Hussain, Laiq;Pettersson, Hakan;Wang, Qin;Karim, Amir;Anderson, Jan;Jafari, Mehrdad;Song, Jindong;Choi, Won Jun;Han, Il Ki;Lim, Ju Young
Journal of the Korean Physical Society
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v.73
no.11
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pp.1604-1611
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2018
Utilizing Sb-based bulk epilayers on large-scale low-cost substrates such as GaAs for fabricating infrared (IR) photodetectors is presently attracting significant attention worldwide. For this study, three sample series of $GaAs_xSb_{1-x}$, $In_{1-x}Ga_xSb$, and $InAs_xSb_{1-x}$ with different compositions were grown on semi-insulating GaAs substrates by using molecular beam epitaxy (MBE) and appropriate InAs quantum dots (QDs) as a defect-reduction buffer layer. Photoluminescence (PL) signals from these samples were observed over a wide IR wavelength range from $2{\mu}m$ to $12{\mu}m$ in agreement with the expected bandgap, including bowing effects. In particular, interband PL signals from $InAs_xSb_{1-x}$ and $In_{1-x}Ga_xSb$ samples even at room temperature show promising potential for IR photodetector applications.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2011.08a
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pp.308-308
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2011
6.48 ${\AA}$의 격자 상수를 갖는 InSb 물질은 0.17 eV의 낮은 에너지 밴드갭과 78,000 cm2/Vs의 전자 이동도를 갖는 물질로서 고속의 자성 센서소자, 장파장의 광 검출기 그리고 고속 전자소자 등의 분야에서 많은 주목을 받고 있다. 그러나, 전기적 특성이 우수한 InSb 물질을 소자로 구현하는데 있어서 큰 어려움이 있다. InSb와 격자 크기가 잘 맞으면서 절연이 우수한 기판의 부재가 가장 큰 문제가 되는 부분이다. 즉, 격자 부정합을 최소화하며 동시에 절연기판을 사용함으로써 소자의 특성을 잘 살려야 하는 것이다. 이러한 이유로 인하여 InSb 기반의 소자가 널리 사용되지 못하고 있는 것이다. 현재 범용으로 사용하고 있는 기판은 격자 부정합이 14%인 GaAs, 11%의 InP 그리고 18%의 Si 등이 있다. 이번 발표에서는 GaAs 기판 위에 격자 부정합을 최소화하여 InSb 박막을 최적화 시켜 성장하는 방법에 대해서 소개하고자 한다. InSb 박막 성장하는데 있어 논문으로 보고된 여러 가지 방법들이 있다. 기판과의 격자 부정합을 줄이기 위하여 저온-고온 (L-T)의 의한 메타몰픽(metamorphic) buffer 층을 성장 후 InSb 박막을 성장하는 방법[1] 그리고 단계별 buffer를 성장하는 방법[2] 등을 통해서 많은 진보가 있었다. 하지만, 우리는 GaAs 기판 위에 AlSb 박막을 성장 하면서 동시에 In과 Al의 양을 서서히 변화시키는 grading 기술을 사용하였다. 즉, 물질 각각의 격자상수를 고려하여 GaAs (기판)-AlSb-InAlSb-InSb로 변화를 주어 격자 부정합이 최소가 되도록 하여 만들어진 buffer 위에 InSb 층이 만들어 지도록 하여 GaAs 기판 위에 InSb 박막을 성장 할 수 있었다. grading 기술을 이용하여 만들어진 buffer 위에 성장된 0.3 um의 InSb 박막 층은 상온에서 전자 이동도가 약 38,000 cm2/Vs에 이르는 것을 확인하였다. InSb 박막의 두께가 약 1 um 되어야 30,000 cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 얻을 수 있다고 많은 논문을 통해서 보고 되고 있으나 우리는 단지 0.3 um의 InSb 박막두께에서 이와 같은 전기적인 특성을 확인하였기에 이상과 같이 보고 하고자 한다.
Kim, J.O.;Shin, H.W.;Choe, J.W.;Lee, S.J.;Kim, C.S.;Noh, S.K.
