Molecular beam epitaxy of GaSb on GaAs substrates with AlSb/GaSb compound buffer layers

GaSb films with AlSb/GaSb compound buffer layers were grown by molecular beam epitaxy on GaAs (001) substrates. The crystal quality and optical properties were studied by high resolution transition electron microscopy and low temperature photoluminescence spectra (PL), respectively. It was found that the AlSb/GaSb compound buffer layers can restrict the dislocations into GaSb epilayers. The intensity of PL spectra of GaSb layer becomes large with the increasing the periods of AlSb/GaSb superlattices, indicating that the optical quality of GaSb films is improved.

GROWTH OF GASB AND GAASSB IN THE SINGLE-PHASE REGION BY MOVPE

GaSb layers are grown on GaSb substrates; the effects of input partial pressure of trimethylantimony and the V/III ratio are studied. A model of the MOVPE phase diagram for the growth of GaSb and GaAsxSb1-x is developed which assumes thermodynamic equilibrium to be established at the solid-vapor interface.

Characterization of GaSb substrate wafers for MOCVD III-V antimonides

The qualities of GaSb substrates commonly used for the preparation of III-V antimonide epilayers were studied before and after growing GaInAsSb multi-layers by MOCVD using PL, FTIR and DCXD together with the electrical properties and EPD value. The correlation between the substrate qualities and epilayer properties was briefly discussed. The good property epilayers of GaInAsSb and, then, the high preformance of 2.3 um photodetectors were achieved only using the good quality GaSb wafers as the substrates.

Modified LPE system used to diffuse Cd to obtain InSb infrared detectors

We are presenting here p/n junctions obtained with a modified opened liquid-phase epitaxy (LPE) system, used to diffuse indium antimonide (InSb) doped with Cd over InSb doped with Te wafers, in order to make InSb infrared (IR) sensors. This technique has several advantages: the diffusion can be performed in bigger substrate areas improving the device production; this method decreases the device manipulation, decreasing human mistakes and increasing the process reproducibility. The opened LPE in this work produced sensors in the first case with vapor of the diffusion material, coming from a microholed carbon boat full of the diffusion material, over which is positioned the substrate at atmospheric pressure. In the second, the diffusion material is on the bottom of a quartz recipient, and the InSb/Te wafer works as its cover, and vacuum was used. The IR sensors produced with the first method measured 8.9 x 10(7) cm Hz(1/2)/W as detectivity value and higher IR spectral response at 4.6 mu m, and those produced with the second 2.8 x 10(9) cm Hz(1/2)/W, at 4.4 mu m. Besides the electrical-optical properties, the structural properties of diffused layers were investigated by X-ray diffraction (XRD), scanning electron and atomic force microscopy (SEM, AFM), energy-dispersive and secondary ion mass spectroscopy (EDS, SIMS). (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Crystallization process of amorphous GaSb films studied by Raman spectroscopy

Thermal annealings of amorphous gallium antimonide films were accompanied using Raman spectroscopy, both for stoichiometric and nonstoichiometric compositions. The films were prepared by flash evaporation on silicon substrates. Structural changes were induced by the heat treatments: an increasing degree of crystallization as a function of the annealing temperature is observed. Sb clusters are found to crystallize before GaSb does, and the dependence of the corresponding Raman peak intensity with the annealing temperature (occurring in two regimes) is explained. A mechanism for the crystallization of the amorphous GaSb is proposed, based on the prior migration of the Sb excess outside the GaSb region to be crystallized. © 1995 American Institute of Physics.

Component integration strategies in metamorphic 4-junction III-V concentrator solar cells

Progressing beyond 3-junction inverted-metamorphic multijunction solar cells grown on GaAs substrates, to 4-junction devices, requires the development of high quality metamorphic 0.7 eV GaInAs solar cells. Once accomplished, the integration of this subcell into a full, Monolithic, series connected, 4J-IMM structure demands the development of a metamorphic tunnel junction lattice matched to the 1eV GaInAs subcell. Moreover, the 0.7 eV junction adds about 2 hours of growth time to the structure, implying a heavier annealing of the subcells and tunnel junctions grown first. The final 4J structure is above 20 Pm thick, with about half of this thickness used by the metamorphic buffers required to change the lattice constant throughout the structure. Thinning of these buffers would help reduce the total thickness of the 4J structure to decrease its growth cost and the annealing time. These three topics: development of a metamorphic tunnel junction for the 4th junction, analysis of the annealing, and thinning of the structure, are tackled in this work. The results presented show the successful implementation of an antimonide-based tunnel junction for the 4th junction and of pathways to mitigate the impact of annealing and reduce the thickness of the metamorphic buffers.

