Влияние подсветки на терагерцовую проводимость и время жизни верхнего лазерного уровня иона железа в кристаллах ZnSe Текст научной статьи по специальности «Физика»

я а SEES 22-24 октя6ря 2024 г-

Влияние подсветки на терагерцовую проводимость и время жизни верхнего лазерного уровня иона железа в кристаллах ZnSe

Миронов С.А.1, Сторожевых М.С.1, Терентьев А.2, Живетьев К.В.2

1- Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Москва

2- Московский физико-технический институт, Москва

E-mail: sa.mironov@kapella.gpi.ru

DOI: 10.24412/cl-35673-2024-1-75-77

ZnSe:Fe — перспективный полупроводник для создания ИК-лазеров на диапазон 3-5 мкм. Особенностью этого материала является сильная зависимость времени жизни верхнего уровня железа от температуры, которое меняется от 105 мкс при 120°К до 355 нс при 300 К. Такая особенность в литературе объясняется пересечением конфигурационных потенциальных кривых электронных состояний иона Fe2+ в ZnSe и сильным электрон-фононным взаимодействием [1]. В [2] было показано, что на этот параметр при температуре жидкого азота влияет концентрация электронов в зоне проводимости, за счет Оже-рекомбинации. Обычно сопротивление кристаллов ZnSe:Fe при температуре 300 К, измеренное на постоянном токе превышает десятки МОм. Соответственно, концентрации носителей тока в этих образцах должны быть малы. Однако, если в этих кристаллах образовался потенциальный рельеф, содержащий локализованные носители, то измерения проводимости на постоянном токе не будут определять реальную концентрацию носителей тока в них.

В [3] сообщалось об обнаружении эффекта долговременного роста и релаксации фототока в кристаллах ZnSe:Fe. Эти результаты связывались с образованием в этих кристаллах потенциального рельефа и медленной перезарядкой формирующих его примесно-дефектных центров. Данная работа является продолжением этих экспериментов. В ней исследовались проводимость в терагерцовом диапазоне используемых в [3] кристаллов и влияние на неё и кинетику люминесценции ионов железа подсветки излучением лазерных диодов мощностью несколько мВт в диапазоне 525-870 нм.

Оказалось, что образцы с концентрацией больше 1 % практически полностью поглощают терагерцовое излучение в

ФИЗИКА НИЗКОРАЗМЕРНЫХ СИСТЕМ

диапазоне 10-60 см-1. Уменьшение концентрации железа приводило к уменьшению проводимости в терагерцовом диапазоне. Спектр и величины проводимости образца с концентрацией железа 0,6 % при разных температурах приведены на рис. 1а. Видно, что понижение температуры уменьшает ее величину, причем температурная зависимость в интервале температур 100-300 град хорошо описывается в предположении что происходит «вымораживание» примесных уровней с энергией ионизации 22-25 мэВ (рис. 1б). Облучение диодом с длинной волны 525 нм приводит к значительному возрастанию проводимости в терагерцовом диапазоне.

Рис. 1. Спектры проводимости при различных температурах (а) и график зависисимости проводимости образцов от обратной температуры (б).

Рис. 2. Кинетики импульсов люминесценции

я а SEES 22-24 октя6ря 2024 г-

На рис. 2 приведены кинетики импульсов люминесценции кристаллов с концентрацией железа 0,03 % без и с влиянием подсветки лазерными диодами с длинами волн 525 и 870 нм. Они носят неэкспоненциальный характер. Видно, что подсветка излучением лазерного диода с длиной волны 525 нм влияет на кинетику люминесценции ионов железа, уменьшая время жизни, в то время как с длиной волны 870 нм — не влияет (рис. 2). Предложена модель, согласно которой наблюдаемые эффекты объясняются образованием в результате легирования железом в исследуемых кристаллах крупномасштабного (микронного масштаба) потенциального рельефа.

1. Fedorov V.V., Mirov S.B., Gallian A., et al., IEEE Journal of Quantum Electronics. 2006, 42(9), 907-917.

2. Ильичев Н.Н., Гладилин А.А., Гулямова Э.С., Квантовая электроника. 2020, 50(8), 730.

3. Сторожевых М.С., Калинушкин В.П., Уваров О.В. и др. Известия РАН. Серия физическая. 2023, 87(6), 901-906.