Горячие носители в узкощелевых полупроводниках в сильном электрическом поле

Г. М. Генкин, А. В. Окомельков


Аннотация: Рассмотрена возможность возникновения инверсии населенностей на межзонных переходах в полупроводниках в постоянном электрическом поле. Найдено, что при больших значениях электронной подвижности зависимости параметров распределении носителей от электрического поля в вырожденных полупроводниках (а потому и вольтамперные характеристики) носят $S$-образный характер. Последнее обусловлено особенностями рассеяния вырожденных носителей на оптических фононах. Показано, что условиями, необходимыми для существования инверсии населенностей, являются наличие вырожденных равновесных распределений носителей, их большая подвижность и малая ширина запрещенной зоны, которые реализуются в узкощелевых полупроводниках $n$-типа. Показано, что в узкощелевых полупроводниках типа $n$-Cd$_{x}$Hg$_{1-x}$Te в полях ${E\sim E_{*}\sim10^{2}}$ В/см имеются инверсия населенностей и усиление электромагнитных волн. По проведенным расчетам, в $n$-Cd$_{0.17}$Hg$_{0.83}$Те при ${T\simeq4}$ K в поле ${E\simeq300}$ В/см имеется усиление с коэффициентом усиления порядка $10^{3}\,\text{см}^{-1}$ на частотах ${\hbar_{\omega}\sim0.1}$ эВ.