz emitters operating up to 150 K / P.-C. Lv, X. Zhang, J. Kolodzey, A. Powell // Applied physics letters. - 2005. - Vol. 87. - Iss. 24. - P. 241114.

[36] Киттель, Ч. Введение в физику твердого тела / Ч. Киттель; под общ. ред. А.А. Гусева. - 4-е изд. - М.: Наука, 1978. - 792 с.

[37] Одноблюдов, М. А. Резонансные акцепторные состояния в одноосно-деформированных полупроводниках / М. А. Одноблюдов, А. А. Пахомов, В. М. Чистяков, И. Н. Яссиевич // Физика и техника полупроводников. - 1997. - Т. 31. -Вып. 10. - С. 1180.

[38] Алешкин, В. Я. Примесные резонансные состояния в полупроводниках / В. Я. Алешкин, Л. В. Гавриленко, М. А. Одноблюдов, И. Н. Яссиевич // Физика и техника полупроводников. - 2008. - Т. 42. - Вып. 8. - С. 889.

[39] Buczko, R. Effect of uniaxial stress on shallow acceptor states in silicon and germanium / R. Buczko // Il nuovo cimento D. - 1987. - Vol. 9. - Iss. 6. - P. 669.

[40] Козлов, Д. В. Резонансные состояния мелких акцепторов в одноосно-деформированном германии / Д. В. Козлов, В. Я. Алешкин, В. И. Гавриленко // Журнал экспериментальной и теоретической физики. - 2001. - Т. 6. - Вып. 12. -С. 1495.

[41] Алтухов, И. В. Межзонное излучение горячих дырок в Ge при одноосном сжатии / И. В. Алтухов, М. С. Каган, В. П. Синис // Письма в журнал экспериментальной и теоретической физики. - 1988. - Т. 47. - Вып. 3. - С. 136.

[42] Алтухов, И. В. Внутрицентровая инверсия как причина индуцированного излучения в сильно деформированном p-Ge / И. В. Алтухов, М. С. Каган, К. А. Королев, В. П. Синис // Письма в журнал экспериментальной и теоретической физики. - 1994. - Т. 59. - Вып. 7. - С. 455.

[43] Алтухов, И. В. Резонансные состояния акцепторов и стимулированное терагерцовое излучение одноосно деформированного германия / И. В. Алтухов, М. С. Каган, К. А. Королев, М. А. Одноблюдов // Журнал экспериментальной и теоретической физики. - 1999. - Т. 115. - Вып. 1. - С. 89.

[44] Kagan, M. S. Stimulated THz emission of strained p-Ge and SiGe/Si quantum-well structures doped with shallow acceptors / M. S. Kagan, I. V. Altukhov, V. P. Sinis, E. G. Chirkova, S. K. Paprotskiy, I. N. Yassievich, M. A. Odnoblyudov, A. A. Prokofiev, J. Kolodzey // ECS transactions. - 2006. - Vol. 3. - № 7. - P. 745.

[45] Gousev, Yu. P. Widely tunable continuous-wave THz laser / Yu. P. Gousev, I. V. Altuhov, K. A. Korolev, V. P. Sinis, M. S. Kagan, E. E. Haller, M. A. Odnoblyudov, I. N. Yassievich, K.-A. Chao // Applied physics letters. - 1999. - Vol. 75. - Iss. 6. - P. 757.

[46] Odnoblyudov, M. A. Hot carrier effect on resonant state THz laser operation / M. A. Odnoblyudov, A. P. Prokofiev, I. N. Yassievich, I. V. Altukhov, V. P. Sinis, M. S. Kagan // Semiconductor science and technology. - 2004. - Vol. 19. - № 4. - P. S84.

[47] Егоров, А. Ю. Экспериментальное наблюдение расщепления уровней энергии легких и тяжелых дырок в упругонапряженном GaAsN / А. Ю. Егоров, Е. С. Семенова, В. М. Устинов, Y. G. Hong, C. Tu // Физика и техника полупроводников. - 2002. - Т. 36. - Вып. 9. - С. 1056.

