Радіаційно-індукована модифікація квантових гетероструктур III–V та II–VI під впливом високоенергетичного рентгенівського, гамма- та електронного опромінення
Анотація
Низькорозмірні квантові гетероструктури III–V та II–VI є важливими активними середовищами для оптоелектронних пристроїв, що працюють в умовах радіаційного впливу. У цій роботі досліджено вплив високоенергетичного рентгенівського, гамма- та електронного опромінення на екситонну рекомбінацію та екситон-фононну взаємодію в квантових гетероструктурах GaAs/AlGaAs і ZnTe/CdZnTe за допомогою низькотемпературної фотолюмінесцентної спектроскопії. Спектри показали виражені смуги екситонного випромінювання, що супроводжуються репліками поздовжніх оптичних фононів, що свідчить про фононно-асистовані процеси рекомбінації. Після опромінення спостерігалося значне зменшення інтенсивності фотолюмінесценції, що пов’язано з утворенням радіаційно-індукованих центрів безвипромінювальної рекомбінації. У структурах ZnTe/CdZnTe електронне опромінення спричиняло невеликий синій зсув (приблизно 0,7 меВ) випромінювання квантової ями, тоді як рентгенівське опромінення приводило до малого червоного зсуву (приблизно 0,6 меВ), що вказує на залежну від типу опромінення модифікацію локалізації екситонів і дефектно-зумовлених флуктуацій потенціалу. Виконано напівкількісний аналіз на основі відношень інтегральної інтенсивності фотолюмінесценції, ефективного параметра безвипромінювальної рекомбінації та фактора Хуанга–Ріса , що дозволило пов’язати гасіння фотолюмінесценції, спектральні зсуви та репліки LO-фононів з утворенням радіаційно-індукованих дефектів. Відносні зміни екситонних, домішкових і фононно-асистованих смуг випромінювання вказують на перерозподіл радіаційних і безвипромінювальних каналів рекомбінації після опромінення. Феноменологічна інтерпретація, заснована на радіаційних і безвипромінювальних швидкостях рекомбінації та описі реплік LO-фононів за моделлю Хуанга–Ріса, була використана для пояснення спостережуваних спектральних змін. Отримані результати забезпечують порівняльну експериментальну оцінку радіаційно-індукованих модифікацій у квантових гетероструктурах III–V та II–VI і можуть бути корисними для оцінювання радіаційної стійкості напівпровідникових оптоелектронних структур.
Завантаження
Посилання
Türkoğlu, A., Ergün, Y., & Ungan, F. “Investigation of the electro-optical characteristics of GaAs/AlGaAs multiple quantum well grown by metal-organic vapor phase epitaxy,” Journal of Molecular Structure, 1279, 134202 (2023). https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2022.134202
Akhmadaliev, B. Z., Yuldashev, N. K., & Yulchiev, I. I. “Surface-radiative modes and longitudinal excitons in the spectra of exciton-polariton luminescence,” Optics and Spectroscopy, 125, 343–352 (2018). https://doi.org/10.1134/S0030400X18090023
Liu, X.-Y., Singh, C. N., Kennedy, E. R., Huang, S., Fluckey, S. P., Matthews, C., & Uberuaga, B. P. “Review of radiation-induced defects in GaAs,” Journal of Applied Physics, 138(7), 070701 (2025). https://doi.org/10.1063/5.0279267
Mirzaev, V. T., Akhmadaliyev, B. J., Yulchiev, I. I., Madraximov, M. M., & Rakhmonov, T. I. “Temperature and infrared quenching of equilibrium conductivity in CdSeₓS₁₋ₓ film,” East European Journal of Physics, (2), 247–251 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-2-29
Rasulov, R. Y., Rasulov, V. R., Kodirov, N. U., Nasirov, M. K., & Eshboltaev, I. M. “Theoretical analysis of interband single-photon light absorption in semiconductors: Effects of valence-conduction band mixing and temperature-dependent bandgap,” East European Journal of Physics, (2), 179–187 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-2-18
Rasulov, R. Y., Rasulov, V. R., Kasimov, F. U., Nasirov, M. K., Farmanova, I. E., & Tursinbaev, A. Z. “On the theory of two-photon intersubband absorption and linear-circular dichroism in semiconductors of the III–V type,” East European Journal of Physics, (2), 188–199 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-2-19
Agekyan, V. F., Budkin, G., Chukeev, M., Filosofov, N., Karczewski, G., Serov, A., & Reznitsky, A. “Hot exciton relaxation in coupled ultra-thin CdTe/ZnTe quantum well structures,” Journal of Luminescence, 230, 117762 (2021). https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2020.117762
