“ Ó Þ” X ¢ GaN € ¾U c lT c l8 ý ° Ë Ñ] K ¡X ì Ä — ¤V R Ë; c 6 ” X ¢ Ž ì ŏ Œ

ƒ

»ì Å þ u § כ ŽÃ X Ø ” Ö «P ê s  ‹ ˜ m0 n É(Surface-plasmon enhance Raman spectroscopy) ù p § T

“ Ó Þ” X ¢ GaN € ¾U c lT c l8 ý ° Ë Ñ] K ¡X ì Ä — ¤V R Ë; c 6 ” X ¢ Ž ì ŏ Œ



™ »‡ Ú ø ¶ B · ö ¶ B< ‡ Ú · ¼ ÿ ›( å + Ö < · ò 6 B* 9 # Ñ · ö ¶ B+ ä 0 å  ^∗

/ B

N Å Ò@ /† < Ɠ § Ó ü t o † < Æõ , Ø  æ z Œ ™ 314-706

' Ö <* å « »

( Å Ò) THELEDS, 6   x“  r  449-871

(2009¸   9 Z 4 1{ 9  ~ à Î6 £ §, þ j7 á x à º& ñ ‘ : r 2009¸   11 Z 4 6{ 9  ~ à Î6 £ §)

c-   s # Q l ó ø Í 0 A\  $ í  © œô  Ç GaN œ í~ à Ì} Œ •_  F  g † < Æ& h  $ í | 9 `  ¦ › ¸  l  0 AK  " f– Ð   É r “ : r • ¸ü < ¿ ºa 

–

Ð $ í  © œô  Ç GaN ~ à Ì} Œ • r « Ñ\  @ /K  ³ ð€   e  ¦  Ý ¼ 7 H 7 £ x y © œ  ë ß – í ß –ê ø ÍZ O `  ¦ r • ¸ % i  . GaN_  Ÿ í 7 H — ¸× ¼“   E

1

(TO) ü < A

¹

(LO) — ¸× ¼\  ¦ › ' a8 £ ¤ % i “ ¦, ³ ð€   e  ¦  Ý ¼ 7 H 7 £ x y © œ  ë ß – í ß –ê ø ÍZ O _  þ j& h  o\  ¦ : Ÿ x K  E

¹

(TO), A

1

(LO) — ¸× ¼_   ë ß – ’    ñ\  ¦ 10

⁴

C  s  © œ 7 £ x y © œr ~  ´ à º e ” % 3  . ³ ð€   e  ¦  Ý ¼ 7 H 7 £ x y © œ  ë ß –Z O `  ¦ s 6   x

€  , { 9 ì ø Í& h “   8 £ ¤& ñ Z O Ü ¼– Ѝ  H 8 £ ¤& ñ ½ + É Ã º \ O   H GaN œ í~ à Ì} Œ • r « Ñ_  $ í | 9 `  ¦ · ú ˜ è ­ q à º e ” 6 £ §`  ¦ ˜ Ð% i  .

GaN œ í~ à Ì} Œ •_  „    0 l x • ¸  H $ í  © œ“ : r • ¸\          H  כ `  ¦ S X ‰ “   % i  . ³ ð€   e  ¦  Ý ¼ 7 H 7 £ x y © œ  ë ß –í ß –ê ø Í Z O

s  ³ ð€     H % ƒ_   ë ß – ’    ñ\  ¦ ‚  × þ ˜& h Ü ¼– Ð 7 £ x r v l  M :ë  He ” `  ¦ · ú ˜ à º e ” % 3 “ ¦, s   H GaN œ íl  $ í  © œ

—

¸× ¼ü < GaN œ í~ à Ì} Œ •_  F  g † < Æ& h  : £ ¤$ í `  ¦ › ¸    H X < B Ä º Ä »6   x ô  Ç l Õ ü te ” `  ¦ · ú ˜ à º e ” % 3  .

PACS numbers: 78.20.-e, 78.30.Fs, 78.35.+c, 78.66.-w

Keywords: ³ ð€   e  ¦  Ý ¼ 7 H 7 £ x y © œ  ë ß –, GaN œ í~ à Ì} Œ •, e  ¦  Ý ¼ 7 H, E

1

(TO), A

1

(LO)

I. " e  ] Ø

GaN > \ P   o½ + ËÓ ü t ì ø ͕ ¸^ ‰  H ' õ AÒ  o, 0 l qÒ  o x 9  Ñ þ ˜Ò  o µ 1 Ï F  g   s

