Journal of Communications Technology and ElectronicsJournal of Communications Technology and ElectronicsРадиотехника и электроника0033-84943034-5901The Russian Academy of Sciences65056810.31857/S0033849423030014ICCPIPОБЗОРUnknownIntrinsic Stimulated Intense Picosecond Emission in the Amplification Saturation Mode and the “Threshold” State of Electron-Hole Plasma in the AlxGa1 – xAs–GaAs–AlxGa1 – xAs HeterostructureСобственное стимулированное интенсивное пикосекундное излучение в режиме насыщения усиления и “порогового” состояния электронно-дырочной плазмы в гетероструктуре AlxGa1 – xAs–GaAs–AlxGa1 – xAsAgeevaN. N.АгееваН. Н.bil@cplire.ruBronevoiI. L.БроневойИ. Л.bil@cplire.ruKrivonosovA. N.КривоносовА. Н.bil@cplire.ruKotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics, Russian Academy of SciencesИнститут радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН0103202368321124831012025Copyright ©; 2023, Н.Н. Агеева, И.Л. Броневой, А.Н. КривоносовCopyright ©; 2023, Н.Н. Агеева, И.Л. Броневой, А.Н. Кривоносов2023Н.Н. Агеева, И.Л. Броневой, А.Н. КривоносовН.Н. Агеева, И.Л. Броневой, А.Н. Кривоносовhttps://innoscience.ru/0033-8494/article/view/650568

The review presents the third part of the experimental study of emission and the optoelectronic effects excited by it. At the beginning of a powerful optical picosecond pumping of the GaAs layer of the AlxGa1 – xAs–GaAs–AlxGa1 – xAs heterostructure, a picosecond emission has occurred in it. It has beenexperimentally proved that this is enhanced spontaneous (stimulated) emission with the propagation specifics in the heterostructure. It has been shown that the electron–hole plasma is maintained in a “threshold” state with an inversion of the electron population in a narrow energy range because of high emission intensity. In this regard, the electron temperature and therefore, their distribution between valleys, etc., becomes uniquely related to their density. It has been found that limiting the inversion meant the emission amplification saturation when the amplification is limited by the energy transport of charge carriers to the levels from which they are forced to recombine. It has been determined that the transport being slowed down by the heating of carriers because of their interaction with emission determines the dynamics of the emission as a whole and its spectral components when the temperature of the carriers is related to their density.

В обзоре представлена третья часть экспериментального исследования излучения и возбуждаемых им оптоэлектронных эффектов. В начале мощной оптической пикосекундной накачки слоя GaAs гетероструктуры AlxGa1 – xAs–GaAs–AlxGa1 – xAs в нем возникает пикосекундное излучение. Экспериментально доказано, что это – усиленное спонтанное (стимулированное) излучение со спецификой распространения в гетероструктуре. Показано, что благодаря большой интенсивности излучения электронно-дырочная плазма поддерживается в “пороговом” состоянии с инверсией населенности электронов в узком энергетическом интервале. В связи с этим с плотностью электронов становятся однозначно связаны их температура, а следовательно, их распределение между долинами и т.п. Найдено, что ограничение инверсии означало насыщение усиления излучения, когда усиление лимитируется энергетическим транспортом носителей заряда на уровни, с которых они вынужденно рекомбинируют. Определено, что транспорт, замедляемый нагревом носителей из-за их взаимодействия с излучением, при связи температуры носителей с их плотностью, определяет динамику излучения в целом и его спектральных компонент.

