Optical studies of the structures based on graphene and III-V nitrides

Abstract

Создано и успешно апробировано программное обеспечение, позволяющее оперативно обрабатывать большие массивы спектров КРС графена выращиваемого на карбиде кремния. С использование созданного программного обеспечения изучены локальные и интегральные структурные характеристики исследуемых графеновых слоев. Основываясь на сравнительном анализе данных четырех аналитических методик (КРС, АСМ, РФЭС и ФЭСУР) полученных на одних и тех же образцах, показано, что спектроскопия КРС позволяет надежно определять толщину графена с использованием анализа формы линии 2D. Установлено, что в графене, выращенном методами термодеструкции карбида кремния и химического осаждения из газовой фазы, основным типом дефектов являются границы доменов, а в интеркалированном железом графене – вакансии. Изучено влияние деформации и избытка заряда на спектры КРС монослойных пленок графена выращенных на подложках 4H- и 6H-SiC. Показано, что подход, применяемый в литературе для разделения вкладов деформации и легирования в спектрах КРС, применим для графена на карбиде кремния только при условии использования для образцов с наименьшей концентрацией избыточного заряда (условно нейтральных) корреляционной зависимости установленной в наших исследованиях: ω2D =[2684 + 2.8(ωG − 1581)] см-1. Спектроскопия КРС эффективно использована как метод диагностики для оптимизации технологических параметров и создания воспроизводимой технологии роста высококачественного монослойного графена с характеристиками на уровне лучших мировых образцов, что открывает возможность его использования для создания электронных приборов нового поколения. С использованием спектроскопии КРС произведена оптимизация условий осаждения графена на сапфировых подложках при пиролизе пропана. Исследована возможность формирования слоев GaN на графене. Создан прототип отделенного от подложки светодиода, выращенного с помощью технологии “GaN–на графене”.

The software, which allows one to quickly process large arrays of Raman spectra of graphene grown on silicon carbide, has been created and successfully tested. It has been shown that Raman spectroscopy can reliably determine the thickness of graphene using the 2D line shape analysis. This conclusion is based on a comparative analysis of the data of four analytical techniques (Raman, AFM, XPS and ARPES) obtained on the same samples. It has been established that the main type of defects are domain boundaries in graphene grown by the thermal destruction of silicon carbide and chemical vapor deposition techniques. However, in graphene intercalated by iron the vacancies are the main type of defects. The influence of mechanical strain and charge doping on Raman spectra of monolayer graphene films grown on 4H- and 6H-SiC substrates was studied. It is shown that the effects of strain and charges can be separated from each other in Raman spectra of graphene grown on silicon carbide only if for the samples not affected by charge doping the correlation dependence established in our studies is used: ω2D = [2684 + 2.8(ωG-1581)] cm-1. Raman spectroscopy is effectively used to optimize technological parameters and create a reproducible technology for the growth of high-quality monolayer graphene with characteristics at the level of the world's best samples. This success opens the possibility of creating the electronic devices of a new generation based on this high-quality graphene. Using Raman spectroscopy, we optimized the conditions for the deposition of graphene on sapphire substrates during the pyrolysis of propane. The possibility of forming GaN layers on graphene has been investigated. A prototype of a light-emitting diode separated from the substrate was created using “GaN-on-graphene” growth technology.