Journal of the Korean Vacuum Society
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v.18
no.4
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pp.245-253
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2009
For the growth optimization of InAs/GaSb (8/8-ML) strained-layer superlattice (SLS), the structure has been grown under various conditions and modes and characterized by the high-resolution x-ray diffraction (XRD) analysis. In this study, the strain modulation is induced by changing parameters and modes, such as the growth temperature, the ratio of V/III beam-equivalent-pressure (BEP), and the growth interruption (GI), and the strain variation is analyzed by measuring the angle separation of 0th-order satellite peak in XRD patterns. The XRD results reveal that the growth temperature and the V/III(Sb/Ga) ratio are major parameters to change the crystallineity and the strain modulation in SLS structures, respectively. We have observed that the SLS samples with compressive strain prepared in this study are show a transition to tensile strain with decreasing V/III(Sb/Ga) ratio, and the GI process is a sensitive factor giving rise to strain modulation. These results obtained in this study suggest that optimized growth temperature and V/III(Sb/Ga) ratio are $350^{\circ}C$ and 20, respectively, and the appropriate GI time is approximately 3 seconds just before InAs growth that the crystallineity is maximized and the strain relaxation is minimized.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2010.05a
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pp.56.2-56.2
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2010
An improvement in the optical and structural properties of p-GaN was obtained by using antimony (Sb) as a surfactant during p-GaN growth. Two different growth temperatures of p-GaN such as $1030^{\circ}C$ and $900^{\circ}C$ were considered. Keeping the growth conditions for p-GaN constant, Sb was introduced during p-GaN growth while varying the [Sb]/([Ga]+[Mg]) flow ratio. [Sb]/([Ga]+[Mg]) flow ratio will be denoted as SGM ratio for convenience. SGM ratio of 0, 0.015 and 0.03% were considered for high temperature p-GaN growth. SGM ratio of 0, 0.005, 0.01 and 0.02% were considered for low temperature p-GaN growth. The analysis results suggest that using the optimum SGM ratio during p-GaN growth greatly improves the optical and structural properties of the p-GaN.
By investigating photoluminescence (PL) spectra (20 K) of undoped and Be-doped p-type GaSb/GaAs epilayers, the origin has been analyzed by the change due to doping density. We have observed that the PL peak shifts to higher energy and the full-width half-maximum (FWHM) decreases with increasing the doping density below ${\sim}10^{17}cm^{-3}$, contrasted to shift to low energy and increasing FWHM above the density of ${\sim}10^{17}cm^{-3}$. From the variation of the integrated PL intensities of three peaks dissolved by Gaussian fit, it has been analyzed that, as the density increases, the $Be[Be_{Ga}]$ acceptor level (0.794 eV) reduces, whereas the intrinsic defect of $A[Ga_{Sb}]$ (0.778 eV) enhances together with a new $Be^*$ level (0.787 eV) locating between A and Be. We have discussed that it is due to coexistence of the Be acceptor level (${\Delta}E=16meV$) and the complex level (${\Delta}E=23meV$), $Be^*[Ga_{Sb}-Be_{Ga}]$combined by Be and A, in Be-doped p-GaSb, and that the level density of $Be[Be_{Ga}]$ may be reduced above ${\sim}10^{17}cm^{-3}$.
Ohmic contact formation and etching processes for the fabrication of MBE (molecular beam epitaxy) grown GaSb-based p-channel HEMT devices on Si substrate have been studied. Firstly, mesa etching process was established for device isolation, based on both HF-based wet etching and ICP-based dry etching. Ohmic contact process for the source and drain formation was also studied based on Ge/Au/Ni/Au metal stack, which resulted in a contact resistance as low as $0.683\;{\Omega}mm$ with RTA at $320^{\circ}C$ for 60s. Finally, for gate formation of HEMT device, gate recess process was studied based on AZ300 developer and citric acid-based wet etching, in which the latter turned out to have high etching selectivity between GaSb and AlGaSb layers that were used as the cap and the barrier of the device, respectively.
