Rekayasa Titik Kuantum Bismut dalam Lubang Kuantum GaAsBi/AlAs yang Di-Anneal untuk Optoelektronik Lanjutan
Abstrak
Pembentukan kristal nano bismut dalam lapisan GaAsBi yang ditanam dengan epitaksi aliran molekuler pada suhu substrat 330 °C dan di‑anneal setelah pertumbuhan pada 750 °C dilaporkan. Superjaring yang berisi lapisan GaAsBi dan AlAs tebal 10 nm yang bergantian ditanam pada substrat GaAs semi‑insulating. Lapisan AlAs berfungsi sebagai penghalang difusi bagi atom Bi, dan ukuran klaster nano yang menuclei setelah penanaman sampel berkaitan dengan ketebalan lapisan bismida. Spektroskopi dispersi energi dan pengukuran pencaran Raman menunjukkan bahwa nanopartikel terutama terdiri dari atom Bi. Sinyal fotoluminescensi yang kuat dengan panjang gelombang foton 1,3 hingga 1,7 μm diamati setelah annealing; amplitonya meningkat seiring dengan peningkatan jumlah lapisan GaAsBi. Pita fotoluminescensi yang diamati kemungkinan berasal dari emisi dari kristal nano bismut. Estimasi teoretis yang dilakukan mendukung asumsi ini. Mereka menunjukkan bahwa karena efek ukuran kuantum, nanopartikel bismut mengalami transisi ke status semikonduktor dengan jarak langsung.
Latar Belakang
Heterostruktur berbasis GaAsBi memiliki potensi besar untuk aplikasi optoelektronik dalam rentang spektral yang luas dari inframerah dekat hingga inframerah tengah. GaAsBi adalah kombinasi semikonduktor kelompok III–V yang aktif diteliti untuk pemancar inframerah berbasis GaAs [1] dan detektor [2,3,4,5]. Dioda emis cahaya dengan lapisan aktif GaAsBi yang memancar pada panjang gelombang ~987 nm (pada kandungan Bi 1,8%) dijelaskan oleh Lewis et al. [6]; laser bismida yang diinjeksikan listrik dengan ~6% Bi dalam GaAsBi/GaAs multi‑lubang kuantum (MQW) dilaporkan dalam Ref. [7]. Kesulitan utama di bidang ini adalah peningkatan kepadatan pusat rekombinasi non‑radiatif karena suhu substrat rendah yang diperlukan untuk pertumbuhan lapisan GaAsBi dengan kandungan Bi di atas 5% melalui epitaksi aliran molekuler (MBE). Salah satu prosedur teknologi standar yang memungkinkan pengurangan laju rekombinasi non‑radiatif adalah annealing setelah pertumbuhan pada suhu yang lebih tinggi daripada yang digunakan untuk pertumbuhan MBE. Namun, dalam kasus GaAsBi, efek annealing tidak ewenang. Tim kami sebelumnya telah menunjukkan [8, 9] bahwa annealing pada suhu di atas 600 °C menyebabkan beberapa fitur baru, yang paling non‑trivial adalah timbulnya fotoluminescensi (PL) yang cukup intens pada beberapa sampel dalam rentang panjang gelombang 1,35 hingga 1,5 μm, proses ini diiringi oleh perubahan substansial pada lapisan epitaksial GaAsBi—pengurangan kandungan Bi dalam jaringan kristal dan munculnya klaster berukuran nanometer [9].
Pertumbuhan struktur nano—nanowire, lubang kuantum yang ditegang, atau titik kuantum (QD)—adalah cara populer untuk mengatasi ketidakcocokan jaringan antara substrat dan lapisan epitaksial yang ditanam padanya. Contoh QD yang paling banyak dipelajari berdasarkan kombinasi III–V adalah QD InGaAs‑ [10] dan InGaN‑ [11] yang ditanam dengan teknik Stranski–Krastanow [12]. Dalam kasus GaAsBi, mekanisme pertumbuhan ini masih belum terealisasi. Nukleasi klaster terkait Bi dalam lapisan epitaksial GaAsBi yang di‑anneal dan karakteristik strukturalnya telah diselidiki secara sistematis dalam Ref. [13]. Diketahui bahwa klaster nano dengan struktur kristal dan komposisi berbeda—As dan Bi rombohedral serta klaster nano GaAsBi zinc‑blende—menuclei dalam lapisan bismida saat annealing; ukurannya bervariasi antara 5 dan 20 nm. Klaster rombohedral bismut murni diamati dalam GaAsBi dengan kandungan Bi yang relatif besar (4,7%) yang ditanam pada suhu rendah (200 °C) [13]. Dalam studi kami sebelumnya [9], dibentuknya klaster Bi berukuran nanometer dilaporkan dalam GaAsBi yang di‑anneal pada suhu tinggi dengan kandungan Bi di atas 6%. Selain itu, telah diasumsikan bahwa karena efek kuantisasi ukuran, klaster nano bismut menjadi semikonduktor daripada semi‑logam (seperti yang terjadi dalam kristal Bi massa), dan bahwa rekombinasi radiatif yang terjadi dalam klaster Bi dapat bertanggung jawab terhadap emisi panjang gelombang yang diamati dalam sampel GaAsBi yang di‑anneal [9].
