ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

ОПТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ

профессор Виталий Львович Альперович

(5 курс, 9 семестр, 36 часов, экзамен)

Программа курса лекций

1. Тензор диэлектрической проницаемости, его связь с симметрией кристалла. Классическая теория дисперсии оптических характеристик. Модель Лоренца.… 2. Отражение, преломление, поглощение и интерференция света в полупроводниках.… Механизмы поглощения света в полупроводниках.

Задание к спецкурсу

ОПТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ

профессор Виталий Львович Альперович

(срок сдачи задания – до 1 декабря)

1. В модели Лоренца найти действительную и мнимую части диэлектрической проницаемости сплошной среды, состоящей из осцилляторов с резонансной частотой w₀. Построить графики зависимостей показателя преломления n(w) и показателя поглощения k(w) в окрестности резонанса. Рассмотреть случай нескольких резонансов. Объяснить физический смысл ситуации с n<1, когда фазовая скорость волны превышает скорость света.

2. Дана поляроидная пластинка. Определить экспериментально направление, соответствующее пропусканию линейно-поляризованного света. Калиброванного поляризатора под рукой нет.

3. Найти энергии электронов, рожденных светом с энергией фотонов E=1,57 эВ в GaAs при межзонных переходах из зон тяжелых и легких дырок. Ширина запрещенной зоны GaAs E_g=1,52 эВ, эффективная масса электронов m_e=0,067m₀, тяжелых и легких дырок m_hh=0,55m₀ и m_lh=0,086m₀, соответственно.

4. Оценить ширину полосы поглощения, обусловленного переходом с основного состояния водородоподобного примесного центра в зону проводимости GaAs. Диэлектрическая проницаемость GaAs e=12,9. Сопоставить ширину линий примесного поглощения и излучения.

5. Оценить величину ЭДС Дембера при освещении поверхности p-GaAs сильно поглощаемым светом с интенсивностью 10¹⁵ фотонов/см²×с. Концентрация и подвижность дырок равны p=10¹⁴ см^-3 и m_p=400 см²/В×с, соответственно. Диффузионная длина электронов L=10 мкм.

6. Нарисовать (качественно) спектральные зависимости фототока в эпитаксиальной структуре p-Al_0.2Ga_0.8As/p-GaAs/n-GaAs при нулевой и конечной скорости рекомбинации фотоэлектронов на гетерогранице. Слои p-GaAs и p-Al_0.2Ga_0.8As толщиной d=10 мкм и 3 мкм и с диффузионными длинами электронов L=5 мкм и 2 мкм, соответственно, выращены на подложке n-GaAs. Структура освещается со стороны твердого раствора; фототок измеряется в режиме короткого замыкания между омическими контактами к слою p-Al_0.2Ga_0.8As и к подложке.

Коллоквиум(2 часа)

Вопросы для подготовки.

1. Возможности и ограничения классической теории дисперсии Лоренца для описания оптических свойств различных сред: газов, жидкостей, металлов, диэлектриков.

2. Нарисовать схематично, в двойном логарифмическом масштабе спектр поглощения a(ħw) легированного прямозонного полупроводника в широком диапазоне коэффициентов поглощения a (от 1 до 10⁶ см^-1) и энергий фотонов ħw (от 10^-3 до 10³ эВ). Указать механизмы поглощения для каждой из областей спектра.

3. Обсудить сходство и различие оптических свойств кристаллических и аморфных полупроводников.

4. Проанализировать возможности различных спектроскопических методов для определения параметров полупроводников и свойств полупроводниковых структур. Какие оптические эксперименты можно предложить, чтобы идентифицировать образец неизвестного полупроводника и определить его основные параметры?

 

 

Литература

1. Панков Ж. Оптические процессы в полупроводниках. М.: Мир, 1973.

2. Бонч-Бруевич В.Л., Калашников С.Г. Физика полупроводников. М.: Наука, 1977.

3. Ансельм А.И. Введение в теорию полупроводников. М.: Наука, 1978.

4. Мосс Т., Баррел Г., Эллис Б. Полупроводниковая оптоэлектроника. М., Мир, 1976.

5. Ридли Б. Квантовые процессы в полупроводниках. М.: Мир, 1986.

6. Гантмахер В.Ф., Левинсон И.Б. Рассеяние носителей тока в металлах и полупроводниках. М.: Наука, 1984.

7. Херман М. Полупроводниковые сверхрешетки. М.: Мир, 1989.

8. Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами. М.: Мир, 1986, главы 9 и 10.

9. Фотоприемники видимого и ИК диапазонов. Под ред. Р.Д. Киеса. М.: Радио и связь, 1985.

10. Кейси Х., Паниш М. Лазеры на гетероструктурах. В 2-х томах. М.: Мир, 1981.

11. Войцеховский А.В., Петров А.С., Потахова Г.И. Оптика полупроводников. Учебное пособие. Томск: Изд. Томского гос. ун-та, 1987.

12. Захарченя Б.П., Мирлин Д.Н., Перель В.И., Решина И.И. Спектр и поляризация горячей фотолюминесценции в полупроводниках. Успехи физ. наук, т. 136, вып. 3, с. 459-499, 1982.

13. Оптическая ориентация. Под ред. Ф. Майера и Б.П. Захарчени. Л.: Наука, 1989.

14. Кардона М., Ю П. Основы физики полупроводников. М.: Физматлит, 2002.