Дисперсія світла та крайове поглинання в тонких плівках Ga1–xAlxN (x=0; 0.03; 0.07)

Editorial Board PCSS Journal; О.М. Бордун; І.Й. Кухарський; І.М. Кофлюк; І.І. Медвідь; М.В. Процак

doi:10.15330/pcss.26.2.203-208

Автор(и)

О.М. Бордун Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, Україна
І.Й. Кухарський Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, Україна
І.М. Кофлюк Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, Україна
І.І. Медвідь Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, Україна
М.В. Процак Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.26.2.203-208

Ключові слова:

нітрид галію, тонкі плівки, дисперсія показника заломлення, край фундаментального поглинання

Анотація

Досліджено дисперсію показника заломлення та область краю фундаментального поглинання в тонких плівках Ga_1–xAl_xN (x=0; 0,03; 0,07), отриманих методом високочастотного іонно-плазмового розпилення. Показано, що дисперсійна залежність отриманих плівок має складний вигляд. Встановлено, що величина оптичної ширини забороненої зони при зростанні концентрації Al від 0 до 7 мол.% зростає від 3,28 до 3,58 еВ. На основі встановлених прямо зонних дозволених фото переходів електронів в області краю фундаментального поглинання проведено оцінку величини зведеної ефективної маси вільних носіїв заряду та їхньої концентрації. Показано, що зсув краю фундаментального поглинання в тонких плівках Ga_1–xAl_xN (x=0; 0,03; 0,07) зумовлений ефектом Бурштейна-Мосса.

Посилання

F. Roccaforte and M. Leszczynski, Nitride Semiconductor Technology. Power Electronics and Optoelectronic Devices, (Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2020).

C.M. Furqan, Jacob Y.L. Ho, H.S. Kwok, GaN thin film: Growth and Characterizations by Magnetron Sputtering, Surfaces and Interfaces, 26, 101364 (2021); https://doi.org/10.1016/j.surfin.2021.101364.

S. Musumeci and V. Barba, Gallium Nitride Power Devices in Power Electronics Applications: State of Art and Perspectives, Energies 16, 3894 (2023); https://doi.org/10.3390/en16093894.

L. Srinivasan, C. Jadaud, F. Silva, J.-Ch. Vanel, J.-L. Maurice, E. Johnson, P. Roca i Cabarrocas and K. Ouaras, Reactive plasma sputtering deposition of polycrystalline GaN thin films on silicon substrates at room temperature, J. Vac. Sci. Technol. A, 41 (5): 053407 (2023); https://doi.org/10.1116/6.0002718.

O. M. Bordun, B. O. Bordun, I. Yo. Kukharskyy and I. I. Medvid, X-Ray Luminescence of β-Ga2O3 Thin Films, J. Appl. Spectrosc., 86(6), 1010 (2020); https://doi.org/10.1007/s10812-020-00932-4.

D. Kaur and M. Kumar, A Strategic Review on Gallium Oxide Based Deep-Ultraviolet Photodetectors: Recent Progress and Future Prospects, Adv. Optical Mater., 9(9), 2002160 (2021); https://doi.org/10.1002/adom.202002160.

O. M. Bordun, B. O. Bordun, I. Yo. Kukharskyy and I. I. Medvid, Photoluminescence Properties of β-Ga2O3 Thin Films Produced by Ion-Plasma Sputtering, J. Appl. Spectrosc., 84(1), 46 (2017); https://doi.org/10.1007/s10812-017-0425-3.

A. Zhong, L. Wang, Y. Tang, Yo. Yang, J. Wang, H. Zhu, Zh. Wu, W. Tang and B. Li, Assessing high-energy x-ray and proton irradiation effects on electrical properties of P-GaN and N-GaN thin films, Chin. Phys. B, 32, 076102 (2023); https://doi.org/10.1088/1674-1056/accb8a.

M. Monish, Sh. Mohan, D. S. Sutar and S. S. Major, Gallium nitride films of high n-type conductivity grown by reactive sputtering, Semicond. Sci. Technol., 35(4), 045011 (2020); https://doi.org/10.1088/1361-6641/ab73ec.

V. Bondar, I. Kucharsky, B. Simkiv, L. Akselrud, V. Davydov, Yu. Dubov and S. Popovich, Low-Temperature Synthesis of Gallium Nitride Thin Films Using Reactive RF-Magnetron Sputtering, Phys. Stat. Sol. (a), 176(1), 329 (1999); https://doi.org/10.1002/(SICI)1521-396X(199911)176:1<329::AID-PSSA329>3.0.CO;2-E.

N. Li, Ch. P. Ho, Sh. Zhu, Yu. H. Fu, Y. Zhu and L.Y.T. Lee, Aluminium nitride integrated photonics: a review, Nanophotonics, 10(9), 2347 (2021); https://doi.org/10.1515/nanoph-2021-0130.