š ¸× ¼(LED)ü < Y Us $   s š ¸× ¼_  > hµ 1 Ï s Ê ê F  g„   ™ è



 ì  r  \ " f ‰ & ³F   © œ y Œ • F  g`  ¦ ~ à Γ ¦ e ”   H Ó ü t| 9 s  . : £ ¤ y

 t è ß – 10# Œ¸   ç ß – GaN > \ P  LED_  ´ òÖ  ¦“ É r è  H  Òr >  µ

1 τ   % i “ ¦, „   [ j> _  „  § 4 \  -t  ™ èq \  ¦ ß ¼>  ] X €  •½ + É Ã

º e ”   H • 2 ;¨ 8 Š â @ /^ ‰ › ¸" î Ü ¼– Ð  © œ @ /³ ð& h “   Ê ê˜ Ð ™ è 

–

Ð t  $ í  © œ % i  . t ë ß – + À :’  & h “   \  -t  ] X y Œ ™ ´ òõ 

\

 ¦ è ­ q à º e ”   H “ ¦´ òÖ  ¦ _  LED\  ¦ > hµ 1 Ï l  0 AK " f  H  f ” 

•

¸ ´ ú §“ É r ë  H ] j[ þ t s  z Œ ™ e ”  . Õ ª ×  æ $ í  © œ l Õ ü t õ  › ' aº   ) a ë

 H ] j[ þ t“ É r $ í  © œ B j m 7 £ § _  s K \  ¦ : Ÿ x ô  Ç $    † < Ê \ x ½ ¨

›

¸ $ í  © œ, efficiency droop(Ø  ¦§ 4 „  À Ó 7 £ x † < Ê\     ´ ò Ö

 ¦ s  y Œ ™™ è   H ‰ & ³ © œ)_  K   , ? /Â Ò · ú š„   „  l  © œ_  ] j# Q, Á

ºì  rF G GaN <  ʓ É r ZnO \ x ~ à Ì} Œ •`  ¦ s 6   x ô  Ç ™ è  > hµ 1 Ï 1 p x s

 . s  ×  æ $    † < Ê_  \ x ½ ¨› ¸ $ í  © œ`  ¦ 0 Aô  Ç $ í  © œ B j  m

7 £ § _  s K \  ¦ 0 AK " f  H $ í  © œ œ íl  Û ¼à ÔY U“  _  ì  r$ 3 s 

×

 æ כ ¹ô  Ç % i ½ + É`  ¦ ô  Ç . l ó ø Íõ  ~ à Ì} Œ • s \   H      © œÃ º, \ P  Ø Ÿ

‚ ½ Ó > à º, ½ ¨› ¸_  s – Ð “   # Œ € 9 ƒ  & h Ü ¼– Ð ~ à Ì} Œ • ? /\ 

∗

E-mail: [email protected]

Û

¼à ÔY U“  s  œ íl  Ò'  µ 1 ϲ ú ˜ >   ) a   [1–4]. : £ ¤ y  GaN > 

\ P

 LED ½ ¨› ¸\ " f   s # Q l ó ø Í 0 A_  œ íl  $ í  © œ r  · û ª“ É r

$

“ : r ! Q( 8 £ x`  ¦ $ í  © œ >  ÷ &  H X <, s  œ íl  $ í  © œ 8 £ x _  Ó ü t

$ í

“ É r Õ ª 0 A\  $ í  © œ÷ &  H B j“   GaN ~ à Ì} Œ •_  : £ ¤$ í \  &  ê ø Í

% ò

† ¾ Ó`  ¦ z • 2 ; . s  Qô  Ç œ íl  $ í  © œ ~ à Ì} Œ • ? / ” > r F    H Û ¼ à

ÔY U“  “ É r ~ à Ì} Œ •_  $ í  © œ 1 l x \  % ò † ¾ Ó`  ¦ º ¡ §“ É r Ó ü t : r, Õ ª  ^ ‰

~ Ã

Ì} Œ •_  F  g † < Æ& h  $ í | 9 , „  l & h  $ í | 9 \     o\  ¦ Šғ ¦, þ j7 á x

~ Ã

Ì} Œ •_  ½ ¨› ¸& h  $ í | 9 _    H‘ : r& h  " é ¶ “  s   ) a  .   " f B Ä º

· û

ª“ É r ~ à Ì} Œ •\ " f_  Û ¼à ÔY U“   µ 1 ϲ ú ˜\  @ /ô  Ç & ñ ˜ Ѝ  H “ ¦¾ ¡ §| 9  K

‰_ …– Ð\ x „ à Ìr  ~ à Ì} Œ • $ í  © œ\  e ” # Q B Ä º ×  æ כ ¹ô  Ç   & ñ & h 

“

  & ñ ˜ Ð\  ¦ ] j/ B N † < ʓ É r Ó ü t : r s “ ¦, þ j7 á x Ó ü t$ í _  ] j# Q, > h‚  ,