optoelectronic effectsenhanced spontaneous (stimulated) emissionelectron–hole plasmainversionСчитаем важным подчеркнуть, что фундамент исследования пикосекундного интенсивного стимулированного излучения и вызываемых им нелинейных оптоэлектронных эффектов в гетероструктуре, описанного в настоящем обзоре и обзорах [1–3], был создан при существенном участии В.И. Переля в наших совместных работах, о чем мы всегда помним и за что безмерно ему благодарны.Ageeva N.N., Bronevoi I.L., Kumekov S.E. et al. // Proc. SPIE. 1992. V. 1842. P. 70.Агеева Н.Н., Броневой И.Л., Кривоносов А.Н. и др. // Известия РАН. Сер. Физическая. 1994. Т. 58. № 7. С. 89.Агеева Н.Н., Броневой И.Л., Кривоносов А.Н. // ЖЭТФ. 2022. Т. 162. № 6. С. 1018.Звелто О. Принципы лазеров. CПб.: Лань, 2008.Casperson L.W. // J. Appl. Phys. 1977. V. 48. № 1. P. 256.Соловьев В.Д. Физика лазеров. Текст лекций (4‑й курс). СПб.: СПб гос. политех. ун-т, 2012. http://elib.spbstu.ru/dl/2313.pdf/download/2313.pdf.Калафати Ю.Д., Кокин В.А. // ЖЭТФ. 1991. Т. 99. № 6. С. 1793.Броневой И.Л., Гадонас Р.А., Красаускас В.В. и др.// Письма в ЖЭТФ. 1985. Т.42. № 8. С. 322.Грибковский В.П. Теория поглощения и испускания света в полупроводниках. Минск: Наука и техника, 1975.Броневой И.Л., Кумеков С.Е., Перель В.И. // Письма в ЖЭТФ. 1986. Т. 43. № 8. С. 368.Hulin D., Joffre M., Migus A. et al. // J. de Physique Colloques. 1987. V. 48. № C5. P. 267.Fox A.M., Manning R.J., Miller A. // J. Appl. Phys. 1989. V. 65. № 11. P. 4287.Ageeva N.N., Bronevoi I.L., Dyadyushkin E.G. et al. // Sol. Stat. Commun. 1989. V. 72. № 7. P. 625.Агеева Н.Н., Броневой И.Л., Дядюшкин Е.Г., Явич Б.С. // Письма в ЖЭТФ. 1988. Т. 48. № 5. С. 252.Агеева Н.Н., Броневой И.Л., Забегаев Д.Н., Кривоносов А.Н. // ЖЭТФ. 2013. Т. 143. № 4. С. 634.Агеева Н.Н., Броневой И.Л., Забегаев Д.Н., Кривоносов А.Н. // ФТП. 2020. Т. 54. № 1. С. 25.Ландсберг Г.С. Оптика. М.: Физматлит, 2003.Агеева Н.Н., Броневой И.Л., Забегаев Д.Н. и др. // ПТЭ. 2011. № 4. С. 108.Агеева Н.Н., Броневой И.Л., Забегаев Д.Н., Кривоносов А.Н. // Журн. радиоэлектроники. 2018. № 11. http://jre.cplire.ru/jre/nov18/13/text.pdf.Агеева Н.Н., Броневой И.Л., Забегаев Д.Н., Кривоносов А.Н. // ЖЭТФ. 2013. Т. 144. № 2. С. 227.Агеева Н.Н., Броневой И.Л., Забегаев Д.Н., Кривоносов А.Н. // ФТП. 2020. Т. 54. № 10. С. 1018.Семенов Н.А. Техническая электродинамика. М.: Связь, 1973.Агеева Н.Н., Броневой И.Л., Кривоносов А.Н. и др. // ФТП. 2002. Т. 36. № 2. С. 144.Goebel E.O., Hildebrand O., Lohnert K. // IEEE J. Quantum Electron. 1977. V. 13. № 10. P. 848.Бонч-Бруевич В.Л., Калашников С.Г. Физика полупроводников. М.: Наука, 1981.Броневой И.Л., Кривоносов А.Н. // ФТП. 1998. Т. 32. № 5. С. 537.Агеева Н.Н., Броневой И.Л., Забегаев Д.Н., Кривоносов А.Н. // ФТП. 2021. Т. 55. № 2. С. 121.Shah J., Leheny R.F., Lin C. // Sol. Stat. Commun. 