Программа лекций

Феноменологическое описание оптических свойств кристаллов.
1. Тензор диэлектрической проницаемости, его связь с симметрией кристалла. Классическая теория дисперсии оптических характеристик. Модель Лоренца. Нелинейно-оптические явления в кристаллах.
2. Отражение, преломление, поглощение и интерференция света в полупроводниках. Изменение состояния поляризации света при отражении и преломлении. Эллипсометрия. Пределы применимости феноменологического описания оптических свойств. Механизмы поглощения света в полупроводниках.
3. Межзонные оптические переходы. Прямые и непрямые переходы. Влияние кулоновского взаимодействия электронов и дырок (экситонные эффекты). Поляритоны.
4. Внутризонные переходы. Переходы примесь—зона. Поглощение света на фононах.
5. Влияние внешних воздействий (температуры, давления, электрического и магнитного полей) на поглощение света. Эффект Франца-Келдыша. Магнитооптические явления.
6. Поглощение света в сильнолегированных и неупорядоченных полупроводниках. Процессы с участием неравновесных носителей заряда.
7. Фотоэлектрические явления на баллистических, горячих и термализованных неравновесных носителях заряда. Релаксация импульса и энергии. Время жизни. Диффузия и дрейф. Фотопроводимость и фотоэдс. Полупроводниковые фотоприемники.
8. Внешний фотоэффект. Определение работы выхода электронов из полупроводника. Активирование поверхности до состояния с эффективным отрицательным электронным сродством. Полупроводниковые фотокатоды. Фотоэмиссия электронов, поляризованных по спину.
9. Излучательная рекомбинация неравновесных носителей заряда. Переходы зона—зона и примесь—зона. Горячая фотолюминесценция. Полупроводниковые светодиоды и лазеры.
   Оптические процессы в полупроводниковых микроструктурах.
   
10. Поглощение и излучение света в полупроводниковых квантовых ямах. Правила отбора. Инфракрасные фотоприемники и электрооптические модуляторы на структурах с квантовыми ямами.
11. Поглощение света и транспорт электронов в легированных и композиционных полупроводниковых сверхрешетках. Локализация Ванье-Штарка. Оптические методы исследования полупроводников.
12. Фотолюминесценция. Идентификация типов оптических переходов и химической природы примесей. Измерение времени жизни.
13. Комбинационное рассеяние света. Рассеяние на оптических и акустических фононах. Электронное комбинационное рассеяние.
14. Фотоэлектрическая спектроскопия полупроводниковых структур. Определение порогов оптических переходов и рекомбинационных параметров неравновесных носителей заряда.
15. Методы модуляционной спектроскопии полупроводников. Электропоглощение, электроотражение и фотоотражение.
16. Оптические методы исследования поверхности полупроводников. Анизотропное отражение поляризованного света. Фотоэмиссионная спектроскопия.

     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. Херман М. Полупроводниковые сверхрешетки. М.: Мир, 1989.
7. Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами. М.: Мир, 1986, главы 9 и 10.
8. Войцеховский А. В., Петров А. С., Потахова Г. И. Оптика полупроводников. Учеб-ное пособие. Томск: Томского гос. ун-т, 1987.
9. Захарченя Б. П., Мирлин Д. Н., Перель В. И., Решина И. И. Спектр и поляризация горячей фотолюминесценции в полупроводниках. Усп. физ. наук, т. 136, вып. 3, с. 459-499, 1982.

1. В модели Лоренца найти действительную и мнимую части диэлектрической проницаемости сплошной среды, состоящей из осцилляторов с резонансной частотой w₀. Учесть затухание. Построить графики зависимостей показателя преломления n(w) и показателя поглощения k(w) в окрестности резонанса. Возможна ли ситуация, когда n<1? Подробнее
2. На оправе поляризатора есть две риски, обозначающие главные оси, однако неизвестно, какая из них соответствует пропусканию света с определенным направлением вектора поляризации. Как экспериментально выяснить этот вопрос, если другого (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/см²с. Концентрация и подвижность дырок равны p=1014 см^-3 и m_p=400 см²/Вс, 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.