Научная тема: «ЛАЗЕРЫ ТЕРАГЕРЦОВОГО ДИАПАЗОНА ЧАСТОТ НА ПРИМЕСНЫХ ЦЕНТРАХ В КРЕМНИИ И ГЕРМАНИИ»
Специальность: 01.04.07; 01.04.10
Год: 2010
Отрасль науки: Физико-математические науки
Основные научные положения, сформулированные автором на основании проведенных исследований:
  1. Комбинационное рассеяние инфракрасного излучения на локализованных состояниях доноров V-й группы (Sb, P, As, Bi) при низких температурах решетки в кремнии приводит к стоксовому процессу стимулированного излучения терагерцового диапазона частот. Стоксов сдвиг частоты определяется энергией внутрицентрового 1s(A1)-1s(E) перехода между основным и возбужденным состояниями 1s мультиплета.
  2. Фотоионизация доноров V-й группы в кремнии при низких температурах решетки приводит к инверсной заселенности состояний и терагерцовому стимулированному излучению на внутрицентровых 2p0®1s(T2) переходах в Si:Sb, на 2p±®1s(T2), 1s(E) переходах в Si:As и на 2p±®1s(E),1s(T2:Г8),1s(T2:Г8) переходах в Si:Bi.
  3. Рабочие уровни терагерцовых внутрицентровых кремниевых лазеров (Si:Bi, Si:Sb, Si:As), как нижние 1s(E),1s(T2), так и верхние 2p0, 2p±, 3p0, 4p0, переключаются при изменении энергии кванта накачки.
  4. Инверсная заселенность состояний оптически возбуждаемых доноров при низких температурах решетки в кремнии контролируется внутридолинными и междолинными переходами электронов при излучении акустических (Si:P, Si:Sb, Si:As) и оптических (Si:Bi) фононов. Специфика внутрицентровой релаксации конкретного донора определяется химическим сдвигом энергии связи основного состояния центра.
  5. Частота кремниевых Si:Bi лазеров, использующих внутрицентровые переходы 2p±®1s(T2), 2p±®1s(E), непрерывно перестраивается магнитным полем в соответствии с линейным эффектом Зеемана. Для лазеров с рабочим переходом 2p0®1s(T2) магнитное поле не меняет частоты стимулированного излучения по крайней мере до 2Tесла.
  6. Установлено, что механизм, связанный с поглощением на примесно-зонных переходах, приводит к существенному уменьшению результирующего коэффициента усиления ТГц излучения в лазерах на межподзонных переходах валентной зоны в дырочном германии.
Список опубликованных работ
A1.Муравьев, А. В. Стимулированное излучение на переходах между возбужденными и основным состояниями акцепторной примеси в германии / А. В. Муравьев, С. Г. Павлов, В. Н. Шастин // Письма в ЖЭФТ. – 1990. – Т. 52, вып. 6. – С. 959-964.

A2.Демиховский, C. B. Перестройка спектра излучения лазера на p-Ge при одноосной деформации / C. B. Демиховский, А. В. Муравьев, С. Г. Павлов, В. Н. Шастин // ФТП. – 1990. – Т. 24, вып. 12. – С. 2151-2154.

A3.Demihovsky, S. V. Stimulated emission using shallow acceptor states transitions in germanium / S. V. Demihovsky, A. V. Murav’ev, S. G. Pavlov, and V. N. Shastin // Semicond. Sci. Technol. – 1992. – Vol. 7, Issue 3B. – P. B622-B625.

A4.Муравьев, А. В. Перестраиваемый узкополосный лазер на межподзонных переходах горячих дырок германия / А. В. Муравьев, И. М. Нефедов, С. Г. Павлов, В. Н. Шастин // Квант. электроника. – 1993. – Том 20, вып. 2. – С. 142-148.

A5.Муравьев, А. В. Эффекты мелких акцепторов в лазере на горячих дырках германия / А. В. Муравьев, С. Г. Павлов, Е. Е. Орлова, В. Н. Шастин // Письма в ЖЭФТ. – 1994. – Том 59, вып. 2. – С. 86-90.