Penelitian ini melaporkan pembentukan kristal nano Bi dalam lubang kuantum GaAsBi/AlAs yang di‑anneal. Lapisan AlAs berfungsi sebagai penghalang baik untuk pembatasan pembawa muatan maupun untuk mencegah difusi keluar Bi dari lapisan GaAsBi selama prosedur annealing. Kehadiran lapisan AlAs telah memastikan nukleasi nanopartikel Bi dengan cara yang lebih terkontrol—distribusi ukurannya lebih sempit dan kepadatannya lebih tinggi daripada dalam lapisan massa yang di‑anneal [9]. Sampel yang diperoleh dikarakterisasi dengan mikroskop elektron transmisi resolusi tinggi (HRTEM), PL dan pengukuran spektroskopi Raman. Hasil eksperimen ini menunjukkan kehadiran kristal nano Bi murni dalam heterostruktur yang di‑anneal. Estimasi teoretis yang dilakukan mengonfirmasi bahwa kristal nano Bi dapat ditransformasikan oleh efek kuantisasi ukuran menjadi semikonduktor jarak langsung.
Metode
Struktur MQW GaAsBi/AlAs ditanam pada substrat GaAs (100) semi‑insulating menggunakan reaktor MBE SVT‑A yang dilengkapi dengan sumber logam Ga, Al, dan Bi serta sumber retakan dua zona untuk menghasilkan As2. Skema pertumbuhan MBE berikut digunakan. Pertama, lapisan buffer GaAs (sekitar 100 nm) dan lapisan penghalang AlAs pertama ditanam menggunakan mode pertumbuhan MBE standar pada suhu tinggi 600 °C. Kemudian, pertumbuhan dihentikan dan suhu substrat diturunkan untuk pertumbuhan QW GaAsBi dan lapisan penghalang AlAs. Mode epitaksi yang ditingkatkan migrasi (MEE) digunakan untuk deposisi AlAs dengan urutan pertumbuhan berikut: satu monolaer (ML) Al, 5 detik jeda untuk migrasi atom kelompok III, kemudian pasokan 1 ML As [14, 15]. Akhirnya, struktur MQW ditutupi oleh lapisan penutup GaAs tebal 5 nm. Kandungan Bi dalam lapisan GaAsBi ditentukan dari refleksi (200) pemindaian ω‑2Θ XRD dan sekitar 7% untuk sampel as‑ditanam.
Dua sampel MQW berbeda dipilih untuk pengukuran. Sampel MQW A berisi tiga QW GaAsBi tebal 10 nm dan satu tebal 20 nm (ditanam MBE pada 330 °C) yang dipisahkan oleh lapisan penghalang AlAs tebal 20 nm (ditanam MEE pada suhu yang sama). Sampel MQW B berisi 20 QW dengan lapisan GaAsBi lebar 10 nm yang dipisahkan oleh lapisan penghalang AlAs tebal 4 nm yang ditanam dalam kondisi serupa dengan yang digunakan untuk pertumbuhan sampel A. Pengolahan suhu tinggi kedua sampel dilakukan dalam oven thermal annealing cepat (RTA) pada suhu 750 °C selama 180 s dalam suasana nitrogen. Untuk mencegah kehilangan arsenik dari lapisan permukaan, selama annealing, sampel ditutupi oleh wafer Gaas sebagai pengorbanan.
