Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов
Основан в 2009 году


Исследование состава пленок GaAs1-yBiy, полученных методом импульсного лазерного напыления

О.В. Девицкий1,2, А.А. Кравцов1,2, И.А. Сысоев2

1 ФГБУН «Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук»
2 ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»

DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.096

Оригинальная статья

Аннотация: Методом одноосного холодного прессования были изготовлены мишени  GaAs1-y Biy  с содержанием Bi 1 и 22 %. Из полученных мишеней впервые было проведено импульсное лазерное напыления тонких пленок  GaAs1-y Biy на подложках GaAs и Si . Были исследованы состав, спектры комбинационного рассеяния и фотолюминесценции тонких пленок GaAs1-y Biy, полученных из мишеней с содержанием Bi 1 и 22 %. По данным спектров фотолюминесценции тонких пленок  GaAs1-y Biy на подложках GaAs определено, максимальное содержание Bi в пленках не превышает 2,7 %. Полученные результаты хорошо коррелируют с результатами энергодисперсионного анализа, состав пленок, полученных из мишеней с содержанием Bi 1 и 22 % — GaAs0,975Bi0,025 и GaAs0,973Bi0,027. Установлено, что фононная мода  LO (GaBi).  связанная с нарушением упорядоченности при смешении фаз GaAs и GaBi , находиться на частоте 181 см-1. Для тонкой пленки, полученной на подложке Si наблюдалась мода LO (GaAs) , которая менее выражена и смещена на 3 см-1 влево, в то время как запрещенная правилами отбора мода TO (GaAs) имеет более высокую интенсивность и ее смещение составляет около 1 см-1 относительно частоты  TO (GaAs) моды тонкой пленки, полученной на подложке GaAs.

Ключевые слова: тонкие пленки, импульсное лазерное напыление, GaAs 1-y Bi y , комбинационное рассеяние света, фотолюминесценция

  • Девицкий Олег Васильевич – к.т.н., старший научный сотрудник лаборатории физики и технологии полупроводниковых наногетероструктур для СВЧ-электроники и фотоники, ФГБУН «Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук», старший научный сотрудник научно-образовательного центра фотовольтаики и нанотехнологии ФГАОУ ВО «Северо- Кавказский федеральный университет»
  • Кравцов Александр Александрович – к.т.н., старший научный сотрудник лаборатории физики и технологии полупроводниковых наногетероструктур для СВЧ электроники и фотоники, ФГБУН «Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук», научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории керамики и технохимии научно-лабораторного комплекса чистых зон физико-технический факультета ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
  • Сысоев Игорь Александрович – д.т.н., доцент, директор научно-образовательного центра фотовольтаики и нанотехнологии, ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»

Ссылка на статью:

Девицкий, О.В. Исследование состава пленок GaAs1-yBiy, полученных методом импульсного лазерного напыления / О.В. Девицкий, А.А. Кравцов, И.А. Сысоев // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — Тверь: Твер. гос. ун-т, 2021. — Вып. 13. — С. 96-105. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.096.