[48] Воробьев, Л. Е. Примесный пробой и люминесценция терагерцового диапазона в электрическом поле в микроструктурах p-GaAs и p-GaAsN / Л. Е. Воробьев, Д. А. Фирсов, В. А. Шалыгин, В. Ю. Паневин, А. Н. Софронов, Д. В. Цой, А. Ю. Егоров, А. Г. Гладышев, О. В. Бондаренко // Письма в журнал технической физики. - 2006. - Т. 32. - Вып. 9. - С. 34.

[49] Shalygin, V. A. Terahertz luminescence in strained GaAsN:Be layers under strong electric fields / V. A. Shalygin, L. E. Vorobjev, D. A. Firsov, V. Yu. Panevin, A. N. Sofronov, A. V. Andrianov, A. O. Zakhar'in, A. Yu. Egorov, A. G. Gladyshev, O. V. Bondarenko, V. M. Ustinov, N. N. Zinov'ev, D. V. Kozlov // Applied physics letters. -2007. - Vol. 90. - Iss. 16. - P. 161128.

[50] Paul, D. J. Si/SiGe heterostructures: from material and physics to devices and circuits / D. J. Paul // Semiconductor science and technology. - 2004. - Vol. 19. -№ 10. - P. R75.

[51] Zi, J. Lattice dynamics of zink-blende GaN and AlN: I. Bulk phonons / J. Zi, X. Wan, G. Wei, K. Zhang, X. Xie // Journal of physics: condensed matter. - 1996.

- Vol. 8. - № 35. - P. 6323.

[52] Feldman, D. W. Phonon dispersion curves by Raman scattering in SiC, polytypes 3C, 4H, 6H, 15R, and 21R / D. W. Feldman, J. H. Parker, W. J. Choyke, L. Patrick // Physical review B. - 1968. - Vol. 173. - Iss. 3. - P. 787.

[53] Andrianov, A. V. Current injection induced terahertz emission from 4H-SiC p-n junctions / A. V. Andrianov, J. P. Gupta, J. Kolodzey, V. I. Sankin, A. O. Zakhar'in, Yu. B. Vasil'ev // Applied physics letters. - 2013. - Vol. 103. - Iss. 22. -P. 221101.

[54] Захарьин, А. О. Инжекционная терагерцовая электролюминесценция кремниевых p-n-структур / А. О. Захарьин, Ю. Б. Васильев, Н. А. Соболев, В. В. Забродский, С. В. Егоров, А. В. Андрианов // Физика и техника полупроводников.

- 2017. - Т. 51. - Вып. 5. - С. 632.

[55] Бекин, Н. А. Каскадный лазер на мелких донорах в 5-легированных сверхрешетках GaAs/AlGaAs / Н. А. Бекин, В. Н. Шастин // Физика и техника полупроводников. - 2008. - Т. 42. - Вып. 5. - С. 622.

[56] Bekin, N. A. Quantum cascade laser design on impurity-band transitions of donors in Si/GeSi (111) heterostructures / N. A. Bekin, S. G. Pavlov // Physica B: condensed matter. - 2009. - Vol. 404. - Iss. 23-24. - P. 4716.

[57] Williams, B. S. 3.4-THz quantum cascade laser based on longitudinal-optical-phonon scattering for depopulation / B. S. Williams, H. Callebaut, S. Kumar, Q. Hu // Applied physics letters. - 2003. - Vol. 82. - Iss. 7. - P. 1015.

[58] Bachmann, D. Spectral gain profile of a multi-stack terahertz quantum cascade laser / D. Bachmann, M. Rösch, C. Deutsch, M. Krall, G. Scalari, M. Beck, J. Faist, K. Unterrainer, J. Darmo // Applied physics letters. - 2014. - Vol. 105. -Iss. 18. - P. 181118.

[59] Pavlov, S. G. Stimulated emission from donor transitions in silicon / S. G. Pavlov, R. Kh. Zhukavin, E. E. Orlova, V. N. Shastin, A. V. Kirsanov, H.-W. Hübers, K. Auen, H. Riemann // Physical review letters. - 2000. - Vol. 84. - Iss. 22. - P. 5220.