A6.Муравьев, А. В. Конденсация спектра вблизи линии примесного поглощения в лазере на горячих дырках германия / А. В. Муравьев, С. Г. Павлов, Е. Е. Орлова, В. Н. Шастин, Б. А. Андреев // Письма в ЖЭФТ. – 1995. – Том 61, вып. 3. – С. 182-185.

A7.Shastin, V. N. Influence of shallow acceptor states on the operation of the FIR hot hole p-Ge laser / V. N. Shastin, E. E. Orlova, A. V. Murav’ev, S. G. Pavlov, and R. Kh. Zhukavin // Int. J. Infrared Milli. Waves. – 1996. – Vol. 17, No. 2. – P. 359-361.

A8.Shastin, V. N. Far-infrared hole absorption in InxGa1-xAs/GaAs MQW heterostructures with -doped barriers / V. N. Shastin, S. G. Pavlov, A. V. Muravjov, E. E. Orlova, R. Kh. Zhukavin, and B. N. Zvonkov // phys. stat. sol. (b). – 1997. – Vol. 204, Issue 1. – P. 174-177.

A9.Жукавин, Р. Х. Использование квантоворазмерных Ge/Ge1-xSix гетероструктур для синхронизации мод в лазере дальнего инфракрасного излучения на p-Ge / Р. Х. Жукавин, А. В. Муравьев, С. Г. Павлов, А. Х. Ситдиков, В. . Шастин, О. А. Кузнецов // Изв. АН, сер. физ. – 1999. – Том 63, вып. 2. – С. 364-368.

A10.Шастин, В. Н. Внутрирезонаторная спектроскопия Ge/Ge1-xSix гетероструктур в лазере дальнем ИК диапазоне длин волн / В. Н. Шастин, Н. А. Бекин, Р. Х. Жукавин, С. Г. Павлов, О. А. Кузнецов // Изв. АН, серия физ. – 1999. – Том 63, вып. 2. – С. 374-378.

A11.Orlova, E. E. Far infrared active media based on the shallow impurity states transitions in silicon / E. E. Orlova, R. Kh. Zhukavin, S. G. Pavlov and V. N. Shastin // physica status solidi (b). – 1998. – Vol. 210, Issue 2. – P. 859-863.

A12.Hübers, H.-W. Population inversion and far-infrared emission from optically pumped silicon / H.-W. Hübers, K. Auen, S. G. Pavlov, E. E. Orlova, R. Kh. Zhukavin, and V. N. Shastin // Appl. Phys. Lett. – 1999. – Vol. 74, Issue 18. – P. 2655-2657.

A13.Muravjov, A. V. Broad band p-Ge optical amplifier of terahertz radiation / A. V. Muravjov, S. H. Withers, S. G. Pavlov, V. N. Shastin, and R. E. Peale // J. Appl. Phys. – 1999. – Vol. 86, Issue 7. – P. 3512-3515.

A14.Pavlov, S. G. Stimulated emission from donor transitions in silicon / S. G. Pavlov, R. Kh. Zhukavin, E. E. Orlova, V. N. Shastin, A. V. Kirsanov, H.-W. Hübers, K. Auen, and H. Riemann // Phys. Rev. Lett. – 2000. – Vol. 84, Issue 22. – P. 5220-5223.

A15.Шастин, В. Н. Инверсия населенностей и усиление ТГц излучения при оптическом возбуждении кулоновских центров в гетероструктурах с квантовыми ямами / В. Н. Шастин, Р. Х. Жукавин, Е. Е. Орлова, С. Г. Павлов // Изв. АН, сер. физ. – 2001. – Том 65, Вып. 2. – С. 246-248.

A16.Auen, K. Influence of group II and III shallow acceptors on the gain of p-Ge lasers / K. Auen, H.-W. Hübers, A. V. Muravjov, E. E. Orlova, S. G. Pavlov, V. N. Shastin and R. Kh. Zhukavin // Physica B. – 2001. – Vols. 302-303. – P. 334-341.

A17.Hübers, H.-W. Terahertz emission from silicon doped by shallow impurities / H.-W. Hübers, S. G. Pavlov, M. H. Rümmeli, R. Kh. Zhukavin, E. E. Orlova, H. Riemann and V. N. Shastin // Physica B. – 2001. – Vols. 308-310. – P. 232-235.

