Аналіз рентгеновської дифракції та раманівська спектроскопія поверхні Si, збагаченої GaSb, сформованої шляхом застосування методу дифузійного легування
Анотація
Досліджено властивості поверхневої та приповерхневої області зразка монокристалічного кремнію, легованого атомами Ga (AIII) та Sb (BV). Як підкладки були обрані пластини монокристалічного кремнію n-типу, розмір зразків 8×10×0,5 мм3. Для дифузії в кремній використовували домішки Ga і Sb з чистотою 99,999 і 99,998 відповідно. Автори припускають, що нова гетероструктура може утворитися в приповерхневій області кремнію, яку можна створити шляхом застосування відносно дешевого методу дифузії. Результати експерименту та аналізу показують, що склад і спектр поглинання кремнію на початку зазнають певних змін і можуть використовуватися в майбутньому як функціональний матеріал для сонячних елементів. Результат показав, що на поверхні підкладки утворюються хаотично розташовані острівці із середнім діаметром 1‑15 мкм. Рентгеноструктурний аналіз проводили на дифрактометрі Rigaku для дослідження кристалографічних параметрів острівців, утворених за участю атомів Ga та Sb на поверхні кремнію. Енергетичний спектр досліджували на спектрометрі Nanofinder High End Raman (LOTIS TII) з метою визначення наявності комплексів атомів Ga і Sb в острівцях, утворених в результаті дифузії. Спектри оптичної емісії в новій структурі досліджувалися на спектрофотометрі Lambda 950. Вимірювання проводили при кімнатній температурі, 300°К. Вивчивши результати рентгенівського аналізу, спектроскопії комбінаційного розсіювання та оптичної спектроскопії, виявилено, що атоми Ga та Sb утворюють нові бінарні сполуки типу Si0,44(GaSb)0,56 та Si0,75(GaSb)0,25 на поверхні Si.
Завантаження
Посилання
Y. Yin, J. Li, Y. Xu, H.K. Tsang, and D. Dai, “Silicon-graphene photonic devices,” Journal of Semiconductors, 39(6), 061009/1-8 (2018). https://doi.org/10.1088/1674-4926/39/6/061009
W. Yang, Y. Li, F. Meng, H. Yu, M. Wang, P. Wang, G. Luo, et al., “III–V compound materials and lasers on silicon,” Journal of Semiconductors, 40, 101305 (2019). http://doi.org/10.1088/1674-4926/40/10/101305
M. Levinshtein, S. Rumyantsev, and M. Shur, editors, Semiconductor parameters. Handbook series on semiconductor parameters. (World Scientific Publishing, 1996). Vol. 1.
A.A.M. Monzur-Ul-Akhir, M. Mori, and K. Maezawa, “Heteroepitaxial growth of InGaSb on GaSb/Si(111)–√3×√3-Ga surface phase with a two-step growth method to investigate the impact of high-quality GaSb buffer layer,” Phys. Status Solidi B, 254(2), 1600528 (2017). https://doi.org/10.1002/pssb.201600528
A.A.M. Monzur-Ul-Akhir, M. Mori, and K. Maezawa, “An investigation of the crystalline nature for GaSb films on Si(111) at varied growth temperature and growth rate,” Japanese Journal of Applied Physics, 58, (SIIA17) (2019). https://doi.org/10.7567/1347-4065/ab23f8
N. Bertru, M. Nouaoura, J. Bonnet, and L. Lassabatere, “GaSb molecular beam epitaxy growth on vicinal surfaces studied by RHEED,” Journal of Crystal Growth. 160, 1-6 (1996). https://doi.org/10.1016/0022-0248(95)00435-1