>

hµ 1 Ï\  \ O # Q" f  H î ß – | ¨ c ×  æ כ ¹ô  Ç & ñ ˜ Ðs  . Õ ª Q
 GaN ~ Ã Ì }

Œ

•_    s # Ql ó ø Í © œ_  $ í  © œ\  @ /ô  Ç ƒ  ½ ¨ „   [ j> \ 

"

f t è ß – z  # Œ ¸  ç ß – ”  ' Ÿ ÷ &# Q M ® o6 £ § \ • ¸ Ô  ¦ ½ ¨ “ ¦ s \  @ / ô

 Ç   õ   f ”  t  " î S X ‰ y  µ 1 ß) €t t  · ú §“ ¦ e ” “ ¦, œ í~ à Ì} Œ • _

 Ó ü t$ í \  @ /ô  Ç ƒ  ½ ¨  H  f ” • ¸ p q ô  Ç  © œI s  .

II. T Â ] ØX ì Ä 9 0ß O Ë



ë ß – ì  rF  gZ O “ É r { 9   F  g _  Ÿ í 7 H \  _ ô  Ç q ò ø Í$ í í ß –ê ø Í`  ¦ 8

£ ¤& ñ   H 8 £ ¤& ñ Z O Ü ¼– Ð, GaN > \ P  ì ø ͕ ¸^ ‰_  \ x 8 £ x _  Û ¼

-467-

Fig. 1. (a) Ag nanoparticles on the 30nm thick GaN.

(b) SEM image Ag nanoparticles after annealing 16 nm thick Ag layers at 200

^◦

C.

à

ÔY U“  õ  „    0 l x • ¸ 1 p x F  g † < Æ& h  : £ ¤$ í `  ¦ › ¸    H X < B Ä º F 

g# 3 0 A >   6   x ÷ &“ ¦ e ”   [5,6]. t ë ß – GaN_  ¿ ºa 

100 nm ˜ Ð   Œ •Ü ¼€   ’    ñ_  ”  ; Ÿ ¤ s  B Ä º  Œ •l  M :ë  H \  { 9  ì

ø Í& h “    ë ß –Z O Ü ¼– Ѝ  H 8 £ ¤& ñ l  B Ä º # Q§ >  .   É r ô  Ç

¼

# Ü ¼– Ð   s # Q 0 A\  $ í  © œô  Ç GaN œ í~ à Ì} Œ •(< 30 nm)_  :

£ ¤$ í “ É r GaN > \ P  \ x 8 £ x _  „  ì ø Í& h “   ½ ¨› ¸ü < F  g † < Æ& h  $ í

| 9

`  ¦   & ñ l  M :ë  H \  B Ä º ×  æ כ ¹  . 7 £ ¤, z  ´] j– Ð ×  æ כ ¹ ô

 Ç œ í~ à Ì} Œ •_  $ í | 9 “ É r š ¸y  9 8 £ ¤& ñ s  Ô  ¦ 0 p x ô  Ç  © œ S ! s  

“

¦  ’ x .   " f ‘ : r ƒ  ½ ¨\ " f  H GaN œ í~ à Ì} Œ •_  F  g † < Æ& h  :

£ ¤$ í `  ¦ 8 £ ¤& ñ l  0 Aô  Ç ~ ½ ÓZ O Ü ¼– Ð ³ ð€   e  ¦  Ý ¼ 7 H 7 £ x y © œ   ë

ß –Z O `  ¦ s 6   x % i  .

F

K s 
 “ É r õ  ° ú  “ É r ) F K5 Å q(noble metal) { 9  _  ß ¼l 

{ 9

   ) a y n C_    © œ˜ Ð  Ø  æì  r y   Œ •Ü ¼€   r  F  g‚   % ò % i _  y n

C`  ¦ B Ä º ´ òõ & h Ü ¼– Ð f  ¨ à º # Œ, e  ¦  Ý ¼ 7 H s  # Œl ÷ &“ ¦, s

 Qô  Ç e  ¦  Ý ¼ 7 H“ É r F K5 Å q
” ¸ { 9   ³ ð€     H ~ ½ Ó\  B Ä º ² D G

™

è o ÷ &# Q e ”   H ² D G ™ è „   l  © œ`  ¦ Ä »• ¸ô  Ç . s  ² D G ™ è „  



l  © œ“ É r ß ¼>  ¿ º t  $ í | 9 `  ¦ ˜ Ðs   H X <, ' Í P :  H s  ² D G ™ è

„

  l  © œ_  [ jl  B Ä º y © œK " f { 9   F  g _  [ jl ˜ Ð  & h 

>

  H à ºÑ þ ˜ C \ " f ´ ú §>   H 10

⁴

C  s  © œ_  „   l  © œs  Ä »