Comprendre et maîtriser le passage de type I à type II de puits quantiques d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) sur substrat de GaSb

Les antimoniures sont des semi-conducteurs III-V prometteurs pour le développement de dispositifs optoélectroniques puisqu'ils ont une grande mobilité d'électrons, une large gamme spectrale d'émission ou de détection et offrent la possibilité de former des hétérostructures confinées dont la recombinaison est de type I, II ou III. Bien qu'il existe plusieurs publications sur la fabrication de dispositifs utilisant un alliage d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) qui émet ou détecte à une certaine longueur d'onde, les détails, à savoir comment sont déterminés les compositions et surtout les alignements de bande, sont rarement explicites. Très peu d'études fondamentales sur l'incorporation d'indium et d'arsenic sous forme de tétramères lors de l'épitaxie par jets moléculaires existent, et les méthodes afin de déterminer l'alignement des bandes des binaires qui composent ces alliages donnent des résultats variables. Un modèle a été construit et a permis de prédire l'alignement des bandes énergétiques des alliages d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) avec celles du GaSb pour l'ensemble des compositions possibles. Ce modèle tient compte des effets thermiques, des contraintes élastiques et peut aussi inclure le confinement pour des puits quantiques. De cette manière, il est possible de prédire la transition de type de recombinaison en fonction de la composition. Il est aussi montré que l'indium ségrègue en surface lors de la croissance par épitaxie par jets moléculaires d'In(x)Ga(1-x)Sb sur GaSb, ce qui avait déjà été observé pour ce type de matériau. Il est possible d'éliminer le gradient de composition à cette interface en mouillant la surface d'indium avant la croissance de l'alliage. L'épaisseur d'indium en surface dépend de la température et peut être évaluée par un modèle simple simulant la ségrégation. Dans le cas d'un puits quantique, il y aura une seconde interface GaSb sur In(x)Ga(1-x)Sb où l'indium de surface ira s'incorporer. La croissance de quelques monocouches de GaSb à basse température immédiatement après la croissance de l'alliage permet d'incorporer rapidement ces atomes d'indium et de garder la seconde interface abrupte. Lorsque la composition d'indium ne change plus dans la couche, cette composition correspond au rapport de flux d'atomes d'indium sur celui des éléments III. L'arsenic, dont la source fournit principalement des tétramères, ne s'incorpore pas de la même manière. Les tétramères occupent deux sites en surface et doivent interagir par paire afin de créer des dimères d'arsenic. Ces derniers pourront alors être incorporés dans l'alliage. Un modèle de cinétique de surface a été élaboré afin de rendre compte de la diminution d'incorporation d'arsenic en augmentant le rapport V/III pour une composition nominale d'arsenic fixe dans l'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y). Ce résultat s'explique par le fait que les réactions de deuxième ordre dans la décomposition des tétramères d'arsenic ralentissent considérablement la réaction d'incorporation et permettent à l'antimoine d'occuper majoritairement la surface. Cette observation montre qu'il est préférable d'utiliser une source de dimères d'arsenic, plutôt que de tétramères, afin de mieux contrôler la composition d'arsenic dans la couche. Des puits quantiques d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) sur GaSb ont été fabriqués et caractérisés optiquement afin d'observer le passage de recombinaison de type I à type II. Cependant, celui-ci n'a pas pu être observé puisque les spectres étaient dominés par un niveau énergétique dans le GaSb dont la source n'a pu être identifiée. Un problème dans la source de gallium pourrait être à l'origine de ce défaut et la résolution de ce problème est essentielle à la continuité de ces travaux.