W. A. Doolittle, C. M. Matthews, H. Ahmad, K. Motoki, S. Lee, A. Ghosh, E. N. Marshall, A. L. Tang, P. Manocha, and P. D. Yoder, Prospectives for AlN electronics and optoelectronics and the important role of alternative synthesis, Appl. Phys. Lett., 123, 070501 (2023); https://doi.org/10.1063/5.0156691.

M. Beshkova and R. Yakimova, Properties and potential applications of two-dimensional AlN, Vacuum, 176, 109231 (2020); https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2020.109231.

K. Wasa, M. Kitabatake, and H. Adachi, Thin film materials technology: – Sputtering of compound materials, (William Andrew Inc. publishing, Springer-Verlag GmbH&Co. KG, 2004).

O. M. Bordun, I. Yo. Kukharskyy, M. V. Protsak, I. I. Medvid, I. M. Kofliuk, Zh. Ya. Tsapovska, and D. S. Leonov, Synthesis and Structure of Thin GaN Films by Radio-Frequency Sputtering, Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii, 22(2), 287 (2024); https://doi.org/10.15407/nnn.22.02.287.

R. Swanepoel, Determination of the thickness and optical constants of amorphous silicon, J. Phys. E: Sci. Instrum., 16 (12), 1214 (1983); https://doi.org/1010.1088/0022-3735/16/12/023.

Heba E. Atyia and N.A. Hegab, Optical spectroscopy and dispersion parameters of Ge15Se60X25 (X = As or Sn) amorphous thin films, Eur. Phys. J. Appl. Phys., 63, 10301 (2013); https://doi.org/10.1051/epjap/2013130099.

O. M. Bordun, I. Yo. Kukharskyy, B. O. Bordun and V. B. Lushchanets, Dispersion of Refractive Index of β-Ga2O3 Thin Films, J Appl Spectrosc, 81(5), 771 (2014); https://doi.org/10.1007/s10812-014-0004-9.

I. M. Tsidilkovski and R. S. Wadhwa, Band Structure of Semiconductors (Pergamon Press Ltd., Germany, 1982).

I. Bhat, Physical properties of gallium nitride and related III–V nitrides. In: B. J. Baliga, Wide Bandgap Semiconductor Power Devices. Materials, Physics, Design, and Applications (Woodhead Publishing, 2019); https://doi.org/10.1016/B978-0-08-102306-8.00003-4.

C. Persson, A. Ferreira da Silva, R. Ahuja and B. Johansson, Effective electronic masses in wurtzite and zinc-blende GaN and AlN, J. Cryst. Growth, 231(3), 397 (2001); https://doi.org/10.1016/S0022-0248(01)01470-1

J. I. Pankove, Optical Processes in Semiconductors (Dover Publications, Inc., New York, 1971).

H.L. Hartnagel, A.L. Dawar, A.K. Jain and C. Jagadish, Semiconducting Transparent Thin Films (Institute of Physics Pub., Bristol, 1995).

T.P. McLean, The absorption edge spectrum of semiconductors, Progress in semiconductors, 5, 53 (1960).

T. Hofmann, V. Darakchieva, B. Monemar, H. Lu, W.J. Schaff and M. Schubert, Optical Hall Effect in Hexagonal InN, J. Electron. Mater., 37, 611 (2008); https://doi.org/10.1007/s11664-008-0385-8.

N. Armakavicius, S. Knight, Ph. Kühne, V. Stanishev, D. Q. Tran, S. Richter, A. Papamichail, M. Stokey, P. Sorensen, U. Kilic, M. Schubert, P. P. Paskov and V. Darakchieva, Electron effective mass in GaN revisited: New insights from terahertz and mid-infrared optical Hall effect, APL Mater., 12, 021114 (2024); https://doi.org/10.1063/5.0176188.

S. Schöche, P. Kühne, T. Hofmann, M. Schubert, D. Nilsson, A. Kakanakova-Georgieva, E. Janzén, and V. Darakchieva, Electron effective mass in Al0.72Ga0.28N alloys determined by mid-infrared optical Hall effect, Appl. Phys. Lett., 103, 212107 (2013); https://doi.org/10.1063/1.4833195.

O.M. Bordun, I.Yo. Kukharskyy, I.I. Medvid and Zh.Ya. Tsapovska, Edge Absorption of (Y0.06Ga0.94)2O3 Thin Films, Phys. and Chem. of Solid State, 8(1), 89 (2017); https://doi.org/10.15330/pcss.18.1.89-93.

S. Knight, A. Mock, R. Korlacki, V. Darakchieva, B. Monemar, Yo. Kumagai, K. Goto, M. Higashiwaki and M. Schubert, Electron effective mass in Sn-doped monoclinic single crystal β-gallium oxide determined by mid-infrared optical Hall effect, Appl. Phys. Lett., 112, 012103 (2018); https://doi.org/10.1063/1.5011192.

E. F. Schubert, Physical Foundations of Solid-State Devices (Rensselaer Polytechnic Institute, Troy NY, USA, 2006).