R. Machida, K. Akahane, I. Watanabe, S. Hara, S. Fujikawa, A. Kasamatsu, and H.I. Fujishiro, “Advantage of heteroepitaxial GaSb thin-film buffer and GaSb dot nucleation layer for GaSb/AlGaSb multiple quantum well structure grown on Si(1 0 0) substrate by molecular beam epitaxy,” Journal of Crystal Growth, 507, 357-361 (2019). https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2018.11.026
J.B. Rodriguez, K. Madiomanana, L. Cerutti, A. Castellano, E. Tournié, “X-ray diffraction study of GaSb grown by molecular beam epitaxy on silicon substrates,” Journal of Crystal Growth, 439, 33-39 (2016). http://dx.doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2016.01.005
M. Yano, H. Furuse, Y. Iwai, K. Yoh, and M. Inoue, “Raman scattering analysis of InAs/GaSb ultrathin-layer superlattices grown by molecular beam epitaxy,” Journal of Crystal Growth, 127, 807-811 (1993). https://doi.org/10.1016/0022-0248(93)90737-H
A. Guivarc’h, Y. Ballini, Y. Toudic, M. Minier, P. Auvray, B. Guenais, J. Caulet, et al., “ErSb/GaSb(OQl) and GaSb/ErSb/GaSb(OOl) heterostructures and [ErSb,GaSb] superlattices: Molecular beam epitaxy growth and characterization,” Journal of Applied Physics, 75, 2876-2883 (1994). https://doi.org/10.1063/1.356181
K. Krishnaswami, S.R. Vangala, H.M. Dauplaise, L.P. Allen, G. Dallas, D. Bakken, D.F. Bliss, and W.D. Goodhue, “Molecular beam epitaxy on gas cluster ion beam-prepared GaSb substrates: Towards improved surfaces and interfaces,” Journal of Crystal Growth, 310, 1619-1626 (2008). https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2007.11.225
Y.H. Kim, Y.K. Noh, M.D. Kim, J.E. Oh, K.S. Chung, “Transmission electron microscopy study of the initial growth stage of GaSb grown on Si (001) substrate by molecular beam epitaxy method,” Thin Solid Films, 518, 2280-2284 (2010). https://doi.org/10.1016/j.tsf.2009.09.120
Y.H. Kim, J.Y. Lee, Y.G. Noh, M.D. Kim, J.E. Oh, “High-resolution transmission electron microscopy study on the growth modes of GaSb islands grown on a semi-insulating GaAs (001) substrate,” Applied Physics Letters, 90, 241915 (2007). https://doi.org/10.1063/1.2747674
R.D. Wiersma, J.A.H. Stotz, O.J. Pitts, C.X. Wang, M.L.W. Thewalt, and S.P. Watkins, “Electrical and optical properties of carbon-doped GaSb,” Physical Review B, 67, 165202 (2003). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.67.165202
M.R. Kitchin, J.P. Hagon, and M. Jaros, “Models of GaSb/InAs type-II infrared detectors at very long wavelengths: band offsets and interface bonds,” Semiconductor Science and Technology, 18, 225-233 (2003). https://doi.org/10.1088/0268-1242/18/4/306
R. Hao, S. Deng, L. Shen, P. Yang, J. Tu, H. Liao, Y. Xu, and Z. Niu, “Molecular beam epitaxy of GaSb on GaAs substrates with AlSb/GaSb compound buffer layers,” Thin Solid Films, 519, 228-230 (2010). https://doi.org/10.1016/j.tsf.2010.08.001
R. Pathak, U. Dadwal, and R. Singh, “Study of hydrogen implantation-induced blistering in GaSb for potential layer transfer applications,” Journal of Physics D: Applied Physics, 50, 285301 (2017). https://doi.org/10.1088/1361-6463/aa7522
M.A. Kamarudin, M. Hayne, Q.D. Zhuang, O. Kolosov, T. Nuytten, V.V. Moshchalkov, and F. Dinelli, “GaSb quantum dot morphology for different growth temperatures and the dissolution effect of the GaAs capping layer,” Journal of physics D: Applied physics, 43, 065402 (2010). http://iopscience.iop.org/0022-3727/43/6/065402
