Luminescent Properties of Electrochemically Etched Gallium Arsenide

Abstract

У роботі наведено результати структурних і фотолюмінесцентних (ФЛ) досліджень пористих шарів GaAs, що створюються шляхом електрохімічного травлення пластин GaAs. Структурні та морфологічні властивості пористого GaAs проаналізовані методом СЕМ та за допомогою Оже-спектроскопії. При аналізі СEM зображень було показано наявність пористого шару глибиною близько 21 мкм, що складався з нерівномірно розподілених по поверхні мезо- та макропор і нанокристалітів. На деяких структурах було виявлено пірамідальні утворення висотою ~ 30 мкм. Виміри Оже-спектрів показали різну стехіометрію GaAs на пористих та кристалічних частинах зразків. Фотолюмінесценція утвореного матеріалу характеризувалася смугою випромінювання в області 1,5-3,2 еВ, причому спостерігалась залежність спектру ФЛ від довжини хвилі збуджуючого світла. Із збільшенням довжини хвилі збуджуючого світла максимуми спектрів випромінювання зміщуються в область менших енергій. Така поведінка спектру ФЛ (зсув максимуму ФЛ в залежності від довжини хвилі збуджуючого випромінювання) характерна для гетерогенних по товщині електрохімічно травлених пористих структур. Обговорюється природа багатосмугового спектру ФЛ пористого GaAs за рахунок існування гідратованих оксидів арсену та галію на поверхні зразків та утворення нанокристалітів у пористих шарах GaAs. В статті представлена оцінка можливих розмірів нанокристалітів у припущенні, що ФЛ створюється за рахунок квантово-розмірних ефектів.

The paper presents the results of structural and photoluminescent (PL) studies of porous GaAs layers created by electrochemical etching of GaAs wafers. Structural and morphological properties of porous GaAs were analyzed by SEM and Auger spectroscopy. The analysis of SEM images shows the presence of meso- and macropores and nanocrystallites in the porous layer. Some samples have the pyramidal formations on the surface. Auger spectra of crystalline and porous GaAs show different stoichiometry of the samples. The photoluminescence of the formed material is characterized by the emission band in the region of 1.5-3.2 eV, and the dependence of the PL spectrum on the wavelength of exciting light is observed. As the wavelength of the exciting light increases, the maxima of the emission spectra shift to the region of lower energies. This behavior of the PL spectrum (shift of the PL maximum depending on the wavelength of excitation emission) is characteristic of heterogeneous in thickness electrochemically etched porous structures. The nature of the multiband PL spectrum of porous GaAs can be explained by the existence of hydrated oxides of arsenic and gallium on the surface of the samples and the formation of nanocrystallites in the porous layers of GaAs. The article presents an estimation of the possible sizes of nanocrystallites under the assumption that PL is created due to quantum-dimensional effects.