Структура и состав тонких пленок GaAs1-x-yNxBiy, полученных методом импульсного лазерного напыления
О.В. Девицкий1,2
1 ФГБУН «Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук»
2 ФГАОУ ВО «Северо- Кавказский федеральный университет»
DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.593
Оригинальная статья
Аннотация: Методом одноосного холодного прессования были изготовлены мишени GaAs0,9Bi0,1 с содержанием Bi 10%. Из сформированной мишени GaAs0,9Bi0,1 методом импульсного лазерного напыления в аргоно-азотной газовой атмосфере получены тонких пленок GaAs1-x-yNxBiy на подложку GaAs (100) и исследованы их структура и состав. Показано, что на поверхности пленки присутствуют преимущественно мелкие микрокапли диаметром менее 0,5 мкм образованы атомами Bi. Крупные микрокапли диаметром от 2 до 6 мкм состоят частично из Bi и Ga. Микрокапель сформированных только из Ga не было обнаружено. Отмечено, что малые микрокапли Ga адсорбируется на поверхности крупных микрокапель Bi не образуя сплав GaBi. Также установлено, что образование микрокапель Bi также происходит за счет сегрегации атомов Bi на поверхность пленки. Данные энергодисперсионной спектроскопией позволяют охарактеризовать полученные тонкие пленки как
GaAs0,995N0,015Bi0,03. Среднеквадратичная шероховатость поверхности пленки составила 12,2 нм.
Полученная пленка GaAs0,995N0,015Bi0,03 обладает поликристаллической структурой. Анализ данных рентгеновской дифрактоскопии показал, что рост пленки происходил в по закону Фольмера-Вебера, когда островки зарождаются, а их размеры впоследствии увеличиваются. Зародыши вероятнее всего образованы GaAs, GaN, GaAsN, GaAsBi и GaAsNBi. Вычисленная величина полной ширины на уровне половины высоты для GaAs0,995N0,015Bi0,03 составила – 0,8656ʺ, а средний размер кристаллита равен 1,6 нм.
Ключевые слова: тонкие пленки, III-V-N-Bi, GaAs1-x-yNxBiy, импульсное лазерное напыление, разбавленные нитриды, разбавленные висмутиды
- 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»
Ссылка на статью:
Девицкий, О.В. Структура и состав тонких пленок GaAs1-x-yNxBiy, полученных методом импульсного лазерного напыления / О.В. Девицкий // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2022. — Вып. 14. — С. 593-601. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.593.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Marko, I.P. Progress toward III-V bismide alloys for near- and midinfrared laser diodes / I.P. Marko, S.J. Sweeney // IEEE Journal of Quantum Electronics. – 2017. – V. 23. – I. 6. – Art. № 1501512. – 12 p. DOI: 10.1109/JSTQE.2017.2719403.
2. Mbarki, M. First principles calculations of structural and electronic properties of GaN1-xBix alloys / M. Mbarki, A.A. Rebey // Journal of Alloys and Compounds. – 2012. – V. 530. – P. 36–39. DOI: 10.1016/j.jallcom.2012.03.088.
3. Feng G. Influence of thermal annealing treatment on the luminescence properties of dilute GaNAs-bismide alloy / G. Feng, K. Oe, M. Yoshimoto // Japanese Journal of Applied Physics. – 2007. – V. 46. – I. 32. – P. L764-L766. DOI: 10.1143/JJAP.46.L764.
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. Ma, X.Y. The electronic and optical properties of quaternary GaAs1-x-yNxBiy alloy lattice-matched to GaAs: a first-principles study / X.Y. Ma, D.C. Li, S.Z. Zhao et al. // Nanoscale Research Letters. – 2014. – V. 9. – № 1. – Art. № 580. – 8 p. DOI: 10.1186/1556-276X-9-580.
6. Yoshimoto, M. New semiconductor alloy GaNAsBi with temperature-insensitive bandgap / M. Yoshimoto, W. Huang, G. Feng, K. Oe. // Physica Status Solidi (B): Basic Research. – 2006. – V. 243. – I. 7. – P. 1421-1425. DOI: 10.1002/pssb.200565270.
7. Huang, W. Molecular-beam epitaxy and characteristics of GaAs1-x-yNxBiy / W. Huang, K. Oe, G. Feng et al. // Journal of Applied Physics. – 2005. – V. 98. – I. 7. – P. 053505-1-053505-7. DOI: 10.1063/1.2032618.
8. Yoshimoto, M. New semiconductor GaNAsBi alloy grown by molecular beam epitaxy / M. Yoshimoto, W. Huang, Y. Takehara et al. // Japanese Journal of Applied Physics. – 2004. – V. 43. – № 7A. – P. L845-L847. DOI: 10.1143/JJAP.43.L845.
9. 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.
10. Lu, X. Effect of molecular beam epitaxy growth conditions on the Bi content of GaAs1-xBix / 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.
11. Occena, J. Bi-enhanced N incorporation in GaNAsBi alloys / J. Occena, T. Jen, E.E. Rizzi et al. // Applied Physics Letters. – 2017. – V. 110. – I. 24. – P. 242102-1-242102-6. DOI: 10.1063/1.4984227.
12. Yoshimoto, M. Molecular-beam epitaxy of GaNAsBi layer for temperature-insensitive wavelength emission / M. Yoshimoto, W. Huang, G. Feng et al. // Journal of Crystal Growth. – 2007. – V. 301. – P. 975-978. DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2006.11.118.
13. Bushell, Z.L. Growth and characterisation of Ga(NAsBi) alloy by metal-organic vapour phase epitaxy / Z.L. Bushell, P. Ludewig, N. Knaub et al. // Journal of Crystal Growth. – 2014. – V. 396. – P. 79-84. DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2014.03.038.
14. Девицкий, О.В. Морфология поверхности и структура тонких пленок InGaAsN на Si / О.В. Девицкий // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2021. – Вып. 13. – С. 106-114. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.106.
15. Pashchenko, A.S. Structure and morphology of GaInAsP solid solutions on GaAs substrates grown by pulsed laser deposition / A.S. Pashchenko, O.V. Devitsky, L.S. Lunin et al.// Thin Solid Films. – 2022. – V. 743. – Art. № 139064. – 8 p. DOI: 10.1016/j.tsf.2021.139064.
16. Пащенко, А.С. Структурные свойства твердых растворов GaInAsSbBi, выращенных на подложках GaSb / А.С. Пащенко, О.В. Девицкий, Л.С. Лунин, М.Л. Лунина, О.С. Пащенко // Письма в журнал технической физики. – 2022. – Вып. 48. – №. 10. – С. 24-27. DOI: 10.21883/PJTF.2022.10.52552.19164.
17. Девицкий, О.В. Импульсное лазерное напыление тонких пленок нитрида алюминия на сапфировые подложки / О.В. Девицкий, Д.А. Никулин, И.А. Сысоев // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. – 2020. – T. 20. – № 2. – С. 177-184. DOI: 10.17586/2226-1494-2020-20-2-177-184.
18. Nečas, D. Gwyddion: An open-source software for SPM data analysis / D. Nečas, P. Klapetek // Central European Journal of Physics. – 2012. – V. 10. – I. 1. – P. 181-188. DOI: 10.2478/s11534-011-0096-2.
19. Ooi, Z.V. X-ray line profile analysis of BaTiO3 thin film prepared by sol-gel deposition / Z.V. Ooi, A.A. Saif, Y. Wahab, Z.A.Z. Jamal // AIP Conference Proceedings. – 2017. – V. 1835. – I. 1. – P. 020011-1-020011-5. DOI: 10.1063/1.4981833.