"Эмиссия излучения терагерцового диапазона из полупроводниковых микро- и наноструктур" (отчет за 2017 год)

Проведены спектральные исследования интенсивности терагерцевого излучения при межзонном оптическом возбуждении неравновесных носителей заряда в наноструктурах с легированными квантовыми ямами GaAs/AlGaAs. Исследовалось два типа структур - с волноводом для излучения ближнего ИК-диапазона и без него. Спектры терагерцевой фотолюминесценции обеих структур содержат полосы излучения, связанного с оптическими переходами неравновесных электронов между основной электронной подзоной и основным состоянием донора, а также между возбужденным и основным донорными состояниями в квантовых ямах. Из наноструктуры с волноводом был выколот резонатор полного внутреннего отражения, что позволило реализовать стимулированное межзонное излучение при переходах электронов и дырок между основным донорным состоянием и первой подзоной тяжелых дырок в квантовых ямах. О возникновении стимулированного излучения в структуре свидетельствует пороговый характер зависимости интегральной интенсивности фотолюминесценции ближнего инфракрасного диапазона частот, а также наличие узких линий излучения при мощности оптического возбуждения, превышающей пороговое значение. Обнаружено увеличение скорости роста интенсивности примесного терагерцевого излучения, что объясняется эффективным опустошением основного донорного состояния в квантовых ямах межзонным стимулированным излучением. Обнаружено увеличение интенсивности терагерцевого излучения при межзонном оптическом возбуждении компенсированных наноструктур с квантовыми ямами GaAs/AlGaAs. В спектрах терагерцевой фотолюминесценции компенсированных структур и структур, легированных только донорами, обнаружена полоса излучения, связанная с оптическими переходами неравновесных электронов из первой электронной подзоны в основное донорное состояние в квантовых ямах. Интегральная интенсивность примесной терагерцевой фотолюминесценции образца с компенсированными квантовыми ямами более чем в два раза превышает аналогичную интенсивность для образца с квантовыми ямами, легированными донорной примесью. В спектрах фотолюминесценции ближнего инфракрасного диапазона для образца с компенсированными квантовыми ямами обнаружена полоса излучения, вызванная межзонной донорно-акцепторной рекомбинацией, которая приводит к дополнительному опустошению основного донорного состояния в квантовой яме и, как следствие, к возрастанию интенсивности примесной терагерцевой фотолюминесценции по сравнению с образцом с некомпенсированными квантовыми ямами. Экспериментально исследованы детали поляризационных зависимостей эмиссии терагерцевого излучения в наноструктурах с квантовыми ямами GaAs/AlGaAs, легированными акцепторами, связанной с переходами носителей заряда между состояниями примесных центров. Дана теоретическая оценка вклада оптического рассеяния в интенсивность экспериментально наблюдавшейся терагерцевой электролюминесценции на внутрицентровых переходах. Экспериментально и теоретически исследованы отражение и эмиссия терагерцевого излучения, связанного с поверхностными плазмон-фонон-поляритонами, в сильно легированном n-GaAs в латеральных электрических полях. Показано, что регулярная дифракционная решетка на внешней границе GaAs обеспечивает возможность преобразования поверхностных плазмон-фонон-поляритонов в терагерцевые фотоны и наоборот.