Введение к работе
Актуальность темы.
Для систем оптической обработки информации,линий оптической связи.лазерной локации и в других областях лазерной техники и оптозлектроники ванное значение имеет эффективная модуляция и управление в пространстве оптическим излучением.С этой целью применяются модуляторы и дефлекторы,действие которых основано на линейном электрооптическом і ЗОП )эффекте Поккельса в различных кристаллах.В подобных приборах и устройствах давно и аироко используются полупроводниковые кристаллы,обладающие хоровими.оптическими качествами.болыши показателями преломления и высокими значениями ЗОП параметров.
Среди них особое место занимают внсокоомные полупроводниковые кристаллы кубической симметрии класса 43 п Gafts . GaP , ZnSe , CdTe и InP .Они получили наибольшее, распространение благодаря тому,что технология выращивания этих кристаллов доведена до уровня,позволяющего получать слитки необходимых размеров и качества.
При решении задачи повышения эффективности воздействия на оптическое излучение в ЗОП системах на основе полупроводниковых кристаллов был обнаруяен и исследован эффект фотоиндуцирован-ного изменения ЗОП свойств - фотоэлектрооггтический (ФЭОП) эффект, сначала в полуизолирующем GaAs,компенсированном Сг. а затем в GaP. ZnSe, CdTe ,GaAs с неконтролируемым донорніш фоной и InP.компенсированном Fe. Суть наблюдавшегося зффекта-в извещении (положительном или отрицательном) ЗОП свойств под дейст-
- 4 -виєм локальной поглощаемой подсветки. Детальные исследования перечисленных кристаллов показали непосредственное влияние и на ЗОП и на ФЗОП свойства генерационно-рекомбинационных процессов, протекавших в них, и зарядового состояния локальных цен-тров. Зто влияние, впервые экспериментально установленное, представляется очень ванным с точки зрения расиирения представлений о механизме самого ЗОП эффекта и возмонности разработки принципиально новых ЗОП приборов. Кроме того, это открыло совершенно новые возмонности и для решения обратной задачи,когда по иссле-. дованию ЗОП и ФЗОП свойств изучается поведение примесей и дефектов в полупроводниках, оцениваются параметры локальных уровней в запрещенной зоне.их схемы и возможные переходы, й этом аспекте выбранная тема диссертации носит как прикладной, так .и фундаментальный характер,определяющий ее актуальность.
Пелыр диссертационной работы являлся поиск путей эффективного воздействия на электрооптические характеристики полупро-' водниковых кристаллов кубической симметрии класса 43а,выявление механизма такого воздействия и-разработка на этой основе новых методов и приборов для модуляции и управления в пространстве оптическим излучением.
Для достикения поставленной цели необходимо было :
а) изучение особенностей ЗОП свойств под воздействием поглощае
мой локальной подсветки на примере полуизолирующего 6aAs :
б) систематическое изучение обнаруаенного ФЗОП-эффекта в других
полупроводниковых кристаллах" кубической симметрии класса 43а :
в/ выявление механизма ФЗОП-эффекта;
г) разработка метода ФЭОП-спектроскопии.исследование кристаллов
методом ФЭОП-спектроскопии.
д) разработка на основе ФЭОП-зффекта новых методов и приборов
управления и модуляции лазерного излучения;
Научная новизна полученных результатов.
-
В высокоомных кристаллах Gafis(Cr) , GaP , ZnSe , CdTe , Gafls с неконтролируемым донорным фоном и InP(e),относящихся к классу 43в' кубической симметрии , обнарувен эффект изменения. ЗОП свойств под воздействием локального поглощаемого излучения-- Фотоэлектрооптический(ФЭОП) эффект.
-
Установлено, что при подсветке кристалла излучением, с длиной волны,попадающей в область его поглощения,оптическая индикатриса кристалла поворачивается и деформируется.Направление и угол поворота индикатрисы зависит от направления и вели-чины прикладываемого поля,а также от условий подсветки.
-
Впервые изучены ЗОП и ФЭОП свойства полупроводниковых кристаллов tiaAs и ZnSe в вироком интервале температур.Установлена непосредственная корреляция в температурных зависимостях электрооптических и проводящих свойств кристаллов.йбнарунена зависимость половения соответствующих экстремумов на шкале тем ператур от условий локальной подсветки;
-
Впервые исследованы спектральные характеристики ФЭОП эф фекта в кристаллах 6aAs(Cr) , GaAs с неконтролируемым донорным фоном. ZnSe и InP(Fe5.Установлено,что ФЭОП эффект наблюдается как при подсветке излучением с длиной волны из примесной облас ти,так и с длиной волны.приходящейся в собственную область;
- б -
-
Установлен непосредственный вклад в ЭОП свойства.кристаллов генерационно-рекомбинационных процессов,протекающих при возбуждении локальных центров;
-
Предложен и практически реализован новый метод спектроскопии - ФЗОП-спектроскопия.По ФЗОП спектрам уточнены схемы энергетических уровней и соотаетствующих электронных переходов;
-
Показано,что ФЭОП-эффект можно объяснить изменением зарядового состояния центров с отрицательной корреляционной энергией,туннелируищих в кристаллической решетке из узла в междоузлие и обратно,а также перезарядкой мелких уровней вблизи разрешенных зон и обладающих высокой поляризуемостью.
