Published March 25, 2020 | Version v1
Publication Open

Effect of thermal annealing on the optical and structural properties of (311)B and (001) GaAsBi/GaAs single quantum wells grown by MBE

Creators

  • 1. University of Nottingham
  • 2. Jeddah University
  • 3. Ministry of Education
  • 4. Universidade Federal de São Carlos
  • 5. Leibniz Institute for Crystal Growth
  • 6. Universidade de Brasília
  • 7. Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas
  • 8. Adana Science and Technology University

Description

The effect of Furnace Annealing (FA) and Rapid Thermal annealing (RTA) on the structural and optical properties of GaAs1 − xBix/GaAs single quantum wells grown on (001) and (311)B substrates by molecular beam epitaxy was investigated. The structural properties were investigated by high-resolution x-ray diffraction (HR-XRD) and Transmission Electron Microscopy. The Bi concentration profiles were determined by simulating the HR-XRD 2θ−ω scans using dynamical scattering theory to estimate the Bi content, lattice coherence, and quality of the interfaces. The Bi composition was found to be similar for both samples grown on (001) and (311)B GaAs substrates. However, the simulations indicate that the Bi composition is not only limited in the GaAsBi quantum well (QW) layer but also extends out of the GaAsBi QW toward the GaAs barrier. Photoluminescence (PL) measurements were performed as a function of temperature and laser power for samples with a nominal Bi composition of 3%. PL spectra showed that (001) and (311)B samples have different peak energies at 1.23 eV and 1.26 eV, respectively, at 10 K. After RTA at 300 °C for 2 min, the PL intensity of (311)B and (001) samples was enhanced by factors of ∼2.5 and 1.75, respectively. However, for the (001) and (311)B FA samples, an enhancement of the PL intensity by a factor of only 1.5 times could be achieved. The enhancement of PL intensity in annealed samples was interpreted in terms of PL activation energies, with a reduction in the alloy disorder and an increase in the Bi cluster.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تم التحقيق في تأثير التلدين بالفرن (FA) والتلدين الحراري السريع (RTA) على الخواص الهيكلية والبصرية لـ GaAs1 - xBix/GaAs آبار كمومية واحدة نمت على (001) و (311)B ركائز بواسطة نثر الحزمة الجزيئية. تم فحص الخصائص الهيكلية عن طريق حيود الأشعة السينية عالية الدقة (HR - XRD) والفحص المجهري الإلكتروني للإرسال. تم تحديد ملفات التركيز الثنائية من خلال محاكاة مسح HR - XRD 2θ ω باستخدام نظرية التشتت الديناميكي لتقدير المحتوى الثنائي، وتماسك الشبكة، وجودة الواجهات. تم العثور على تركيبة ثنائية متشابهة لكل من العينات المزروعة على ركائز (001) و (311)B GaAs. ومع ذلك، تشير عمليات المحاكاة إلى أن التركيب الثنائي لا يقتصر فقط على طبقة بئر GaAsBi الكمومي (QW) ولكنه يمتد أيضًا خارج GaAsBi QW نحو حاجز GaAs. تم إجراء قياسات التألق الضوئي (PL) كدالة لدرجة الحرارة وقوة الليزر للعينات ذات التركيب الثنائي الاسمي بنسبة 3 ٪. أظهرت أطياف PL أن عينات (001) و (311)B لها طاقات ذروة مختلفة عند 1.23 eV و 1.26 eV، على التوالي، عند 10 كلفن. بعد RTA عند 300 درجة مئوية لمدة دقيقتين، تم تعزيز شدة PL لـ (311)B و (001) العينات بعوامل 2.5 و 1.75، على التوالي. ومع ذلك، بالنسبة لعينتي (001) و (311)B FA، يمكن تحقيق تعزيز كثافة PL بعامل 1.5 مرة فقط. تم تفسير تعزيز كثافة PL في العينات الملدنة من حيث طاقات تنشيط PL، مع انخفاض في اضطراب السبائك وزيادة في الكتلة الثنائية.

Translated Description (French)

L'effet du recuit de four (FA) et du recuit thermique rapide (RTA) sur les propriétés structurelles et optiques des puits quantiques uniques GaAs1 − xBix/GaAs cultivés sur des substrats (001) et (311)B par épitaxie par faisceau moléculaire a été étudié. Les propriétés structurelles ont été étudiées par diffraction des rayons X à haute résolution (HR-XRD) et microscopie électronique à transmission. Les profils de concentration en Bi ont été déterminés en simulant les scans HR-XRD 2θ−ω en utilisant la théorie de la diffusion dynamique pour estimer la teneur en Bi, la cohérence du réseau et la qualité des interfaces. La composition en Bi s'est avérée similaire pour les deux échantillons cultivés sur des substrats de GaAs (001) et (311)B. Cependant, les simulations indiquent que la composition en Bi est non seulement limitée dans la couche de puits quantique (QW) de GaAsBi, mais s'étend également hors de la QW de GaAsBi vers la barrière de GaAs. Des mesures de photoluminescence (PL) ont été effectuées en fonction de la température et de la puissance laser pour des échantillons ayant une composition nominale en Bi de 3%. Les spectres PL ont montré que les échantillons (001) et (311)B ont des énergies de crête différentes à 1,23 eV et 1,26 eV, respectivement, à 10 K. Après RTA à 300 °C pendant 2 min, l'intensité PL des échantillons (311)B et (001) a été augmentée par des facteurs de ∼2,5 et 1,75, respectivement. Cependant, pour les échantillons (001) et (311)B FA, une augmentation de l'intensité PL d'un facteur de seulement 1,5 a pu être obtenue. L'augmentation de l'intensité de la PL dans les échantillons recuits a été interprétée en termes d'énergies d'activation de la PL, avec une réduction du trouble de l'alliage et une augmentation de l'amas de Bi.