M. Tornberg, E.K. Mårtensson, R.R. Zamani, S. Lehmann, K.A. Dick, and S.G. Ghalamestani, “Demonstration of Sn-seeded GaSb homoand GaAs–GaSb heterostructural nanowires,” Nanotechnology, 27, 175602 (2016). https://doi.org/10.1088/0957-4484/27/17/175602
M.K. Bakhadyrkhanov, Kh.M. Iliev, K.S. Ayupov, B.A. Abdurakhmonov, P.Yu. Krivenko, and R.L. Kholmukhamedov, “Self-Organization of Nickel Atoms in Silicon,” Inorganic Materials, 47(9), 962-964 (2011). https://doi.org/10.1134/S0020168511090020
S.G. Konnikov, T.B. Popova, S.A. Ruvimov, M.M. Sobolev, L.M. Sorokow, I.L. Shulpina, V.E. Umanse, “The Influence of Lattice Mismatch upon Defects Generation and Luminescent Characteristics of Heterostructures in the Gap-InP System,” Crystal Research and Technology, 16(2), 169-174 (1981). https://doi.org/10.1002/CRAT.19810160209
M.R. Calvo, J.-B. Rodriguez, L. Cerutti, M. Ramonda, G. Patriarche, and E. Tournié, “Molecular-beam epitaxy of GaSb on 6-offcut (0 0 1) Si using a GaAs nucleation layer,” Journal of Crystal Growth, 529, 125299 (2020). https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2019.125299
I. Lucci, S. Charbonnier, L. Pedesseau, M. Vallet, L. Cerutti, J.-B. Rodriguez, E. Tournié, et al., “Universal description of III-V/Si epitaxial growth processes,” Physical review materials, 2, 06040 (2018). https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.2.060401
A. Ponchet, G. Patriarche, J. B. Rodriguez, L. Cerutti, and E. Tournie, “Interface energy analysis of III–V islands on Si (001) in the Volmer-Weber growth mode,” Applied Physics Letters, 113, 191601(2018). https://doi.org/10.1063/1.5055056
H. Aharoni, “Measurement of the lattice constant of Si-Ge heteroepitaxial layers grown on a silicon substrate,” Vacuum, 28(12), 571-578 (1978). https://doi.org/10.1016/0042-207X(78)90014-3
A. Sasaki, M. Nishiuma, and Y. Takeda, “Energy Band Structure and Lattice Constant Chart of III-V Mixed Semiconductors, and AlGaSb/AlGaAsSb Semiconductor Lasers on GaSb Substrates,” Japanese Journal of Applied Physics, 19(9), 1695-1702 (1980). https://doi.org/10.1143/JJAP.19.1695
Y. Meng, G. Liu, A. Liu, H. Song, Y. Hou, B. Shi, and F. Shan, “Low-temperature fabrication of high-performance indium oxide thin film transistors,” The Royal Society of Chemistry. RSC Adv. 2015(5), 37807-37813 (2015). https://doi.org/10.1039/c5ra04145g
Y.K. Su, K.J. Gan, J.S. Hwang, and S.L. Tyan, “Raman spectra of Si-implanted GaSb,” J. Appl. Phys. 68, 5584-5587 (1990). https://doi.org/10.1063/1.346994
S.G. Kim, H. Asahi, M. Seta, J. Takizawa, S. Emura, R.K. Soni, and S. Gonda, and H. Tanoue, “Raman scattering study of the recovery process in Ga ion implanted GaSb,” Journal of Applied Physics, 74, 579-585 (1993). https://doi.org/10.1063/1.355270
T. Toda, Y. Jinbo, and N. Uchitomi, “Structural and optical characterization of GaSb layers on Si (001) substrates,” Phys. Stat. Sol. (c) 3(8), 2693-2696 (2006). https://doi.org/10.1002/pssc.200669553
Авторське право (c) 2023 Халмурат М. Ілієв, Володимир Б. Оджаєв, Собір Б. Ісамов, Бобір О. Ісаков, Байрамбай К. Ісмайлов, Кутуб С. Аюпов, Шахзодбек І. Хамрокулов, Сарвіноз О. Хасанбаева
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).