[60] Зеегер, К. Физика полупроводников / К. Зеегер; под ред. Ю.К. Пожелы. - М.: Мир, 1977. - 615 с.

[61] Pavlov, S. G. Terahertz optically pumped Si:Sb laser / S. G. Pavlov, H.-W. Hübers, H. Riemann, R. Kh. Zhukavin, E. E. Orlova, V. N. Shastin // Journal of applied physics. - 2002. - Vol. 92. - Iss. 10. - P. 5632.

[62] Hübers, H.-W. Terahertz emission spectra of optically pumped silicon lasers / H.-W. Hübers, S. G. Pavlov, M. Greiner-Bär, M. H. Rümmeli, M. F. Kimmitt, R. Kh. Zhukavin, H. Riemann, V. N. Shastin // Physica status solidi B. - Vol. 233. -Iss. 2. - P. 191.

[63] Pavlov, S. G. The physical principles of terahertz silicon lasers based on intracenter transitions / S. G. Pavlov, R. Kh. Zhukavin, V. N. Shastin, H.-W. Hübers // Physica status solidi B. - 2013. - Vol. 250. - Iss. 1. - P. 9.

[64] Zhukavin, R. Kh. D- centers in intracenter Si:P lasers / R. Kh. Zhukavin, S. G. Pavlov, K. A. Kovalevsky, H.-W. Hübers, H. Riemann, V. N. Shastin // Journal of applied physics. - 2005. - Vol. 97. - Iss. 11. - P. 113708.

[65] Ashe, M. Electron-phonon interaction in n-Si / M. Ashe, O. G. Sarbei // Physica status solidi B. - 1981. - Vol. 103. - Iss. 1. - P. 11.

[66] Ramdas, A. K. Spectroscopy of a solid-state analogues of the hydrogen atom: donors and acceptors in semiconductors / A. K. Ramdas, S. Rodriguez // Reports on progress in physics. - 1981. - Vol. 44. - Iss. 12. - P. 1297.

[67] Pavlov, S. G. Optically pumped terahertz semiconductor bulk lasers / S. G. Pavlov, H.-W. Hübers, E. E. Orlova, R. Kh. Zhukavin, H. Riemann, H. Nakata, V. N. Shastin // Physica status solidi B. - 2003. - Vol. 235. - Iss. 1. - P. 126.

[68] Hübers, H.-W. Terahertz lasers based on germanium and silicon / H.-W. Hübers, S. G. Pavlov, V. N. Shastin // Semiconductor science and technology. - 2005. -Vol. 20. - № 7. - P. S211.

[69] Pajot, B. Optical absorption of impurities and defects in semiconducting crystals / B. Pajot, B. Clerjaud: ed. by M. Cardona, P. Fulde, K. von Klitzing, H.-J. Queisser, R. Merlin, H. Störmer. - London.: Springer, 2013. - 531 p.

[70] Pavlov, S. G. Terahertz stimulated emission from silicon doped by hydrogenlike acceptors / S. G. Pavlov, N. DePmann, V. N. Shastin, R. Kh. Zhukavin, B. Redlich, A. F. G. van der Meer, M. Mittendorff, S. Winnerl, N. V. Abrosimov, H. Riemann, H.-W. Hubers // Physical review X. - 2014. - Vol. 4. - Iss. 2. - P. 021009.

[71] Pavlov, S. G. Influence of an electric field on the operation of terahertz intracenter silicon laser / S. G. Pavlov, U. Bottger, N. V. Abrosimov, K. Irmscher, H. Riemann, H.-W. Hubers // Journal of applied physics. - 2010. - Vol. 107. - Iss. 3. -P. 033114.

[72] Zhukavin, R. Kh. Influence of uniaxial stress on stimulated terahertz emission from phosphor and antimony donors in silicon / R. Kh. Zhukavin, V. V. Tsyplenkov, K. A. Kovalevsky, V. N. Shastin, S. G. Pavlov, U. Bottger, H.-W. Hubers, H. Riemann, N. V. Abrosimov, N. Notzel // Applied physics letters. - 2007. - Vol. 90, -Iss. 5. - P. 051101.

