多变量离子注入型量子阱混杂效应
发布时间：2021-07-22 15:18
为实现InP基单片集成光电子器件和系统,对InGaAsP/InGaAsP分别限制异质结多量子阱激光器结构展开量子阱混杂（QWI）技术研究。在不同能量P离子注入、不同快速热退火（RTA）条件以及循环退火下,研究了有源区量子阱混杂技术,实验结果采用光致发光（PL）谱进行表征。实验结果表明:在不同变量下皆可获得量子阱混杂效果,其中退火温度影响最为显著,且循环退火可进一步提高量子阱混杂效果;PL谱蓝移随着退火温度、退火时间和注入能量的增大而增大,退火温度对蓝移的影响最大,在注入剂量为1×1014 ion/cm2,注入能量为600keV,750℃二次退火150s时获得最大蓝移量116nm。研究结果为未来基于QWI技术设计和制备单片集成光电子器件和系统奠定了基础。
【文章来源】：激光与光电子学进展. 2020,57(01)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
P+不同注入能量下注入深度分布。
图1 P+不同注入能量下注入深度分布。A组样品利用普通紫外光刻机进行光刻；然后利用型号为NV-GSD-HE离子注入机进行离子注入，注入条件为P+注入、注入剂量为1×1014 ion/cm2、注入能量为300keV及600keV；有机清洗去胶之后采用等离子化学气相沉积（PECVD）生长50nm厚的SiO2介质层，然后将其解理成3 mm×3 mm的样品；选用型号为RPM2000的PL光谱仪，在室温下测量每个样品的PL谱线，激光器功率为48.5 mW，狭缝宽度为0.1mm，由此获得各样品在QWI之前的原始量子阱材料的PL谱；之后，用RTA-500型快速热退火炉在650～750℃下对A和B样品按50℃温度间隔进行快速热退火处理，时间分别为60,90,150s，退火过程中，为防止磷挥发对样品质量产生影响，可将每个样品放置于一个直径为10.16cm的Si片上，样品顶层盖上直径为5.08cm的InP衬底片，且通入N2作为载气保护；为排除热场不均匀性对QWI实验的影响，所有样品均置于退火炉同一位置。高温快速退火诱导之后，继续对所有样品在相同条件下进行PL谱表征，用以对比分析QWI前后的波长蓝移、PL强度以及半峰全宽（FWHM）变化。A组样品具体工艺流程图如图3(a）所示。
注入能量分别为300keV和600keV时，经不同温度退火后，A样品PL谱的峰值波长变化情况如图4所示。可以看出随着退火温度增加，A样品PL谱的峰值波长逐渐蓝移，在600keV、750℃条件下蓝移量最大，为102nm。在离子注入实验后，进行RTA处理，一方面是消除离子注入所造成的晶格损伤，提高晶体品质，另一方面是高温可促使有源区的量子阱混杂。PL谱蓝移量随退火温度增加而增加，这是由于在RTA作用下，大量的空位或缺陷向有源区移动，虽然一部分间隙原子和空位在移动过程中会进行复合，但是仍有大量空位和间隙原子进入有源区，导致有源区中的Ⅲ族原子和Ⅴ族原子发生互扩散，使得量子阱材料的禁带宽度变宽，量子阱发光波长变短，出现蓝移现象，即RTA促使量子阱中构成阱垒材料的原子发生互扩散，使得量子阱材料对应的禁带宽度变宽，阱垒界面模糊，宏观上表现为量子阱的发光峰蓝移，从而测量结果就是PL谱蓝移。从图4还可以看出，当注入能量增大时，蓝移量增大，原因是注入离子与靶原子之间的作用会由能量较低时起主导作用的弹性碰撞（把动能传递给靶原子，引起原子移动）转变为能量较高时起主导作用的非弹性碰撞（把能量传递给电子，引起电子的反冲或激发），而且能使产生空位的深度更大，更集中于有源区界面，因此能更有效地促进量子阱发生混合而产生更大的蓝移。4.2 退火温度和退火时间对波长蓝移的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]张应变GaInP量子阱结构变温光致发光特性[J]. 林涛,宁少欢,李晶晶,张天杰,段玉鹏,林楠,马骁宇. 光子学报. 2019(01)
[2]无杂质空位诱导量子阱混杂研究及应用现状[J]. 林涛,孙航,张浩卿,林楠,马骁宇,王勇刚. 激光与光电子学进展. 2015(03)
[3]Zn杂质扩散诱导AlGaInP/GaInP量子阱混杂[J]. 林涛,郑凯,马骁宇. 光学学报. 2008(11)
[4]InGaAsP/InP Double Quantum Well Intermixing Induced by Phosphorus Ion Implantation[J]. CHEN Jie~1, ZHAO Jie~1, WANG Yong-chen~1, HAN De-jun~2(1. College of Phys. and Electron. Inform. Sci., Tianjin Normal University, Tianjin 300074, CHN; 2. The Key Lab. of Education Ministry on Radiation Beam and Materials Modification, Beijing Normal University, Beijing 100875, CHN). Semiconductor Photonics and Technology. 2005(04)
