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In0.53Ga0.47As/InP量子阱与体材料的1 MeV电子束辐照光致发光谱研究

玛丽娅 李豫东 郭旗 艾尔肯 王海娇 曾骏哲

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In0.53Ga0.47As/InP量子阱与体材料的1 MeV电子束辐照光致发光谱研究

玛丽娅, 李豫东, 郭旗, 艾尔肯, 王海娇, 曾骏哲

Photoluminescence spectra of 1 MeV electron beam irradiated In0.53Ga0.47As/InP quantum well and bulk materials

Ma Li-Ya, Li Yu-Dong, Guo Qi, Ai Er-Ken, Wang Hai-Jiao, Zeng Jun-Zhe
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  • 为获得对In0.53Ga0.47As/InP材料在电子束辐照下的光致发光谱变化规律, 开展了1 MeV电子束辐照试验, 注量为 5×1012-9×1014 cm-2. 样品选取量子阱材料和体材料, 在辐照前后, 进行了光致发光谱测试, 得到了不同结构In0.53Ga0.47As/InP材料在1 MeV电子束辐照下的不同变化规律; 对比分析了参数退化的物理机理. 结果显示: 试验样品的光致发光峰强度随着辐照剂量增大而显著退化. 体材料最先出现快速退化, 而五层量子阱在注量达到6×1014 cm-2时, 就已经退化至辐照前的9%. 经分析认为原因有: 1)电子束进入样品后, 与材料晶格发生能量传递, 破坏晶格完整性, 致使产生的激子数量减少, 光致发光强度降低; 电子束辐照在材料中引入缺陷, 增加了非辐射复合中心密度, 导致载流子迁移率降低. 2)量子阱的二维限制作用使载流子运动受限, 从而能够降低载流子与非辐射复合中心的复合概率; 敏感区域截面积相同条件下, 体材料比量子阱材料辐射损伤更为严重. 3)量子阱的层数越多, 则异质结界面数越多, 相应的产生的界面缺陷数量也随之增多, 辐射损伤越严重.
    Minimizing the impact of radiation-induced degradation on optoelectronic devices is important in several applications. Satellites and other spacecraft that fly in near-earth orbits (below 3.8 earth radius) are extremely susceptible to radiation damage caused by the high flux of electrons trapped in the earth’s magnetosphere. Optoelectronic devices are particularly vulnerable to displacement damage caused by electrons and protons. Effects of 1 MeV electron beam irradiation on the photoluminescence properties of In0.53Ga0.47As/InP quantum well (QW) and bulk structures, which are grown by metal-organic vapor phase epitaxy, are investigated. Samples are irradiated at room temperature using an ELV-8II accelerator with 1 MeV electron at doses ranging from 5×1012 to 9×1014 cm-2, and a dose rate of 1.075×1010 cm-2·s-1. Photoluminescence measurements are made using a 532 nm laser for excitation and a cooled Ge detector with lock-in techniques for signal detection. Photoluminescence intensity of all the structures is degraded after irradiation, and its reduction increases with increasing total dose of irradiation. Electron beam irradiation causes a larger reduction in the photoluminescence intensity and carrier lifetime of the bulk than that of quantum well. Photoluminescence intensity of five-layer quantum wells degenerates to 9% that before irradiation as the fluence reaches 6×1014 cm-2. As the electron beams bombard into the sample, the destruction of the lattice integrity will cause the decrease in the number of excitons and intensity of photoluminescence. Electron beam irradiation introduces defects in the samples, increases the density of the nonradiative recombination centers, and results in the decrease of carrier mobility. In a quantum well structure, due to the two-dimensional confinement, the probability of carrier nonradiative recombination at radiation-induced defect centers will be reduced. The reduction of photoluminescence intensity in the bulk is severer than in the quantum well while the cross-sectional area which is sensitive to radiation is kept the same. The number of interface defects which are produced by electron irradiation will increase with the number of layers in quantum well and the heterojunction interface of quantum wells, so is the degration of photoluminescence intensity. The degration is mainly due to the increase of non-radiative centers in the samples. By comparing the different structures, the quantum well structure shows a better radiation resistance.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11275262)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 11275262).
    [1]

