1. Optical and structural properties of In-rich InxGa1−xAs epitaxial layers on (1 0 0) InP for SWIR detectors
- Author
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Marwa Ben Arbia, F. Saidi, Hassen Maaref, Fredj Hassen, Demir Ilkay, Altuntas Ismail, Zied Othmen, Brahim Dkhil, Elagoz Sezai, Badreddine Smiri, Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Laboratoire de Micro-optoélectronique et Nanostructures [Monastir], Faculté des Sciences de Monastir (FSM), Université de Monastir - University of Monastir (UM)-Université de Monastir - University of Monastir (UM), Cumhuriyet University [Sivas, Turkey], Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse (ISSATS), Université de Sousse, Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides (SPMS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- Subjects
PL ,Photoluminescence ,Materials science ,Band gap ,Residual stress ,chemistry.chemical_element ,02 engineering and technology ,Epitaxy ,01 natural sciences ,symbols.namesake ,Lattice mismatch ,0103 physical sciences ,Dislocation ,General Materials Science ,Metalorganic vapour phase epitaxy ,HR-XRD ,Raman ,010302 applied physics ,[PHYS]Physics [physics] ,business.industry ,Mechanical Engineering ,Rich indium content ,Heterojunction ,021001 nanoscience & nanotechnology ,Condensed Matter Physics ,Blueshift ,Carrier localization ,chemistry ,Mechanics of Materials ,symbols ,Optoelectronics ,0210 nano-technology ,Raman spectroscopy ,business ,Indium - Abstract
International audience; In-rich InxGa1−xAs epitaxial layers were grown on InP (1 0 0) substrates by a metalorganic vapor phase epitaxy (MOVPE) technique. The effect of Indium (In) composition on the crystalline quality and optical properties are investigated. High resolution X-ray diffraction (HR-XRD) measurement and Raman scattering spectrum are used to evaluate the crystalline quality, the residual strain and dislocation density property. The number of dislocations in the epitaxial layers is found to increase by increasing the Indium content in order to release the stresses due to the epitaxial clamping. Photoluminescence (PL) measurement is used to characterize the optical properties. At 10 K, PL measurements show that the InGaAs band gap redshifts with the indium content. Moreover, the asymmetry at the low-energy side of the PL peak has been attributed to the presence of localized excitons. In all samples, a blue shift of PL peaks is evidenced by increasing the excitation power density, which is in line with the presence of carrier’s localization and non-idealities in this system. Moreover, the temperature-dependence of the PL peak energy displays an unusual red-blue-red shift (S-shaped) behavior when raising the temperature. These observations can be related to the inhomogeneous distribution of indium which gives rise to the appearance of dislocations and other defects which serve as traps for charge carriers. Interestingly, those highly In-content InxGa1−xAs epitaxial layers show PL emission located between 1637 and 1811 nm (depending on In content) and thus might be suitable for in the design of novel heterostructure devices such as short wave infrared (SWIR) detectors.
- Published
- 2020