[73] Pavlov, S. G. Low-threshold terahertz Si:As laser / S. G. Pavlov, U. Bottger, H.-W. Hubers, R. Kh. Zhukavin, K. A. Kovalevsky, V. V. Tsyplenkov, V. N. Shastin, N. V. Abrosimov, H. Riemann // Applied physics letters. - 2007. - Vol. 90. -Iss. 14. - P. 141109.

[74] Ковалевский, К. А. Поляризация терагерцового стимулированного излучения доноров в кремнии / К. А. Ковалевский, Р. Х. Жукавин, В. В. Цыпленков, С. Г. Павлов, Г.-В. Хьюберс, Н. В. Абросимов, В. Н. Шастин // Физика и техника полупроводников. - 2016. - Т. 50. - Вып. 12. - С. 1701.

[75] Pavlov, S. G. Frequency tunability of the terahertz silicon laser by a magnetic field / S. G. Pavlov, H.-W. Hubers, M. F. Kimmitt, H. Riemann, V. N. Shastin // Applied physics letters. - 2006. - Vol. 89. - Iss. 2. - P. 021108.

[76] Pavlov, S. G. Stimulated terahertz Stokes emission of silicon crystals doped with antimony donors / S. G. Pavlov, H.-W. Hubers, J. N. Hovenier, T. O. Klaassen, D. A. Carder, P. J. Philips, B. Redlich, H. Riemann, R. Kh. Zhukavin, V. N. Shastin // Physical review letters. - 2006. - Vol. 96. - Iss. 3. - P. 037404.

[77] Pavlov, S. G. Terahertz Raman laser based on silicon doped with phosphorous / S. G. Pavlov, H.-W. Hubers, U. Bottger, R. Kh. Zhukavin, V. N. Shastin,

J. N. Hovenier, B. Redlich, N. V. Abrosimov, H. Riemann // Applied physics letters. -2008. - Vol. 92. - Iss. 9. - P. 091111.

[78] Pavlov, S. G. Stimulated terahertz emission due to electronic Raman scattering in silicon / S. G. Pavlov, U. Bottger, J. N. Hovenier, N. V. Abrosimov, H. Riemann, R. Kh. Zhukavin, V. N. Shastin, B. Redlich, A. F. G. van der Meer, H.-W. Hubers // Applied physics letters. - 2009. - Vol. 94. - Iss. 17. - P. 171112.

[79] Pavlov, S. G. Terahertz lasing from silicon by infrared Raman scattering on bismuth centers / S. G. Pavlov, U. Bottger, R. Eichholz, N. V. Abrosimov, H. Riemann, V. N. Shastin, B. Redlich, H.-W. Hubers // Applied physics letters. - 2009. - Vol. 95. -Iss. 20. - P. 201110.

[80] Pavlov, S. G. Multifrequency terahertz lasing from codoped silicon crystals / S. G. Pavlov, R. Eichholz, N. V. Abrosimov, B. Redlich, H.-W. Hubers // Applied physics letters. - 2011. - Vol. 98. - Iss. 6. - P. 061102.

[81] Bimberg, D. Kinetics of relaxation and recombination of nonequilibrium carriers in GaAs: carrier capture by impurities / D. Bimberg, H. Munzel, A. Steckenborn, J. Christen // Physical review B. - 1985. - Vol. 31. - №. 12. - С. 7788.

[82] Zakhar'in, A. O. Terahertz photoluminescence from GaAs doped with shallow donors at interband excitation / A. O. Zakhar'in, A. V. Andrianov, A. Yu. Egorov, N. N. Zinov'ev // Applied physics letters. - 2010. - Vol. 96. - Iss. 21. -P. 211118.

[83] Захарьин, А. О. Терагерцовое излучение при межзонном фотовозбуждении слоев GaN / А. О. Захарьин, А. В. Бобылев, А. В. Андрианов // Физика и техника полупроводников. - 2012. - Т. 46. - Вып. 9. - С. 1158.