•

¸  ) a    H & h s “ ¦, Ñ ü t P :  H s  Ä »• ¸  ) a ² D G ™ è „   l  © œs  à º z 

nm & ñ • ¸_  B Ä º a % v“ É r % ò % i \  ² D G ™ è o ÷ &# Q e ”    H & h  s

 . s X O >  Ä »• ¸  ) a ² D G ™ è „   l  © œ ? /\  Ä ºo  8 £ ¤& ñ 

“

¦    H Ó ü t| 9 `  ¦ 0 Au r v €  , Õ ª Ó ü t| 9 _  F  g † < Æ& h  $ í | 9 s  F G& h Ü ¼– Ð    oô  Ç  [7–9]. s  Qô  Ç ‰ & ³ © œ`  ¦ ³ ð€   e  ¦  Ý ¼ 7 H 7

£

x y © œ  ë ß –Z O s   ô  Ç .

‘

: r  7 Hë  H \ " f  H ³ ð€   e  ¦  Ý ¼ 7 H 7 £ x y © œ  ë ß –Z O `  ¦ s 6   x 

#

Œ   É r œ íl  $ í  © œ › ¸| , 7 £ ¤ ~ à Ì} Œ •_  ¿ ºa ü < $ í  © œ “ : r • ¸



 É r GaN ~ à Ì} Œ •_  F  g † < Æ& h  : £ ¤$ í \  @ /K  ƒ  ½ ¨ % i  .

III. ÷ m Ç] M ö õ m Í À X Ø8 ý

‘

: r z  ´+ « >\ " f   s # Q l ó ø Í0 A_  GaN ~ à Ì} Œ •“ É r  © œ6   x  o  ) a Metal Organic Chemical Vapor Doposition(MOCVD)  © œ q

\  ¦ s 6   x # Œ { 9 ì ø Í& h “   GaN_  $ í  © œ“ : r • ¸˜ Ð  ± ú “ É r 500

Fig. 2. Normal micro-Raman spectra of 30 nm and 300 nm thick GaN layers and a bare sapphire substrate.

◦

C ü < 530

^◦

C \ " f 7 £ x ‚ Ã Ì % i Ü ¼ 9, GaN ~ à Ì} Œ •_  ³ ð€  0 A\ 

“ É

r
” ¸ { 9  \  ¦ ] j Œ • l  0 AK  „   c ”  7 £ x ‚ à ÌZ O Ü ¼– Ð “ É r ~ Ã Ì }

Œ

•`  ¦ · û ª>  7 £ x ‚ à Ìô  Ç Ê ê, \ P % ƒo \  ¦ % i  . $ í  © œ“ : r • ¸ü < ¿ ºa 

   É r GaN ~ à Ì} Œ • 0 A\  7.5 nm, 12 nm, 16 nm_  “ É r ~ à Ì} Œ •

`

 ¦ 7 £ x ‚ Ã Ì “ ¦, 100

^◦

C \ " f 30ì  r, 200

^◦

C \ " f 20ì  r ç ß – \ P % ƒ o

\  ¦ % i  . Õ ª\     GaN ~ à Ì} Œ • 0 A\  “ É r
” ¸{ 9  _  Á

º Œ •0 A C \ P s  + þ A$ í ÷ &% 3  . Fig. 1“ É r (a) ] j Œ •ô  Ç r « Ñ_ 

½

¨› ¸, (b)  H r « Ñ ³ ð€   “ É r
” ¸{ 9  _  scanning electron microscope(SEM)  ”  s  . Fig. 1-(a)\ " f ˜ Ѝ  H  כ % ƒ

! 3

 \ P % ƒo  ´ òõ – Ð “  K  “ É r
” ¸{ 9   + þ A$ í ÷ &% 3  . Fig.

1-(b)  H 16 nm _  “ É r ~ à Ì} Œ •`  ¦ 200

^◦

C \ " f 20ì  r ç ß – \ P % ƒo  ô

 Ç r « Ñ_  SEM  ”  Ü ¼– Ð “ É r
” ¸ { 9   Á º Œ •0 A– Ð C \ P 

÷

&% 3 6 £ §`  ¦ S X ‰ “   ½ + É Ã º e ”  . s ü < ° ú  s  ] j Œ •ô  Ç r « Ñ\  ¦ ³ ð

€

  e  ¦  Ý ¼ 7 H 7 £ x y © œ  ë ß –Z O  z  ´+ « >`  ¦ s 6   x # Œ GaN ~ à Ì} Œ •_  F 

g † < Æ& h  : £ ¤$ í `  ¦ › ¸ K  ˜ Ѐ Œ ¤ .