[5]InGaAs/InGaAsP量子阱激光器材料带隙蓝移研究[J]. 刘超,李国辉,韩德俊,姬成周,叶小玲. 北京师范大学学报(自然科学版). 2001(02)
本文编号：3297393
【文章来源】：激光与光电子学进展. 2020,57(01)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
P+不同注入能量下注入深度分布。
图1 P+不同注入能量下注入深度分布。A组样品利用普通紫外光刻机进行光刻；然后利用型号为NV-GSD-HE离子注入机进行离子注入，注入条件为P+注入、注入剂量为1×1014 ion/cm2、注入能量为300keV及600keV；有机清洗去胶之后采用等离子化学气相沉积（PECVD）生长50nm厚的SiO2介质层，然后将其解理成3 mm×3 mm的样品；选用型号为RPM2000的PL光谱仪，在室温下测量每个样品的PL谱线，激光器功率为48.5 mW，狭缝宽度为0.1mm，由此获得各样品在QWI之前的原始量子阱材料的PL谱；之后，用RTA-500型快速热退火炉在650～750℃下对A和B样品按50℃温度间隔进行快速热退火处理，时间分别为60,90,150s，退火过程中，为防止磷挥发对样品质量产生影响，可将每个样品放置于一个直径为10.16cm的Si片上，样品顶层盖上直径为5.08cm的InP衬底片，且通入N2作为载气保护；为排除热场不均匀性对QWI实验的影响，所有样品均置于退火炉同一位置。高温快速退火诱导之后，继续对所有样品在相同条件下进行PL谱表征，用以对比分析QWI前后的波长蓝移、PL强度以及半峰全宽（FWHM）变化。A组样品具体工艺流程图如图3(a）所示。
注入能量分别为300keV和600keV时，经不同温度退火后，A样品PL谱的峰值波长变化情况如图4所示。可以看出随着退火温度增加，A样品PL谱的峰值波长逐渐蓝移，在600keV、750℃条件下蓝移量最大，为102nm。在离子注入实验后，进行RTA处理，一方面是消除离子注入所造成的晶格损伤，提高晶体品质，另一方面是高温可促使有源区的量子阱混杂。PL谱蓝移量随退火温度增加而增加，这是由于在RTA作用下，大量的空位或缺陷向有源区移动，虽然一部分间隙原子和空位在移动过程中会进行复合，但是仍有大量空位和间隙原子进入有源区，导致有源区中的Ⅲ族原子和Ⅴ族原子发生互扩散，使得量子阱材料的禁带宽度变宽，量子阱发光波长变短，出现蓝移现象，即RTA促使量子阱中构成阱垒材料的原子发生互扩散，使得量子阱材料对应的禁带宽度变宽，阱垒界面模糊，宏观上表现为量子阱的发光峰蓝移，从而测量结果就是PL谱蓝移。从图4还可以看出，当注入能量增大时，蓝移量增大，原因是注入离子与靶原子之间的作用会由能量较低时起主导作用的弹性碰撞（把动能传递给靶原子，引起原子移动）转变为能量较高时起主导作用的非弹性碰撞（把能量传递给电子，引起电子的反冲或激发），而且能使产生空位的深度更大，更集中于有源区界面，因此能更有效地促进量子阱发生混合而产生更大的蓝移。4.2 退火温度和退火时间对波长蓝移的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]张应变GaInP量子阱结构变温光致发光特性[J]. 林涛,宁少欢,李晶晶,张天杰,段玉鹏,林楠,马骁宇. 光子学报. 2019(01)
[2]无杂质空位诱导量子阱混杂研究及应用现状[J]. 林涛,孙航,张浩卿,林楠,马骁宇,王勇刚. 激光与光电子学进展. 2015(03)
[3]Zn杂质扩散诱导AlGaInP/GaInP量子阱混杂[J]. 林涛,郑凯,马骁宇. 光学学报. 2008(11)
[4]InGaAsP/InP Double Quantum Well Intermixing Induced by Phosphorus Ion Implantation[J]. CHEN Jie~1, ZHAO Jie~1, WANG Yong-chen~1, HAN De-jun~2(1. College of Phys. and Electron. Inform. Sci., Tianjin Normal University, Tianjin 300074, CHN; 2. The Key Lab. of Education Ministry on Radiation Beam and Materials Modification, Beijing Normal University, Beijing 100875, CHN). Semiconductor Photonics and Technology. 2005(04)
[5]InGaAs/InGaAsP量子阱激光器材料带隙蓝移研究[J]. 刘超,李国辉,韩德俊,姬成周,叶小玲. 北京师范大学学报(自然科学版). 2001(02)
本文编号：3297393
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3297393.html
