Caracterização óptica de fios quânticos de InAs/InP

Abstract

No presente trabalho é feito um estudo por fotoluminescência de heteroestruturas contendo camadas ou fios quânticos, crescidas por MBE, considerando fontes de excitação banda-a-banda e ressonante. As heteroestruturas foram sujeitas a irradiação com diferentes fluências de protões, 2,4 MeV, com o objectivo de estudar o efeito dos defeitos criados por este tratamento. Foi feita a dependência da fotoluminescência com a temperatura de modo a calcular as energias de activação e relacioná-las com as restantes energias: de fotão e de localização. Com o aumento das doses de irradiação ocorre uma diminuição da intensidade da emissão com origem em ambos os tipos de heteroestruturas quânticas consideradas. Esta diminuição é mais rápida para a temperatura ambiente comparativamente à temperatura do azoto líquido. Comparando os resultados obtidos com fios e com camadas quânticas conclui-se que existe uma maior resistência à irradiação por parte da primeira heteroestrutura. A utilização de uma fonte de excitação ressonante mostrou a menor influência na extinção da luminescência dos defeitos existentes na matriz de InP. A intensidade da fotoluminescência diminui com o aumento da temperatura em ambas as amostras, devido ao fornecimento de energia térmica aos portadores de carga confinados nos poços de potencial. No caso dos fios quânticos, verifica-se que para menores energias de fotão a energia de activação é maior o que é de esperar face à maior energia de localização dos portadores de carga. Com o aumento da temperatura o decaimento da intensidade da fotoluminescência com origem nos fios quânticos não é gradual. Verifica-se a existência de intervalos de temperatura onde ocorrem aumentos de intensidade que podem ser explicados pela passagem de portadores de carga entre os fios quânticos através da re-alimentação ou por efeito túnel assistido por fonões.

ABSTRACT: In the present work, photoluminescence studies were made in samples with quantum wells and quantum wires, grown by MBE, using excitation sources that produce band-to-band and resonant with the potential wells excitations. In order to study the radiation damage into the heterostructures, the samples were irradiated with high energy (2.4 MeV), in different fluences. Measurements with band-to-band excitation were made in order to study the photoluminescence dependency with temperature to determine the activation energies and relate them with the photon and localization energies. With an increase of the proton fluence a decrease of the photoluminescence intensity for both types of heterostructures was observed. This quenching is faster at room temperature compared with liquid nitrogen temperature. The results showed an higher radiation resistance for quantum wires when compared to quantum wells. Same measurements were repeated using an infrared excitation, with a lower energy compared with InP energy gap. The results reveal that PL stability vs. irradiation fluence is negatively influenced by the capture of photoexcited carriers by radiation defects in the InP barrier. With resonant excitation, the results showed a minor influence of the defects in the InP matrix in the extinction of the photoluminescence. With the increase of the temperature, the intensity of the photoluminescence decreases due to the thermal excitation of the charge carriers. For quantum wires we observed higher activation energies for the components at lower energies as is expected due to the larger confining energies of the charge carriers inside the potential wells. With the increase of the temperature, the lowering of the photoluminescence intensity related to quantum wires happens in a non continuous way. In some temperatures interval’s a growth of the intensity is observed due to the deliverance of charge carriers by some quantum wires to other ones or by phonons assisted tunnel effect.