Структурные и оптические свойства InGaN нитевидных нанокристаллов c градиентным химическим составом
Аннотация
В настоящее время значительный интерес для создания устройств разложения воды под действием солнечного света представляют тройные соединения InGaN. Однако основной трудностью в синтезе данной группы материалов является подверженность слоёв InxGa1–xN фазовому распаду при x от 20 до 80 %. Одним из перспективных способов её решения могут являться нитевидные нанокристаллы. Целью данной работы является исследование структурных и оптических свойств нитевидных нанокристаллов InxGa1–xN с градиентным содержанием x, находящемся внутри области фазового распада.
Нитевидные нанокристаллы InxGa1–xN выращивались на кремнии методом молекулярно-пучковой эпитаксии с плазменной активацией азота. Структурные свойства нитевидных нанокристаллов исследуются методами растровой и просвечивающей электронной микроскопии. Химический состав и оптические свойства нитевидных нанокристаллов оцениваются с помощью метода энергодисперсионного микроанализа и метода спектроскопии фотолюминесценции.
Впервые показано, что при использовании метода молекулярно-пучковой эпитаксии с плазменной активацией азота возможно получение InxGa1–xN нитевидных нанокристаллов, в которых доля In по отношению к Ga градиентно увеличивается от основания к вершине в диапазоне от 40 до 60 %. Полученные образцы демонстрируют фотолюминесценцию при комнатной температуре с максимумом вблизи 890 нм, что соответствует содержанию In около 62 % согласно модифицированному правилу Вегарда и результатам измерений химического состава с помощью метода просвечивающей электронной микроскопии. Полученные результаты могут представлять интерес для создания устройств разложения воды под действием солнечного света и светоизлучающих устройств ближнего
ИК-диапазона
Скачивания
Литература
Yang J., Liu Q., Zhao Z., Yuan Y., Redko R., Li S., Gao F. Hydrogen production strategy and research progress of photoelectro-chemical water splitting by InGaN nanorods. International Journal of Hydrogen Energy. 2023. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.06.061
Tijent F. Z., Voss P., Faqir M. Recent advances in InGaN nanowires for hydrogen production using hotoelectrochemical water splitting. Materials Today Energy. 2023;33: 101275. https://doi.org/10.1016/j.mtener.2023.101275
Vanka S., Zhou B., Awni R. A., … Mi Z. InGaN/Si double-junction photocathode for unassisted solar water splitting. ACS Energy Letters. 2020;5(12): 3741–3751. https://doi.org/10.1021/acsenergylett.0c01583
Lin J., Wang W., Li G. Modulating surface/interface structure of emerging InGaN nanowires for efficient photoelectrochemical water wplitting. Advanced Functional Materials. 2020;30(52): 2005677. https://doi.org/10.1002/adfm.202005677
Lin J., Zhang Z., Chai J., … Li. G. Highly efficient InGaN nanorods photoelectrode by constructing Z‑scheme charge transfer system for unbiased water splitting. Small. 2021;17(3): 2006666. https://doi.org/10.1002/smll.202006666
Chen H., Wang P., Wang X., … Nötzel R. 3D InGaN nanowire arrays on oblique pyramid-textured Si (311) for light trapping and solar water splitting enhancement. Nano Energy. 2021;83:105768. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.105768
Morkoç H. Handbook of nitride semiconductors and devices, Materials Properties, Physics and Growth. Vol. 1. John Wiley & Sons; 2009. https://doi.org/10.1002/9783527628438
Hwang Y. J., Wu C. H., Hahn C., Jeong H. E., Yang P. Si/InGaN core/shell hierarchical nanowire arrays and their photoelectrochemical properties. Nano Letters. 2012;12(3): 1678–1682. https://doi.org/10.1021/nl3001138
Ho I., Stringfellow G. Solid phase immiscibility in GaInN. Applied Physics Letters. 1996;69(18): 2701–2703. https://doi.org/10.1063/1.117683
Karpov S. Strategies for creating efficient, beautiful whites. Compound Semiconductor. 2015; 44–47. Available at: https://compoundsemiconductor. net/article/96572/Strategies_For_Creating_Efficient_Beautiful_Whites/feature
Dubrovskii V. G. Liquid-solid and vapor-solid distributions of vapor-liquid-solid III-V ternary nanowires. Physical Review Materials. 2023;7(9): 096001. https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.7.096001
