Search

Additional file 1: Figure S1. Room-temperature photoluminescence spectra of GaAsBi samples presented in the main text. Figure S2. (a) The SCS histogram of the bottom GaAs buffer layer in Fig. 1 (a) (and also Fig. 2(a)) fitted with six Gaussians. The inset on the top right shows the quantified region. (b) Zoomed-in GaAs buffer layer with atomic columns indicated by squares according to the color-scheme in Fig. S2 (a). Figure S3. Shows the average probe intensity in a 1 Å wide window as a function of propagation depth in GaAs crystal. The electron probe is positioned directly atop As column. The propagation simulation was averaged over 10 frozen-phonon configurations. Interference-based intensity oscillations can be seen as well as an overall intensity decay. see Methods for more details. Figure S4. EELS data showing a representative spectrum of GaAs (red) and GaAsBi (black) plasmon peaks. Zero-loss peaks have been centred and removed. The spectra are taken from the same data set as presented in Figure 3 (sample S1) and spatially binned, as detailed in the Methods section. Figure S5. Wiener filtered EDX elemental images from sample S3 that were used in the color-overlaid image Fig. 5 (b).

In this work the influence of technological parameters – Tp substrate temperature and Bi flux – on structural, electrical and optical properties of GaBiAs layers was investigated. Thin Ga-BiAs layers have been grown by molecular beam epitaxy tech-nology on monocrystalline GaAs substrates. The surface mor-phology of GaBiAs layers and formation of Bi droplets were examined using atomic force microscopy. The lattice parameters of GaBiAs and Bi concentration have been evaluated from high resolution X-ray diffraction ∆(2Θ)spektra. Optical measurements showed the reduction of energy band gap from 1.15 to 0.86 eV for GaBiAs layers with 4.4 and 11.3% of Bi concentration. From the Hall effect measurements using Van der Pauw geometry the highest carrier concentration 3.2∙1015 was measured for GaBiAs layers containing 11.3% of Bi. Article in Lithuanian. Epitaksinių GaBiAs sluoksnių auginimas ir savybių tyrimas Santrauka.Pateikti plonųjų GaBiAs sluoksnių, augintų molekulinių pluoštelių epitaksijos (MPE) būdu, technologinių sąlygų– padėklo temperatūrosTpir bismuto pluoštelio intensyvumo – įtakos sluoksnių kristalinei sandarai, optinėms ir elektrinėms savybėms tyrimo rezultatai. Iš rentgenografinių tyrimų, suskaičiavus GaBiAs gardelės parametro, augimo ašies kryptimi ir lygiagrečiąja padėklui kryptimi padidėjimą, ir palyginus su GaAs, nustatyta, kad įėjusio į gardelę Bi kiekis siekė nuo 4,4 iki 11,3%. Optinio pralaidumo matavimai ir šviesos sugerties kvadrato priklausomybė nuo fotono kvanto energijos leido įvertinti GaBiAs draustinių energijų tarpo vertes, kurios kito 1,15 iki 0,86eV, didėjant Bi kiekiui. Iš Holo efekto GaBiAs epitaksiniuose sluoksniuose matavimų Van der Pauw metodu nustatytas skylinis laidumo tipas, krūvininkų koncentracija ir judris. Raktiniai žodžiai: GaBiAs; MPE; optinis pralaidumas; Holo efektas; Van der Pauw.

Bismuth-containing compounds are attractive due to the possibility of usage as emitters or detectors operating in the near- and mid- infrared spectrum region, solar cells, components of spintronic devices and terahertz (THz) frequency systems. THz time-domain spectroscopy systems based on GaAs are currently the most common, but they are large in size and expensive. They could be replaced by more compact and rather cheaper systems, operating in the range of telecommunication wavelengths (1−1.5 µm), if the components – emitters and detectors – would be produced from GaᵧIn₁₋ᵧAs₁₋ₓBiₓ compound. Orienting to the development of mid-range infrared radiation detectors, GaᵧIn₁₋ᵧAs₁₋ₓBiₓ compounds can also be useful because it is known that it is possible to achieve compounds in which the optical absorption edge moves up to 6 μm. Optimization of the growth conditions of GaᵧIn₁₋ᵧAs₁₋ₓBiₓ layers is described in this dissertation. Bismide-based THz components for 1.55 µm spectroscopic systems were made and compact THz time-domain spectroscopy system was fabricated. GaᵧIn₁₋ᵧAs₁₋ₓBiₓ layers with the absorption edge up to 2.3 µm were grown in this dissertation; the investigation of the influence of post-annealing process on the properties of quaternary compounds has showed the good prospective of their applications in optoelectronic devices.