A18.Orlova, E. E. FIR lasing based on group V donor transitions in silicon / E. E. Orlova, S. G. Pavlov, R. Kh. Zhukavin, V. N. Shastin, A. V. Kirsanov, H.-W. Hübers, K. Auen, M. Rümmeli, H. P. Röser and H. Riemann // Physica B. – 2001. – Vols. 302-303. – P. 342-348.

A19.Pavlov, S. G. Physics of optically pumped semiconductor bulk lasers for the 5-15 THz frequency range / S. G. Pavlov, H.-W. Hübers, M. H. Rümmeli, V. N. Shastin, R. Kh. Zhukavin, E. E. Orlova, J. N. Hovenier, T. O. Klaassen, and H. Nakata // 2001 Symposium of IEEE/LEOS Benelux Chapter: Symp. Proc., Ed. by H. Trienpont et al. Brussels, Belgium, 3 Dec. 2001. – Brussels: Vrije Universiteit Brussel Press. 2001. – P. 49-52.

A20.Hübers, H.-W. Terahertz emission spectra of optically pumped silicon lasers / H.-W. Hübers, S. G. Pavlov, M. Greiner-Bär, M. F. Kimmitt, M. H. Rümmeli, R. Kh. Zhukavin, H. Riemann, and V. N. Shastin // physica status solidi (b). – 2002. – Vol. 233, Issue 2. – P. 191-196.

A21.Pavlov, S. G. Far-infrared stimulated emission from optically excited bismuth donors in silicon / S. G. Pavlov, H.-W. Hübers, M. H. Rümmeli, R. Kh. Zhukavin, E. E. Orlova, V. N. Shastin, and H. Riemann // Appl. Phys. Lett. – 2002. – Vol. 80, Issue 25. – P. 4717-4719.

A22.Pavlov, S. G. Terahertz optically pumped Si:Sb laser / S. G. Pavlov, H.-W. Hübers, H. Riemann, R. Kh. Zhukavin, E. E. Orlova, and V. N. Shastin // J. Appl. Phys. – 2002. – Vol. 92, Issue 10. – P. 5632-5634.

A23.Shastin, V. N. Stimulated THz emission from group-V donors in silicon under intracenter photoexcitation / V. N. Shastin, R. Kh. Zhukavin, E. E. Orlova, S. G. Pavlov, M. H. Rümmeli, H.-W. Hübers, J. N. Hovenier, T. O. Klaassen, H. Riemann, I. V. Bradley, and A. F. G. van der Meer // Appl. Phys. Lett. – 2002. – Vol. 80, Issue 19. – P. 3512-3514.

A24.Pavlov, S. G. Optically pumped terahertz semiconductor bulk lasers / S. G. Pavlov, H.-W. Hübers, E. E. Orlova, R. Kh. Zhukavin, H. Riemann, H. Nakata, and V. N. Shastin // physica status solidi (b). – 2003. – Vol. 235, Issue 1. – P. 126-134.

A25.Pavlov, S. G. Electrically pumped far-infrared population inversion in heterostructures doped by shallow impurity centers // phys. stat. sol. (c). – 2003. – Vol. 0, Issue 2. – P. 726-729.

A26.Pavlov, S. G. Terahertz silicon lasers: Intracenter optical pumping / S. G. Pavlov, H.-W. Hübers, M. H. Rümmeli, J. N. Hovenier, T. O. Klaassen, R. Kh. Zhukavin, A. V. Muravjov, and V. N. Shastin // “Towards the First Silicon Laser”, Eds. L. Pavesi et al., NATO Science Series II: Mathematics, Physic and Chemistry. Kluwer Academic Publishers. – 2003. – Vol. 93. – P. 331-340.

A27.Zhukavin, R. Kh. Laser transitions under resonant optical pumping of donor centres in Si:P / R. Kh. Zhukavin, D. M. Gaponova, A. V. Muravjov, E. E. Orlova, V. N. Shastin, S. G. Pavlov, H.-W. Hübers, J. N. Hovenier, T. O. Klaassen, H. Riemann, A. F. G. van der Meer // Appl. Phys. B. – 2003. – Vol. 76, No. 5. – P. 613-616.

