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Enregistrement W2904197127 · doi:10.1149/ma2018-02/31/1088

Decoupling Strain and Composition Effects on Ge<sub>1-Y</sub>Sn<sub>y</sub> Lattice Vibrations

2018· article· en· W2904197127 sur OpenAlexaffabout
Étienne Bouthillier, Simone Assali, Jérôme Nicolas, Oussama Moutanabbir

Notice bibliographique

RevueECS Meeting Abstracts · 2018
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiquePhotonic and Optical Devices
Établissements canadiensPolytechnique Montréal
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésRaman spectroscopyMaterials scienceSemiconductorBand gapExcitationInfraredOptoelectronicsLattice (music)Molecular vibrationTinDirect and indirect band gapsCondensed matter physicsOpticsPhysics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Probing the behavior of vibrational modes in semiconductors is central to understand their basic structural, optical, and phononic properties. This is particularly true for the emerging GeSn and SiGeSn. This family of group-IV semiconductors is of growing interest for optoelectronic applications, notably due to the possibility of tuning the bandgap to cover a broad range from the short-wave infrared to the mid-infrared. An indirect to direct transition in GeSn alloys is expected for Sn incorporation higher than 9%, which can lead to the development of high efficiency light emission and detection devices. The growth of such alloys has however proven challenging due to the low solubility of Sn in Ge (≈1%). In addition, any residual strain means more tin incorporation is required to obtain a direct-bandgap [1]. The alloying process enables tuning the electronic and optoelectronic properties, but it also comes with enhanced lattice disorder thus affecting the lattice vibrational modes. Raman spectroscopy is commonly used to assess the role of composition y and strain ε in shaping the lattice vibrations. Curiously enough, previous works on GeSn mainly focused on analyzing the behavior of Ge-Ge mode. This is due to the broad use of 488 nm [2] or 532 nm [3], [4] excitation lines, which yield a very weak signal of the Ge-Sn mode. Alternatively, the use of a 633 nm excitation enables a clear detection of all Raman modes in GeSn layers independently of their composition. This is plausibly attributed to the fact that this wavelength might be close to resonance with the alloy’s E1 gap [5]. There are very few reports on the identification of the Ge-Sn mode [6], but quantitative analyses of the effects of composition and strain on this mode remain conspicuously missing in literature. With this perspective, this work presents a detailed study of Raman vibrational modes in Sn-rich (7-18 at.%) GeSn semiconductors. Samples were grown in a low-pressure chemical vapor deposition (LP-CVD) reactor using monogermane and tin-tetrachloride precursors. The samples consist of one or two GeSn layer(s) on a Ge virtual substrate (VS) on a Si wafer. Using X-ray diffraction (XRD), reciprocal space mappings were performed on all samples to retrieve the composition and the strain. Raman measurements have been carried out on an InVia Microscope from Renishaw with a 633 nm laser. While Voigt or Lorentzian functions are commonly used for fitting peaks, they cannot reproduce the asymmetric broadening typical to GeSn Raman peaks (Fig. 1). This asymmetry is due to alloying as substitutional Sn atoms break the translational symmetry and lead to a relaxation of the momentum selection rule [7]. To perform the fits, we are therefore using exponentially modified gaussian (EMG) functions, which can better reproduce the line shape of the Raman modes. A typical Raman spectrum appears in Fig. 1. Two-dimensional linear regressions are then performed to decouple the influence of strain and composition on the Raman shift of both modes. The resulting functions are illustrated in Fig. 2 and the coefficients appear in table 1. The planar fits accurately represent the distributions, as confirmed by the relatively small error on both a and b parameters (<10%) and the coefficients of determination near 0.99. Furthermore, the calculated Raman shift of the Ge-Ge mode in the limit of a pure and completely relaxed Ge layer is equal to the value obtained for bulk germanium, and the a and b parameters are comparable to those found in earlier studies for the Ge-Ge mode. Based on these detailed Raman studies, an exhaustive discussion of the influence of lattice strain and Sn content on GeSn vibrational modes will be presented. Acknowledgements The authors thank J. Bouchard for the technical support, and NSERC Canada (Discovery, SPG, and CRD Grants), Canada Research Chair, Canada Foundation for Innovation, Mitacs, FRQNT, Institut de l’énergie Trottier and MRIF Québec for support. References [1] A. Attiaoui and O. Moutanabbir, J. Appl. Phys., vol. 116, no. 6, 2014. [2] R. R. Lieten et al., ECS J. Solid State Sci. Technol., vol. 3, no. 12, pp. P403–P408, 2014. [3] A. Gassenq et al., Appl. Phys. Lett., vol. 110, no. 11, p. 112101, Mar. 2017. [4] S. Bagchi et al., Phys. Rev. B, vol. 84, no. 19, p. 193201, Nov. 2011. [5] V. R. D’Costa et al., Phys. Rev. B - Condens. Matter Mater. Phys., vol. 76, no. 3, pp. 1–9, 2007. [6] J. H. Fournier-Lupien et al., Appl. Phys. Lett., vol. 103, no. 26, pp. 10–15, 2013. [7] P. Parayanthal and F. H. Pollak, Phys. Rev. Lett., vol. 52, no. 20, pp. 1822–1825, 1984. Figure 1

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,002
Score d'incertitude au seuil0,007

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,001

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,008
Tête enseignante GPT0,222
Écart entre enseignants0,213 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2018
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Résumé présentoui

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