Published January 20, 2024 | Version v1
Publication Open

Growth Mode Transition in Two-Dimensional GaSe on Three-Dimensional GaN/Sapphire Platform: Implication for Self-Powered Photodetection

Creators

  • 1. National Yang Ming Chiao Tung University
  • 2. National Tsing Hua University
  • 3. Can Tho University

Description

This work reports molecular beam epitaxy (MBE) of two-dimensional (2D) GaSe on a three-dimensional (3D) GaN/sapphire platform, which is widely recognized as a potential candidate for electronics and optoelectronic applications. Herein, we have demonstrated that regulating the adatoms' mobility via growth temperature can enable a growth mode transition from screw dislocation-driven (SDD) to layer-by-layer (LBL) in the epitaxy of 2D-GaSe. Typically, the high-density and uniform spiral structure is observed in the SDD-GaSe at low temperatures (≤500 °C), while μm-scale triangular LBL-GaSe morphology was dominant at high-temperature regime. The diverse optical properties of 2D-GaSe layers under different growth modes were comprehensively investigated, where the unique behaviors of the in-plane propagation (E1g) Raman mode in the SDD-GaSe as well as the resonant effect in the LBL-GaSe have been reported for the first time. Moreover, a significant blueshift of ∼0.21 eV in PL spectra of the LBL-GaSe layer with respect to the SDD-GaSe layer is indicated. This opens up the probability for band structure engineering of the 2D-GaSe epitaxial layers by switching the growth mode. Attractively, the LBL-GaSe multilayers exhibited a current density ∼120 nA/cm2 at zero bias; thus, it could be an auspicious candidate for self-powered photodetecting applications.

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

Translated Description (Arabic)

يشير هذا العمل إلى تجسيد الحزمة الجزيئية (MBE) لـ GaSe ثنائي الأبعاد (2D) على منصة GaN/sapphire ثلاثية الأبعاد (3D)، والتي يتم الاعتراف بها على نطاق واسع كمرشح محتمل للإلكترونيات والتطبيقات الإلكترونية الضوئية. هنا، أثبتنا أن تنظيم حركة الذرات عبر درجة حرارة النمو يمكن أن يتيح انتقال وضع النمو من خلع اللولب (SDD) إلى طبقة تلو الأخرى (LBL) في خلاصة 2D - Gase. عادة، يتم ملاحظة البنية الحلزونية عالية الكثافة والمنتظمة في SDD - Gase عند درجات حرارة منخفضة (≤500 درجة مئوية)، في حين أن التشكل الثلاثي LBL - Gase على مقياس ميكرومتر كان سائدًا في نظام درجات الحرارة العالية. تم فحص الخصائص البصرية المتنوعة لطبقات 2D - Gase تحت أنماط نمو مختلفة بشكل شامل، حيث تم الإبلاغ عن السلوكيات الفريدة لنمط الانتشار داخل الطائرة (E1g) Raman في SDD - Gase بالإضافة إلى التأثير الرنان في LBL - Gase لأول مرة. علاوة على ذلك، يشار إلى تحول أزرق كبير قدره 0.21 eV في أطياف PL لطبقة LBL - Gase فيما يتعلق بطبقة SDD - Gase. هذا يفتح احتمال هندسة بنية النطاق للطبقات الفوقية 2D - Gase عن طريق تبديل وضع النمو. من الناحية الجذابة، أظهرت الطبقات المتعددة LBL - Gase كثافة تيار تبلغ 120 نانومتر/سم 2 عند انحياز صفري ؛ وبالتالي، يمكن أن يكون مرشحًا ميمونًا لتطبيقات الكشف الضوئي التي تعمل بالطاقة الذاتية.

Translated Description (French)

Ce travail rapporte l'épitaxie par faisceau moléculaire (MBE) de GaSe bidimensionnel (2D) sur une plate-forme en GaN/saphir tridimensionnelle (3D), largement reconnue comme un candidat potentiel pour les applications électroniques et optoélectroniques. Ici, nous avons démontré que la régulation de la mobilité des adatomes via la température de croissance peut permettre une transition du mode de croissance de la dislocation par vis (SDD) à la couche par couche (LBL) dans l'épitaxie de 2D-GaSe. Typiquement, la structure en spirale de haute densité et uniforme est observée dans le SDD-GaSe à basse température (≤500 °C), tandis que la morphologie triangulaire LBL-GaSe à l'échelle μm était dominante à haute température. Les diverses propriétés optiques des couches 2D-GaSe sous différents modes de croissance ont été étudiées de manière approfondie, où les comportements uniques du mode Raman de propagation dans le plan (E1g) dans le SDD-GaSe ainsi que l'effet résonant dans le LBL-GaSe ont été rapportés pour la première fois. De plus, un décalage vers le bleu significatif d'environ0,21 eV dans les spectres PL de la couche LBL-GaSe par rapport à la couche SDD-GaSe est indiqué. Cela ouvre la probabilité pour l'ingénierie de la structure de bande des couches épitaxiales 2D-GaSe en commutant le mode de croissance. De manière attrayante, les multicouches LBL-GaSe présentaient une densité de courant ∼120 nA/cm2 à polarisation nulle ; ainsi, cela pourrait être un candidat de bon augure pour les applications de photodétection auto-alimentées.