[84] Андрианов, А. В. Терагерцовая внутрицентровая фотолюминесценция кремния с литием при межзонном фотовозбуждении / А. В. Андрианов, А. О. Захарьин, Р. Х. Жукавин, В. Н. Шастин, Н. В. Абросимов, А. В. Бобылев // Письма в журнал экспериментальной и теоретической физики. - 2014. - Т. 100. - Вып. 12. - С. 876.

[85] Андрианов, А. В. Внутриэкситонное и внутрицентровое терагерцовое излучение при межзонном фотовозбуждении легированного кремния / А. В.

Андрианов, А. О. Захарьин, А. Г. Петров // Письма в журнал экспериментальной и теоретической физики. - 2018. - Т. 107. - Вып. 9. - С. 564.

[86] Andrianov, A. V. Intrinsic terahertz photoluminescence from semiconductors / A. V. Andrianov, A. O. Zakhar'in // Applied physics letters. - 2018. -Vol. 112. - Iss. 4. - P. 041101.

[87] Andrianov, A. V. Terahertz luminescence induced by intra-exciton radiative transitions in silicon / A. V. Andrianov, A. O. Zakhar'in // Physica status solidi

B. - 2019. - Vol. 256. - Iss. 6. - P. 1800496.

[88] Захарьин, А. О. Стимулированное терагерцовое излучение в системе экситонов фотовозбужденного кремния / А. О. Захарьин, А. В. Андрианов, А. Г. Петров // Письма в журнал экспериментальной и теоретической физики. - 2019. -Т. 109. - Вып. 12. - С. 821.

[89] Афанасьев, А. В. Нанотехнология: физика, процессы, диагностика, приборы / А. В. Афанасьев, В. П. Афанасьев, Г. Ф. Глинский, С. И. Голоудина, А.

C. Гудовских, Ю. А. Демин, А. С. Дронь, Т. М. Зимина, В. И. Зубков, С. В. Иванов, В. А. Ильина, А. З. Казак-Казакевич, В. А. Карасев, А. В. Корляков, Н. М. Коровкина, А. Н. Кривошеева, В. В. Лучинин, В. А. Мошников, М. Ф. Панов, В. М. Пасюта, А. Н. Пихтин, А. Ю. Савенко, А. П. Сазанов, А. Н. Семенов, В. А. Соловьев, А. В. Соломонов, В. С. Сорокин, С. В. Сорокин, Ю. М. Таиров, О. А. Шилова; под ред. В. В. Лучинина, Ю. М. Таирова. - М.: ФИЗМАТ ЛИТ, 2006. -552 с.

[90] Watanabe, M. O. Band discontinuity for GaAs/AlGaAs heterojunction determined by C-V profiling technique / M. O. Watanabe, J. Yoshida, M. Mashita, T. Nakanishi, A. Hojo // Journal of applied physics. - 1985. - Vol. 57. - Iss. 12. - P. 5340.

[91] Vurgaftman, I. Band parameters for III-V compound semiconductors and their alloys / I. Vurgaftman, J. R. Meyer, L. R. Ram-Mohan // Journal of applied physics. - 2001. - Vol. 89. - Iss. 11. - P. 5815.

[92] Williams, B. S. Terahertz quantum-cascade lasers / B. S. Williams // Nature photonics. - 2007. - Vol. 1. - Iss. 9. - P. 517.

[93] Casey, H. C. Variation of minority-carrier diffusion length with carrier concentration in GaAs liquid-phase epitaxial layers / H. C. Casey, B. I. Miller, E. Pinkas // Journal of applied physics. - 1973. - Vol. 44. - Iss. 3. - P. 1281.

[94] Hunter, A. T. Selective excitation luminescence in bulk-grown GaAs / A. T. Hunter, T. C. McGill // Applied physics letters. - 1982. - Vol. 40. - Iss. 2. - P. 169.

[95] Wagner, J. Residual acceptor assessment in as-grown bulk GaAs by Raman and selective pair luminescence spectroscopy: A comparative study / J. Wagner, M. Ramsteiner // Applied physics letters. - 1986. - Vol. 49. - Iss. 20. - P. 1369.

