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.

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.

Structural characteristics of GaSB / GaAs nanowire heterostructures grown by metal-organic chemical vapor deposition

Highly lattice mismatched (7.8%) GaAs/GaSb nanowire heterostructures were grown by metal-organic chemical vapor deposition and their detailed structural characteristics were determined by electron microscopy. The facts that (i) no defects have been found in GaSb and its interfaces with GaAs and (ii) the lattice mismatch between GaSb/GaAs was fully relaxed suggest that the growth of GaSb nanowires is purely governed by the thermodynamics. The authors believe that the low growth rate of GaSb nanowires leads to the equilibrium growth. (c) 2006 American Institute of Physics.

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.

Electronic structure and magnetism of Mn-doped GaSb for spintronic applications: A DFT study

We have carried out first-principles spin polarized calculations to obtain comprehensive information regarding the structural, magnetic, and electronic properties of the Mn-doped GaSb compound with dopant concentrations: x¼0.062, 0.083, 0.125, 0.25, and 0.50. The plane-wave pseudopotential method was used in order to calculate total energies and electronic structures. It was found that the MnGa substitution is the most stable configuration with a formation energy of 1.60 eV/Mn-atom. The calculated density of states shows that the half-metallic ferromagnetism is energetically stable for all dopant concentrations with a total magnetization of about 4.0 lB/Mn-atom. The results indicate that the magnetic ground state originates from the strong hybridization between Mn-d and Sb-p states, which agree with previous studies on Mn-doped wide gap semiconductors. This study gives new clues to the fabrication of diluted magnetic semiconductors

Thermoelectric Power Under Strong Magnetic Field in Quantum Dots and Quantized Superlattices: Simplified Theory and Relative Comparison

In this paper, we study the thermoelectric power under strong magnetic field (TPSM) in quantum dots (QDs) of nonlinear optical, III-V, II-VI, GaP, Ge, Te, Graphite, PtSb2, zerogap, Lead Germanium Telluride, GaSb, stressed materials, Bismuth, IV-VI, II-V, Zinc and Cadmium diphosphides, Bi2Te3 and Antimony respectively. The TPSM in III-V, II-VI, IV-VI, HgTe/CdTe quantum well superlattices with graded interfaces and effective mass superlattices of the same materials together with the quantum dots of aforementioned superlattices have also been investigated in this context on the basis of respective carrier dispersion laws. It has been found that the TPSM for the said quantum dots oscillates with increasing thickness and decreases with increasing electron concentration in various manners and oscillates with film thickness, inverse quantizing magnetic field and impurity concentration for all types of superlattices with two entirely different signatures of quantization as appropriate in respective cases of the aforementioned quantized structures. The well known expression of the TPSM for wide-gap materials has been obtained as special case for our generalized analysis under certain limiting condition, and this compatibility is an indirect test of our generalized formalism. Besides, we have suggested the experimental method of determining the carrier contribution to elastic constants for nanostructured materials having arbitrary dispersion laws.

Effect of ruthenium passivation on the optical and electrical properties of gallium antimonide

Improvements in optical and electrical properties were observed after ruthenium passivation of gallium antimonide surfaces. On passivation, luminescence efficiency increased up to 50 times and surface state density reduced by two orders of magnitude. Also, the reverse leakage current was found to decrease by a factor of 30�40 times. Increase in carrier mobility as a result of grain boundary passivation in polycrystalline GaSb was observed. © 1995 American Institute of Physics.

Optical and electrical properties of hydrogen-passivated gallium antimonide

The effect of hydrogen-plasma passivation on the optical and electrical properties of gallium antimonide bulk single crystals is presented. Fundamental changes of the radiative recombination after hydrogenation in undoped, zinc-doped, tellurium-doped, and codoped (with Zn and Te) GaSb are reported. The results of optical measurements indicate that passivation of acceptors is more efficient than that of the donors and, in general, the passivation efficiency depends on the doping level. Passivation of deep nonradiative centers is reflected by the gain of photoluminescence intensity and decrease in deep-level transient spectroscopy peak height. Extended defects like grain boundaries and dislocations have also been found to be passivated. The thermal stability of the passivated deep level and extended defects is higher than that of the shallow level. The kinetics of thermally released hydrogen in the bulk has been studied by reverse-bias annealing experiments.

