Оптические явления в полупроводниковых микро- и наноструктурах в сильных электрических полях

Проект направлен на проведение комплексных экспериментальных и теоретических исследований процессов взаимодействия излучения терагерцового (ТГц) и инфракрасного (ИК) диапазонов с полупроводниковыми структурами в сильных электрических полях. Будут изучены физические процессы и оптические явления, связанные с неравновесными электронами в полупроводниках и наноструктурах. Актуальность предлагаемых исследований связана с тем, что работа современных полупроводниковых приборов (диодов, транзисторов, лазеров, светодиодов) часто происходит в сильно неравновесных условиях, связанных с разогревом носителей заряда в электрическом поле. Это определяет интерес к изучению оптических явлений в сильных электрических полях. Наряду с важностью эффектов горячих электронов для приборных применений, исследования сильно неравновесных систем интересны с точки зрения фундаментальной физики. Одной из таких актуальных задач в этой области является исследование излучательной рекомбинации в сильных электрических полях и, как следствие, возникающей анизотропии поляризации люминесценции в узкозонных полупроводниковых материалах. Как известно, узкозонные полупроводниковые материалы могут быть использованы при разработке детекторов и источников излучения на средний ИК диапазон спектра. Исследование фотолюминесценции (ФЛ) и изменения спектров и поляризационной зависимости ФЛ в сильных электрических полях в наноструктурах с квантовыми ямами (КЯ) также являются важными задачами, так как анализ спектров ФЛ позволяет определить ряд параметров квантовых ям: энергетический спектр носителей заряда, вклад разного типа межзонных оптических переходов в интенсивность и поляризацию ФЛ, установить механизм рассеяния энергии горячими электронами, определить константу взаимодействия электронов с оптическими фононами, время жизни неравновесных оптических фононов и другие параметры. Некоторые из полученных данных могут быть полезны при разработке лазеров, модуляторов и светодиодов на КЯ. Наряду с узкозонными полупроводниковыми материалами в проекте предлагается изучение поглощения ТГц и ИК излучения эпитаксиальными слоями нитрида галлия в сильном электрическом поле. Актуальность исследования оптических свойств микроструктур на базе нитрида галлия определяется тем, что этот полупроводник в настоящее время является одним из самых широко используемых материалов для создания полупроводниковых приборов силовой электроники и его всестороннее исследование является актуальной задачей. Определение коэффициента поглощения света свободными электронами в сильных греющих электрических полях может быть полезным при разработке оптоэлектронных приборов, так как поглощение света свободными носителями заряда, в частности, определяет оптические потери в них. Исследование поглощения света в сильных полях позволит оценить такие параметры как время жизни длинноволновых оптических фононов, константу взаимодействия оптических колебаний с электронами, скорость рассеяния энергии электронами и другие параметры. Кроме того, поглощение поляризованного света электронами в сильных электрических полях – новое, пока не изученное явление физики полупроводников. В проекте также предлагается изучить влияние латерального электрического поля на процессы генерации излучения терагерцового диапазона частот в легированных наноструктурах с квантовыми ямами GaAs/AlGaAs при межзонной оптической накачке. Интерес к этим исследованиям связан с общей проблемой разработки физических основ твердотельных источников терагерцового излучения, широкое применение которого сдерживается отсутствием доступных источников этого спектрального диапазона. Научная новизна предлагаемых исследований заключается в изучении оптических явлений – поглощения, фотолюминесценции, эмиссии ТГц излучения – в условиях разогрева и дрейфа носителей заряда в латеральном электрическом поле. В структурах, которые предполагается изучать в настоящем проекте, такие исследования ранее не проводились.