A28.Hübers, H.-W. Stimulated terahertz emission from arsenic donors in silicon / H.-W. Hübers, S. G. Pavlov, R. Kh. Zhukavin, H. Riemann, N. V. Abrosimov, and V. N. Shastin // Appl. Phys. Lett. – 2004. – Vol. 84, Issue 18. – P. 3600-3602.

A29.Nakata, H. Excitation spectroscopy of Si:P THz laser and infrared photoconductivity in Ge:Te / H. Nakata, A. Yokoyama, T. Hatou, T. Ohyama, N. Tsubouchi, S. G. Pavlov, H.-W. Hübers // Joint 29th Int. Conf. on Infrared and Millimeter Waves and 12th Int. Conf. on Terahertz Electronics: Conf. Digest, 27 Sept. - 1 Oct. 2004. Karlsruhe, Germany. Eds. M. Thumm, W. Wiesbeck. IEEE Cat. No. 04EX857, 2004. – P. 507-508.

A30.Pavlov, S. G. Nonequilibrium electron distribution in terahertz intracentre silicon lasers / S. G. Pavlov, H.-W. Hübers, E. E. Orlova, R. Kh. Zhukavin and V. N. Shastin // Semicond. Sci. Technol. – 2004. – Vol. 19, No. 4. – S465-S468.

A31.Шастин, В. Н. Стимулированное излучение, вынужденное комбинационное рассеяние и инверсия населенности на внутрицентровых переходах доноров в кремнии / В. Н. Шастин, С. Г. Павлов, Р. Х. Жукавин, H.-W. Hübers, H. Riemann, T. O. Klaassen, J. N. Hovenier, P. J. Phillips // "Полупроводники-2005": Тезисы докладов VII Российской конференции по физике полупроводников, Москва, 18-23 сент. 2005. – Москва: ФИ РАН им. П. Н. Лебедева. 2005. – С. 97.

A32.Hübers, H.-W. Terahertz lasers based on germanium and silicon / H.-W. Hübers, S. G. Pavlov and V. N. Shastin // Semicond. Sci. Technol. – 2005. – Vol. 20, Special Issue 7: Photonic Terahertz Technology. – P. S211-S221.

A33.Hübers H.-W. Spectroscopy of excited states in p-type germanium with coherent terahertz synchrotron radiation / H.-W. Hübers, S. G. Pavlov, K. Holldack, P. Kuske, U. Schade, G. Wüstefeld // Int. Workshop on Infrared Microscopy and Spectroscopy with Accelerator Based Sources: Abstracts Book, Rathen, Germany. 26-30 June 2005. – P.135.

A34.Zhukavin R. Kh. D- centers in intracenter Si:P lasers / R. Kh. Zhukavin, S. G. Pavlov, K. A. Kovalevsky, H.-W. Hübers, H. Riemann, and V. N. Shastin // J. Appl. Phys. – 2005. – Vol. 97. Issue 11. – P. 113708.

A35.Pavlov, S. G. Stimulated terahertz Stokes emission of silicon crystals doped with antimony donors / S. G. Pavlov, H.-W. Hübers, J. N. Hovenier, T. O. Klaassen, D. A. Carder, P. J. Phillips, B. Redlich, H. Riemann, R. Kh. Zhukavin, and V. N. Shastin // Phys. Rev. Lett. – 2006. – Vol. 96, Issue 3. – P. 037404.

A36.Pavlov, S. G. Frequency tunability of the terahertz silicon laser by a magnetic field / S. G. Pavlov, H.-W. Hübers, M. F. Kimmitt, H. Riemann, and V. N. Shastin // Appl. Phys. Lett. – 2006. – Vol. 89, Issue 2. – P. 021108.

A37.Pavlov, S. G. Silicon donor and Stokes terahertz lasers / S.G. Pavlov, H.-W. Hübers, J. N. Hovenier, T. O. Klaassen, H. Riemann, N. V. Abrosimov, N. Nötzel, R. Kh. Zhukavin and V. N. Shastin // J. of Luminescence. – 2006. – Vol. 121, Issue 2. – P. 304-310.

A38.Pavlov, S. G. Impurity-based infrared emitters in silicon // «Si-based Optoelectronics»: Abstracts of the Rank-Prize Funds Mini-Symposium, Storrs Hall Hotel, Windermere, Cumbria, UK. 3-6 April 2006. – P. 37.