The aim of dissertation was to develop and explore the semiconductor material terahertz (THz) pulse emitters, for Terahertz time–domain spectroscopy (THz–TDS) systems using a 1 μm wavelength femtosecond laser radiation. THz pulse generation and detection using optoelectronic semiconductor components in THz–TDS excited by femtosecond laser pulses become these days a powerful experimental technique. Traditionally, mode-locked Ti:sapphire lasers emitting at the wavelengths ~800 nm are used. However Ti:sapphire lasers require many-stage optical pumping arrangement, the system is quite bulky and complicated. The solution could be the lasers emitting in 1 – 1.55 µm, which can be directly pumped by diode laser bars. Recently, several compact, efficient and cost-effective solid-state and fiber laser systems that generate femtosecond pulses at near-infrared wavelengths have been developed and employed for activating THz–TDS systems. The main obstacle of these systems is the lack of material with appropriate bandgap, high dark resistivity and short (~ ps) carrier lifetimes. Disertacijos darbo tikslas buvo sukurti ir ištirti puslaidininkinius terahercinių (THz) impulsų emiterius ir detektorius, skirtus sistemoms, naudojančioms 1 μm bangos ilgio femtosekundinę lazerinę spinduliuotę. THz impulsų generavimo ir detektavimo sistema, kurios optoelektroninius puslaidininkinius komponentus aktyvuoja femtosekundiniai lazerio impulsai, yra plačiai taikoma terahercinėje laikinės srities spektroskopijoje. Tradiciškai tokiose sistemose naudojami Ti:safyre femtosekundiniai lazeriai, kurių spinduliuotės bangos ilgis yra ~800 nm. Šios sistemos nėra patogios dėl jų matmenų, nes lazeriai turi sudėtingą kelių pakopų kaupinimo sistemą. Pastaruoju metu THz impulsų generavimui vis dažniau naudojami femtosekundiniai kietakūniai ir šviesolaidiniai lazeriai, kurių spinduliuotės bangos ilgis patenka į artimosios IR spinduliuotės sritį. Tačiau šios sistemos vis dar neturi tinkamos medžiagos fotolaidiems elementams gaminti, kurie būtų žadinami 1 – 1,55 µm bangos ilgio lazeriais. Tokios medžiagos, visų pirmą, turi būti jautrios optinei spinduliuotei, o jų draustinės energijos tarpas turi atitikti žadinamos spinduliuotės fotonų energiją, be to sluoksniai turi pasižymėti didele tamsine varža bei labai trumpomis krūvininkų gyvavimo trukmėmis (~ 1 ps). Šioje disertacijoje yra pateikiami THz impulsų generavimo panaudojus puslaidininkių paviršius ir fotolaidžias antenas rezultatai, žadinant 1 µm bangos ilgio femtosekundiniais lazerio impulsais.