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Arlauskas, A. GaAsBi photoconductive terahertz detector sensitivity at long excitation wavelengths / A. Arlauskas, P. Svidovsky, K. Bertulis et al. // Applied Physics Reviews. – 2012. – V. 5. – № 2. – P. 022601-1-022601-3. DOI: 10.1143/APEX.5.022601.
2. Thomas, T. Requirements for a GaAsBi 1 eV sub-cell in a GaAs -based multi-junction solar cell / T. Thomas, A. Mellor, N.P. Hylton, et al. // Semiconductor Science and Technology. – 2015. – V. 30. – № 9. – Art. № 094010. 6 p. DOI: 10.1088/0268-1242/30/9/094010.
3. Hunter, C.J. Absorption characteristics of  GaAs1-x Bix  – GaAs diodes in the near-infrared / C.J. Hunter, F. Bastiman, A.R. Mohmad et al. // IEEE Photonics Technology Letter. – 2012. – V. 24. – I. 23. – P. 2191-2194. DOI: 10.1109/LPT.2012.2225420.
4. Sweeney, S.J. Bismide-nitride alloys: promising for efficient light emitting devices in the nearand mid-infrared / S.J. Sweeney, S. R. Jin // Journal Applied Physics. – 2013. – V. 113. – I. 4. – P. 043110-1-043110-6. DOI: 10.1063/1.4789624.
5. Woolley, J.C. Optical energy gap variation in  Gax In1-x As  alloys / J.C. Woolley, M.B. Thomas, A.G. Thompson // Canadian Journal of Physics. – 1968. – V. 46. – № 2. – P. 157-159. DOI: 10.1139/p68-023.
6. Rockett, T.B.O. Influence of growth conditions on the structural and opto-electronic quality of GaAsBi / T.B.O. Rockett, R.D. Richards, Y. Gu et al. // Journal of Crystal Growth. – 2017. – V. 477. – P. 139-143. DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2017.02.004.
7. Lu, X. Effect of molecular beam epitaxy growth conditions on the Bi content of  GaAs1-x Bix / X. Lu, D.A. Beaton, R.B. Lewis, T. Tiedje, M.B. Whitwick // Applied Physics Letters. – 2008. – V. 92. – I. 19. – P. 192110-1-192110-3. DOI: 10.1063/1.2918844.
8. Mooney, P.M. Deep level defects in n -type GaAsBi and GaAs grown at low temperatures / P.M. Mooney, K.P. Watkins, Z. Jiang et al. // Journal of Applied Physics. – 2013. – V. 113. – I. 13. – P. 133708-1-133708-6. DOI: 10.1063/1.4798237.
9. Vardar, G. Mechanisms of droplet formation and Bi incorporation during molecular beam epitaxy of GaAsBi / G. Vardar, S.W. Paleg, M.V. Warren et al. // Applied Physics Letters. – 2013. – V. 102. – I. 4. – P. 042106-1-042106-4. DOI: 10.1063/1.4789369.
10. Masnadi-Shirazi, M. Bandgap and optical absorption edge of  GaAs1-x Bix  alloys with 0 11. Tixier, S. Molecular beam epitaxy growth of  GaAs1-x Bix / S. Tixier, M. Adamcyk, T. Tiedje et al. // Applied Physics Letters. – 2003. – V. 82. – I. 14. – P. 2245-2247. DOI: 10.1063/1.1565499.
12. Kunishige, O. New semiconductor alloy  GaAs1-x Bix  grown by metal organic vapor phase epitaxy / O. Kunishige, O. Hiroshi // Japanese Journal of Applied Physics. – 1998. – V. 37. – № 11A. – P. L1283-L1285. DOI: 10.1143/JJAP.37.L1283.
13. Lewis, R.B. Growth of high Bi concentration  GaAs1-x Bix by molecular beam epitaxy / R.B. Lewis, M. Masnadi-Shirazi, T. Tiedje // Applied Physics Letters. – 2012. – V. 101. – I. 8. – P. 082112-1-082112-4. DOI: 10.1063/1.4748172.
14. Chowdhury, F.R. Nanocrystalline GaAs thin films by pulsed laser deposition / F.R. Chowdhury, M. Gupta, Y.Y. Tsui // Photonics North 2012, 6-8 June 2012, Montréal, Canada: proceedings of SPIE; ed. by J.-C. Kieffer. – Bellingham, WA: SPIE, 2012. – V. 8412. – P. 84121U-1-84121U-7. DOI: 10.1117/12.2001471.
15. Lunin, L.S. Pulsed laser deposition of   Alx Ga1-x As  and GaP thin films onto Si substrates for photoelectric converters / L.S. Lunin, M.L. Lunina, O.V. Devitsky, I.A. Sysoev // Semiconductor. – 2017. – V. 51. – I. 3. – P. 387-391. DOI: 10.1134/S1063782617030174.
16. Devitsky, O.V. Pulsed laser deposition of aluminum nitride thin films onto sapphire substrates / O.V. Devitsky, D.A. Nikulin, I.A. Sysoev // Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics. – 2020. – V. 20. – № 2. – P. 177-184. DOI: 10.17586/2226-1494-2020-20-2-177-184.
17. Verma, P. Raman studies on  GaAs1-x Bix  and  InAs1-x Bix  / P. Verma, K. Oe, M. Yamada et. al. // Journal of Applied Physics. – 2001. – V. 89. – I. 3. – P. 1657-1663. DOI: 10.1063/1.1336561.                                     
18. Li, J.   GaAs 1-y Bi y  Raman signatures: illuminating relationships between the electrical and optical properties of  GaAs1-y Biy  and Bi incorporation / J. Li, K. Forghani, Y. Guan et. al. // AIP Advances. – 2015. – V. 5. – I. 6. – P. 067103-1-067103-6. DOI: 10.1063/1.4922139.
19. Steele, J.A. Raman scattering reveals strong LO-phonon-hole-plasmon coupling in nominally undoped GaAsBi : optical determination of carrier concentration / J.A. Steele, R.A. Lewis, M. Henini et. al. // Optics Express. – 2014. – V. 22. – I. 10. – P. 11680-11689. DOI: 10.1364/OE.22.011680.
20. Alberi, K. Valence band anticrossing in  GaBix As1-x  / K. Alberi, O.D. Dubon, W. Walukiewicz et. al. // Applied Physics Letters. – 2007. – V. 91. – I. 5. – P. 051909-1-051909-3. DOI: 10.1063/1.2768312.
21. Mohmad, A.R. Localization effects and band gap of GaAsBi alloys / A.R. Mohmad, F. Bastiman, C.J. Hunter et. al. // Physica Status Solidi b. – 2014. – V. 251. – I. 6. – P. 1276-1281. DOI: 10.1002/pssb.201350311.
22. Lu, X. Composition dependence of photoluminescence of  GaAs1-x Bix  alloys / X. Lu, D.A. Beaton, R.B. Lewis et. al. // Applied Physics Letters. – 2009. – V. 95. – I. 4. – P. 041903-1-041903-3. DOI: 10.1063/1.3191675.

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