A39.Павлов, С. Г. Определение энергии ионизации возбуженных состояний донорных центров в кремнии из спектров накачки и излучения терагерцовых кремниевых лазеров // «Полупроводники-2007»: Teзисы VIII Российской конференции по физике полупроводников, Екатеринбург, 30 сент. – 5 окт. 2007 – Екатеринбург: ИФМ УрО РАН. 2007. – С. 342.

A40.Pavlov, S. G. Intracenter Raman silicon lasers // Laser Physics. – 2007. – Vol. 17, No. 8. – P. 1037-1040.

A41.Zhukavin, R. Kh. Influence of uniaxial stress on stimulated terahertz emission from phosphor and antimony donors in silicon / R. Kh. Zhukavin, V. V. Tsyplenkov, K. A. Kovalevsky, V. N. Shastin, S. G. Pavlov, U. Böttger, H.-W. Hübers, H. Riemann, N. V. Abrosimov, and N. Nötzel // Appl. Phys. Lett. – 2007. – Vol. 90, Issue 5. – P. 051101.

A42.Pavlov, S. G. Low-threshold terahertz Si:As laser / S. G. Pavlov, U. Böttger, H.-W. Hübers, R. Kh. Zhukavin, K. A. Kovalevsky, V. V. Tsyplenkov, V. N. Shastin, N. V. Abrosimov and H. Riemann // Appl. Phys. Lett. – 2007. – Vol. 90, Issue 14. – P. 141109.

A43.Zhukavin, R. Kh. Terahertz gain on shallow donor transitions in silicon / R. Kh. Zhukavin, V. N. Shastin, S. G. Pavlov, H.-W. Hübers, J. N. Hovenier, T. O. Klaassen, and A. F. G. van der Meer // J. Appl. Phys. – 2007. – Vol. 102, Issue 9. – P. 093104.

A44.Шастин, В. Н. Времена жизни локализованных состояний мелких доноров в кремнии / В. Н. Шастин, Р. Х. Жукавин, В. В. Цыпленков, С. Г. Павлов, H.-W. Hübers, P. J. Phillips // «Нанофизика и наноэлектроника»: Материалы XII ежегодного симпозиума, 10-14 марта 2008, Нижний Новгород. – Нижний Новгород: ИФМ РАН, 2008. – Том 1. – С. 182-185.

A45.Pavlov, S. G. Mono- and polycrystalline silicon for terahertz intracenter lasers / S. G. Pavlov, H.-W. Hübers, N. V. Abrosimov, and H. Riemann // Solid State Phenomena. – 2008. – Vols. 131-133. – P. 579-582.

A46.Abrosimov, N. V. Silicon doped with lithium and magnesium from the melt for terahertz laser application / N. V. Abrosimov, N. Nötzel, H. Riemann, K. Irmscher, S. G. Pavlov, H.-W. Hübers, U. Böttger, P. M. Haas, N. Drichko, and M. Dressel // Solid State Phenomena. – 2008. – Vols. 131-133. – P. 589-593.

A47.Pavlov, S. G. Terahertz emission from phosphor centers in SiGe and SiGe/Si semiconductors / S. G. Pavlov, H.-W. Hübers, N. V. Abrosimov, H. Riemann, H. H. Radamson, N. A. Bekin, A. N. Yablonsky, R. Kh. Zhukavin, Yu. N. Drozdov and V. N. Shastin // Solid State Phenomena. – 2008. – Vols. 131-133. – P. 613-618.

A48.Pavlov, S. G. Multi-crystalline silicon as active medium for terahertz intracenter lasers / S. G. Pavlov, H.-W. Hübers, N. V. Abrosimov, H. Riemann, L. V. Gavrilenko and A. V. Antonov // Physica B. – 2008. – Vol. 403, Issue 4. – P. 535-538.

A49.Pavlov, S. G. Terahertz Raman laser based on silicon doped with phosphorus / S. G. Pavlov, H.-W. Hübers, U. Böttger, R. Kh. Zhukavin, V. N. Shastin, J. N. Hovenier, B. Redlich, N. V. Abrosimov, and H. Riemann // Appl. Phys. Lett. – 2008. – Vol. 92, Issue 9. – P. 091111.