The physics and technology of gallium antimonide: An emerging optoelectronic material

Recent advances in nonsilica fiber technology have prompted the development of suitable materials for devices operating beyond 1.55 mu m. The III-V ternaries and quaternaries (AlGaIn)(AsSb) lattice matched to GaSb seem to be the obvious choice and have turned out to be promising candidates for high speed electronic and long wavelength photonic devices. Consequently, there has been tremendous upthrust in research activities of GaSb-based systems. As a matter of fact, this compound has proved to be an interesting material for both basic and applied research. At present, GaSb technology is in its infancy and considerable research has to be carried out before it can be employed for large scale device fabrication. This article presents an up to date comprehensive account of research carried out hitherto. It explores in detail the material aspects of GaSb starting from crystal growth in bulk and epitaxial form, post growth material processing to device feasibility. An overview of the lattice, electronic, transport, optical and device related properties is presented. Some of the current areas of research and development have been critically reviewed and their significance for both understanding the basic physics as well as for device applications are addressed. These include the role of defects and impurities on the structural, optical and electrical properties of the material, various techniques employed for surface and bulk defect passivation and their effect on the device characteristics, development of novel device structures, etc. Several avenues where further work is required in order to upgrade this III-V compound for optoelectronic devices are listed. It is concluded that the present day knowledge in this material system is sufficient to understand the basic properties and what should be more vigorously pursued is their implementation for device fabrication. (C) 1997 American Institute of Physics.

Simple theoretical analysis of the effective electron mass in semiconductor nanowires

In this paper we study the effective electron mass (EEM) in Nano wires (NWs) of nonlinear optical materials on the basis of newly formulated electron dispersion relation by considering all types of anisotropies of the energy band constants within the framework of k . p formalism. The results for NWs of III-V, ternary and quaternary semiconductors form special cases of our generalized analysis. We have also investigated the EEM in NWs of Bi, IV-VI, stressed Kane type materials, Ge, GaSb and Bi2Te3 by formulating the appropriate 1D dispersion law in each case by considering the influence of energy band constants in the respective cases. It has been found that the 1D EEM in nonlinear optical materials depend on the size quantum numbers and Fermi energy due to the anisotropic spin orbit splitting constant and the crystal field splitting respectively. The 1D EEM is Bi, IV-VI, stressed Kane type semiconductors and Ge also depends on both the Fermi energy and the size quantum numbers which are the characteristic features of such NWs. The EEM increases with increase in concentration and decreasing film thickness and for ternary and quaternary compounds the EEM increases with increase in alloy composition. Under certain special conditions all the results for all the materials get simplified into the well known parabolic energy bands and thus confirming the compatibility test.

Structural, Electrical, And Optical Properties Of Inasxsb1-X Epitaxial Films Grown By Liquid-Phase Epitaxy

The InAsxSb1-x films were grown on (100) GaSb substrates by liquid-phase epitaxy, and their structural, electrical, and optical properties were investigated. The high-resolution x-ray diffraction results reveal that the single crystalline InAsxSb1-x films with a midrange composition are epitaxially grown on the GaSb substrates. Temperature dependence of the Hall mobility was theoretically modeled by considering several predominant scattering mechanisms. The results indicate that ionized impurity and dislocation scatterings dominate at low temperatures, while polar optical phonon scattering is important at room temperature (RT). Furthermore, the InAsxSb1-x films with the higher As composition exhibit the better crystalline quality and the higher mobility. The InAs0.35Sb0.65 film exhibits a Hall mobility of 4.62x10(4) cm(2) V-1 s(-1). The cutoff wavelength of photoresponse is extended to about 12 mu m with a maximum responsivity of 0.21 V/W at RT, showing great potential for RT long-wavelength infrared detection. (C) 2008 American Institute of Physics. [DOI: 10.1063/1.2989116]

神舟飞船生长GaMnSb材料过程及性能分析

利用神舟3号飞船(SZ-3)上的多样品空间晶体炉制备出GaMnSb材料.所设计的石英安瓿使用氧化铝棉毡和特殊设计制造的氮化硼坩锅进行减震,经受住了严峻的力学环境的考验,完成了材料的空间生长实验,达到了空间生长材料的初步要求.对空间生长的GaMnSb晶体进行了X射线能谱分析和X射线衍射分析,发现空间生长的GaMnSb是多晶结构.对未获得GaMnSb单晶的原因进行了分析,发现空间晶体炉温度的波动和提供能量的不足是导致生成GaMnSb多晶结构的主要原因.由于在晶体生长的初始阶段晶体炉提供的能量不足,使GaSb单晶部分未能熔化,从而导致GaMnSb材料的生长在没有籽晶的情况下进行.