Figure 2  H “ É r
” ¸{ 9  \  ¦ + þ A$ í r v l  „  _    s # Q l

ó ø Íõ  30 nm, 300 nm ¿ ºa _  GaN r « Ñ\  ¦  s ß ¼– Ð-  ë

ß –Z O Ü ¼– Ð 8 £ ¤& ñ ô  Ç Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 s  . 300 nm GaN r « Ñ\ " f



 H GaN > \ P  Ÿ í 7 H — ¸× ¼ › ' a8 £ ¤ ÷ &% 3 “ ¦, 30 nm_  GaN r 

«

Ñ\ " f  H › ' a8 £ ¤ ÷ &t  · ú §€ Œ ¤ . { 9 ì ø Í& h Ü ¼– Ð 100 nm s  _  GaN ~ à Ì} Œ •\ ‚    ë ß – ’    ñ\  ¦ 8 £ ¤& ñ   H  כ s   _  Ô  ¦ 0 p x ô

 Ç  כ Ü ¼– Ð · ú ˜ 94 R e ”  . Fig. 2\ " f · ú ˜ à º e ” 1 p w s , ¿ ºa 

 Ø  æì  r y  ¿ º î  r, 300 nm GaN r « Ñ\ " f 560 cm

⁻¹

ü <

738.9 cm

⁻¹

_  ¿ º > h_  x ß ¼ › ' a ¹ 1 Ï÷ &% 3  . s  ¿ º> h_  x  ß

¼  H S X ‰ “  `  ¦ 0 AK  Ê ê} Œ • (6 um) GaN r « Ñ\  ¦ 8 £ ¤& ñ K  ‘ : r

 

õ , GaN > \ P  Ÿ í 7 H — ¸× ¼_  E

¹

(TO), A

1

(LO) — ¸× ¼e ” `  ¦ S X

‰ “  ½ + É Ã º e ” % 3   [9–11].   " f s \  ¦ l ì ø ÍÜ ¼– Ð $ í  © œ“ : r

•

¸ü < ¿ ºa \    É r GaN _  F  g † < Æ& h  : £ ¤$ í `  ¦ › ¸ K  ˜ Ѐ Œ ¤ .

Figure 3“ É r ¿ ºa  300 nms “ ¦, 530

^◦

C \ " f $ í  © œr †  

GaN r « Ñ_  ³ ð€   e  ¦  Ý ¼ 7 H 7 £ x y © œ  ë ß –Z O Ü ¼– Ð 8 £ ¤& ñ ô  Ç Û ¼

Fig. 3. SERS of GaN when the thickness is 300 nm grown at 530

^◦

C.

&

7 ˜à Ô! 3 s  . s  Õ ªa Ë >\ " f 300 nm ¿ ºa _  GaN r « э  H e  ¦



Ý ¼ 7 H # Œl \  ¦ 0 AK  þ j& h › ¸| \  ´ ú ð  r “ É r
” ¸ { 9  \  _  K

 F G& h Ü ¼– Ð 7 £ x y © œ÷ &% 3  . ³ ð€   e  ¦  Ý ¼ 7 H 7 £ x y © œ  ë ß –Z O \  _

K  300 nm ¿ ºa _  GaN r « і РÒ'  7 £ x y © œ  ) a  ë ß – ’    

ñ  H “ É r
” ¸ { 9   \ O   H GaN r « Ñ\  q K  B Ä º y © œ 

>


 z Œ ¤ . ¢ ¸ô  Ç 7 £ x y © œ  ) a  ë ß – ’    ñ  H “ É r 8 £ x _  ¿ ºa \  ¦ 16 nm – Ð “ ¦, Õ ª Ê ê r « Ñ\  ¦ 200

^◦

C – Ð 20ì  r ç ß – \ P % ƒo ô  Ç r

« Ñ\ " f 10

⁴

& ñ • ¸– Ð  © œ ß ¼> 
 z Œ ¤“ ¦, s  כ “ É r / B I s  r

« Ñ\ " f e  ¦  Ý ¼ 7 H / B N" î s   © œ ß ¼>  { 9 # Qz Œ ¤   H  כ `  ¦ _

p ô  Ç . s  Õ ªA á Ô\ " f E

¹

(TO) ü < A

¹

(LO) — ¸× ¼  H 547 cm

⁻¹

ü < 738.8 cm

⁻¹

\ " f 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3  .

