CC BY
9
I
SCIENCE TIME
I
РАДИАЦИОННО-СТИМУЛИРОВАННОЕ ИЗМЕНЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КВАНТОВО-РАЗМЕРНЫХ СТРУКТУР СОЕДИНЕНИЙ А2В6
Шарибаев Муратбай Борибаевич, Каракалпакский государственный университет имени Бердаха, г. Нукус, Узбекистан
E-mail: murat.sharibaev@mail.ru
Наурызбаева Дилбар Пархатдиновна, Каракалпакский государственный университет имени Бердаха, г. Нукус, Узбекистан
Ерлепесова Индира, Каракалпакский государственный университет имени Бердаха, г. Нукус, Узбекистан
Байрамов Откирбек Даврон огли, Каракалпакский государственный университет имени Бердаха, г. Нукус, Узбекистан
Аннотация. В данной работе изучено влияние облучения у-квантами Со60 на оптические характеристики одиночных и нескольких сжато-напряжённых КТ CdТе/ZnТe выращенных методом молекулярно-пучковой эпитаксии. Изучалось фотолюминесцентные свойства серия образцов с одиночными и несколькими квантовыми точками. Изучались расплывание квантовых точек после облучения у-квантами.
Ключевые слова: фотолюминесценция, квантовая точка, деформация, интенсивность, механическое напряжение.
Квантово-размерные А2В6 гетероструктуры, создаваемые на подложках арсенида галлия, находят широкое применение в качестве активных элементов современных полупроводниковых приборов: оптических модуляторов, инжекционных источников когерентного и некогерентного излучения, излучателей с электронной накачкой, перекрывающих практически весь видимый спектральный диапазон и др. [1]. Однако реализация данного класса гетероструктур столкнулась с проблемой деградации их свойств как во время работы, так и при различных видах термообработок при изготовлении приборов, что обычно связывалось с размножением дислокаций в активных областях
1 SCIENCE TIME 1
прибора. Существенную роль при этом может играть присутствие подвижных точечных дефектов и наличие электронных возбуждении.
Известно, что под действием различных внешних воздействий (облучения [2; 3], лазерного отжига, ультразвуковой обработки и др.) в любой гетеросистеме, имеющей границы раздела и являющейся вследствие этого исходно энергетически неравновесной (частично релаксированной), возможен ее переход в более равновесное состояние с минимумом свободной энергии. Механизм такого перехода носит, в основном, дислокационный характер, что было подтверждено экспериментально и описано теоретически с энергетической и кинетитеской точки зрения. Однако, в ряде случаев наблюдались и недислокационные механизмы релаксации внутренних напряжений или их сочетание. Использование в настоящее время в полупроводниковой технологии напряжённых несогласованных (£>1%) квантово-размерных многослойных структур и проблемы, связанные с их нестабильностью, усилили интерес к процессам, сопровождающим релаксацию напряжений.
В данной работе изучено влияние электронного, гамма (Со60) и рентгеновского излучения на оптические характеристики ZnCdTe/ZnTe/GaAs гетероструктур с квантовыми ямами, КЯ, и квантовыми точками, КТ.
Квантовые точки СdTe/ZnTe и толщиной от 2 до 8 нм были выращены на подложках полуизолирующего арсенида галлия методом молекулярно-лучевой эпитаксии и давали интенсивные полосы люминесценции в диапазоне 520-560 нм [2; 3; 4]. После облучения происходило уменьшение интенсивности фотолюминесценции (ФЛ) от КЯ и смещение положения максимума в длинноволновую сторону после облучения рентгеновскими квантами и в коротковолновую - после облучения электронами [5]. Показано, что длинноволновый сдвиг обусловлен релаксацией напряжений, а коротковолновый - расплыванием КЯ в результате диффузии Cd. Выполнен расчет диффузионого изменения формы квантовых точек. Из сравнения экспериментальных данных с результатами расчета оценен коэффициент радиационно-ускоренной диффузии Cd.
