Введение к работе
. '
Актуальность темы... Успешное развитие полупроводникового приборостроения, претерпевшего эа последние годы существенные качественные изменения, обусловлено гласным образом разработкой новых принципов конструирования и технологии производства приборов, созданием материалов и структур с определенными физическими свойствами, Важное место здесь занимают искусственные слоисто-периодические структуры - сверхрешетки (СР). Приборы на их основа широко используются в самых различных областях твердотельной электроники, позволяя создавать высокоэффективные лавинные фотодиоды, фотоумножители и детектори инфракрасного излучения, высокочастотные полевые транзисторы, лазеры на квантовых ямах и т. д. Поэтому чрезвычайно большое внимание в физике полупроводников и диэлектриков уделяется созданий новых высококачественных СР и исследование их электронных, оптических и акустических свойств,
В настоящей диссертационной работе рассматриваются способы модуляции диэлектрический свойств полупроводниковых и диэлектрических СР с помощью распространяющихся в них акустических воля. Процессы взаимодействия электромагнитных и акустических колебаний в СР обладают .рядом особенностей, специфических для сред с периодически модулированными свойствами. Изучение этих процессов позволяет получать уникальную информацию как о структуре и качестве изготовления самой СР, так и о физических свойствах'входящих в ее состав материалов. Поэтому изучение специфики фотоупругих процессов в С? представляет собой актуальную задачу физики полупроводников и диэлектриков. Решение этой
задачи требует анализа воздействия акустических волн на упругооптические свойства СР.
Целью работы является выявление особенностей взаимодействия света в СР с деформационным полем акустической волны. Для достикения указанной цели в работе проведено теоретическое исследование:
а) способов описания фотоупругих и нелинейнооптнческих
свойств СР в приближении эффективной среды;
б) влияния изменения геометрии слоев СР на ее диэлектри
ческие свойства;
в) резонансных фотоупругих процессов в полупроводниковых
СР, связанных с резким изменением диэлектрической
проницаемости в области электронных переходов.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Метод теоретического определения компонент эффектив
ного фотоупругого тензора СР с произвольной симметрией
слоев.
Обнаружение возможности протекания в СР фотоупругих процессов, принципиально невозможных в однородных средах,' в том числе в образующих СР материалах. Аналитический расчет компонент эффективного электрооптического тензора СР.
2. Теория геометрического механизма фотоупругого взаи
модействия в СР.
Исследование эффективности дифракции света посредством геометрического механизма на низкочастотной и высокочастотной ветвях спектра акустических колебаний в СР с изотропными слоями.
3. Теоретическое исследование резонансных фотоупругих
процессов в СР с квантовыми ямами с участием электронных
переходов в мекзонной и экситонной областях спектра.
Научная новизна и' практическая ценность. В диссертационной работе впервые разработан универсальный метод вычисления эффективных фотоупругих констант СР в длинноволновом приближении. Универсальность метода заключается в его независимости от кристаллической симметрии слоев и геометрии фотоупругого взаимодействия. Указанный метод позволяет свести описание фотоупругих процессов в СР к уравнениям для связанных мод в однородной среде. Получены результаты, иллюстрирующие наличие у СР уникальных акустооптических и фотоупругих свойств, которыми не обладают однородные материалы. Также получены универсальные выражения, описывающие нелинейные оптические свойства СР.
Впервые предложен и теоретически описан геометрический механизм фотоупругого взаимодействия в СР. Аналитически рассчитана модуляция толщины слоев СР в поле звуковых волн с учетом особенностей акустического спектра СР. Продемонстрирована возможность значительного усиления рассеяния света, что позволяет как увеличить эффективность приборов, использующих фотоупругое взаимодействие, так и повысить точность измерения свойств полупроводниковых и диэлектрических материалов на основе актов рассеяния света на звуке.
Для полупроводниковых СР с квантовыми ямами проанализированы особенности фотоупругого взаимодействия в области электронных переходов между уровнями размерного квантования. Обнаружено резонансное возрастание фотоупругих констант, что позволит эффективно использовать такие структуры в электронно-оптических приборах, перестраиваемых с помощью звуковых волн, и в приборах акустооптики.
Полученные результаты расширяют представления об
особенностях фотоупругого взаимодействия в слоисто-периодических структурах, что существенно важно для понимания их связи с изучением физических свойств твердых тел и поиска путей их использования в приборостроении.
Результаты работы представляют практическую ценность для разработки новых приборов на основе СР структур, а также могут быть использованы в физическом материаловедении в качестве инструмента для исследования физических свойств полупроводников и диэлектриков, в частности, при обработке информации, извлекаемой из спектров комбинационного рассеяния.
Апробация работы и публикации. Результаты диссертационной работы докладывались на і Всесоюзной конференции по оптической обработке информации (Ленинград,
1988 г. ), на XI Всесоюзной конференции по физике
полупроводников (Кишинев, 1988 г. ), на научно-техническом
семинаре "Акустооптика в физике и технике" (Ленинград,
1989 г), на II Международном симпозиуме по поверхностным
волнам в твердых телах и слоистых структурах (isswas'89,
Варна), на xiy Всесоюзном (пекаровском) совещании по теории
полупроводников (Донецк, 1989 г. ), на международной
школе-семинаре "Acoustooptics: researches and developments"
(Ленинград, 1990 г. ), на хи Всесоюзной конференции по
физике полупроводников (Киев, 1990 г.), на научных семинарах
ИРЭ АН СССР, ИХФ АН СССР, ИК АН СССР и ВНИИФТРИ и
опубликованы в двенадцати печатных работах, основные из
которых перечислены в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из Введения, трех глав и Заключения. Работа изложена на 115 страницах машинописного текста, содержит 13 рисунков и
- 7 -таблиц и список литературы из 197 наименований.