Figure 4  H 30 nm ¿ ºa _  GaN\  ¦ (a) 500

^◦

C, (b) 530

^◦

C

–

Ð $ í  © œ“ : r • ¸  Ø Ô>  # Œ $ í  © œr †   GaN r « Ñ_  ³ ð€   e

 ¦  Ý ¼ 7 H 7 £ x y © œ  ë ß –Z O  Û ¼& 7 ˜à Ô! 3  Õ ªA á Ôs  . 30 nm ¿ º a

_  GaN r « э  H { 9 ì ø Í& h “    s ß ¼– Ð- ë ß –Z O \ " f  H   ë

ß – ’    ñ 8 £ ¤& ñ ÷ &t  · ú §€ Œ ¤% 3   H X <, s  Õ ªA á Ô\ " f  H ³ ð€   e

 ¦  Ý ¼ 7 H 7 £ x y © œ  ë ß –Ü ¼– Ð “  K  GaN > \ P  Ÿ í 7 H — ¸× ¼ › ' a 8

£

¤ ÷ &% 3  . s  Õ ªA á Ô\ " f ¢ ¸ô  Ç 16 nm-200

^◦

C-20 min r 

«

Ñ_   ë ß – ’    ñ  © œ ß ¼>  7 £ x y © œ÷ &% 3  . E

1

(TO) — ¸× ¼



 H (a), (b) — ¸¿ º 549.7 cm

⁻¹

\ " f › ' a8 £ ¤ ÷ &% 3   H X <, s  כ “ É r E

1

(TO) — ¸× ¼  H $ í  © œ“ : r • ¸\  ß ¼>  % ò † ¾ Ó`  ¦ ~ à Ît  · ú §  H  כ Ü ¼

–

Ð ˜ Ð# Œ”   . Õ ª\  ì ø ÍK  A

¹

(LO) — ¸× ¼_   â Ä º, 500

^◦

C \ " f

$ í

 © œô  Ç r « э  H 730.8 cm

⁻¹

, 530

^◦

C \ " f  H 739.7 cm

⁻¹

– Ð

¿

º r « э  H €  • 9 cm

⁻¹

& ñ • ¸ s 1 l x ) a  כ Ü ¼– Ð › ' a8 £ ¤ ÷ &% 3  .

A

1

(LO) — ¸× ¼  H „    0 l x • ¸ü < › ' a >  e ”   H — ¸× ¼– Ð" f „    0

l

x • ¸_  7 £ x \    É r { 9 ì ø Í& h  : £ ¤f ç Ü ¼– Ð (1) x ß ¼_  0 Au 

Z

 }“ É r ”  1 l x à º % ò % i Ü ¼– Ð s 1 l x, (2) Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 s  V , # Qf ” , (3) [

jl  €  •K f ”  1 p x s  · ú ˜ 94 R e ”   H X <, s  : £ ¤f ç [ þ t“ É r GaN _  LO — ¸× ¼ü < e  ¦  Ý ¼ 7 H — ¸× ¼_    ½ + Ë(coupling)\  _ ô  Ç  כ Ü ¼

–

Ð · ú ˜ 94 R e ”   [12–14]. 7 £ ¤, „   _  0 l x • ¸ 7 £ x † < Ê\   



" f e  ¦  Ý ¼ 7 H — ¸× ¼_  / B N" î ”  1 l x à º 7 £ x  # Œ A

1

(LO)

Fig. 4. 4. SERS of GaN when the thickness is 30 nm grown at (a) 500

^◦

C and (b) 530

^◦

C.

—

¸× ¼\   0 >t “ ¦,   ² D G e  ¦  Ý ¼ 7 H — ¸× ¼ü < A

¹

(LO) — ¸× ¼ _

 4 Ÿ ¤ ½ + Ë(hybrid)  © œI \  ¦ + þ A$ í # Œ, A

1

(LO) — ¸× ¼ (˜ Ð  & ñ S X

‰ y   H LO+ — ¸× ¼) _  / B N" î ”  1 l x à º ˜ Ð  Z  }“ É r ”  1 l x à º

% ò

% i Ü ¼– Ð s 1 l x   H  כ s  .   " f s  8 £ ¤& ñ   õ – Ð 530

◦

C r « Ñ_  „    0 l x • ¸ 500

^◦

C ˜ Ð   8 Z  }    H  כ `  ¦ · ú ˜ Ã

º e ” % 3 “ ¦, $ í  © œ“ : r • ¸ Z  } Ü ¼€   „    0 l x • ¸• ¸ Z  }  f ” `  ¦ S X ‰

“

  ½ + É Ã º e ” % 3  .