Rasulov, R. Y., Rasulov, V. R., Kasimov, F. U., Nasirov, M. K., & Muminov, I. A. “On the theory of the intraband mechanism of single-photon absorption in semiconductors, taking into account the effect of coherent saturation,” East European Journal of Physics, (2), 441–451 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-2-55
Akhmadaliyev, B., Rakhmonov, T., Sulaymonov, K., & Nurmatov, O. “Photoconductivity spectra of thin solid solution films CdSeₓS₁₋ₓ,” E3S Web of Conferences, 583, 04002 (2024). https://doi.org/10.1051/e3sconf/202458304002
Huo, B., Zhang, H., Jiang, Y., Chen, Q., & Wang, Z. M. “The Huang–Rhys factor and the strength of exciton–LO phonon coupling in semiconductor quantum wells,” Materials Today: Proceedings, (2007). https://doi.org/10.1016/S1369-8001(08)00021-8
Zhang, Y. “Applications of Huang–Rhys theory in semiconductor optical spectroscopy,” Journal of Semiconductors, 40(9), 091102 (2019). https://doi.org/10.1088/1674-4926/40/9/091102
Rasulov, R. Y., Rasulov, V. R., Kasimov, F. U., Nasirov, M. K., Farmanova, I. E., & Tursinbaev, A. Z. “On the theory of interband two-photon absorption of light in semiconductors accounting admixtures to the states of the conduction band and valence states, the Rabi effect,” East European Journal of Physics, (2), 200–205 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-2-20
Pavelescu, E. M., Bălţăţeanu, N., Spânulescu, S. I., & Arola, E. “Very high dose electron irradiation effects on photoluminescence from GaInNAs/GaAs quantum wells grown by molecular beam epitaxy,” Optical Materials, 64, 361–365 (2017). https://doi.org/10.1016/j.optmat.2016.12.007
Sailai, M., Aierken, A., Li, Q., Heini, M., Zhao, X., Mo, J., Gao, J., et al., “Effects of 1-MeV electron irradiation on the photoluminescence of GaInNAs/GaAs single quantum well structure,” Semiconductors, 54, 554–557 (2020). https://doi.org/10.1134/S1063782620050103
Murata, T., Ohno, Y., Kishimoto, S., & Mizutani, T. “Photoluminescence intensity enhancement by electron beam irradiation into GaAs quantum wells,” Solid-State Electronics, 43(1), 147–152 (1999). https://doi.org/10.1016/S0038-1101(98)00197-X
Polvonov, B. Z., Gafurov, Y. I., Otajonov, U. A., Nasirov, M. X., & Zaylobiddinov, B. B. “The specificity of photoluminescence in n-CdS/p-CdTe semiconductor heterostructures,” International Journal of Mathematics and Physics, 13(2), (2022). https://doi.org/10.26577/ijmph.2022.v13.i2.02
Tan, H. H., Williams, J. S., Jagadish, C., Burke, P. T., & Gal, M. “Large energy shifts in GaAs–AlGaAs quantum wells by proton irradiation-induced intermixing,” Applied Physics Letters, 68(17), 2401–2403 (1996). https://doi.org/10.1063/1.116147
Romčević, N., Romčević, M., Kostić, R., Stojanović, D., Milutinović, A., Trajić, J., Karczewski, G., & Galazka, R. “Photoluminescence spectroscopy of CdTe/ZnTe self-assembled quantum dots,” International Journal of Photoenergy, 2009, 358790 (2009). https://doi.org/10.1155/2009/358790
Stanley, R. P., Doran, J. P., Hegarty, J., & Feldman, R. D. “LO-phonons and excitons in (Cd,Zn)Te based quantum wells,” Physica B: Condensed Matter, 191(1–2), 71–82 (1993). https://doi.org/10.1016/0921-4526(93)90179-A
Ayibzhanov, M., Mamatov, O., Mirzaev, V., & Tuychibaev, B. “Luminescence spectrum of cadmium chalcogenide photovoltaic film structures and their power enhancement,” E3S Web of Conferences, 583, 04003 (2024). https://doi.org/10.1051/e3sconf/202458304003
Agekyan, V. F., Serov, A. Y., Filosofov, N. G., Shtrom, I. V., & Karczewski, G. “Optical properties of zinc telluride with cadmium telluride submonolayers,” Physics of the Solid State, 58(10), 2109–2112 (2016). https://doi.org/10.1134/S1063783416100036
Nguyen, T. A., Mackowski, S., Jackson, H. E., Smith, L. M., Wrobel, J., Fronc, K., Karczewski, G., et al., “Resonant spectroscopy of II–VI self-assembled quantum dots: Excited states and exciton–longitudinal optical phonon coupling,” Physical Review B, 70, 125306 (2004). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.70.125306
Zaitsev, V. V., Bagaev, V. S., & Onishchenko, E. E. “Specific features in the temperature dependence of photoluminescence from CdTe/ZnTe size-quantized islands and ultrathin quantum wells,” Physics of the Solid State, 41, 647–653 (1999). https://doi.org/10.1134/1.1130842
Авторське право (c) 2026 Мардонбек X. Насіровa, Ділмухаммад X. Толабоєв, Тохірджон І. Рахмонов, Хусанбой М. Сулаймонов, Шерзод Ш. Абдуллаєв, Абдусаттор О. Умаров, Ікстійор М. Турсунов
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