Квантовые точки были получены введением ульт рат онких слоев CdTe (1-4 МЬ) в ZnTe-матрицу методом атомно-слоевой эпитаксии. Во многих случаях спектры ФЛ имели вид, представленный на рис.1, что обусловлено бимодальным распределением КТ. Однако, наблюдалось и одномодальное распределение. Исследование температурных зависимостей полуширин полос ФЛ, связанных с КТ, и их спектрального положения свидетельствовали о латеральной локализации экситонов в КТ (рис. 1, а). После облучения происходило уменьшение их полуширин и смещение их максимумов в коротковолновую
I
SCIENCE TIME
I
сторону, а также незначительное падение интенсивности. При этом происходило уменьшение энергии активации температурного гашения. Последние два эффекта связаны с образованием радиационных дефектов. В тоже время, изменение спектрального положения полосы и ее полуширины можно объяснить изменением состава и увеличением латеральных размеров квантовых точек в результате радиационно-ускоренной интердиффузии Сё и Тлл.
100-,
-
<1> 10,
X
о 1,
1=
++
0,1 1
60-
m 50-
сч
--- 40-
S 30-
ml
а)
8 10 12 1000Я, К"1
Дл-ЛЛлА-^ А
ДМЛ Д д
А
А
80 100 120 140 160 180 200
т, К
2,12-i
Ш 2,10-CD
в 2,08-1
Ш
2,06
ОЙЕХССООООО О О о
•н • • •
о
80 100 120 140 1 SO 180 200
Т, к
100-,
Ч"
CD 101
Т
1-
о 1,
0,1 -
20-
ш
со 16-
5 12-
б)
-,ап
□□L
5 6 7 8 9 10 11 12 13
10ОО/Т, К"1
ЛМ Ад ш длдд 2
m 2.18-
Го
|2,16-| ш
2,14-
80 100 120 140 160
т, К
о,
ООООООО
<Ъа
00,
80 100 120 140 160
т, к
Рис. 1 Фотолюминесцентные свойства квантовых точек С с!Те/Тлл Те/ С а А 5
а) Изменение полуширины ФЛ, интенсивности ФЛ и энергии расположения ФЛ квантовых точки CdТе/ZnТe от температуры. (исходный образец)
б) Изменение полуширины, интенсивности и энергии расположения ФЛ квантовых точки CdТе/ZnТe от температуры. (облучённый образец)
Из температурной зависимости (Е^) можно получить дополнительную информацию о степени локализации экситонов в квантовых точках, QDs. Для этого температурную зависимость ДЕ^/ДТ для QDs сравнивают с температурной зависимостью ширины запрещённой зоны материала барьера и точки. В случае когда эта зависимость ДEPL/ДТ<Eg(CdTe,ZnTe)/ДТ, т.е. более слабая (частный
1 SCIENCE TIME 1
случай не зависит), чем температурная зависимость ширины запрещённой зоны, то такую слабую зависимость при низких температурах объясняют локализацией экситонов в некоторых потенциальных минимумах, возникающих из-за флуктуаций потенциала и лежащих либо для изолированных точки в самой квантовой точке, либо на границе раздела квантовая точка - барьер, либо в барьере. При повышении температуры происходит уменьшение ширины запрещённой зоны как CdTe так и ZnTe. Так как экситоны в этих материалах стабильны до температур ~80 К, то одновременно с этим экситоны, локализованные в некоторых потенциальных минимумах, могут быть термически выброшены в барьер и стать свободными экситонами.
Литература:
1. D. Bimberg, M. Grundmann, and N.N. Ledentsov. Quantum Dot Heterostrucutres (John Wiley & Sons Ltd., Chichester, 1998).
2. V.S. Bagaev, V.V. Zaitsev, E.E. Onishchenko and Yu. G. Sadofyev, J. Cryst. Growth, 2000, vol. 214/215.
3. Ye. F. Venger, Yu. G. Sadofyev, G.N. Semenova et al. Thin Solid Films, 2000, vol.367, p.184-188.
4. Ye. F. Venger, Yu. G. Sadofyev, G.N. Semenova et al., SPIE Proc., 1998, vol.3890, p. 170-176; p.537-541.
5. Ye. F. Venger, N.E. Korsunskaya, Yu. G. Sadofyev et al., Mat. Sci&Eng. B., 2012, р. 35-39.
»
26
