Введение В гетероструктурах с квантовыми ямами методом инжекции или оптической накачки легко создать высокие плотности экситонов - диполей. В условиях, когда расстояние между диполями становится меньше или порядка длины волны излучения, но достаточно большое, чтобы пренебречь диполь-дипольным взаимодействием, в поле электромагнитной волны может происходить их спонтанная фазировка, приводящая к формированию сверхизлучения Дике (СИ) [1]. СИ исследовалось на многих объектах [2]. В последние годы интерес к СИ связан с разработкой длинноволновых лазеров на квантовых InGaAs-гетероструктурах. В работах [3-5] исследовалось СИ и его особенности на In_0.15Ga_0.85As-структуре при накачке током. В настоящей работе приведены результаты исследования СИ в подобных структурах с разными параметрами роста (концентрацией In, толщиной квантовой ямы, легированием) при оптической накачке. Показано, что при уровнях возбуждения <17 мВт/мм² спектры удовлетворительно описываются зависимостью, характерной для СИ. Высказана предположительная модель влияния delta-легирования подложки на СИ. Экспериментальные результаты и их обсуждение Исследованы спектры спонтанного излучения гетероструктур с одиночной квантовой ямой (КЯ) In_xGa_1-xAs в GaAs, выращенных методом MOCVD (газофазной эпитаксии из металлорганических соединений). Толщины квантового слоя были в пределах d=70-100 Angstrem, содержание атомов In x=0.16-0.35. Некоторые образцы содержали в подложке на расстоянии 300 Angstrem от КЯ delta(Ge)-легированный слой. Оптическая накачка проводилась He-Ne-лазером (длина волны 6328 Angstrem), максимальная мощность пучка составляла ~17 мВт/мм². Спектры фотолюминесценции (ФЛ) регистрировалиь на модифицированном комплексе КСВУ-23 при температуре ~100 K. Возбуждающий поток ослаблялся нейтральными фильтрами. Спектры снимались с поверхности образцов, специальных мер для подавления лазерной генерации не предпринималось. Однако слабое изменение внешнего квантового выхода и формы спектра с изменением интенсивности возбуждения позволяет сделать вывод, что лазерная генерация отсутствует. [!b] Спектры фотолюминесценции гетероструктур с одиночной квантовой ямой In_xGa_1-xAs при разных уровнях возбуждения. Образец S2: In_0.35Ga_0.65As, d=73 Angstrem, delta(Ge)-легирование, уровень возбуждения (сверху вниз) - 17, 6.8, 1.14, 0.374 мВт/мм²; образец S1: In_0.16Ga_0.84As, d=84 Angstrem, уровень возбуждения (сверху вниз) - 17, 11.22, 5.61, 3.4, 1.14 мВт/мм². Штриховая линия - аппроксимация с использованием выражения (1). На рисунке показаны спектры спонтанного излучения I(E) при разных уровнях возбуждения: для образца S1 с d=84 Angstrem, x=0.16 и для образца S2 с d=73 Angstrem, x=0.35, содержащего delta-легированный слой. Представленные на рисунке спектры ФЛ образца S1 и низкоэнергетическое "крыло" спектров ФЛ образца S2 аппроксимировались зависимостью I~ A/ch( pitau_N(E-E₀)/(h) ), (1) где h=h/2pi - постоянная Планка, E₀ - спектральное положение максимума интенсивности (I_max), tau_N - время спонтанного перехода кластера в невозбужденное состояние. Время tau_N выражается формулой [4] tau_N=tau_i/(Nmu+1). (2) Здесь N - число диполей в кластере, tau_i - время излучения одиночного диполя, mu - фактор формы излучателя. Для области излучения цилиндрической формы (наш случай) форм-фактор равен [6] mu=3lambda²/8pi S, (3) где lambda - длина волны излучения, S - основание цилиндра. Полученная экспериментально форма спектра, которая удовлетворительно описывается выражением (1) (см. рисунок, штриховая линия), свидетельствует о том, что основная часть излучения сформирована СИ, хотя присутствует доля некогерентного излучения. По наклону низкоэнергетической части спектров была построена зависимость tau_N от уровня возбуждения. Изменение мощности от 0.35 до 17 мВт/мм² заметно не изменяло tau_N. Так, для образца S1 <tau_N⁽¹⁾>~(64.73±2.69) фс, lambda⁽¹⁾=918 нм и для S2 <tau_N⁽²⁾>~(38.39±3.92) фс, lambda⁽²⁾=992 нм. В условиях, когда форма спектра в основном определяется сверхизлучением, Nmu>> 1, tau_N=tau_i/Nmu. Подставляя экспериментальные значения tau_N и lambda для S1 и S2 и учитывая одинаковую геометрию наблюдения, получаем, что tau_i/N для разных образцов различается в ~1.69 раза. Причинами такого различия являются различия tau_i и N. Различие tau_i можно объяснить исходя из представлений о качестве и количестве дефектов, которые формируются в структурах такого типа. С ростом концентрации дефектов (формирование дефектов обусловлено несоответствием параметров решетки и толщиной квантового слоя, превышающего критическую толщину [7]) в такой системе резко снижается время жизни носителей (tau_i⁽¹⁾>> tau_i⁽²⁾). Однако если исходить из полуширины линии, то времена жизни для данных образцов различаются примерно в 3 раза, в то время как отношения tau_i/N различаются лишь в 1.69 раза. Это, очевидно, указывает на различие N. Следует отметить, что в спектрах образца S2 (рисунок) сильно деформировано высокоэнергетическое "крыло" спектра. Очевидно, это вызвано заполнением квантовых подзон электронами delta-слоя. Исходя из этого, в качестве объяснения различия отношений tau_i/N можно предположить, что в присутствии большой концентрации свободных носителей, вызванной delta-легированием в образце S2, взаимодействие диполей с электромагнитным полем волны ослабляется и количество диполей N, формирующих кластер, уменьшается. В предельном случае, когда концентрация свободных носителей n->бесконечность, N-> 0 и tau_N->tau_i, при этом СИ переходит в нормальное спонтанное излучение независимых диполей. Избыток свободных носителей в значительной мере ослабляет связь между диполями, в результате чего уменьшается доля излучения, сформированная СИ, и увеличивается доля обычного спонтанного излучения. Авторы благодарят проф. В.Г. Литовченко и проф. П.М. Томчука за плодотворное обсуждение результатов.

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.