Comprendre et maîtriser le passage de type I à type II de puits quantiques d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) sur substrat de GaSb

Les antimoniures sont des semi-conducteurs III-V prometteurs pour le développement de dispositifs optoélectroniques puisqu'ils ont une grande mobilité d'électrons, une large gamme spectrale d'émission ou de détection et offrent la possibilité de former des hétérostructures confinées dont la recombinaison est de type I, II ou III. Bien qu'il existe plusieurs publications sur la fabrication de dispositifs utilisant un alliage d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) qui émet ou détecte à une certaine longueur d'onde, les détails, à savoir comment sont déterminés les compositions et surtout les alignements de bande, sont rarement explicites. Très peu d'études fondamentales sur l'incorporation d'indium et d'arsenic sous forme de tétramères lors de l'épitaxie par jets moléculaires existent, et les méthodes afin de déterminer l'alignement des bandes des binaires qui composent ces alliages donnent des résultats variables. Un modèle a été construit et a permis de prédire l'alignement des bandes énergétiques des alliages d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) avec celles du GaSb pour l'ensemble des compositions possibles. Ce modèle tient compte des effets thermiques, des contraintes élastiques et peut aussi inclure le confinement pour des puits quantiques. De cette manière, il est possible de prédire la transition de type de recombinaison en fonction de la composition. Il est aussi montré que l'indium ségrègue en surface lors de la croissance par épitaxie par jets moléculaires d'In(x)Ga(1-x)Sb sur GaSb, ce qui avait déjà été observé pour ce type de matériau. Il est possible d'éliminer le gradient de composition à cette interface en mouillant la surface d'indium avant la croissance de l'alliage. L'épaisseur d'indium en surface dépend de la température et peut être évaluée par un modèle simple simulant la ségrégation. Dans le cas d'un puits quantique, il y aura une seconde interface GaSb sur In(x)Ga(1-x)Sb où l'indium de surface ira s'incorporer. La croissance de quelques monocouches de GaSb à basse température immédiatement après la croissance de l'alliage permet d'incorporer rapidement ces atomes d'indium et de garder la seconde interface abrupte. Lorsque la composition d'indium ne change plus dans la couche, cette composition correspond au rapport de flux d'atomes d'indium sur celui des éléments III. L'arsenic, dont la source fournit principalement des tétramères, ne s'incorpore pas de la même manière. Les tétramères occupent deux sites en surface et doivent interagir par paire afin de créer des dimères d'arsenic. Ces derniers pourront alors être incorporés dans l'alliage. Un modèle de cinétique de surface a été élaboré afin de rendre compte de la diminution d'incorporation d'arsenic en augmentant le rapport V/III pour une composition nominale d'arsenic fixe dans l'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y). Ce résultat s'explique par le fait que les réactions de deuxième ordre dans la décomposition des tétramères d'arsenic ralentissent considérablement la réaction d'incorporation et permettent à l'antimoine d'occuper majoritairement la surface. Cette observation montre qu'il est préférable d'utiliser une source de dimères d'arsenic, plutôt que de tétramères, afin de mieux contrôler la composition d'arsenic dans la couche. Des puits quantiques d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) sur GaSb ont été fabriqués et caractérisés optiquement afin d'observer le passage de recombinaison de type I à type II. Cependant, celui-ci n'a pas pu être observé puisque les spectres étaient dominés par un niveau énergétique dans le GaSb dont la source n'a pu être identifiée. Un problème dans la source de gallium pourrait être à l'origine de ce défaut et la résolution de ce problème est essentielle à la continuité de ces travaux.

First-Principles Calculations of the Electronic and Structural Properties of GaSb

In this paper, we carried out first-principles calculations in order to investigate the structural and electronic properties of the binary compound gallium antimonide (GaSb). This theoretical study was carried out using the Density Functional Theory within the plane-wave pseudopotential method. The effects ofexchange and correlation (XC) were treated using the functional Local Density Approximation (LDA), generalized gradient approximation (GGA): Perdew–Burke–Ernzerhof (PBE), Perdew-Burke-Ernzerhof revised for solids (PBEsol), Perdew-Wang91 (PW91), revised Perdew–Burke–Ernzerhof (rPBE), Armiento–Mattson 2005 (AM05) and meta-generalized gradient approximation (meta-GGA): Tao–Perdew– Staroverov–Scuseria (TPSS) and revised Tao–Perdew–Staroverov–Scuseria (RTPSS) and modified Becke-Johnson (MBJ). We calculated the densities of state (DOS) and band structure with different XC potentials identified and compared them with the theoretical and experimental results reported in the literature. It was discovered that functional: LDA, PBEsol, AM05 and RTPSS provide the best results to calculate the lattice parameters (a) and bulk modulus (B0); while for the cohesive energy (Ecoh), functional: AM05, RTPSS and PW91 are closer to the values obtained experimentally. The MBJ, Rtpss and AM05 values found for the band gap energy is slightly underestimated with those values reported experimentally.