Analisis permukaan mikroskop gaya atom menunjukkan permukaan bebas titik pada struktur MQW as‑ditanam dan yang di‑anneal. Ketidakteraturan permukaan lapisan penutup GaAs di bawah 1 nm. Pengukuran struktural resolusi tinggi nanopartikel yang terbentuk dalam MQW setelah penanaman sampel dilakukan oleh FEI Tecnai G2 F20 X‑TWIN TEM dengan modul STEM, dilengkapi dengan detektor spektroskopi dispersi energi X‑ray (EDS) untuk pemetaan elemen dan detektor gelap‑lintang sudut tinggi (HAADF) untuk citra kontras Z. Mikroskop dual beam FEI Helios Nanolab 650 yang dilengkapi dengan manipulator Omniprobe digunakan untuk menyiapkan spesimen untuk pengukuran TEM.
Gambar 1 menunjukkan citra STEM sampel A. Citra jelas menunjukkan banyak nanopartikel yang terbentuk dalam lapisan lubang kuantum GaAsBi (QW) setelah annealing. Korelasi yang jelas antara ukuran nanopartikel dan lebar lapisan QW dapat dilacak dalam citra. Korelasi ini menunjukkan bahwa lapisan AlAs (daerah paling gelap) secara efektif bertindak sebagai penghalang yang mencegah difusi keluar atom Bi dari lapisan GaAsBi. Pemetaan elemen EDS dari area yang dipilih sampel yang diperoleh secara bersamaan dengan citra HAADF menunjukkan (Gambar 2) bahwa kristal nano yang terbentuk terutama terdiri dari atom bismut.
Citra STEM sampel A dengan tiga QW GaAsBi tebal 10 nm dan satu tebal 20 nm yang ditanam oleh MBE dan lapisan penghalang AlAs tebal 20 nm yang ditanam MEE setelah annealing pada suhu 750 °C selama 180 s Citra HAADF–STEM kontras Z dari kristal nano Bi dalam struktur MQW GaAsBi/AlAs (di atas). Citra EDS (di bawah) mewakili pemetaan intensitas elemen Ga, Al, Bi, dan As, yang diukur pada area yang ditandai pada citra STEM
Hasil
Spektroskopi Raman
Spektral Raman dari sampel MQW GaAsBi/AlAs yang diteliti direkam dalam geometri pemancaran balik oleh spektrometer Via Raman (Renishaw) yang dilengkapi dengan kamera CCD yang didinginkan termoelectrik (−70 °C) dan mikroskop. Garis radiasi 532 nm dari laser paduan keadaan padat yang diompa dioda digunakan untuk fotoeksitasi. Lensa objektif 50×/0,75 NA dan gratis 1800 garis/mm digunakan untuk merekam spektral Raman. Waktu akumulasi adalah 400 s. Untuk menghindari kerusakan sampel, daya laser pada sampel dibatasi hingga 0,06 mW. Frekuensi Raman dikalibrasi menggunakan standar silikon (garis pada 520,7 cm−1). Parameter modus getaran ditentukan dengan mencocokkan spektral eksperimental dengan komponen bentuk Gaussian–Lorentzian menggunakan perangkat lunak GRAMS/A1 8.0 (Thermo Scientific).
Spektral Raman sampel MQW A GaAsBi/AlAs as‑ditanam dan yang di‑anneal ditunjukkan dalam Gambar 3. Doublet intens yang diamati dalam sampel as‑ditanam (Gambar 3, kurva hijau) pada 269 dan 290 cm−1 sesuai dengan modus fonon optik lintas (TO) dan optik longitudinal (LO) seperti GaAs, masing-masing [16,17,18]. Dalam geometri pemancaran balik, band TO simetris terlarang untuk kristal GaAs ideal [17, 18], namun gangguan struktur kristal yang diinduksi Bi memecah simetri jaringan kristal GaAs dan mengaktifkan modus TO. Dua modus getaran yang lebih lebar yang diinduksi Bi yang terlihat di sekitar 227 dan 181 cm−1 dapat diatribusikan pada modus getaran seperti GaBi [18]. Kehadiran lapisan penghalang AlAs dapat dikenali dalam spektral Raman dari mode LO tajam pada 402 cm−1 [19].
Spektral Raman sampel MQW A GaAsBi as‑ditanam (kurva hijau) dan yang di‑anneal (kurva merah)
Annealing termal yang relatif pendek (180 s) dari sampel pada 750 °C menyebabkan perubahan penting dalam spektral Raman: (i) band frekuensi rendah intens muncul pada 72 dan 96 cm−1, (ii) intensitas band di sekitar 269, 227, dan 181 cm−1 menurun, dan (iii) ciri lebar di sekitar 361 cm−1 muncul dalam spektral sampel yang di‑anneal. Dua band frekuensi rendah pada 72 dan 96 cm−1 sesuai baik dengan modus Eg dan A1g dari kristal bismut [20,21,22,23,24]. Munculnya band ini bersama dengan penurunan intensitas band seperti GaBi yang diinduksi Bi pada 269 dan 181 cm−1 menunjukkan bahwa annealing termal menyebabkan pengambilan bismut dari situs jaringan GaAsBi dan pengumpulannya menjadi kristal nano bismut. Selain itu, pembentukan kristal nano bismut juga mempengaruhi struktur kristal lapisan AlAs, sebagaimana terlihat dari kenaikan ciri TO yang diinduksi cacat lebar di sekitar 361 cm−1 [25].