    Zhang Z Y, Wang Z G, Xu B, Jin P, Sun Z Z, Liu F Q 2004 IEEE Photonics Technol. Lett. 16 27

    [2]

    Temkin H, Dutta N K, Tanbun Ek T, Logan R A, Sergent A M 1990 Applied physics letters 57 1610

    [3]

    Wake D, Walling R H, Sargood S K, Henning I D 1987 Electronics Letters 23 415

    [4]

    Xing J L, Zhang Y, Xu Y Q, Wang G W, Wang J, Xiang W, Ni H Q, Ren Z W, He Z H, Niu Z C 2014 Chin. Phys. B 23 017805

    [5]

    Li C, Xue C L, Li C B, Liu Z, Cheng B W, Wang Q M 2013 Chinese Phys. B 22 118503

    [6]

    Leon R, Swift G M, Magness B, Taylor W A, Tang Y S, Wang K L, Dowd P, Zhang Y H 2000 Applied Physics Letters 76 2074

    [7]

    Aierken A, Guo Q, Huhtio T, Sopanen M, He C F, Li Y D, Wen L, Ren D Y 2013 Radiation Physics and Chemistry 83 42

    [8]

    Guffarth F, Heitz R, Geller M, Kapteyn C, Born H, Sellin R, Hoffmann A, Bimberg D, Sobolev N A, Carmo M C 2003 Applied Phys. Lett. 82 1941

    [9]

    Che C, Liu Q F, Ma J, Zhou Y P 2012 Acta Phys. Sin. 62 094219 (in Chinese) [车驰, 柳青峰, 马晶, 周彦平 2012 物理学报 62 094219]

    [10]

    Ma J, Che C, Han Q Q, Zhou Y P, Tan L Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 214211 (in Chinese) [马晶, 车驰, 韩琦琦, 周彦平, 谭立英 2012 物理学报 61 214211]

    [11]

    Zhou Y P, Hao N, Yang R, Che C, Jin H, Xu J 2013 Infrared and Laser Engineering 42 454 (in Chinese) [周彦平, 郝娜, 杨瑞, 车驰, 靳浩, 徐静 2013 红外与激光工程 42 454]

    [12]

    Zou R, Lin L B 2002 Research & Progress of SSE. 22 404 (in Chinese) [邹睿, 林理彬 2002 固体电子学研究与进展 22 404]

    [13]

    Zhang M, Lin L B, Zou R, Zhang G Q, Li Y G 2003 Chinese Journal of Lasers 7 004 (in Chinese) [张猛, 林理彬, 邹睿, 张国庆, 李永贵 2003 中国激光 7 004]

    [14]

    Haug H, Schmitt-Rink S 1984 Progress in Quantum Electronics 9 3

  • [1]

    Zhang Z Y, Wang Z G, Xu B, Jin P, Sun Z Z, Liu F Q 2004 IEEE Photonics Technol. Lett. 16 27

    [2]

    Temkin H, Dutta N K, Tanbun Ek T, Logan R A, Sergent A M 1990 Applied physics letters 57 1610

    [3]

    Wake D, Walling R H, Sargood S K, Henning I D 1987 Electronics Letters 23 415

    [4]

    Xing J L, Zhang Y, Xu Y Q, Wang G W, Wang J, Xiang W, Ni H Q, Ren Z W, He Z H, Niu Z C 2014 Chin. Phys. B 23 017805

    [5]

    Li C, Xue C L, Li C B, Liu Z, Cheng B W, Wang Q M 2013 Chinese Phys. B 22 118503

    [6]

    Leon R, Swift G M, Magness B, Taylor W A, Tang Y S, Wang K L, Dowd P, Zhang Y H 2000 Applied Physics Letters 76 2074

    [7]

    Aierken A, Guo Q, Huhtio T, Sopanen M, He C F, Li Y D, Wen L, Ren D Y 2013 Radiation Physics and Chemistry 83 42

    [8]

    Guffarth F, Heitz R, Geller M, Kapteyn C, Born H, Sellin R, Hoffmann A, Bimberg D, Sobolev N A, Carmo M C 2003 Applied Phys. Lett. 82 1941

    [9]

    Che C, Liu Q F, Ma J, Zhou Y P 2012 Acta Phys. Sin. 62 094219 (in Chinese) [车驰, 柳青峰, 马晶, 周彦平 2012 物理学报 62 094219]