Figures 2, 3`  ¦ : Ÿ x K " f E

¹

(TO) ü < A

¹

(LO) — ¸× ¼ ‚  × þ ˜

&

h Ü ¼– Ð 7 £ x  H † d`  ¦ · ú ˜ à º e ” % 3 “ ¦, ì ø ̀  \  E

2

-high — ¸× ¼  H í

ß –ê ø Íõ & ñ \ " f F K t   ) a — ¸× ¼e ” `  ¦ · ú ˜ à º e ” % 3  . s ü < ° ú   s

 ± ú “ É r “ : r • ¸\ " f $ í  © œô  Ç GaN œ í~ à Ì} Œ •\  @ /ô  Ç  ë ß – ’    ñ



 H (0001) ¨ î €  \ " f Ê ê~ ½ Óí ß –ê ø Í 8 £ ¤& ñ > _  { 9 ì ø Í& h “   ‚  × þ ˜Z O  g Ë

:(selection rule) `  ¦  Ø Ôt  · ú §“ ¦ e ”   H X <, s  כ “ É r GaN

$

“ : r $ í  © œ ~ à Ì} Œ •s     & ñ (poly-crystalline)s  
, q & ñ

| 9

(amorphous) e ” `  ¦
  · p . ô  Ǽ # , 8 £ ¤& ñ  ) a — ¸× ¼[ þ t“ É r q

2 Ÿ ¤ (0001) ¨ î €  _  ‚  × þ ˜Z O g Ë :`  ¦  Ø Ô“ ¦ e ” t   H · ú §t ë ß –, GaN \ " f › ' a8 £ ¤ 0 p x ô  Ç   É r Ÿ í 7 H — ¸× ¼[ þ t õ  / B N" î ”  1 l x à º

 B Ä º ¸ ú ˜ { 9 u  “ ¦ e ” l  M :ë  H \  ± ú “ É r “ : r • ¸\ " f $ í  © œô  Ç GaN ~ à Ì} Œ •“ É r    & ñ (poly-crystalline) ½ ¨› ¸\  ¦ ° ú   H  כ Ü ¼

–

Ð Ò q ty Œ •  ) a   [15]. Õ ª   õ ,  ë ß – í ß –ê ø Íõ & ñ \ " f_  C \ P s 

IV. + s Ç Â ] Ø

‘

: r ƒ  ½ ¨\ " f  H ³ ð€   e  ¦  Ý ¼ 7 H 7 £ x y © œ  ë ß –`  ¦ s 6   x # Œ

$ í

 © œ“ : r • ¸ü < ¿ ºa \    É r GaN ~ à Ì} Œ •_  F  g † < Æ& h  : £ ¤$ í `  ¦ › ¸



Ù þ ¡ . { 9 ì ø Í& h “    s ß ¼– Ð- ë ß –Z O \ " f  H 8 £ ¤& ñ ÷ &t  · ú §

€

Œ

¤~   GaN > \ P  Ÿ í 7 H — ¸× ¼“   E

1

(TO) ü < A

¹

(LO) — ¸× ¼

” ¸{ 9  _  + þ A$ í \     # Œl   ) a e  ¦  Ý ¼ 7 H \  _ K  ‚  × þ ˜

&

h Ü ¼– Ð 7 £ x y © œ÷ &% 3  . 7 £ x y © œ & ñ • ¸  H €  • 10

⁴

C  s  © œÜ ¼– Ð B  Ä

º ß ¼>  7 £ x ÷ &% 3 6 £ §`  ¦ S X ‰ “   % i  . „   _  0 l x • ¸\  ¦ · ú ˜ à º e ”

  H A

1

(LO) — ¸× ¼  H 530

^◦

C r « Ñ  8 Z  }“ É r ”  1 l x à º % ò

%

i \ " f 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3   H X <, s   H A

1

(LO) — ¸× ¼_  „    0 l x • ¸



8 Z  }    H  כ `  ¦ _ p ô  Ç . s – Ð+ ‹ $ í  © œ“ : r • ¸ 7 £ x  €  

„

   0 l x • ¸• ¸ 7 £ x ô  Ç   H  כ `  ¦ · ú ˜ à º e ” % 3 “ ¦, 7 £ ¤ $ í  © œ“ : r

•

¸_  s  „    0 l x • ¸_     o\  ¦ 4 R“ : r    H  כ `  ¦ S X ‰ “  

½

+ É Ã º e ” % 3  . s    õ   H ³ ð€   e  ¦  Ý ¼ 7 H 7 £ x y © œ  ë ß –Z O `  ¦ s

6   x K  t F K  t  ~ à Ì} Œ •_  ¿ ºa  100 nm s  \ " f  H 8 £ ¤

&

ñ ÷ &t  · ú §€ Œ ¤~   GaN ~ à Ì} Œ •_   ë ß – ’    ñ\  ¦ 8 £ ¤& ñ ô  Ç  כ Ü ¼– Ð _

p e ”   H   õ s  . Õ ª QÙ ¼– Ð ³ ð€   e  ¦  Ý ¼ 7 H 7 £ x y © œ  ë ß – Z O

“ É r GaN œ í~ à Ì} Œ •_  Û ¼à ÔY U“  , „    0 l x • ¸, Õ ªo “ ¦   & ñ

$ í

1 p x F  g † < Æ& h  : £ ¤$ í `  ¦ › ¸    H X < B Ä º Ä »6   x ô  Ç l Õ ü t s  | ¨ c Ã

º e ” `  ¦  כ s   Ò q ty Œ •ô  Ç .

