The effect of Furnace Annealing (FA) and Rapid Thermal annealing (RTA) on the structural and optical properties of GaAs1 − xBix/GaAs single quantum wells grown on (001) and (311)B substrates by molecular beam epitaxy was investigated. The structural properties were investigated by high-resolution x-ray diffraction (HR-XRD) and Transmission Electron Microscopy. The Bi concentration profiles were determined by simulating the HR-XRD 2θ−ω scans using dynamical scattering theory to estimate the Bi content, lattice coherence, and quality of the interfaces. The Bi composition was found to be similar for both samples grown on (001) and (311)B GaAs substrates. However, the simulations indicate that the Bi composition is not only limited in the GaAsBi quantum well (QW) layer but also extends out of the GaAsBi QW toward the GaAs barrier. Photoluminescence (PL) measurements were performed as a function of temperature and laser power for samples with a nominal Bi composition of 3%. PL spectra showed that (001) and (311)B samples have different peak energies at 1.23 eV and 1.26 eV, respectively, at 10 K. After RTA at 300 °C for 2 min, the PL intensity of (311)B and (001) samples was enhanced by factors of ∼2.5 and 1.75, respectively. However, for the (001) and (311)B FA samples, an enhancement of the PL intensity by a factor of only 1.5 times could be achieved. The enhancement of PL intensity in annealed samples was interpreted in terms of PL activation energies, with a reduction in the alloy disorder and an increase in the Bi cluster.
REFERENCES
1.
S.
Francoeur
, M.-J.
Seong
, A.
Mascarenhas
, S.
Tixier
, M.
Adamcyk
, and T.
Tiedje
, Appl. Phys. Lett.
82
, 3874
(2003
). 2.
V. V.
Pačebutas
, K.
Bertulis
, G.
Aleksejenko
, and A.
Krotkus
, J. Mater. Sci. Mater. Electron.
20
, 363
(2009
). 3.
B.
Fluegel
, S.
Francoeur
, and A.
Mascarenhas
, Phys. Rev. Lett.
97
, 067205
(2006
). 4.
Z.
Batool
, K.
Hild
, T. J. C.
Hosea
, X.
Lu
, T.
Tiedje
, and S. J.
Sweeney
, J. Appl. Phys.
111
, 113108
(2012
). 5.
A.
Chernikov
, V.
Bornwasser
, M.
Koch
, S. W.
Koch
, X.
Lu
, S. R.
Johnson
, D. A.
Beaton
, T.
Tiedje
, and S.
Chatterjee
, Semicond. Sci. Technol.
27
, 085012
(2012
). 6.
S.
Imhof
, C.
Wagner
, A.
Thränhardt
, A.
Chernikov
, M.
Koch
, N. S.
Koster
, S.
Chatterjee
, S. W.
Koch
, O.
Rubel
, X.
Lu
, S. R.
Johnson
, D. A.
Beaton
, and T.
Tjedje
, Appl. Phys. Lett.
98
, 161104
(2011
). 7.
M. A. G.
Balanta
, J.
Kopaczek
, V. O.
Gordo
, B. H. B.
Santos
, A. D.
Rodrigues
, H. V. A.
Galeti
, R. D.
Richards
, F.
Bastiman
, J. P. R.
David
, R.
Kudrawiec
, and Y. G.
Gobato
, J. Phys. D Appl. Phys.
49
, 355104
(2016
). 8.
A. H.
Carvalho
, V.
Orsi Gordo
, H. V. A.
Galti
, Y. G.
Gobato
, M. P. F.
de Godoy
, R.
Kudrawiec
, O. M.
Lemine
, and M.
Henini
, J. Phys. D Appl. Phys.
47
, 075103
(2014
). 9.
I. A.
Buyanova
, W. M.
Chen
, and C. W.
Tu
, Solid State Electron.
47
, 467
(2003
). 10.
S.
Imhof
, A.
Thräanhardt
, A.