Pengukuran Fotoluminescensi
Pengukuran fotoluminescensi (PL) yang bergantung pada suhu dilakukan menggunakan monokromator panjang fokus 500 mm (Andor SR‑500i) bersama dengan detektor InGaAs yang didinginkan nitrogen cair. Laser paduan keadaan padat yang memancar pada panjang gelombang 532 nm digunakan sebagai sumber eksitasi pada daya eksitasi 38 mW. Sampel dipasang pada jari dingin kriostat helium siklus tertutup yang dikaitkan dengan pengontrol suhu, yang memungkinkan pengukuran dalam rentang suhu 3–300 K.
Spektral PL sampel A yang di‑anneal, yang berisi tiga QW GaAsBi tebal 10 nm dan satu tebal 20 nm, yang diukur pada suhu berbeda ditunjukkan dalam Gambar 4a. Dua himpunan ciri spektral utama di bawah jarak GaAs dapat dibedakan. Puncak energi tinggi yang kuat yang terletak pada sekitar 1,35 eV dapat diatribusikan pada transisi radiatif dalam QW GaAsBi. Posisi puncak dekat dengan yang diamati dalam GaAs0.979Bi0.021/GaAs lubang kuantum [26] dan berkaitan dengan data XRD yang menunjukkan kandungan Bi 2,1% dalam lapisan QW GaAsBi sampel A setelah annealing. Ciri spektral di sisi energi rendah, 0,6–1,05 eV, muncul dalam spektral PL setelah annealing termal sampel dan, oleh karena itu, dapat diatribusikan pada transisi optik dalam kristal nano Bi. Pita PL energi rendah memiliki struktur dalam yang mengungkapkan diri pada suhu rendah. Secara spesifik, pada T = 3 K, komponen PL yang terletak pada 0,67, 0,88, dan 0,98 eV dapat dibedakan. Seperti yang terlihat dari Gambar 4a, pada suhu helium cair, sinyal PL dari QW GaAsBi dua orde magnitudo lebih kuat daripada pita PL energi rendah. Namun, puncak PL energi tinggi menurun cepat dengan peningkatan suhu dan puncak PL energi rendah mulai mendominasi pada T > 100 K.
Spektral PL bergantung pada suhu dari sampel A yang di‑anneal a yang terdiri dari tiga QW GaAsBi/AlAs lebar 10 nm dan satu lebar 20 nm dan b sampel B yang terdiri dari 20 QW GaAsBi/AlAs lebar 10 nm
Spektral PL sampel B, yang berisi dua puluh QW GaAsBi tebal 10 nm yang dipisahkan oleh lapisan penghalang AlAs tebal 4 nm, ditunjukkan dalam Gambar 4b. Sebelum annealing termal, seperti halnya sampel A, sampel B hanya menunjukkan pita PL energi tinggi yang terkait dengan QW. Puncak PL energi rendah yang kuat pada sekitar 0,85 eV diamati setelah annealing termal dan, oleh karena itu, kami mengasumsikan dapat diatribusikan pada emisi dari kristal nano Bi. Intensitas puncak energi rendah dalam sampel B lebih kuat daripada dalam sampel A dan meningkat seiring dengan peningkatan jumlah QW. Pada suhu rendah, tiga komponen puncak, yang terpisah dengan baik dalam sampel A, dapat ditelusuri. Namun, dalam sampel B, puncak PL energi rendah didominasi oleh komponen 0,85 eV pada seluruh rentang suhu yang diteliti. Posisi puncak PL energi tinggi yang terkait dengan QW sedikit bergeser ke energi rendah dibandingkan dengan posisinya dalam sampel A sesuai dengan data XRD yang menunjukkan 2,8% Bi dalam lapisan lubang kuantum sampel B setelah annealing termal. Dalam sampel B, puncak PL yang terkait dengan QW mengungkapkan struktur dalamnya. Puncak terdiri dari komponen terkait eksiton terikat pada sekitar 1,27 eV, yang mendominasi pada suhu rendah, dan komponen terkait eksiton tidak terlokalisasi, yang terletak pada sekitar 1,35 eV dan mendominasi pada suhu yang lebih tinggi. Struktur dalam puncak yang terkait dengan QW menghasilkan ketergantungan suhu tipe S dari posisi puncak PL (titik penuh dalam Gambar 5), yang sebelumnya diamati baik dalam GaAsBi massa [27] dan dalam lubang kuantum GaAsBi/GaAs [26]. Puncak PL yang terletak pada energi foton rendah menunjukkan ketergantungan suhu yang jauh lebih lemah (titik terbuka dan kurva dalam Gambar 5), yang dapat dicocokkan dengan fungsi Varshni E(T) = E(0) − αT2/(β + T) dengan parameter α dan β masing-masing sama dengan 10−4 eV/derajat dan 100 K. Harus diperhatikan bahwa nilai parameter α, yang bertanggung jawab terhadap variasi jarak energi dengan suhu, jauh lebih kecil daripada nilai standarnya untuk mayoritas semikonduktor, 3°10−4–5°10−4 eV/derajat. Ini membuat matriks kristal nano Bi menjadi sistem potensial penting untuk sumber cahaya yang memancar pada panjang gelombang telekomunikasi dan memiliki sensitivitas suhu yang rendah.