P

c p 8 ý ò k >

‘

: r ƒ  ½ ¨  H / B N Å Ò@ /† < Ɠ § ’  e ” “ §Ã º & ñ ‚ à ̃  ½ ¨q \  _  # Œ

ƒ

 ½ ¨÷ &% 3 6 £ §.

Y

c p w Š à U Ø ”  ô

[1] A. R. Woll, R. L. Headrick, S. Kycia and J. D.

Brock, Phys. Rev. Lett. 83, 4349 (1999).

[2] A. D. Andreev and E. P. OïReilly, Phys. Rev. B. 62,

(2005).

[4] V. Darakchieva, P. P. Paskov, T. Paskova, E.

Valcheva, B. Monemar and M. Heuken, Appl. Phys.

Lett. 82, 703 (2003).

[5] W. Limmer, W. Ritter, R. Sauer, B. Mensching, C. Liu and B. Rauschenbach, Appl. Phys. Lett. 72, 2589 (1998).

[6] A. Bittar, H. J. Trodahl, N. T. Kemp and A. Mark- witz, Appl. Phys. Lett. 78, 619 (2001).

[7] G. Laurent, N. Fe ´lidj, J. Aubard, G. Le´vi J. R.

Krenn, A. Hohenau, G. Schider, A. Leitner and F.

R. Aussenegg, J. Chem. Phys. 122, 011102 (2005).

[8] Todd L. Williamson, Xiaoying Guo, Andrew Zukoski, Aditya Sood, Diego J. Dƒ´az and Paul W.

Bohn, J. Phys. Chem. 109, 20186 (2005).

[9] A. GMilekhin, R. JMeijers, T. Richter, R. Calarco, S. Montanari, H. L ¨uth, B. A. Paez Sierra and D.

R. T Zahn, J. Phys. 18, 5825 (2006).

[10] J. M. Zhang, T. Ruf, M. Cardona, O. Ambacher M.

Stutzmann, J. M. Wagner and F. Bechstedt, Phys.

Rev. B. 56, 14399 (1997).

[11] Takafumi Yao and Soon-Ku Hong, Oxide and Nitride Semiconductors, edited by J.-H. Song (Springer, Berlin, 2009).

[12] D. Huang, F. Yun, M. A. Reshchikov, D. Wang, H.

Morko¸ c, D. L. Rode, L. A. Farina, C ¸ . Kurdak, K. T.

Tsen, S. S. Park and K. Y. Lee, Solid-State Electron.

45, 711 (2001).

[13] T. Inushima, M. Higashiwaki and T. Matsui, Phys.

Rev. B. 68, 235204 (2003).

[14] F. A. Ponce, J. W. Steeds, C. D. Dyer and G. D.

Pitt, Appl. Phys. Lett. 69, 2650 (1996).

[15] Ryota Matsui, Prabhat Verma, Taro Ichimura, Ya- sushi Inouye and Satoshi Kawata, Appl. Phys. Lett.

90, 061906 (2007).

A Surface-plasmon-enhanced Raman Spectroscopy (SERS) Study on the Optical Properties of Ultra-thin (< 30 nm) GaN layers Deposited

on Sapphire Substrates

Ho-Jong Kim, Jae-Ho Song, Byung-Jun An, Yanqun Dong and Jung-Hoon Song

^∗

Department of Physics, Kongju National University, Kongju 314-701

Youngboo Moon

THELEDS Co., Ltd, Yongin, Gyeonggi 449-871 (Received 1 September 2009, in final form 6 November 2009)

We have carried out surface-plasmon-enhanced Raman spectroscopy (SERS) on 30-nm-thick GaN samples grown at various temperatures in order to investigate the properties of ultrathin GaN films on sapphire. We found that the properties, such as the strain in and the free-carrier density of the thin layers, were sensitively affected by the growth temperature. Our results show that SERS, by selectively enhancing the Raman signal near the surface, can be a very useful technique to investigate the optical properties of GaN thin films and the initial growth mode.

PACS numbers: 78.20.-e, 78.30.Fs, 78.35.+c, 78.66.-w Keywords: SERS, GaN thin film, Plasmon, E

1

(TO), A

1

(LO)

∗

E-mail: [email protected]