[96] Kirkman, R. F. An infrared study of the shallow acceptor states in GaAs / R. F. Kirkman, R. A. Stradling, P. J. Lin-Chung // Journal of physics C: solid state physics. - 1978. - Vol. 11. - № 2. - P. 419.

[97] Dingle, R. Characterization of high purity GaAs grown by molecular beam epitaxy / R. Dingle, C. Weisbuch, H. L. Stormer, H. Morkoc, A. Y. Cho // Applied physics letters. - Vol. 40. - Iss. 6. - P. 507.

[98] Kogan, Sh. M. Photoelectric spectroscopy - a new method of analysis of impurities in semiconductors / Sh. M. Kogan, T. M. Lifshits // Physica status solidi A. -1977. - Vol. 39. - Iss. 1. - P. 11.

[99] Nam, S. B. Free-exciton energy spectrum in GaAs / S. B. Nam, D. C. Reynolds, C. W. Litton, R. J. Almassy, T. C. Collins // Physical review B. - 1976. -Vol. 13. - Iss. 2. - P. 761.

[100] Belov, P. A. Energy spectrum of excitons in square quantum wells / P. A. Belov // Physica E: Low-dimensional systems and nanostructures. - 2019. - Vol. 112. -P. 96.

[101] Khramtsov, E. S. Radaitive decay rate of excitons in square quantum wells: microscopic modelling and experiment / E. S. Khramtsov, P. A. Belov, P. S. Grigoryev, I. V. Ignatiev, S. Yu. Verbin, Yu. P. Efimov, S. A. Eliseev, V. A. Lovtcius, V. V. Petrov, S. L. Yakovlev. - Journal of applied physics. - 2016. - Vol. 119. -Iss. 18. - P. 184301.

[102] Lee, J. Binding energy of the screened exciton in two-dimensional systems / J. Lee, H. N. Spector, P. Melman // Journal of applied physics. - 1985. -Vol. 58. - Iss. 5. - P. 1893.

[103] Olejnikova, B. Electric-field and screening dependence of exciton binding energy in asymmetric double quantum well / B. Olejnikova // Superlattices and microstructures. - 1993. - Vol. 14. - Iss.2-3. - P. 215.

[104] Reynolds, D. C. Determination of the binding energy of excitons to neutral donors located at the center or edge of the well or at the center of the barrier in AlxGa1-xAs/GaAs multiple-quantum-well structures / D. C. Reynolds, C. E. Leak, K. K. Bajaj, C. E. Stutz, R. L. Jones, K. R. Evans, P. W. Yu, W. M. Theis // Physical review B. - 1989. - Vol. 40. - Iss. 9. - P. 6210.

[105] Bludau, W. Impact ionization of excitons in GaAs / W. Bludau, E. Wagner // Physical review B. — 1976. — Vol. 13. — Iss. 12. — P. 5410.

[106] Воробьев, Л. Е. Спонтанное излучение дальнего ИК диапазона при переходах носителей заряда между уровнями квантовых точек / Л. Е. Воробьев, Д. А. Фирсов, В. А. Шалыгин, В. Н. Тулупенко, Ю. М. Шерняков, Н. Н. Леденцов, В. М. Устинов, Ж. И. Алферов // Письма в журнал экспериментальной и теоретической физики. - 1998. - Т. 67. - Вып. 4. - С. 256.

[107] Воробьев, Л. Е. Перспективы создания источников излучения среднего ИК диапазона на основе внутризонных межуровневых переходов носителей заряда в инжекционных лазерных гетероструктурах с квантовыми точками и ямами / Л. Е. Воробьев, Д. А. Фирсов, В. А. Шалыгин, В. Н. Тулупенко, Н. Н. Леденцов, П. С. Копьев, В. М. Устинов, Ю. М. Шерняков, Ж. И. Алферов // Успехи физических наук. - 1999. - Т. 169. - № 4. - С. 459.

[108] Ridley, B. K. Quantum processes in semiconductors / B. K. Ridley. - 5th ed. - NY.: Oxford university press, 2013. - 448 p.