Ketergantungan suhu dari posisi spektral pita PL energi tinggi dan rendah untuk sampel B yang di‑anneal yang terdiri dari dua puluh QW GaAsBi/AlAs lebar 10 nm
Pembahasan
Pengukuran HRTEM, EDS, dan spektroskopi Raman yang dilakukan dalam penelitian ini menunjukkan bahwa kristal nano Bi (titik kuantum) mengendap dalam lapisan GaAsBi setelah annealing termal dari sampel MQW GaAsBi/AlAs yang ditanam MBE pada suhu rendah. Dapat diasumsikan bahwa kristal nano ini bertanggung jawab terhadap pita fotoluminescensi panjang gelombang yang mengungkapkan diri dalam sampel yang di‑anneal. Meskipun bismut massa adalah semi‑logam, massa efektif kecil dari pembawa muatan Bi mengakibatkan awal awal efek penahanan kuantum dalam struktur nano berbasis Bi. Faktanya, salah satu pengamatan eksperimental pertama dari efek kuantisasi ukuran dilaporkan untuk lapisan Bi tipis [28]. Transisi semi‑logam ke semikonduktor dalam lapisan tipis Bi, d < 30 nm, diamati secara eksperimental dalam Ref. [29]. Transisi ini juga terungkap dalam nanowire Bi dengan diameter lebih kecil dari 65 nm [30, 31]. Dalam kedua kasus ini, status semikonduktor diidentifikasi dari pengukuran karakteristik listrik yang bergantung pada suhu. Efek ukuran kuantum dalam nanopartikel bismut untuk pertama kalinya diteliti dengan spektroskopi kehilangan energi elektron [32], dan transisi semi‑logam ke semikonduktor ditemukan terjadi dalam nanopartikel Bi dengan diameter di bawah 40 nm. Transisi ke status semikonduktor jarak langsung terakhir kali dilaporkan [33] untuk nanopartikel Bi koloidal 3,3 nm.
Dalam Bi murni, lembah prinsip elektron dan lubang terletak pada titik L dan T dari zona Brillouin dan sesuai dengan permukaan isoenergetik elipsoidal (Tabel 1). Status dasar elektron elipsoidal lembah (lubang) dalam titik kuantum bola dapat diperkirakan secara kira‑kira sebagai
m1, m2, dan m3 adalah massa efektif utama dari lembah elipsoidal.
Rumus fenomenologis (1) memberikan perkiraan yang dekat dari level energi dasar ε1 dalam QD bola yang tak terbatas pada rasio massa efektif yang sembarang. Memang, ini tepat, ε1 = W, dalam kasus permukaan isoenergetik bola (m1 = m2 = m3), memprediksi energi ε1 dengan akurasi 12%, ε1 ≈ 0,88 W, dan 25%, ε1 = 0,75 W, dalam kasus limit dari lembah sferoid sangat prolat (m1 = m2, m3 → ∞) dan sangat oblat (m1 = m2, m1 → ∞), masing-masing. Oleh karena itu, pada nilai massa efektif utama yang sembarang, rumus (1) mendekati energi dasar QD dengan akurasi lebih baik dari 25%.