Translated Description (Spanish)

Este trabajo informa sobre la epitaxia de haz molecular (MBE) de GaSe bidimensional (2D) en una plataforma tridimensional (3D) de GaN/zafiro, que es ampliamente reconocida como un candidato potencial para aplicaciones electrónicas y optoelectrónicas. En este documento, hemos demostrado que la regulación de la movilidad de los adatomos a través de la temperatura de crecimiento puede permitir una transición del modo de crecimiento de la dislocación de tornillos (SDD) a la capa por capa (LBL) en la epitaxia de 2D-GaSe. Típicamente, la estructura espiral uniforme y de alta densidad se observa en el SDD-GaSe a bajas temperaturas (≤500 °C), mientras que la morfología LBL-GaSe triangular a escala μm fue dominante en régimen de alta temperatura. Se investigaron exhaustivamente las diversas propiedades ópticas de las capas 2D-GaSe en diferentes modos de crecimiento, donde se informaron por primera vez los comportamientos únicos del modo Raman de propagación en el plano (E1g) en el SDD-GaSe, así como el efecto resonante en el LBL-GaSe. Además, se indica un desplazamiento azul significativo de ~0.21 eV en los espectros PL de la capa LBL-GaSe con respecto a la capa SDD-GaSe. Esto abre la probabilidad de ingeniería de la estructura de bandas de las capas epitaxiales 2D-GaSe al cambiar el modo de crecimiento. De manera atractiva, las multicapas de LBL-GaSe exhibieron una densidad de corriente de ~120 nA/cm2 con polarización cero; por lo tanto, podría ser un candidato auspicioso para aplicaciones de fotodetección autoalimentadas.

Files

acsanm.3c05343.pdf

Files (15.8 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
md5:23d3be7fcd9cd6ab7ba023f01e7e3145
15.8 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
انتقال وضع النمو في GaSe ثنائي الأبعاد على منصة GaN/Sapphire ثلاثية الأبعاد: الآثار المترتبة على الكشف الضوئي الذاتي
Translated title (French)
Transition du mode de croissance en GaSe bidimensionnel sur une plate-forme en GaN/Saphir tridimensionnelle : Implication pour la photodétection auto-alimentée
Translated title (Spanish)
Transición del modo de crecimiento en GaSe bidimensional en plataforma tridimensional de GaN/zafiro: implicaciones para la fotodetección autoalimentada

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4391044379
DOI
10.1021/acsanm.3c05343

Is supplement to
https://openalex.org/W952644093 (Other)
https://openalex.org/W4303857776 (Other)
https://openalex.org/W3146124983 (Other)
https://openalex.org/W2943149957 (Other)
https://openalex.org/W2942967341 (Other)
https://openalex.org/W2897512290 (Other)
https://openalex.org/W2076228954 (Other)
https://openalex.org/W2067195595 (Other)
https://openalex.org/W2039672978 (Other)
https://openalex.org/W1992412214 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Vietnam

References

  • https://openalex.org/W1578356532
  • https://openalex.org/W2013515754
  • https://openalex.org/W2041090874
  • https://openalex.org/W2045540302
  • https://openalex.org/W2054838283
  • https://openalex.org/W2065099135
  • https://openalex.org/W2138204364
  • https://openalex.org/W2304911030
  • https://openalex.org/W2465221978
  • https://openalex.org/W2532040222
  • https://openalex.org/W2546936931
  • https://openalex.org/W2589048339
  • https://openalex.org/W2613536909
  • https://openalex.org/W2752505913
  • https://openalex.org/W2784322058
  • https://openalex.org/W2785138541
  • https://openalex.org/W2790155974
  • https://openalex.org/W2803759013
  • https://openalex.org/W2883565042
  • https://openalex.org/W2954018390
  • https://openalex.org/W2985457357
  • https://openalex.org/W2991507010
  • https://openalex.org/W3000477231
  • https://openalex.org/W3001740463
  • https://openalex.org/W3002263032
  • https://openalex.org/W3008030799
  • https://openalex.org/W3011133385
  • https://openalex.org/W3013108461
  • https://openalex.org/W3041304918
  • https://openalex.org/W3044535395
  • https://openalex.org/W3048300313
  • https://openalex.org/W3106150808
  • https://openalex.org/W3195541507
  • https://openalex.org/W3204532825
  • https://openalex.org/W4206016777
  • https://openalex.org/W4283164567
  • https://openalex.org/W4311159736
  • https://openalex.org/W4315754562
  • https://openalex.org/W4382654039