Tunneln und
Multiphoton-Prozesse
in Halbleitern
mit Laserstrahlung
im fernen Infrarot

von
Hermann Ketterl

Betreuer Prof. Dr. W. Prettl
Promotionskolloquium 27. Juli 2000

Ziel dieser Arbeit ist es, die Eigenschaften des Ladungsträgertunnelns und von Multiphoton-Übergängen bei hochfrequenter Anregung zu untersuchen, und zwar in der Situation, bei der die Photonenenergie tex2html_wrap_inline40 kleiner ist als die Energielücke im Halbleiter. Wie in früheren theoretischen Arbeiten gezeigt wurde, sind das Tunneln durch Potentialbarrieren, die durch statische oder alternierende elektrische Felder geformt werden, und die Multiphoton-Absorption Grenzfälle ein und desselben nichtlinearen optischen Prozesses. Die Nutzung von ferninfrarotem Licht bietet als Parameter die Möglichkeit einer Variation der Feldfrequenz und der elektrischen Feldstärke, was im quantenmechanischen Photonenbild einer Variation der Photonenenergie und der Photonenzahl (Laserintensität) entspricht. Durch das Verändern dieser Parameter dominiert entweder die klassische Wellennatur oder quantenhafte Teilchennatur des Lichts.

Im ersten Teil dieser Arbeit wird das Tunneln in statischen und oszillierenden elektrischen Feldern untersucht. Der Übergang zwischen Tunneln in (quasi-) statischen und oszillierenden Feldern wird durch den Parameter tex2html_wrap_inline42 bestimmt, wobei tex2html_wrap_inline44 die Laserfrequenz und tex2html_wrap_inline46 die Tunnelzeit ist. Im zweiten Teil dieser Arbeit wird die Mehrphotonen-Anregung in Halbleitern untersucht. Die Erforschung von Multiphoton-Prozessen mit Teraherzfeld in Halbleitern erlaubt es eine Situation herzustellen, bei der Zwei-, Drei-, und Vielphotonenprozesse vergleichbare Beiträge zum Gesamtprozess liefern. Das bietet die Möglichkeit, Prozesse höherer Ordnung zu studieren.