Chernikov
, M.
Koch
, N. S.
Koster
, K.
Kolata
, S.
Chatterjee
, S. W.
Koch
, X.
Lu
, S. R.
Johnson
, D. A.
Beaton
, T.
Tiedje
, and O.
Rubel
, Appl. Phys. Lett.
96
, 131115
(2010
). 11.
X.
Lu
, D. A.
Beaton
, R. B.
Lewis
, T.
Tiedje
, and Y.
Zhang
, Appl. Phys. Lett.
95
, 041903
(2009
). 12.
B.
Čechavičius
, R.
Adomavičius
, A.
Koroliov
, and A.
Krotkus
, Semicond. Sci. Technol.
26
, 085033
(2011
). 13.
R. B.
Lewis
, M.
Masnadi-Shirazi
, and T.
Tiedje
, Appl. Phys. Lett.
101
, 082112
(2012
). 14.
R.
Butkutė
, V.
Pačebutas
, B.
Čechavičius
, R.
Adomavičius
, A.
Koroliov
, and A.
Krotkus
, Phys. Status Solidi C
9
, 1614
(2012
). 15.
M.
Henini
, J.
Ibáñez
, M.
Schmidbauer
, M.
Shafi
, S. V.
Novikov
, L.
Turyanska
, S. I.
Molina
, D. L.
Sales
, M. F.
Chisholm
, and J.
Misiewicz
, Appl. Phys. Lett.
91
, 251909
(2007
). 16.
J. F.
Rodrigo
, D. L.
Sales
, M.
Shafi
, M.
Henini
, L.
Turyanska
, S.
Novikov
, and S. I.
Molina
, Appl. Surf. Sci.
256
, 5688
(2010
). 17.
M. K.
Shakfa
, D.
Kalincev
, X.
Lu
, S. R.
Johnson
, D. A.
Beaton
, T.
Tiedje
, A.
Chernikov
, S.
Chatterjee
, and M.
Koch
, J. Appl. Phys.
114
, 164306
(2013
). 18.
H.
Makhloufi
, P.
Boonpeng
, S.
Mazzucato
, J.
Nicolai
, A.
Arnoult
, T.
Hungria
, G.
Lacoste
, C.
Gatel
, A.
Ponchet
, H.
Carrère
, X.
Marie
, and C.
Fontaine
, Nanoscale Res. Lett.
9
, 123
(2014
). 19.
L.
Yue
, Y.
Song
, X.
Chen
, Q.
Chen
, W.
Pan
, X.
Wu
, J.
Liu
, L.
Zhang
, J.
Shao
, and S.
Wang
, J. Alloys Compd.
695
, 753
(2017
). 20.
Y.
Tominaga
, Y.
Kinoshita
, G.
Feng
, K.
Oe
, and M.
Yoshimoto
, Appl. Phys. Lett.
93
, 131915
(2008
). 21.
D.
Fan
, P. C.
Grant
, S.-Q.
Yu
, V. G.
Dorogan
, X.
Hu
, Z.
Zeng
, C.
Li
, M. E.
Hawkridge
, M.
Benamara
, Y. I.
Mazur
, G. J.
Salamo
, S. R.
Johnson
, and Z. M.
Wang
, J. Vac. Sci. Technol. B
31
, 03C105
(2013
). 22.
P. K.
Patil
, F.
Ishikawa
, and S.
Shimomura
, Superlattices Microstruct.
100
, 1205
(2016
). 23.
G. A.
Prando
, V.
Orsi Gordo
, J.
Puustinen
, J.
Hilska
, H. M.
Alghamdi
, G.
Som
, M.
Gunes
, M.
Akyol
, S.
Souto
, A. D.
Rodrigues
, H. V. A.
Galeti
, M.
Henini
, Y.
Galvão Gobato
, and M.
Guina
, Semicond. Sci. Technol.
33
, 084002
(2018
). 24.
M.
