Picosecond Optical Nonlinearities and Stimulated Emission in Indirect Al_xGa_1−xAs

Abstract

The nonlinear optical properties of indirect-gap AI,Gal-&s in the presence of a dense electronhole plasma are studied by picosecond luminescence and transient transmission spectroscopy. The fundamental X-band gap is found to be renormalized by exchange and correlation effects within the plasma. Higher-lying band gaps in the same sample are also renormalized but here the electronexchange contribution t o the narrowing is negligible. Strong plasma-induced nonlinearities like persistent bleaching of absorption, enhanced absorption, and large changes of the refractive index are observed a t the direct absorption edge for lattice temperatures of 16 as well as 293 IS. Stimulated emission from the indirect X-band is made possible by alloy-disorder induced band mixing. Die nichtlinearen optischen Eigenschaften von indirektem AI,Gal -As nach Erzeugung einesElektron-Loch-Plasmas werden mit Hilfe von Lumineszenz-und Transmissionsspektroskopie mit Pikosekunden-Zeitauflosung untersucht. Es wird eine Renormierung der fundamentalen X-Bandkmte durch Austausch-und Korrelationseffekte im Plaema beobachtet. Auch hoherliegende Bandkanten im selben Material werden renormiert, jedoch ist hier der Beitrag der Elektronen-Austauschwechselwirkung vernachlassigbar klein. Starke optische Nichtlin_earitiiten werden gefunden, wie ein Ausbleichen der Absorption, erhohte Absorption und groDe Anderungen des Brechungsindex an der direkten Absorptionskante sowohl bei 15 IZ als such bei Raumtemperatur. Eine Bandmischung aufgrund von Legierungsunordnung ermoglicht die stimulierte Emission aus dem indirekten X-Band.