1976. V. 18. № 8. P. 1035.Агеева Н.Н., Броневой И.Л., Забегаев Д.Н., Кривоносов А.Н. // ФТП. 2017. Т. 51. № 5. С. 594.Агеева Н.Н., Броневой И.Л., Забегаев Д.Н., Кривоносов А.Н. // ФТП. 2022. Т. 56. № 3. С. 307.Агеева Н.Н., Броневой И.Л., Забегаев Д.Н., Кривоносов А.Н. // ФТП. 2012. Т. 46. № 7. С. 944.Агеева Н.Н., Броневой И.Л., Кривоносов А.Н. и др. // ФТП. 2007. Т. 41. № 12. С. 1418.Броневой И.Л., Кривоносов А.Н. // ФТП. 1998. Т. 32. № 5. С. 542.Stern F. // J. Appl. Phys. 1976. V. 47. № 12. P. 5382.Агеева Н.Н., Броневой И.Л., Кривоносов А.Н. // ФТП. 2001. Т. 35. № 1. С. 65.Агеева Н.Н., Броневой И.Л., Забегаев Д.Н., Кривоносов А.Н. // ФТП. 2019. Т. 53. № 11. С. 1471.Ageeva N.N., Borisov V.B., Bronevoi I.L. et al. // Sol. Stat. Commun. 1990. V. 75. № 3. P. 167.Ageeva N.N., Bronevoi I.L., Mironov V.A. et al. // Sol. Stat. Commun. 1992. V. 81. № 12. P. 969.Olego D., Cardona M. // Phys. Rev. B. 1980. V. 22. № 2. P. 886.Tarucha S., Kobayashi H., Horikoshi Y., Okamoto H. // Japan J. Appl. Phys. 1984. V. 23. № 7R. P. 874.Райс Т., Хенсел Дж., Филлипс Т., Томас Г. Электронно-дырочная жидкость в полупроводниках. М.: Мир, 1980.Теория неоднородного электронного газа / Под ред. С. Лундквиста и Н. Марча. М.: Мир, 1995.Combescot M., Noziers P. // J. Phys. C. 1972. V. 5. № 17. P. 2369.Blakemore J.S. // J. Appl. Phys. 1982. V. 53. № 10. P. R123.Кейси Х., Паниш М. Лазеры на гетероструктурах. М.: Мир, 1981.Casey Jr. H.C., Stern F. // J. Appl. Phys. 1976. V. 47. № 2. P. 631.Sernelius B.E. // Phys. Rev. B. 1986. V. 33. № 12. P. 8582.Camassel J., Auvergne D., Mathieu H. // J. Appl. Phys. 1975. V. 46. № 6. P. 2683.Tomita A., Suzuki A. // IEEE J. Quantum Electron. 1987. V. 23. № 7. P.1155.Bronevoi I.L., Krivonosov A.N., Perel’ V.I. // Sol. Stat. Commun. 1995. V. 94. № 5. P. 363.Бломберген Н. // Успехи физ. наук. 1969. Т. 97. № 2. С. 307.Платцман Ф., Вольф П. // Волны и взаимодействия в плазме твердого тела. М.: Мир, 1975.Skerdin G., Stiens J., Vounckx R. // J. Appl. Phys. 1999. V. 85 № 7. P. 3792.Brinkman W.F., Rice T.M. // Phys. Rev. B. 1973. V. 7. № 4. P. 1508.Маделунг O. // Теория твердого тела. М.: Наука, 1980.Adachi S. // J. Appl. Phys. 1985. V. 58. № 3. P. R1.Dreselhaus G., Kip A.F., Kittel C. // Phys. Rev. 1955. V. 98. № 2. P. 368.Грундман М. // Основы физики полупроводников. М.: Физматлит, 2012.Кумеков С.Е., Перель В.И. // ЖЭТФ. 1988. Т. 94. № 1. С. 346.Агеева Н.Н., Броневой И.Л., Забегаев Д.Н., Кривоносов А.Н. // ФТП. 2021. Т. 55. № 2. С. 113.Агеева Н.Н., Броневой И.Л., Забегаев Д.Н., Кривоносов А.Н. // ФТП. 2021. Т. 55. № 5. С. 434.Dicke R.H. // Phys. Rev. 1954. V. 93. № 1. P. 99.Агеева Н.Н., Броневой И.Л., Забегаев Д.Н., Кривоносов А.Н. // ФТП. 2022. Т. 56. № 4. С. 394.Физика полупроводниковых лазеров / Под ред. Х. Такумы. М.: Мир, 1989.