. 8. Разработан способ управления характеристиками злектрооп-тических модуляторов и дефлекторов,а также новый метод модуля -цйи лазерного излучения.
Практическая ценность работы.
-
Полученны аналитические выражения,описывающие модуляционный спектр излучения в реальных электрооптических системах.излучение модулированное за счет ФЗОП эффекта,а также выражения для характеристики модуляторов и дефлекторов,позволящие объективно оценивать и прогнозировать возможности этих устройств;
-
Разработан и практически реализован макет ФЗОП спектрометра,относящийся к разряду бесконтактных.неразруиающих приборов.По ФЗОП спектрам можно оценивать глубину залегания ло -кальных уровней и поведение соответствующих центров;
*j. Выявлена непосредственная связь между генерационно-
рекомбинационными процессами и зарядовым состоянием локальных центров с ЭОП и Ф30ҐЇ свойствами кристаллов .позволяющая влиять на зти свойства;
' 4. Анализ температурных зависимостей ЗОП и ФЗОП свойств позволяет выявить положение локальных уровней в запрещенной зоне,а такае оценить наиболее вероятные электронные переходы; 5. Разработаны различные методы измерения ЗОП характеристик полупроводниковых кристаллов под воздействием локальной поглощаемой подсветки,метод бесконтактного.дистанционного управления параметрами ЗОП модуляторов и дефлекторов,новый принцип модуляции лазерного излучения,новый принцип получения теплового изображения.
На защиту выносятся следующие полонения:
І. Результаты поиска и исследования в полупроводниковых кристаллах кубической симметрии класса.43т,индуцированного " локальной подсветкой изменения электрооптических.свойств -- фотоэлектрооптический эффект ; .
І. Результаты исследований температурных зависимостей ЗОН и ФЗОП свойств кристаллов.Установленная в работе непосредственная связь ЭОП и ФЭОП свойств с генерационно-рекомоинационными процессами и с зарядовым состоянием локальных центров в кристаллах ;
, 5. Уетод ФЭОП спектроскопии и результаты спектральных ис -следований ФЭОП эффекта в различных кристаллах ;
4. Методы и коыплекс измерительных установок для исследования электрооптических свойств кристаллов под воздействием опти-
- d -ческого излучения ';
5. Механизм ФЭОП эффекта,основанный на модели U -центров с отрицательной корреляционной энергией,туннелирующих,в зависимости от зарядового состояния,в системе "узел-мекдоузлие",а такяе на представлениях о перезарядке мелких уровней вблизи разревен-ных зон,обладающих высокой поляризуемостью:
5. Комплекс аналитических выраяений,описывающий модуляцион-ный спектр излучения в реальных'ЗОП системах.поворот и деформацию сечения оптической индикатрисы показателей преломления под воздействием локальной подсветки.нелинейную восприимчивость при перезарядке локальных центров :
7. Новые методы дистанционного 'правления лазерным излучением и преобразования тьплового изобраяения.
Апробация работы" и публикации.
Материалы диссертации докладывались ,.на-8-3 отраслевой научно-технической конференции по фотоэлектрическим полупроводниковым приемникам излучения (Москва 1978 г.).на Всесоюзной' кон-ференции по физике соединений й Ь (йнкнград 1979 г.).на IX Всесоюзной конференции по физике полупроводниковіБаку 1982 г.), на X Всесоюзной конференции по физике полупроводников (Минск 1985 г.).на 11-й отраслевой научно-технической конференции по фотоэлектрическим полупроводниковым приемникам излучения (Москва 1985 г.),на YII советско-западногерманскоч симпозиуме по лазерной спектроскопии (Баку 1985 г.),на XX Всесовзном съезда по спектроскопии Киев 1988 г.).на республиканской конферен^ ции "Фиэика-93" (Баку 1993 г.),на международной конференции "Лазеры и их применение" (Тегеран,Иран.1993 г.).'
- 9 -По материалам диссертации опубликовано 27 работ,включая 6 авторских свидетельства СССР.список которых приведен в конце работы.