    [10]

    Ma J, Che C, Han Q Q, Zhou Y P, Tan L Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 214211 (in Chinese) [马晶, 车驰, 韩琦琦, 周彦平, 谭立英 2012 物理学报 61 214211]

    [11]

    Zhou Y P, Hao N, Yang R, Che C, Jin H, Xu J 2013 Infrared and Laser Engineering 42 454 (in Chinese) [周彦平, 郝娜, 杨瑞, 车驰, 靳浩, 徐静 2013 红外与激光工程 42 454]

    [12]

    Zou R, Lin L B 2002 Research & Progress of SSE. 22 404 (in Chinese) [邹睿, 林理彬 2002 固体电子学研究与进展 22 404]

    [13]

    Zhang M, Lin L B, Zou R, Zhang G Q, Li Y G 2003 Chinese Journal of Lasers 7 004 (in Chinese) [张猛, 林理彬, 邹睿, 张国庆, 李永贵 2003 中国激光 7 004]

    [14]

    Haug H, Schmitt-Rink S 1984 Progress in Quantum Electronics 9 3

  • [1] 周书星, 方仁风, 魏彦锋, 陈传亮, 曹文彧, 张欣, 艾立鹍, 李豫东, 郭旗. InP HEMT外延结构材料抗电子辐照加固设计研究. 物理学报, 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20211265
    [2] 杜玉峰, 崔丽娟, 李金升, 李然然, 万发荣. 铝中气泡在电子束辐照下的异常放热现象. 物理学报, 2018, 67(21): 216101. doi: 10.7498/aps.67.20181140
    [3] 李杰, 高进, 万发荣. 电子束辐照下的注氘铝的结构变化. 物理学报, 2016, 65(2): 026102. doi: 10.7498/aps.65.026102
    [4] 吴学科, 黄伟其, 董泰阁, 王刚, 刘世荣, 秦朝介. 热退火、激光束和电子束等作用对纳米硅制备及其局域态发光特性的影响. 物理学报, 2016, 65(10): 104202. doi: 10.7498/aps.65.104202
    [5] 钟勉, 杨亮, 任玮, 向霞, 刘翔, 练友运, 徐世珍, 郭德成, 郑万国, 袁晓东. 高功率脉冲电子束辐照SiO2的光学和激光损伤性能. 物理学报, 2014, 63(24): 246103. doi: 10.7498/aps.63.246103
    [6] 赵凤岐, 张敏, 李志强, 姬延明. 纤锌矿In0.19Ga0.81N/GaN量子阱中光学声子和内建电场对束缚极化子结合能的影响. 物理学报, 2014, 63(17): 177101. doi: 10.7498/aps.63.177101
    [7] 杨双波. 温度与外磁场对Si均匀掺杂的GaAs量子阱电子态结构的影响. 物理学报, 2014, 63(5): 057301. doi: 10.7498/aps.63.057301
    [8] 李春雷, 徐燕, 张燕翔, 叶宝生. 双量子阱中光子辅助电子自旋隧穿. 物理学报, 2013, 62(10): 107301. doi: 10.7498/aps.62.107301
    [9] 杨双波. 掺杂浓度及掺杂层厚度对Si均匀掺杂的GaAs量子阱中电子态结构的影响. 物理学报, 2013, 62(15): 157301. doi: 10.7498/aps.62.157301
    [10] 邓泉, 马勇, 杨晓红, 叶利娟, 张学忠, 张起, 付宏伟. ZnO:Sb薄膜的光致发光及拉曼特性研究. 物理学报, 2012, 61(24): 247701. doi: 10.7498/aps.61.247701
    [11] 李论雄, 苏江滨, 吴燕, 朱贤方, 王占国. 电子束诱导单壁碳纳米管不稳定的新观察. 物理学报, 2012, 61(3): 036401. doi: 10.7498/aps.61.036401
    [12] 魏来明, 周远明, 俞国林, 高矿红, 刘新智, 林铁, 郭少令, 戴宁, 褚君浩, Austing David Guy. 高迁移率InGaAs/InP量子阱中的有效g因子. 物理学报, 2012, 61(12): 127102. doi: 10.7498/aps.61.127102
    [13] 赵衡煜, 俞平胜, 郭鑫, 苏良碧, 李欣年, 方晓明, 杨秋红, 徐军. 电子束辐照诱导Bi:α-BaB2O4 单晶近红外宽带发光的研究. 物理学报, 2011, 60(9): 097802. doi: 10.7498/aps.60.097802
    [14] 周凯, 李辉, 王柱. 正电子湮没谱和光致发光谱研究掺锌GaSb质子辐照缺陷. 物理学报, 2010, 59(7): 5116-5121. doi: 10.7498/aps.59.5116
    [15] 周丽宏, 张崇宏, 李炳生, 杨义涛, 宋 银. 注入Ar+的蓝宝石晶体退火前后光致发光谱的分析. 物理学报, 2008, 57(4): 2562-2566. doi: 10.7498/aps.57.2562
    [16] 曹 萌, 吴惠桢, 刘 成, 劳燕锋, 黄占超, 谢正生, 张 军, 江 山. 干法刻蚀影响应变量子阱发光的机理研究. 物理学报, 2007, 56(2): 1027-1031. doi: 10.7498/aps.56.1027
    [17] 徐晓华, 牛智川, 倪海桥, 徐应强, 张 纬, 贺正宏, 韩 勤, 吴荣汉, 江德生. 分子束外延生长的(GaAs1-xSbx/InyGa1-yAs)/GaAs量子阱光致发光谱研究. 物理学报, 2005, 54(6): 2950-2954. doi: 10.7498/aps.54.2950
    [18] 殷 雯, 赖云忠, 严启伟, 梁九卿. 电子在周期驱动耦合量子阱中的振荡. 物理学报, 2003, 52(8): 1862-1866. doi: 10.7498/aps.52.1862
    [19] 卢励吾, 张砚华, 徐遵图, 徐仲英, 王占国, J.Wang, WeikunGe. 快速热处理对应变InGaAs/GaAs单量子阱激光二极管电子发射和DX中心的影响. 物理学报, 2002, 51(2): 367-371. doi: 10.7498/aps.51.367
    [20] 陈贵宾, 陆卫, 缪中林, 李志锋, 蔡炜颖, 沈学础, 陈昌明, 朱德彰, 胡钧, 李明乾. 离子注入诱导量子阱界面混合效应的光致荧光谱研究. 物理学报, 2002, 51(3): 659-662. doi: 10.7498/aps.51.659
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-12-29
  • 修回日期:  2015-01-30
  • 刊出日期:  2015-08-05

