Details

Исследована терагерцовая экситонная фотолюминесценция в сверхчистом кремнии при температурах 5–35 К и интенсивностях возбуждения 0,1–140 Вт/см². Показано, что во всех режимах спектры ТГц ФЛ формируются преимущественно за счёт внутриэкситонных переходов. Изучена температурная зависимость интегральной интенсивности ТГц ФЛ. Обнаружена немонотонность, связанная с образованием капель электроннодырочной жидкости (ЭДЖ). В условиях слабого возбуждения, при отсутствии ЭДЖ, оценена энергия температурного тушения, близкая к энергии связи свободного экситона. Проведён анализ зависимости интенсивности ТГц ФЛ от плотности накачки. При 15 К зависимость остаётся линейной, а при более высоких температурах становится сверхлинейной при интенсивностях выше 7 Вт/см², что может указывать на стимулированные ТГц переходы. Результаты демонстрируют потенциал использования внутриэкситонных переходов для создания ТГц лазерных источников на основе кремния.

Terahertz exciton photoluminescence in ultrapure silicon at temperatures of 5-35 K and excitation intensities of 0.1–140 W/cm2 has been studied. It is shown that, under all conditions, the THz PL spectra are primarily formed by intra-excitonic transitions. The temperature dependence of the integrated THz PL intensity was studied. A nonmonotonic behavior was observed, associated with the formation of electron-hole droplets (EHDs). Under weak excitation, when EHDs are absent, the thermal quenching energy was estimated and found to be close to the binding energy of a free exciton. The dependence of THz PL intensity on excitation density was also analyzed. At 15 K, the response remains linear, while at higher temperatures it becomes superlinear above 7 W/cm², which may indicate the onset of stimulated THz transitions. The results highlight the potential of using intra-excitonic transitions for the development of THz laser sources based on silicon.