Estudo do efeito da anarmonicidade e desordem induzida em filmes de GaAs1-xNx, por espectroscopia Raman

Abstract

A espectroscopia Raman foi usada para investigar as propriedades vibracionais de filmes finos de GaAs1-xNx, com 0,0144 ≤ x ≤ 0,0370, tratados e não tratadas termicamente. Os espectros Raman exibem a presença de dois modos característicos do filme de GaAs1-xNx. É observado um redshift da frequência do fônon longitudinal óptico do tipo-GaAs (LO1) e o blueshift da frequência do fônon longitudinal óptico do tipo-GaN (LO2) com o aumento da concentração de nitrogênio. Verificou-se que estes comportamentos estão associados com a deformação da rede, com os efeitos de liga, com a dopagem não intencional e com a perda da ordem de longo alcance no cristal. O efeito da desordem composicional nas ligas de GaAs1-xNx foi estudada pela análise do alargamento e assimetria através do deslocamento da energia vibracional do fônon LO1. Verificase que a forma de linha e o deslocamento do modo LO1 em ligas GaAs1-xNx podem ser bem descritos pelo modelo de correlação espacial. A dependência da temperatura, da largura de linha e da energia dos fônons LO1 é analisada em termos do efeito da anarmonicidade induzida pela desordem térmica e composicional. Foi observado que a anarmonicidade nas ligas GaAs1-xNx é maior do que a do GaAs-bulk. Além disso, foi constatado que tanto a desordem induzida termicamente quanto a composicional leva a mudança sensível no tempo de vida do fônon LO1. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Raman spectroscopy was used to investigate the vibrational properties in thermally treated and as grown thin films of GaAs1-xNx alloys, with 0,0144 ≤ ≤ 0,0370. Raman spectra exhibit the presence of two GaAs1-xNx characteristic modes. The redshift of the GaAs-like longitudinal-optic phonon (LO1) frequency and the blue shift of GaNlike longitudinal-optic phonon (LO2) frequency are observed with increasing N concentration. It was verified that these behaviors are associated with lattice strain, alloy effects, non-intentional doping and the loss of long range crystalline order. The effect of compositional disorder in GaAs1-xNx alloys has been studied by analyzing the broadening asymmetric, and line shift of the first-order LO1 mode. It is found that the line shape and peak shift of LO1 mode in GaAs1-xNx alloys can be well described by the spatial correlation model. The temperature dependence of phonon linewidth and energy of LO1 modes are analyzed in terms of anharmonic effect induced by thermal and compositional disorder. It was observed that the anharmonicity in the GaAs1-xNx alloys is higher than that in GaAs-bulk. In addition, both thermal and compositional disorder-induced anharmonicities lead to an appreciable change of the LO1 phonon lifetime.