Mechanizm spontanicznego zarodkowania i wzrostu techniką MBE oraz właściwości nanodrutów GaN

• Autorzy: Sobańska M. , Wierzbicka A. , Kłosek K. , Tchutchulashvili G. , Borysiuk J. , Żytkiewicz Z. R.
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Praca przedstawia aktualny stan wiedzy na temat zarodkowania bez użycia zewnętrznego katalizatora i wzrostu techniką epitaksji z wiązek molekularnych z plazmowym źródłem azotu (plasma-assisted molecular beam epitaxy - PAMBE) nanodrutów azotku galu, a także perspektywy zastosowań takich struktur w wydajnych przyrządach mikroelektronicznych, optoelektronicznych i w sensorach biochemicznych. Szczególny nacisk położony jest na badania prowadzone w tym zakresie w Zespole Wzrostu MBE Nanostruktur Azotko wych Instytutu Fizyki PAN w Warszawie. Omówione są zagadnienia związane z badaniami mechanizmu spontanicznego zarodkowania nanodrutów GaN, w tym wykorzystanie technik RHEED i spektroskopii masowej do obserwacji in-situ procesów zachodzących na podłożu w trakcie nukleacji i wzrostu nanodrutów. Następnie przedstawione są typowe właściwości strukturalne i optyczne nanodrutów GaN na podłożach Si i amorficznych warstwach AlxOy. Pokazane jest jak mikrostruktura podłoża determinuje kinetykę zarodkowania, ułożenie na podłożu, polarność i właściwości optyczne nanodrutów. W końcowej części przedstawione są przykłady wytwarzania i zastosowań w badaniach fizycznych bardziej złożonych struktur nanodrutów półprzewodników azotkowych.

Słowa kluczowe

PL

plasma-assisted molecular beam epitaxy; PAMBE; technika RHEED

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Fizyczne
• Czasopismo: Postępy Fizyki
• Rocznik: 2016
• Tom: T. 67, z. 1-2
• Strony: 45--58
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., rys.

Twórcy

autor

Sobańska M.

• Instytut Fizyki PAN, Warszawa

autor

Wierzbicka A.

• Instytut Fizyki PAN, Warszawa

autor

Kłosek K.

• Instytut Fizyki PAN, Warszawa

autor

Tchutchulashvili G.

• Instytut Fizyki PAN, Warszawa

autor

Borysiuk J.

• Instytut Fizyki PAN, Warszawa

autor

Żytkiewicz Z. R.