[109] El-said, M. Photoionization of impurities in infinite-barrier quantum wells / M. El-Said, M Tomak // Journal of physics and chemistry of solids. - 1991. - Vol. 52. -№ 4. - P. 603.

[110] Pearah, P. J. Optical transitions and acceptor binding energies in GaAs/AlxGa1-xAs single quantum well heterostructures grown by molecular beam epitaxy / P. J. Pearah, J. Klem, C. K. Peng, T. Henderson, W. T. Masselink, H. Morkoç, D. C. Reynolds // Applied physics letters. - 1985. - Vol. 47. - Iss. 2. - P. 166.

[111] Блекмор, Дж. Статистика электронов в полупроводниках / Дж. Блекмор; под. ред. Л. Л. Коренблита. - М.: МИР, 1964. - 392 с.

[112] Воробьев, Л. Е. Концентрация и температура носителей заряда в квантовых ямах лазерных гетероструктур в режимах спонтанного и стимулированного излучения / Л. Е. Воробьев, В. Л. Зерова, К. С. Борщёв, З. Н. Соколова, И. С. Тарасов, G. Belenky // Физика и техника полупроводников. - 2008. - Т. 42. - Вып. 8. - С. 753.

[113] Воробьев, Л. Е. Разогрев носителей заряда в квантовых ямах при оптической и токовой инжекции электронно-дырочных пар / Л. Е. Воробьев, М. Я. Винниченко, Д. А. Фирсов, В. Л. Зерова, В. Ю. Паневин, А. Н. Софронов, П. Тхумронгсилапа, В. М. Устинов, А. Е. Жуков, А. П. Васильев, L. Shterengas, G. Kipshidze, T. Hosoda, G. Belenky // Физика и техника полупроводников. - 2010. -Т. 44. - Вып. 11. - С. 1451.

[114] Zheng, W. M. Acceptor binding energy in ¿-doped GaAs/AlAs multiple-quantum wells / W. M. Zheng, M. P. Halsall, P. Harmer, P. Harrison, M. J. Steer // Journal of applied physics. - 2002. - Vol. 92. - Iss. 10. - P. 6039.

[115] Stillman, G. E. Far-infrared photoconductivity in high purity GaAs / G. E. Stillman, C. M. Wolfe, J. O. Dimmock // Semiconductors and semimetals. - 1977. -Vol. 12. - P. 169.

[116] Wagner, J. Binding energies of shallow donors in semi-insulating GaAs / J. Wagner, M. Ramsteiner // Journal of applied physics. - 1987. - Vol. 62. - Iss. 5. -P. 2148.

[117] Гасумянц, В. Э. Электроны и фононы в квантоворазмерных системах / В. Э. Гасумянц, Д. А. Фирсов. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2008. - 96 с.

[118] Рывкин, С. М. Фотоэлектрические явления в полупроводниках / С. М. Рывкин; под. ред. В. Я. Дубнова. - М.: Физматгиз, 1963. - 496 с.

[119] Holtz, P. O. Observation of the acceptor-bound exciton confined in narrow GaAs/AlxGa1-xAs quantum wells in photoluminescence excitation / P. O. Holtz, M. Sundaram, J. L. Merz, A. C. Gossard // Physical review B. - 1989. - Vol. 40. - Iss. 14. -P. 10021.

[120] Thomas, D. G. Pair spectra and "edge" emission in gallium phosphide / D. G. Thomas, M. Gershenzon, F. A. Trumbore // Physical review. - 1964. - Vol. 133. -Iss1A. - P. A269.

[121] Iino, T. Spectral shape analysis of selective pair luminescence in GaAs / T. Iino, M. Tajima, K. Ishida // Journal of applied physics. - 1988. - Vol. 63. - Iss. 11. -P. 5454.

[122] Haller, E. E. Ge:Ga photoconductors in low infrared backgrounds / E. E. Haller, M. R. Hueschen, P. L. Richards // Applied physics letters. - 1979. - Vol. 34. -Iss. 8. - P. 495.