Estudio por medio de espectroscopia picosegundo de los compuestos II-VI sometidos a fuerte excitación óptica

Abstract

En la pasada década, se han observado nuevas bandas de luminescencia en los semiconductores cuando son excitados fuertemente por medio de láseres (fotoexcitacion). La interpretación del origen de estas bandas era variado y ha sido objeto de controversias y discusiones entre los diferentes autores. Finalmente, por medio de experiencias complementarias (efecto Raman, scattering con luz I.R., espectroscopia de excitación, fotoconducción)) se ha probado que en CuCl tiene lugar la formación de moleculas biexcitónicas y que en Ge y en Si, las altas excitaciones producen un plasma electrón-hueco.

Sin embargo, en los compuestos II-VI, la interpretación es más difícil, y si bien en alguno de ellos (ZnO) ha quedado bien establecida la existencia de procesos de colisión inelásticos, en general, hay controversias acerca de la interpretación de las llamadas bandas M y P.

Generalmente, una de las características comunes de todos los experimentos citados es el uso de láseres nanosegundo para el estudio, por medio de la espectroscopia integrada en el tiempo (técnicas de luminescencia o de ganancia-absorción), de las propiedades de dichos materiales sometidos a excitaciones fuertes. Estas condiciones experimentales dan lugar a ciertas dificultades, que se resuelven con el empleo de técnicas picosegundo, ya que en efecto, el uso de un láser psicosegundo de alta potencia (láser YAG), permite la excitación homogénea de la muestra en la dirección de la excitación, por medio de la absorción a dos fotones. Además, dado que la duración de la impulsión es menor oue el tiempo de vida de las diferentes excitaciones elementales (excitón, biexcitón, plasma electron-hueco...) podemos obtener una dinámica de la relajación de portadores que tiene lugar al final de la impulsión excitadora y, con ello, clarificar algunas de las contradicciones citadas anteriormente.

En el dominio de las fuertes excitaciones picosegundo, los experimentadores pueden escoger entre una excitación “caliente” pero relativamente homogénea (excitación a dos fotones) y una excitación “fría” (con un fotón de energía) pero inhomogénea. El primer método nos conduce a .la utilización de láseres de potencia y el segundo, al empleo de láseres de longitud de onda reglable. Nosotros hemos empleado el método de la excitacion caliente. Este método exige tener en cuenta los problemas de termalización del sistema electrón-hueco excitado. Dado que esta cuestión es esencial en este tipo de experiencias, gran parte de esta memoria ha sido consagrada al estudio de dicha termalización.

El capítulo I contiene la presentación del conjunto experimental y algunos datos de los materiales estudiados CdSe y CdS. En el capítulo II, calcularemos un modelo simple para prever la cinética de temperatura del plasma. Finalmente, el capitulo III contiene una discusiónsobre la naturaleza de las diferentes líneas de luminescencia del espectro de los semiconductores II-VI estudiados.