• Instytut Fizyki PAN, Warszawa

Bibliografia

• [1] E. Calleja, J. Ristić, S. Fernández-Garrido, L. Cerutti, M. A. Sánchez-García, J. Grandal, A. Trampert, U. Jahn, G. Sánchez, A. Griol, and B. Sánchez, Growth, morphology, and structural properties of group-III-nitride nano-columns and nanodisks, Phys. Stat. Sol. (b) 244 (2007), 2816.
• [2] K. Klosek, M. Sobańska, G. Tchutchulashvili, Z. R. Zytkiewicz, H. Teisseyre, L. Kłopotowski, Optimization of nitrogen plasma source parameters by measurements of emitted light intensity for growth of GaN by molecular beam epitaxy, Thin Solid Films 534 (2013), 107-110.
• [3] J. E. Northrup, J. Neugebauer, R. M. Feenstra, A. R. Smith, Structure of GaN(0001): The laterally contracted Ga bilayer model, Phys. Rev. B 61 (2000), 9932-9935.
• [4] R.S. Wagner, W. C. Ellis, Vapor-liquid-solid mechanism of single crystal growth, Appl. Phys. Lett. 4 (1964), 89.
• [5] C. Cheze, L. Geelhaar, O. Brandt, W. M. Weber, H. Riechert, S. Miinch, R. Rothemund, S. Reitzenstein, A. Forchel, T. Kehagias, P. Komninou, G. P. Dimitrakopulos, T. Karakostas, Direct comparison of catalyst-free and catalyst-induced GaN nanowires, Nano Res 3 (2010), 528-536.
• [6] J. Ristic, E. Calleja, S. Fernandez-Garrido, L. Ceruttic, Achim Trampert d, Uwe Jahn d, Klaus H. Ploog, On the mechanisms of spontaneous growth of III-nitride na-nocolumns by plasma-assisted molecular beam epitaxy, J. Crystal Growth 310 (2008), 4035-4045.
• [7] A. Wierzbicka, Z. R. Zytkiewicz, S. Kret, J. Borysiuk, P. Dluzewski, M. Sobańska, K. Klosek, A. Reszka, G. Tchutchulashvili, A. Cabaj, E. Lusakowska, Influence of substrate nitridation temperature on epitaxial alignment of GaN nanowires to Si(lll) substrate, Nanotechnology 24 (2013), 035703.
• [8] K. K. Sabelfeld, V. M. Kaganer, F. Limbach, P. Dogan, O. Brandt, L. Geelhaar, H. Riechert, Height self-equilibration during the growth of dense nanowire ensembles: Order emerging from disorder, Appl. Phys. Lett. 103 (2013), 133105.
• [9] M. Sobańska, K. P. Korona, Z. R. Zytkiewicz, K. Klosek, G. Tchutchulashvili, Kinetics of self-induced nucleation and optical properties of GaN nanowires grown by plasma-assisted MBE on amorphous AlxOy,J. Appl. Phys. 118 (2015), 184303.
• [10] S. Fernandez-Garrido, J. K. Zettler, L. Geelhaar, O. Brandt, Monitoring the formation of nanowires by line-of-sight quadrupole mass spectrometry: a comprehensive description of the temporal evolution of GaN nanowire ensembles, Nano Lett. 15 (2015), 1930-1937.
• [11] K. P. Korona, A. Reszka, M. Sobańska, P. S. Perkowska, A. Wysmolek, K. Klosek, Z. R. Zytkiewicz, Dynamics of stacking faults luminescence in GaN/Si nanowires, J. Luminescence 155 (2014), 293-297.
• [12] P. Kamyczek, E. Płaczek-Popko, Z. R. Zytkiewicz, Z. Gumienny, E. Zielony, M. Sobańska, K. Klosek, A. Reszka, Structural and optical characterization of GaN nanowires, J. Appl. Phys. 113 (2013), 204303.
• [13] P. Kamyczek, Z. R. Zytkiewicz, E. Płaczek-Popko, E. Zielony, M. Sobańska, K. Klosek, A. Reszka, The growth and micro-Raman characterization of GaN nanowires, Sensor Lett. 11 (2013), 1555-1559.
• [14] V. Consonni, M. Hanke, M. Knelangen, L. Geelhaar, A. Trampert, H. Riechert, Nucleation mechanisms of self-induced GaN nanowires grown on an amorphous in terlayer, Phys.Rev. B 83 (2011), 035310.
• [15] M. Sobańska, A. Wierzbicka, K. Klosek, J. Borysiuk, G. Tchutchulashvili, S. Gieraltowska, Z. R. Zytkiewicz, Arangement of GaN nanowires grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy on silicon substrates with amorphous AI2O3 buffers, J. Crystal Growth 401 (2014), 657-660.
• [16] J. Borysiuk, Z. R. Zytkiewicz, M. Sobańska, A. Wierzbicka, K. Klosek, K. P. Korona, P. S. Perkowska, A. Reszka, Growth by molecular beam epitaxy and properties of inclined GaN nanowires on Si(001) substrate, Nanotechnology 25 (2014), 135610.
