[논문]GaAsN 전도띠 바닥의 대칭성: 공명라만산란연구

성맹제

GaAsN 전도띠 바닥의 대칭성: 공명라만산란연구
Symmetry of GaAsN Conduction-band Minimum: Resonant Raman Scattering Study 원문보기

韓國眞空學會誌 = Journal of the Korean Vacuum Society, v.15 no.2, 2006년, pp.162 - 167

초록
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[ $GaAs_{1-x}N_{x}$ ]의 전도띠 바닥전자상태의 특성을 Ge 기판위에 성장시킨 $GaAs_{1-x}N_{x}(x{\leq}0.7)$ 박막에 대한 공명라만산란 실험을 수행함으로써 조사하였다. LO(longitudinal optical)-phonon 라만세기의 강한 공명상승이 $E_+$ 뿐만 아니라 $E_0$ 전이에너지 근처에서 관측되었다. 그러나 $E_+$ 전이에너지 아래와 근처에서 관측되는 분명한 LO-phonon 선폭 공명상승과 다양한 X와 L 영역경계 (zone-boundary) phonon의 활성화와는 대조적으로, $E_0$ 전이에너지 근처에서는 어떠한 LO-phonon 선폭 확장공명이나 날카로운 영역경계 phonon의 활성화가 관측되지 않았다. 관찰된 공명라만산란 결과는 GaAsN의 전도띠 바닥전자상태가 비국소화된 bulk GaAs와 거의 흡사한 ${\Gamma}$대칭 상태로 구성되었다는 사실을 의미한다.

Abstract ▼ AI-Helper

The symmetry of the conduction-band minimum of $GaAs_{1-x}N_{x}$ is probed by performing resonant Raman scattering (RRS) on thin layers of $GaAs_{1-x}N_{x}(x{\leq}0.7)$ epitaxially grown on Ge substrates. Strong resonance enhancement of the LO(longitudinal optical)-phonon Raman intensity is observed with excitation energies near the $E_0$ as well as $E_+$ transitions, However, in contrast to the distinct LO-phonon line-width resonance enhancement and activation of various X and L zone-boundary phonons brought about slightly below and near the $E_+$ transition, respectively, we have not observed any resonant LO-phonon line-width broadening or activation of sharp zone-boundary phonons near the $E_0$ transition. The observed RRS results reveal that the conduction-band minimum of GaAsN predominantly consists of the delocalized GaAs bulk-like states of ${\Gamma}$ symmetry.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

Ge의 bandgap0] GaAsi-xNx epilayer의 bandgap보다 훨씬 작기 때문에 GaAsiNx 으로부터 여기된 전자-양공 짝의 대부분은 GaAsiNx 에서의 어떠한 복사 재결합 없이 Ge기판으로 전달됨으로써 Eo 근처에서의 강한 luminescence를 피할 수 있다. 본 연구에서는 Eo에서 E+까지의 범위를 갖는 입사에너지로 GaAsiNx (N< 0.7%)에 대한 공명라만실험을 수행하였다. LO-pho non 라만세기는 E+ 근처뿐만 아니라 Eo 근처에서도 강한 공명증강 현상을 보여주었다.
E+전이 에너지 근처에서의 L과 X zone-boun dary phonon의 강한 공명라만효과와 아주 희귀한 LO(longitudinal optical) —phonon 선폭 확장 현상은 E+ 전자상태 아래쪽에 많은 국소화된 질소 공명 상태가 존재한다는 것을 암시한다. 이러한 E+에 대한 RRS 결과에 강하게 자극되어 이 논문에서는 RRS를 이용하여 GaAsi-xNx 전도띠 바닥의 성질을 조사했다. Direct bandgap 반도체의 Eo 근처에서의 공명라만산란은 약한 라만신호와 비교하여 훨씬 강력 한 bandgap luminescence 때문에 매우 어렵다고 알려져 있다.

제안 방법

GaAsi-xNjxMO. 7)의전도띠 바닥상태의 대칭성과 국소화 정도를 연구하였다. LO-phonon 라만세기의 강한 공명상승 현상이 E+뿐만 아니라 Eo 전이 에너지 근처에서 관측되었다.
7% GaAsN 시료의 라만스펙트럼. LO—phonon 라만신호 세기가 같아지도록 scale을 조정하였다. LO—phonon 라만 신호의 폭이 변하는 것을 쉽게 볼 수 있다.
입사광의 에너지에 따라서, DCM 혹은 Rhodamine 6G dye laser 또는 Ti:sapphire 레이저를 입사광원으로 사용하였다. 산란된 광자는 SPEX 0.6-m triple spectrometer를 이용하여 분산시켰고 액체질소로 냉각된 CCD 검출기로 라만신호를 검출하였다. 분광기로 측정한 라만 진동수는 GaAs epilayer의 LO-phonon의 진동수 (295cnT')를 이용하여 보정되었다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 GaAsiNx 시료는 성장방향이 [411] 또는 [111]쪽으로 6°기울어진 [001] Ge 기판 위에 상압 OMVPE (OrganoMetalic Vapor Phase Epitaxy)로 성장되었다. Ge 기판은 650°C로 가열을 한 후 성장하기 전에 2분 동안 수소에서 그리고 2분 동안 PH₃ 과 수소에서 열처리를 하였다.
Direct bandgap 반도체의 Eo 근처에서의 공명라만산란은 약한 라만신호와 비교하여 훨씬 강력 한 bandgap luminescence 때문에 매우 어렵다고 알려져 있다. 이 어려움을 극복하기 위하여 본 연구에서는 Ge 기판 위에 성장시킨 GaAsiNx epilayer를 사용했다. Ge의 bandgap0] GaAsi-xNx epilayer의 bandgap보다 훨씬 작기 때문에 GaAsiNx 으로부터 여기된 전자-양공 짝의 대부분은 GaAsiNx 에서의 어떠한 복사 재결합 없이 Ge기판으로 전달됨으로써 Eo 근처에서의 강한 luminescence를 피할 수 있다.
[2] 공명 라만산란 측정은 10K에서 시료 성장표면에 대하여 quasi-back- scattering 조건에서 수행되었다. 입사광의 에너지에 따라서, DCM 혹은 Rhodamine 6G dye laser 또는 Ti:sapphire 레이저를 입사광원으로 사용하였다. 산란된 광자는 SPEX 0.