Rumus (1) memungkinkan evaluasi sederhana dan langsung dari jarak energi efektif dalam titik kuantum bismut, Eg,eff = Eg + We + Wh, di mana Eg adalah jarak energi dalam kristal massa dan We dan Wh adalah energi kuantisasi ukuran elektron dan lubang (1). Jarak energi T dan L efektif yang dihitung disajikan secara grafis dalam Gambar 6. (Massa elektron dan lubang pada kedua titik T dan L diasumsikan sama.)
Evolusi spektrum energi titik kuantum Bi dengan penurunan ukurannya (r0 dan d adalah jari‑jari dan diameter QD)
Dalam bismut massa yang semi‑logam, minimum konduksi lembah L berada 38 meV di bawah maksimum valensi lembah T. Ketika ukuran partikel Bi dikurangi, jarak energi efektif di titik L meningkat lebih cepat daripada di titik T karena massa efektif yang lebih kecil dari lembah L, yang pada akhirnya mengarah pada transisi semi‑logam ke semikonduktor (titik persimpangan i dalam Gambar 6). Pada awalnya, kristal nano bismut menjadi semikonduktor tidak langsung dengan minimum konduksi terendah di titik L dan maksimum valensi tertinggi di titik T. Dengan penurunan ukuran QD yang lebih lanjut, kedua tepi valensi dan konduksi akan muncul di titik T sehingga titik kuantum Bi menjadi semikonduktor jarak langsung (titik persimpangan d dalam Gambar 6).
Harus diperhatikan bahwa Gambar 6 hanya menyajikan skema kasar dari spektrum energi, karena skema ini mengabaikan efek non‑parabolik dan mengasumsikan penghalang energi tak terbatas untuk QD. Penyimpangan dari hukum dispersi parabolik sangat penting untuk lembah L (lihat contohnya, [34]). Memang, massa efektif di pusat lembah L sekitar lima kali lebih kecil daripada nilainya pada energi Fermi (yang digunakan untuk perhitungan spektrum energi yang disajikan dalam Gambar 6). Di sisi lain, efek non‑parabolik lebih lemah pada titik T, di mana jarak energi lebih besar, dan oleh karena itu, jarak energi T efektif yang disajikan (Gambar 6) dapat dianggap sebagai perkiraan yang relevan.
Di atas, kami telah mengasumsikan bahwa puncak PL energi rendah pada ~0,85 eV disebabkan oleh transisi optik yang terjadi dalam kristal nano Bi dengan diameter sekitar 10 nm. Perhitungan yang disajikan untuk QD d = 10 nm memprediksi jarak energi efektif Eg,eff = 0,76 eV, yang dalam peresepakatan yang wajar dengan eksperimen dan, oleh karena itu, mendukung asumsi hipotetis tentang asal puncak PL energi rendah.
Kesimpulan
Secara ringkas, beberapa struktur lubang kuantum berlapis GaAsBi/AlAs ditanam dengan proses campuran MBE/MEE pada substrat GaAs. Setelah annealing termal pasca‑pertumbuhan struktur pada 750 °C, banyak nanopartikel yang relatif tidak dispersi ternukleasi dalam lubang kuantum GaAsBi. Pengukuran HRTEM, EDS, dan spektroskopi Raman menunjukkan bahwa kristal nano terutama terdiri dari bismut. Pengukuran fotoluminescensi yang dilakukan mengungkapkan puncak PL energi tambahan, ≈0,85 eV, yang muncul dalam sampel yang di‑anneal. Puncak PL energi rendah kemungkinan dapat disebabkan oleh transisi optik dalam kristal nano Bi, yang dengan efek ukuran kuantum ditransformasikan ke status semikonduktor jarak langsung. Estimasi yang dilakukan dari spektrum energi titik kuantum Bi mendukung asumsi ini. Penelitian eksperimental dan teoretis yang lebih lanjut dan lebih detail diperlukan untuk jawab yang pasti.
Singkatan
EDS:
Spektroskopi Dispersi Energi
HAADF:
Gelap‑lintang Sudut Tinggi
HRTEM:
Mikroskop Elektron Transmisi Resolusi Tinggi
MBE:
Epitaksi Aliran Molekuler
MEE:
Epitaksi yang Ditingkatkan Migrasi
PL:
Fotoluminescensi
QD:
Titik Kuantum
QW:
Lubang Kuantum
RTA:
Thermal Annealing Cepat
STEM:
Mikroskop Elektron Transmisi Pemindaian
TO and LO:
Modus Fonon Optik Lintang dan Longitudinal, masing-masing