Gunes
, M. O.
Ukelge
, O.
Donmez
, A.
Ero
, C.
Gumus
, H.
Alghamdi
, H. V. A.
Galeti
, M.
Henini
, M.
Schmidbauer
, J.
Hilska
, J.
Puustinen
, and M.
Guina
, Semicond. Sci. Technol.
33
, 124015
(2018
). 25.
M. V.
Maksimov
, D. S.
Sizov
, A. G.
Makarov
, I. N.
Kayander
, L. V.
Asryan
, A. E.
Zhukov
, V. M.
Ustinov
, N. A.
Cherkashin
, N. A.
Bert
, N. N.
Ledentsov
, and D.
Bimberg
, Semiconductors
38
(10
), 1207
(2004
). 26.
E. V. K.
Rao
, A.
Ougazzaden
, Y.
Le Bellego
, and M.
Juhe
, Appl. Phys. Lett.
72
, 1409
(1998
). 27.
L.
Grenouillet
, C.
Bru-Chevallier
, G.
Guillot
, P.
Gilet
, P.
Ballet
, P.
Duvaut
, G.
Rolland
, and A.
Million
, J. Appl. Phys.
91
, 5902
(2002
). 28.
I.
Moussa
, H.
Fitouri
, Z.
Chine
, A.
Rebey
, and B.
El Jani
, Semicond. Sci. Technol.
23
, 125034
(2008
). 29.
Z.
Chine
, H.
Fitouri
, I.
Zaied
, A.
Rebey
, and B.
El Jani
, Semicond. Sci. Technol.
25
, 065009
(2010
). 30.
P. C.
Grant
, D.
Fan
, A.
Mosleh
, and S.-Q.
Yu
, J. Vac. Sci. Technol. B
32
, 02C119
(2014
). 31.
N.
Baladés
, D. L.
Sales
, M.
Herrera
, C. H.
Tan
, Y.
Liu
, R. D.
Richards
, and S. I.
Molina
, Nanoscale Res. Lett.
13
, 125
(2018
). 32.
G.
Pettinari
, A.
Polimeni
, M.
Capizzi
, J. H.
Blokland
, P. C. M.
Christianen
, J. C.
Maan
, E. C.
Young
, and T.
Tiedje
, Appl. Phys. Lett.
92
, 262105
(2008
). 33.
S.
Francouer
, S.
Tixier
, E. C.
Young
, T.
Tiedje
, and A.
Mascarenhas
, Phys. Rev. B
77
, 085209
(2008
). 34.
T.
Schmidt
, K.
Lischka
, and W.
Zulehner
, Phys. Rev. B
45
, 8989
(1992
). 35.
R.
Kudrawiec
, M.
Syperek
, P.
Poloczek
, J.
Misiewicz
, R. H.
Mari
, M.
Shafi
, M.
Henini
, Y.
Galvão Gobato
, S. V.
Novikov
, J.
Ibáñez
, M.
Schmidbauer
, and S. I.
Molina
, J. Appl. Phys.
106
, 023518
(2009
). 36.
S.
Mazzucato
, H.
Lehec
, H.
Carrère
, H.
Makhloufi
, A.
Arnoult
, C.
Fontaine
, T.
Amand
, and X.
Marie
, Nanoscale Res. Lett.
9
, 19
(2014
). 37.
Y. P.
Varshni
, Physica
34
, 149
(1967
). 38.
O.
Donmez
, A.
Erol
, M. C.
Arikan
, H.
Makhloufi
, A.
Arnoult
, and C.
Fontaine
, Semicond. Sci. Technol.
30
, 094016
(2015
). 39.
A. R.
Mohmad
, F.
Bastiman
, C. J.
Hunter
, R. D.
Richards
, S. J.
Sweeney
, J. S.
Ng
, J. P. R.
David
, and B. Y.
Majlis
, Phys. Status Solidi B
251
, 1276
(2014
). 40.