In0.53Ga0.47As/InP量子阱与体材料的1 MeV电子束辐照光致发光谱研究

  • 1. 中国科学院特殊环境功能材料与器件重点实验室, 新疆电子信息材料与器件重点实验室, 中国科学院新疆理化技术研究所, 乌鲁木齐 830011;
  • 2. 中国科学院大学, 北京 100049
    基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11275262)资助的课题.

摘要: 为获得对In0.53Ga0.47As/InP材料在电子束辐照下的光致发光谱变化规律, 开展了1 MeV电子束辐照试验, 注量为 5×1012-9×1014 cm-2. 样品选取量子阱材料和体材料, 在辐照前后, 进行了光致发光谱测试, 得到了不同结构In0.53Ga0.47As/InP材料在1 MeV电子束辐照下的不同变化规律; 对比分析了参数退化的物理机理. 结果显示: 试验样品的光致发光峰强度随着辐照剂量增大而显著退化. 体材料最先出现快速退化, 而五层量子阱在注量达到6×1014 cm-2时, 就已经退化至辐照前的9%. 经分析认为原因有: 1)电子束进入样品后, 与材料晶格发生能量传递, 破坏晶格完整性, 致使产生的激子数量减少, 光致发光强度降低; 电子束辐照在材料中引入缺陷, 增加了非辐射复合中心密度, 导致载流子迁移率降低. 2)量子阱的二维限制作用使载流子运动受限, 从而能够降低载流子与非辐射复合中心的复合概率; 敏感区域截面积相同条件下, 体材料比量子阱材料辐射损伤更为严重. 3)量子阱的层数越多, 则异质结界面数越多, 相应的产生的界面缺陷数量也随之增多, 辐射损伤越严重.

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参考文献 (14)

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