성능/효과

7% GaAsN 시료의 공명라만곡선은 그림 3(a)에 나와 있듯이 LO phonon 라만세기의 입사광 에너지의 함수로서 입사광 에너지가 electrorefiectance 실험으로부터 측정된 E+ 근처 뿐만 아니 라 E。근처 에서 강한 공명 상승을 보여준다.[2] E+ 에너지 근처에서 관측된 저온에서의 LO-phonon 라만세기 공명은 LO-phonon 라만 세기의 강한 공명상승이 E+전이 에너지 보다 조금 더 높은 에너지에서 관찰된 상온 측정 결과와 매우 유사하다. [18] 또한 그림 3(a)에서 볼 수 있듯이 E+ 에너지 근처에서의 LO-phonon 라만세기 상승과 더불어 Eo 에너지 근처에서도 LO-phonon 라만세기 공명은 훨씬 좁은 폭으로 관측되었다.
[21] Eo과 E+의 에너지 는 electroreflectance 즉정으로부터 결정되었고 자세한 실험적인 설명은 이미 다른 논문에 보고 되 었다. [2] 공명 라만산란 측정은 10K에서 시료 성장표면에 대하여 quasi-back- scattering 조건에서 수행되었다. 입사광의 에너지에 따라서, DCM 혹은 Rhodamine 6G dye laser 또는 Ti:sapphire 레이저를 입사광원으로 사용하였다.
E。와 E+ 전이는 GaAsN 의 valence-band maximum을 공통의 초기전자 상태로 갖기 때문에, Eo와 E+ 전이에너지 근처에서 관측된 RRS 현상의 차이에 대한 원인은 이들 전이의 마지막 전자 상태(전도띠 바닥과 E+ 상태)이다. 그러므로 앞에서 관측된 Eo 에너지 근처에서의 공명라만 결과를 바탕으로 GaAsiNx 의 전도띠 바닥치가 주로「대칭성의 비국소화된 bulk GaAs 같은 상태로 만들어 졌다고 결론 내릴 수 있다.
반면에, 분명한 LO-phonon 선폭확장의 최대치 와 다양한 X오} L zone—boundary phonon의 활성화가 E+ 전이에너지 근처에서 관측되었지만 어떠한 비정상적인 LO-phonon 선폭확장이나 Eo 전이 에너지 근처에서 날카로운 zone-boundary phonon의 활성화를 관측하지 못하였다. 따라서 Eo 전이 에너지 근처에서 관측된 공명라만산란 결과는 GaAsi-xNx의전도띠 바닥전자상태가 r 대칭성의 비국소화된 bulk GaAs와 같은 상태로부터 주로 유도되었다는 것을 증명 한다.
만약 중간전자상태가 잘 정의된 운동량 k를 가지는 Bloch 상태라면 쌍극자 근사에서 운동량 q=0 을 가진 영역중심 (Cphonon만이 라만 산란에서 허용되고 phonon 선폭은 공명 근처에서 변하지 않아야 한다. 이와는 대조적으로, 만약 중간전자상태가 강하게국소화된 불순물에 의해 생성되어 그 파동함수가 k=0 을 제외한 많은 다른 k 성분으로 구성되어 있다면, q 老0을 가진 phonon은 공명근처에서 활성화 되고, 결과적으로 phonon 선 모양은 공명에너지 근처에서 선폭 확장을 보여줄 것이다. GaAs—xNx(XM2.
단지 1% 질소만이 GaAs 에 도핑되어도 약 ~200meV 정도의 커다란 밴드갭 (E。) 감소가 관측되었으며, 최근에는, 전도띠 내에서 질소에 의해 유도된 전자상태 (E+)가 electroreflectance[2] 와 고압즉정[3]에서 관찰되었다. 질소의 농도(M3%)를 증가시킴에 따라 Eo의 적색이동과는 대조적으로 E+는 Eo 적색 이동의 약 2/3 비율로 커다란 청색이동을 나타내었다. GaAsiNx에서 Eo와 E+의 관측된 모습이 근본적으로 (1)질소에 의해 유도된 대칭 깨짐과 서로 다른 전도띠 사이의 상호작용[6-9] 때문인지 , ⑵GaAs 에서 전도띠 바닥과 고립공명 전자상태 (N。사이의 band anti—crossing[3, 10] 때문인지, 혹은 (3) 질소쌍과 질소클러스터 상태로부터 시작된 불순물 전자 띠의 형성 [11-14] 때문에 발생한 것인지는 아직까지분명하지 않다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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