Thin GaAsBi layers and bismide-based multiple quantum structures were grown by migration-enhanced epitaxy onto GaAs(100) substrates at 140–240 °C temperatures. The Bi content in GaAs, evaluated from high-resolution X-ray diffraction scans, varied from 2.5 to 10.3% depending on growth temperature, Bi and As atomic ratio as well as on the sequence of Ga, Bi, and As molecular supplies. The atomic force microscopy revealed a tendency of smoothening of the GaAsBi surface with substrate temperature decreasing. Transmission electron microscopy investigations evidenced high crystalline material quality of GaAsBi quantum wells and GaAs barriers.

Keywords: GaAsBi, migration-enhanced epitaxy, quantum wells
PACS: 81.05.Ea, 81.15.Hi, 81.07.Vb

PLONŲJŲ EPITAKSINIŲ GaAsBi SLUOKSNIŲ AUGINIMAS SKATINANT ATOMŲ MIGRACIJĄ
R. Butkutė^a, V. Pačebutas^a, A. Krotkus^a, N. Knaub^b, K. Volz^b
aFizinių ir technologijos mokslų centras, Vilnius, Lietuva
^bMarburgo Phillips universiteto Fizikos fakulteto Medžiagotyros centras, Marburgas, Vokietija

Straipsnyje pateikiama plonųjų GaAsBi sluoksnių ir kvantinių darinių auginimo, pasitelkiant migraciją paskatinančią epitaksiją, studija. Darbe tiriama ir analizuojama technologinių sąlygų įtaka praskiestųjų bismidų sluoksnių ir kvantinių darinių kristalinei sandarai bei paviršiaus šiurkštumui. Ploni GaAsBi sluoksniai ir dariniai buvo auginami ant GaAs(100) padėklų esant 140–240 °C temperatūrai. Bi koncentracija, įvertinta matuojant didelės skyros rentgeno spindulių difrakcijos (004) plokštumos atspindžio smailės svyravimo kreives, priklausė nuo pasirinktos auginimo temperatūros, Bi ir As srautų santykio bei Ga-Bi-As atominių sluoksnių užpildos sekos ir kito nuo 2,5 iki 10,3 %. Atominių jėgų mikroskopiniai tyrimai atskleidė GaAsBi sluoksnių paviršiaus šiurkštumo mažėjimo tendenciją (mažėjant auginimo temperatūrai). Peršviečiančiojo elektronų mikroskopo vaizdai patvirtino aukštą plonų bismidų sluoksnių ir kvantinių darinių kristalinę kokybę, homogenišką Bi pasiskirstymą ir aštrias ribas tarp GaAsBi kvantinių duobių ir GaAs barjerų.

References / Nuorodos

[1] S. Francoeur, M.J. Seong, A. Mascarenhas, S. Tixier, M. Adamcyk, and T. Tiedje, Band gap of GaAs_1–xBi_x, 0<x<3.6%, Appl. Phys. Lett. 82(22), 3874–3876 (2003),
http://dx.doi.org/10.1063/1.1581983

[2] B. Fluegel, S. Francoeur, A. Mascarenhas, S. Tixier, E.C. Young, and T. Tiedje, Giant spin-orbit bowing in GaAs_1–xBi_x, Phys. Rev. Lett. 97, 067205-1–4 (2006),
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.97.067205

[3] V. Pačebutas, K. Bertulis, L. Dapkus, G. Aleksejenko, A. Krotkus, K.M. Yu, and W. Walukiewicz, Characterization of low-temperature molecular-beam-epitaxy grown GaBiAs layers, Semicond. Sci. Technol. 22, 819–823 (2007),
http://dx.doi.org/10.1088/0268-1242/22/7/026

[4] K. Oe and H. Okamoto, New semiconductor alloy GaAs_1–xBi_x grown by metal organic vapor phase epitaxy, Jpn. J. Appl. Phys. 37, L1283–L1285 (1998),
http://dx.doi.org/10.1143/JJAP.37.L1283

[5] K. Oe, Characteristics of semiconductor alloy GaAs_1–xBi_x, J. Appl. Phys. 41, 2801–2806 (2002),
http://dx.doi.org/10.1143/JJAP.41.2801

[6] Y. Horikoshi, M. Kawashima, and H. Yamaguchi, Migration-enhanced epitaxy of GaAs and AlGaAs, Jpn. J. Appl. Phys. 27(2), 169–179 (1988),
http://dx.doi.org/10.1143/JJAP.27.169

[7] Y. Horikoshi, Migration-enhanced epitaxy of GaAs and AlGaAs, Semicond. Sci. Technol. 8, 1032–1051 (1993),
http://dx.doi.org/10.1088/0268-1242/8/6/010

[8] B. Tadayon, S. Tadayon, W.J. Schaff, M.G. Spencer, G.L. Harris, P.J. Tasker, C.E.C. Wood, and L.F. Eastman, Reduction of Be diffusion in GaAs by migration‐enhanced epitaxy, Appl. Phys. Lett. 55, 59–61 (1990),
http://dx.doi.org/10.1063/1.101753

[9] F.W. Smith, A.R. Calawa, C.-L. Chen, M.J. Manfera, and L.J. Mahoney, New MBE buffer used to eliminate backgating in GaAs MESFETs, IEEE Electron Dev. Lett. 9, 77–80 (1988),
http://dx.doi.org/10.1109/55.2046

[10] G.J. Davies and D. Williams, The Technology and Physics of Molecular Beam Epitaxy, ed. E.H.C. Parker (Plenum Press, New York, 1985),
http://www.springer.com/gp/book/9781489953667

[11] V.V. Preobrazhenskii, M.A. Putyato, O.P. Pchelyakov, and B.R. Semyagin, Experimental determination of the incorporation factor of As₄ during molecular beam epitaxy of GaAs, J. Cryst. Growth 201–202, 170–173 (1999),
http://dx.doi.org/10.1016/S0022-0248(98)01308-6

[12] S. Nagata and T. Tanaka, Self‐masking selective epitaxy by molecular‐beam method, J. Appl. Phys. 48, 940–942 (1977), http://dx.doi.org/10.1063/1.323712

[13] A. Janotti, S.-H. Wei, and S.B. Zhang, Theoretical study of the effects of isovalent coalloying of Bi and N in GaAs, Phys. Rev. B 65, 115203-1–5 (2002),
http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.65.115203

[14] X. Lu, D.A. Beaton, R.B. Lewis, T. Tiedje, and M.B. Whitwick, Effect of molecular beam epitaxy growth conditions on the Bi content of GaAs_1–xBi_x, Appl. Phys. Lett. 92, 192110-1–3 (2008),
http://dx.doi.org/10.1063/1.2918844

[15] B.A. Joyce, D.D. Vvedensky, T.S. Jones, M. Itoh, G.R. Bell, and J.G. Belk, In situ studies of III–V semiconductor film growth by molecular beam epitaxy, J. Cryst. Growth 201–202, 106–112 (1999),
http://dx.doi.org/10.1016/S0022-0248(98)01295-0