Kuykendall T., Ulrich P., Aloni S., Yang P. Complete composition tunability of InGaN nanowires using a combinatorial approach. Nature Materials. 2007;6(12): 951–956. https://doi.org/10.1038/nmat2037
Roche E., Andre Y., Avit G., … Trassoudaine A.. Circumventing the miscibility gap in InGaN nanowires emitting from blue to red. Nanotechnology. 2018;29(46): 465602. https://doi.org/10.1088/1361-6528/aaddc1
Dubrovskii V., Cirlin G., Ustinov V. Semiconductor nanowhiskers: synthesis, properties, and applications. Semiconductors. 2009;43(12): 1539–1584.https://doi.org/10.1134/S106378260912001X
Consonni V. Self-induced growth of GaN nanowires by molecular beam epitaxy: A critical review of the formation mechanisms. Physica Status Solidi (RRL)–Rapid Research Letters. 2013;7(10): 699–712. https://doi.org/10.1002/pssr.201307237
Gridchin V. O., Kotlyar K. P., … Cirlin G. G. Multi-colour light emission from InGaN nanowires monolithically grown on Si substrate by MBE. Nanotechnology. 2021;32(33): 335604. https://doi.org/10.1088/1361-6528/ac0027
Chen H., Wang P., Ye H., … Nötzel R. Vertically aligned InGaN nanowire arrays on pyramid textured Si (100): A 3D arrayed light trapping structure for photoelectrocatalytic water splitting. Chemical Engineering Journal. 2021;406: 126757. https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.126757
Pan X., Hong H., Deng R., Luo M., Nötzel R. In desorption in InGaN nanowire growth on Si generates a unique light emitter: from In-Rich InGaN to the intermediate core–shell InGaN to pure GaN. Crystal Growth & Design. 2023;23(8): 6130–6135. https://doi.org/10.1021/acs.cgd.3c00622
Gridchin V. O., Reznik R. R., Kotlyar K. P., … Cirlin G. E. MBE growth of InGaN nanowires on SiC/ Si (111) and Si (111) substrates. Technical Physics Letters. 2022;48(14): 24–25. https://doi.org/10.21883/TPL.2022.14.52105.18894
Lu Y. J., Wang C. Y., Kim J., … Gwo S. All-color plasmonic nanolasers with ultralow thresholds: autotuning mechanism for single-mode lasing. Nano Letters. 2014;14(8): 4381–4388. https://doi.org/10.1021/nl501273u
Morassi M., Largeau L., Oehler F., … Gogneau N. Morphology tailoring and growth mechanism of Indium-rich InGaN/GaN axial nanowire heterostructures by plasma-assisted molecular beam epitaxy. Crystal Growth & Design. 2018;18(4): 2545–2554. https://doi.org/10.1021/acs.cgd.8b00150
Calleja E., Ristić J., Fernández-Garrido S., … Sánchez B. Growth, morphology, and structural properties of group-III-nitride nanocolumns and nanodisks. Physica Status Solidi (b). 2007;244(8): 2816–2837. https://doi.org/10.1002/pssb.200675628
Koblmüller G., Gallinat C., Speck J. Surface kinetics and thermal instability of N-face InN grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy. Journal of Applied Physics. 2007;101(8): 083516. https://doi.org/10.1063/1.2718884
Casallas-Moreno Y., Gallardo-Hernández S., Yee-Rendón C., … López-López M. Growth mechanism and properties of self-assembled inn nanocolumns on al covered si (111) substrates by pa-MBE. Materials. 2019;12(19): 3203. https://doi.org/10.3390/ma12193203
Gridchin V., Dragunova A., Kotlyar K., … Cirlin G. E. Morphology transformation of InGaN nanowires grown on Si substrate by PA-MBE. Journal of Physics: Conference Series. 2021;2086(1): 012013. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2086/1/012013
Zhang X., Haas B., Rouvière J. L., Robin E., Daudin B. Growth mechanism of InGaN nano-umbrellas. Nanotechnology. 2016;27(45): 455603. https://doi.org/10.1088/0957-4484/27/45/455603
Orsal G., El Gmili Y., Fressengeas N., … Salvestrini J. P. Bandgap energy bowing parameter of strained and relaxed InGaN layers. Optical Materials Express. 2014;4(5): 1030–1041. https://doi.org/10.1364/OME.4.001030
Tourbot G., Bougerol C., Grenier A., … Daudin B. Structural and optical properties of InGaN/GaN nanowire heterostructures grown by PA-MBE. Nanotechnology. 2011;22(7): 075601. https://doi.org/10.1088/0957-4484/22/7/075601
Copyright (c) 2023 Конденсированные среды и межфазные границы
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