Disertacijos darbo tikslas buvo sukurti ir ištirti puslaidininkinius terahercinių (THz) impulsų emiterius ir detektorius, skirtus sistemoms, naudojančioms 1 μm bangos ilgio femtosekundinę lazerinę spinduliuotę. THz impulsų generavimo ir detektavimo sistema, kurios optoelektroninius puslaidininkinius komponentus aktyvuoja femtosekundiniai lazerio impulsai, yra plačiai taikoma terahercinėje laikinės srities spektroskopijoje. Tradiciškai tokiose sistemose naudojami Ti:safyre femtosekundiniai lazeriai, kurių spinduliuotės bangos ilgis yra ~800 nm. Šios sistemos nėra patogios dėl jų matmenų, nes lazeriai turi sudėtingą kelių pakopų kaupinimo sistemą. Pastaruoju metu THz impulsų generavimui vis dažniau naudojami femtosekundiniai kietakūniai ir šviesolaidiniai lazeriai, kurių spinduliuotės bangos ilgis patenka į artimosios IR spinduliuotės sritį. Tačiau šios sistemos vis dar neturi tinkamos medžiagos fotolaidiems elementams gaminti, kurie būtų žadinami 1 – 1,55 µm bangos ilgio lazeriais. Tokios medžiagos, visų pirmą, turi būti jautrios optinei spinduliuotei, o jų draustinės energijos tarpas turi atitikti žadinamos spinduliuotės fotonų energiją, be to sluoksniai turi pasižymėti didele tamsine varža bei labai trumpomis krūvininkų gyvavimo trukmėmis (~ 1 ps). Šioje disertacijoje yra pateikiami THz impulsų generavimo panaudojus puslaidininkių paviršius ir fotolaidžias antenas rezultatai, žadinant 1 µm bangos ilgio femtosekundiniais lazerio impulsais. The aim of dissertation was to develop and explore the semiconductor material terahertz (THz) pulse emitters, for Terahertz time–domain spectroscopy (THz–TDS) systems using a 1 μm wavelength femtosecond laser radiation. THz pulse generation and detection using optoelectronic semiconductor components in THz–TDS excited by femtosecond laser pulses become these days a powerful experimental technique. Traditionally, mode-locked Ti:sapphire lasers emitting at the wavelengths ~800 nm are used. However Ti:sapphire lasers require many-stage optical pumping arrangement, the system is quite bulky and complicated. The solution could be the lasers emitting in 1 – 1.55 µm, which can be directly pumped by diode laser bars. Recently, several compact, efficient and cost-effective solid-state and fiber laser systems that generate femtosecond pulses at near-infrared wavelengths have been developed and employed for activating THz–TDS systems. The main obstacle of these systems is the lack of material with appropriate bandgap, high dark resistivity and short (~ ps) carrier lifetimes.

Ultrasparčių puslaidininkinių komponentų kūrimas reikalauja gilesnio supratimo apie tai, kaip puslaidininkiuose vyksta fizikiniai procesai, trunkantys kelias pikosekundes ar net mažiau nei vieną pikosekundę. Tokie reiškiniai, kaip elektronų impulso ir energijos relaksacija bei nepusiausvyrųjų krūvininkų pagavimas yra labai svarbūs puslaidininkinių fotonikos ir terahercinio diapazono prietaisų veikimui. Iki pastarojo meto pagrindinis ultrasparčiųjų procesų puslaidininkiuose tyrimo įrankis buvo optiniai metodai, kuriuose elektronų dinamikai stebėti buvo pasitelkiami pikosekundinių ar femtosekundinių lazerių impulsai. Nepaisant išskirtinai didelės šių metodų laikinės skyros, optinio kaupinimo-zondavimo matavimų rezultatus yra palyginti sudėtinga interpretuoti. Šie rezultatai dažniausiai yra įtakojami kelių sistemos parametrų kitimo ir įvairių fizikinių reiškinių tarpusavio sąveikos, todėl sunkiai susiejamas su kuria nors elektronų laikine charakteristika. Disertacijos darbo tikslas – naudojant terahercinės spinduliuotės impulsus išmatuoti elektronų impulso ir energijos relaksacijos trukmes keliuose siauratarpiuose puslaidininkiuose bei jų gyvavimo trukmes medžiagose, skirtose fotolaidžių terahercinės spinduliuotės emiterių ir detektorių gamybai. Šioje disertacijoje yra pateikiami įvairių charakteringų elektroninius procesus puslaidininkiuose apibūdinančių trukmių matavimų naudojant terahercinės spinduliuotės impulsus rezultatai. Tokie tyrimai atlikti ir optinio žadinimo –... [toliau žr. visą tekstą] Creation of ultrafast semiconductor components is inconceivable without understanding various processes of picoscond duration in semiconductors. These processes, as electron energy relaxation time or nonequiriblium carrier capture are very important for semiconductor photonics and terahertz range devices. Since now, the most popular tool of measuring ultrafast processes in semiconductors was picosecond or femtosecond laser pulses. In spite of excellent time resolution, optical pump – probe methods have a significant imperfection. Interpretation of the results can be very complicate. Also, the measured result can be affected by few variable parameters or interaction of various physical phenomenon. Therefore determinate results can be hardly related with electron time dependent characteristic. The aim of this dissertation was to measure electron energy relaxation times and electron life times by using terahertz pulses in narrow – gap semiconductors used for photoconductive terahertz emitters or detectors. In this dissertation, electron characteristic times witch describe various processes in semiconductor, were studied. These measurements were performed by optical pump – terahertz probe technique and time domain terahertz spectroscopy. The emission of terahertz pulses from the semiconductor surface, illuminated by femtosecond laser pulses, was investigated.