• [17] S. D. Carnevale, T. F. Kent, P. J. Phillips, A. T. M. G. Sarwar, C. Selcu, R. F. Klie, R. C. Myers, Mixedpolarity in polarization-induced p-n junction nanowire light-emitting diodes, Nano Lett. 13 (2013), 3029- -3035.
• [18] L. Geelhaar, C. Cheze, W. M. Weber, R. Averbeck, H. Riechert, Axial and radial growth of Ni-induced GaN nanowires, Appl. Phys. Lett. 91 (2007), 093113.
• [19] Y. Huang, X. Duan, C. M. Lieber, Nanowires for Intgrated Multicolor Nanophotonics, Small 1 (2005), 142-147.
• [20] M. Yoshizawa, A. Kikuchi, M. Mori, N. Fujita, K. Kishino, Growth of self-organized GaN nanostructures on AI2O3(0001) by RF-radical source molecular beatn epitaxy, Jpn. J. Appl. Phys., Part 2 36 (1997), L459.
• [21] M. Schowalter, T. Aschenbrenner, C. Kruse, D. Hom- mel, A. Rosenauer, TEM characterization of catalyst- and mask-free grown GaN nanorods, J. Phys. Conf. Ser. 209, 012020 (2010).
• [22] L. Geelhaar, C. Cheze, B. Jenichen, O. Brandt, C. Pfuller, S. Munch, R. Rothemund, S. Reitzenstein, A. Forchel, T. Kehagias, P. Komniou, G. P. Dimitrakopulos, T. Karakostas, L. Lari, P. R. Chalker, M. H. Gass, H. Riechert, Properties of GaN nanowires grown by molecular beam epitaxy, IEEE J. Select. Topics Quantum Electron. 17 (2011), 878.
• [23] M. Sobanska, K. Klosek, J. Borysiuk, S. Kret, G. Tchutchulasvili, S. Gieraltowska, Z. R. Zytkiewicz, Enhanced catalyst-free nucleation of GaN nanowires on amorphous AI2O3 by plasma-assisted molecular beam epitaxy, J. Appl. Phys. 115 (2014), 043517.
• [24] P. Corfdir, C. Hauswald, J. K. Zettler, T. Flissikowski, J. Lahnemann, S. Fernandez-Garrido, L. Geelhaar, H. T. Grahn, and O. Brandt, Stackingfaults as quantum wells in nano wires: Density of states, oscillator strength, and radiative efficiency, Phys. Rev. B 90 (2014), 195309.
• [25] A. Kikuchi, M. Kawai, M. Tada, and K. Kishino, InGaN/GaN multiple quantum disk nanocolumn light-emitting diodes grown on (111) Si substrate, Japan. J. Appl. Phys. 43 (2004), L1524.
• [26] S. Fernandez-Garrido, V.L. Kaganer, K.K. Sabelfeld, T. Gotschke, J. Grandal, E. Calleja, L. Geelhaar, O. Brandt, Self-regulated radius of spontaneously formed GaN na-nowires in molecular beam epitaxy, Nano Lett. 13 (2013), 3274-3280.
• [27] F. Furtmayr, M. Vielemeyer, M. Stutzmann, J. Arbiol, S. Estrade, F. Peiro, J. Ramon Morante, M. Eickhoff, Nucleation and growth of GaN nanorods on Si(lll) surfaces by plasma-assisted molecular beam epitaxy - The influence of Si- and Mg-doping, J. Appl. Phys. 104 (2008), 034309.
• [28] VI. Kolkovsky, Z. R. Zytkiewicz, M. Sobanska, K. Klosek, Electrical characterization of ensemble of GaN nanowires grown by the molecular beam epitaxy technique, Appl. Phys. Lett. 103 (2013), 092103.
• [29] VI. Kolkovsky, Z. R. Zytkiewicz, K. P. Korona, M. Sobanska, K. Klosek, Structural, electrical and optical characterization of coalescent p-n GaN nanowires grown by the molecular beam epitaxy technique, J. Appl. Phys. 118 (2015), 224307.
• [30] Z. R. Zytkiewicz, P. Dluzewski, J. Borysiuk, M. Sobanska, K. Klosek, B. Witkowski, M. Setkiewicz, T. Pustelny, Properties of GaN nanocolumns grown by plasma-assisted MBE on Si (111) substrates, Acta Phys. Polon. A 120 (2011), A15.
• [31] Z. R. Zytkiewicz, M. Sobanska, K. Klosek, A. Reszka, A. Wierzbicka, R. Kruszka, K. Gołaszewska, M. Setkiewicz, T. Pustelny, MBE growth of GaN nanowires on Si(lll) substrates for gas sensor applications, IMCS 2012 - The 14th International Meeting on Chemical Sensors; DOI 10.5162/IMCS2012/P2.4.18.
• [32] L. F. Zagonel, L. Rigutti, M. Tchernycheva, G. Jacopin, R. Songmuang, M. Kociak, Visualizing highly localized luminescence in GaN/AINheterostructures in nanowires, Nanotechnology 23 (2012), 455205.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).