Interface recombination velocity in $Al_{x}$G $a_{1-x}$ As-GaAs and $Al_{0.85}$, G $a_{0.15}$ As-GaA $s_{1-y}$S $b_{y}$ heterojunction systems is studied as a function of lattice mismatch. The results are applied to the design of highly efficient III-V heterojunction solar cells. A horizontal liquid-phase epitaxial growth system was used to prepare p-p-p and p-p-n $Al_{x}$G $a_{1-x}$ As-GaA $s_{1-y}$S $b_{y}$-A $l_{x}$G $a_{1-x}$ As double heterojunction test samples with specified values of x and y. Samples were grown at each composition, with different GaAs and GaAs Sb layer thicknesses. A method was developed to obtain the lattice mismatch and lattice constants in mixed single crystals grown on (100) and (111)B oriented GaAs substrates. In the AlGaAs system, elastic lattice deformation with effective Poisson ratios .mu.$_{eff}$ (100=0.312 and .mu.$_{eff}$ (111B) =0.190 was observed. The lattice constant $a_{0}$ (A $l_{x}$G $a_{1-x}$ As)=5.6532+0.0084x.angs. was obtained at 300K which is in good Agreement with Vegard's law. In the GaAsSb system, although elastic lattice deformation was observed in (111) B-oriented crystals, misfit dislocations reduced the Poisson ratio to zero in (100)-oriented samples. When $a_{0}$ (GaSb)=6.0959 .angs. was assumed at 300K, both (100) and (111)B oriented GaAsSb layers deviated only slightly from Vegard's law. Both (100) and (111)B zero-mismatch $Al_{0.85}$ G $a_{0.15}$As-GaA $s_{1-y}$S $b_{y}$ layers were grown from melts with a weight ratio of $W_{sb}$ / $W_{Ga}$ =0.13 and a growth temperature of 840 to 820 .deg.C. The corresponding Sb compositions were y=0.015 and 0.024 on (100) and (111)B orientations, respectively. This occurs because of a fortuitous in the Sb distribution coefficient with orientation. Interface recombination velocity was estimated from the dependence of the effective minority carrier lifetime on double-heterojunction spacing, using either optical phase-shift or electroluminescence timedecay techniques. The recombination velocity at a (100) interface was reduced from (2 to 3)*10$^{4}$ for y=0 to (6 to 7)*10$^{3}$ cm/sec for lattice-matched $Al_{0.85}$G $a_{0.15}$As-GaA $s_{0.985}$S $b_{0.015}$ Although this reduction is slightly less than that expected from the exponential relationship between interface recombination velocity and lattice mismatch as found in the AlGaAs-GaAs system, solar cells constructed from such a combination of materials should have an excellent spectral response to photons with energies over the full range from 1.4 to 2.6 eV. Similar measurements on a (111) B oriented lattice-matched heterojunction produced some-what larger interface recombination velocities.ities.ities.s.
Proceedings of the Korean Magnestics Society Conference
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2009.12a
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pp.203-203
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2009
We report on the epitaxial growth of tetragonal $DO_{22}$-type Mn3Ga films on GaSb (001) using molecular beam epitaxy and the related structural and magnetic properties. The as-studied $Mn_3Ga$ film was found to exhibit relatively small coercivity around 400 Oe, which differs greatly from the hard magnetic properties of $Mn_3Ga$ bulk specimen or films that are normally reported. This difference was probably attributed to the effects of the GaSb (001) substrate that forced the $Mn_3Ga$ film to be two-dimensionlly stabilized in the (114) orientation and thus led to the modified intrinsic properties of $Mn_3Ga$ films. The growth orientation of the Mn3Ga (114)//GaSb (001) also caused the easy magnetocrystalline direction located in the film plane due to the dominant shape anisotropy in the thin films.
An infrared thermographic imaging module of [$320{\times}256$] focal-plane array (FPA) based on [InAs/GaSb] strained-layer superlattice (SLS) was fabricated, and its images were demonstrated. The p-i-n device consisted of an active layer (i) of 300-period [13/7]-ML [InAs/GaSb]-SLS and a pair of p/n-electrodes of (60/115)-period [InAs:(Be/Si)/GaSb]-SLS. FTIR photoresponse spectra taken from a test device revealed that the peak wavelength (${\lambda}_p$) and the cutoff wavelength (${\lambda}_{co}$) were approximately $3.1/2.7{\mu}m$ and $3.8{\mu}m$, respectively, and it was confirmed that the device was operated up to a temperature of 180 K. The $30/24-{\mu}m$ design rule was applied to single pixel pitch/mesa, and a standard photolithography was introduced for [$320{\times}256$]-FPA fabrication. An FPA-ROIC thermographic module was accomplished by using a $18/10-{\mu}m$ In-bump/UBM process and a flip-chip bonding technique, and the thermographic image was demonstrated by utilizing a mid-infrared camera and an image processor.
Benyahia, Djalal;Kubiszyn, Lkasz;Michalczewski, Krystian;Keblwski, Artur;Martyniuk, Piotr;Piotrowski, Jozef;Rogalski, Antoni
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.16
no.5
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pp.695-701
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2016
Be-doped GaSb layers were grown on highly mismatched semi-insulating GaAs substrate (001) with $2^{\circ}$ offcut towards <110> at low growth temperature, by molecular beam epitaxy (MBE). The influence of Be doping on the crystallographic quality, surface morphology, and electrical properties, was assessed by X-ray diffraction, Nomarski microscopy, and Hall effect measurements, respectively. Be impurities are well behaved acceptors with hole concentrations as high as $9{\times}10^{17}cm^{-3}$. In addition, the reduction of GaSb lattice parameter with Be doping was studied.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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