GaSb band-structure models for electron density determinations from Raman measurements

拉曼光谱 各向同性 最大值和最小值 电子迁移率 材料科学 凝聚态物理 热传导 电子 分子物理学 化学 光学 物理 数学分析 数学 量子力学 复合材料
作者
Maicol A. Ochoa,James E. Maslar,Herbert S. Bennett
出处
期刊:Journal of Applied Physics [American Institute of Physics]
卷期号:133 (15) 被引量:2
标识
DOI:10.1063/5.0140357
摘要

We investigate the use of Raman spectroscopy to measure carrier concentrations in n-type GaSb epilayers to aid in the development of this technique for the nondestructive characterization of transport properties in doped semiconductors. The carrier concentration is quantified by modeling the measured coupled optical phonon-free carrier plasmon mode spectra. We employ the Lindhard-Mermin optical susceptibility model with contributions from carriers in the two lowest GaSb conduction-band minima, the Γ and L minima. Furthermore, we evaluate three conduction-band models: (1) both minima parabolic and isotropic, (2) the Γ minimum non-parabolic and isotropic and the L minima parabolic and isotropic, and (3) the Γ minimum non-parabolic and isotropic and the L minima parabolic and ellipsoidal. For a given epilayer, the carrier concentration determined from the spectral simulations was consistently higher for the ellipsoidal L minima model than the other two models. To evaluate the conduction-band models, we calculated the L to Γ electron mobility ratio necessary for the electron concentrations from the Raman spectral measurements to reproduce those from the Hall effect measurements. We found that the model with the ellipsoidal L minima agreed best with reported carrier-dependent mobility-ratio values. Hence, employing isotropic L minima in GaSb conduction-band models, a common assumption when describing the GaSb conduction band, likely results in an underestimation of carrier concentration at room temperature and higher doping levels. This observation could have implications for Raman spectral modeling and any investigation involving the GaSb conduction band, e.g., modeling electrical measurements or calculating electron mobility.
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