A50.Pavlov, S. G. Evidence of noncascade intracenter electron relaxation in shallow donor centers in silicon / S. G. Pavlov, H.-W. Hübers, P. M. Haas, J. N. Hovenier, T. O. Klaassen, R. Kh. Zhukavin, V. N. Shastin, D. A. Carder and B. Redlich // Phys. Rev. B. – 2008. – Vol. 78, Issue 16. – P. 165201.

A51.Pavlov, S. G. Relaxation of upper laser levels in terahertz silicon lasers / S. G. Pavlov, H.-W. Hübers, R. Kh. Zhukavin, P. J. Phillips, D. A. Carder, J. N. Hovenier, T. O. Klaassen and V. N. Shastin // IEEE Int. Conf. on Group IV Photonics 2008: Conf. Abstracts, Sorrento, Italy, 17-19 Sept. 2008. – P. 27-28.

A52.Pavlov, S. G. Stimulated terahertz emission due to nonlinear frequency conversion in silicon / S. G. Pavlov, H.-W. Hübers, U. Böttger, R. Kh. Zhukavin, V. N. Shastin, J. N. Hovenier and B. Redlich // "THz Radiation: Basic Research and Applications“: Proc. of the Int. Workshop, Alushta, Crimea, Ukraine, 2-4 Oct. 2008. – IEEE Catalog No # CFP0893E-CDR. 2008. – P. 13-15.

A53.Pavlov, S. G. Raman lasers due to scattering on donor electronic resonances in silicon / S. G. Pavlov, U. Böttger, N. V. Abrosimov, H. Riemann, V. N. Shastin, B. Redlich, A. F. G. van der Meer and H.-W. Hübers // Physica B. – 2009. – Vol. 404, Issues 23-24. – P. 4661-4663.

A54.Bekin N. A. Quantum cascade laser design based on impurity–band transitions of donors in Si/GeSi(111) heterostructures / N. A. Bekin and S. G. Pavlov // Physica B. – 2009. – Vol. 404, Issues 23-24. – P. 4716-4718.

A55.Pavlov, S. G. Stimulated terahertz emission due to electronic Raman scattering in silicon / S. G. Pavlov, U. Böttger, J. N. Hovenier, N. V. Abrosimov, H. Riemann, R. Kh. Zhukavin, V. N. Shastin, B. Redlich, A. F. G. van der Meer, and H.-W. Hübers // Appl. Phys. Lett. – 2009. – Vol. 94, Issue 17. – P. 171112.

A56.Pavlov, S. G. Optimizing the operation of terahertz silicon lasers / S. G. Pavlov, H.-W. Hübers, U. Böttger, R. Kh. Zhukavin, V. V. Tsyplenkov, K. A. Kovalevsky, V. N. Shastin // IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron. – 2009. – Vol. 15, Issue 3. – P. 925–932.

A57.Pavlov, S. G. Terahertz lasing from silicon by infrared Raman scattering on bismuth centers / S. G. Pavlov, U. Böttger, N. V. Abrosimov, H. Riemann, V. N. Shastin, B. Redlich, and H.-W. Hübers // Appl. Phys. Lett. – 2009. – Vol. 95, Issue 20. – P. 201110.

A58.Shastin, V. N. Advanced THz laser performance of shallow donors in axially stressed silicon crystal / V. N.Shastin, R. Kh. Zhukavin, K. A. Kovalevsky, V. V. Tsyplenkov, S. G. Pavlov and H.-W. Hübers // J. Phys.: Conf. Ser. – 2009. – Vol. 193. – P. 012086.

A59.Pavlov, S. Stress-controlled phonon-impurity resonances in terahertz silicon lasers // Phonon Engineering – Theory and Applications: Proceedings of the Material Research Society Fall Meeting, Symposium EE, Boston, MA, USA. 30 Nov. – 4 Dec. 2009. – Vol. 1221E. – Abstract ID # 659941.

A60.Pavlov, S. G. Influence of electric field on operation of terahertz intracenter silicon lasers / S. G. Pavlov, U. Böttger, H.-W. Hübers, N. V. Abrosimov, K. Irmscher and H. Riemann // J. Appl. Phys. – 2010. – Vol. 107, Issue 3. – P. 033114.