T.
Wilson
, N. P.
Hylton
, Y.
Harada
, P.
Pearce
, D.
Alonso-Álvarez
, A.
Mellor
, R. D.
Richards
, J. P. R.
David
, and N. J.
Ekins-Daukes
, Sci. Rep.
8
, 6457
(2018
). 41.
Y. I.
Mazur
, V. G.
Dorogan
, M.
Benamara
, M. E.
Ware
, M.
Schmidbauer
, G. G.
Tarasov
, S. R.
Johnson
, X.
Lu
, S.-Q.
Yu
, T.
Tiedje
, and G. J.
Salamo
, J. Phys. D Appl. Phys.
46
, 065306
(2013
). 42.
Y. I.
Mazur
, V. G.
Dorogan
, M.
Schmidbauer
, G. G.
Tarasov
, S. R.
Johnson
, X.
Lu
, M. E.
Ware
, S.-Q.
Yu
, T.
Tiedje
, and G. J.
Salamo
, J. Appl. Phys.
113
, 144308
(2013
). 43.
A. R.
Mohmad
, F.
Bastiman
, C. J.
Hunter
, R.
Richards
, S. J.
Sweeney
, J. S.
Ng
, and J. P. R.
David
, Appl. Phys. Lett.
101
, 012106
(2012
). 44.
S.
Mazzucato
, P.
Boonpeng
, H.
Carrère
, D.
Lagarde
, A.
Arnoult
, G.
Lacoste
, T.
Zhang
, A.
Balocchi
, T.
Amand
, X.
Marie
, and C.
Fontaine
, Semicond. Sci. Technol.
28
, 022001
(2013
). 45.
M.
Yoshimoto
, M.
Itoh
, Y.
Tominaga
, and K.
Oe
, J. Cryst. Growth
378
, 73
(2013
). 46.
S. M.
Olsthoorn
, F. A. J. M.
Driessen
, A. P. A. M.
Eijkelenboom
, and L. J.
Giling
, J. Appl. Phys.
73
, 7798
(1993
). 47.
H. D.
Sun
, S.
Calvez
, M. D.
Dawson
, J. A.
Gupta
, G. C.
Aers
, and G. I.
Sproule
, Appl. Phys. Lett.
89
, 101909
(2006
). 48.
M.
Usman
, C. A.
Broderick
, A.
Lindsay
, and E. P.
O’Reilly
, Phys. Rev. B
84
, 245202
(2011
). 49.
Y.
Zhang
, A.
Mascarenhas
, and L.-W.
Wang
, Phys. Rev. B
71
, 155201
(2005
). 50.
M.
Wu
, E.
Luna
, J.
Puustinen
, M.
Guina
, and A.
Trampert
, Nanotechnology
25
, 205605
(2014
). 51.
M. A. G.
Balanta
, V.
Orsi Gordo
, A. R. H.
Carvalho
, J.
Puustinen
, H. M.
Alghamdi
, M.
Henini
, H. V. A.
Galeti
, M.
Guina
, and Y.
Galvão Gobato
, J. Lumin.
182
, 49
–52
(2017
). 52.
O. M.
Lemine
, A.
Alkaoud
, H. V.
Avanço Galeti
, V.
Orsi Gordo
, Y.
Galvão Gobato
, H.
Bouzid
, A.
Hajry
, and M.
Henini
, Superlattices Microstruct.
65
, 48
–55
(2014
). 53.
S.
Tixier
, M.
Adamcyk
, T.
Tiedje
, S.
Francoeur
, A.
Mascarenhas
, P.
Wei
, and F.
Schiettekatte
, Appl. Phys. Lett.
82
, 2245
(2003
). 54.
See http://www.ioffe.ru/SVA/NSM/Semicond/GaAs/mechanic.html#Elastic for information about the elastic coefficients of GaAs.
© 2020 Author(s).
2020
Author(s)
You do not currently have access to this content.