Translated Description (Spanish)

Se investigó el efecto del recocido en horno (FA) y el recocido térmico rápido (RTA) sobre las propiedades estructurales y ópticas de los pocillos cuánticos individuales de GaAs1 − xBix/GaAs cultivados en sustratos (001) y (311)B mediante epitaxia de haz molecular. Las propiedades estructurales se investigaron mediante difracción de rayos X de alta resolución (HR-XRD) y microscopía electrónica de transmisión. Los perfiles de concentración de Bi se determinaron simulando los escaneos HR-XRD 2θ−ω utilizando la teoría de dispersión dinámica para estimar el contenido de Bi, la coherencia de la red y la calidad de las interfaces. Se encontró que la composición de Bi era similar para ambas muestras cultivadas en sustratos de (001) y (311)B GaAs. Sin embargo, las simulaciones indican que la composición de Bi no solo está limitada en la capa del pozo cuántico (QW) de GaAsBi, sino que también se extiende fuera del QW de GaAsBi hacia la barrera de GaAs. Las mediciones de fotoluminiscencia (PL) se realizaron en función de la temperatura y la potencia del láser para muestras con una composición nominal de Bi del 3%. Los espectros de PL mostraron que las muestras (001) y (311)B tienen diferentes energías máximas a 1.23 eV y 1.26 eV, respectivamente, a 10 K. Después de RTA a 300 °C durante 2 min, la intensidad de PL de las muestras (311)B y (001) se mejoró por factores de ~2.5 y 1.75, respectivamente. Sin embargo, para las muestras de FA (001) y (311)B, se pudo lograr una mejora de la intensidad de PL en un factor de solo 1,5 veces. La mejora de la intensidad de PL en muestras recocidas se interpretó en términos de energías de activación de PL, con una reducción en el trastorno de la aleación y un aumento en el grupo Bi.

Files

Revised%20Manuscript_Haifa%20Alghamdi%20et%20al.pdf.pdf

Files (658.3 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:b441ce770f54de91362813f26c907bb3
658.3 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تأثير التلدين الحراري على الخصائص البصرية والهيكلية لـ (311)B و (001) GaAsBi/GaAs آبار كمومية واحدة تزرعها MBE
Translated title (French)
Effet du recuit thermique sur les propriétés optiques et structurelles des puits quantiques uniques (311)B et (001) GaAsBi/GaAs cultivés par MBE
Translated title (Spanish)
Efecto del recocido térmico en las propiedades ópticas y estructurales de los pozos cuánticos individuales (311)B y (001) GaAsBi/GaAs cultivados por MBE

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3013185415
DOI
10.1063/1.5140447

Is supplement to
https://openalex.org/W2945804409 (Other)
https://openalex.org/W2091416392 (Other)
https://openalex.org/W2081846411 (Other)
https://openalex.org/W2059268031 (Other)
https://openalex.org/W2053789716 (Other)
https://openalex.org/W2049056049 (Other)
https://openalex.org/W2047553591 (Other)
https://openalex.org/W2010139854 (Other)
https://openalex.org/W1995582289 (Other)
https://openalex.org/W1990362017 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W1497052944
  • https://openalex.org/W1540330818
  • https://openalex.org/W1550748602
  • https://openalex.org/W1605362031
  • https://openalex.org/W1637602236
  • https://openalex.org/W1664609036
  • https://openalex.org/W1667084193
  • https://openalex.org/W1965684216
  • https://openalex.org/W1966289009
  • https://openalex.org/W1975139051
  • https://openalex.org/W1975671061
  • https://openalex.org/W1976669488
  • https://openalex.org/W1981847657
  • https://openalex.org/W1985037920
  • https://openalex.org/W1987217112
  • https://openalex.org/W2014586212
  • https://openalex.org/W2014926824
  • https://openalex.org/W2018909248
  • https://openalex.org/W2020622663
  • https://openalex.org/W2031586084
  • https://openalex.org/W2033845971
  • https://openalex.org/W2035720355
  • https://openalex.org/W2037934718
  • https://openalex.org/W2046115184
  • https://openalex.org/W2046523288
  • https://openalex.org/W2049647123
  • https://openalex.org/W2051859862
  • https://openalex.org/W2063600703
  • https://openalex.org/W2070731596
  • https://openalex.org/W2071981478
  • https://openalex.org/W2073277413
  • https://openalex.org/W2075674007
  • https://openalex.org/W2076198620
  • https://openalex.org/W2079175180
  • https://openalex.org/W2080174751
  • https://openalex.org/W2084542446
  • https://openalex.org/W2087524196
  • https://openalex.org/W2093884656
  • https://openalex.org/W2103082603
  • https://openalex.org/W2135781124
  • https://openalex.org/W2137839630
  • https://openalex.org/W2138634574
  • https://openalex.org/W2142439451
  • https://openalex.org/W2163933262
  • https://openalex.org/W2293133071
  • https://openalex.org/W2478627251
  • https://openalex.org/W2502678306
  • https://openalex.org/W2531242546
  • https://openalex.org/W2548586786
  • https://openalex.org/W2801004170
  • https://openalex.org/W2804183541
  • https://openalex.org/W2809795762
  • https://openalex.org/W2895890673