InSe ; c" e M 1 # bM 8 ý Æ X Øy ¢ 8 ýÇ X ØV R Ë
L
| - > Z 9
∗
×
æ © @ / < Æ § Ó ü t o < Æõ , " fÖ ¦ 156-756
(2006¸ 6 Z 4 26{ 9 ~ Ã Î6 £ §, þ j7 á x : r 2006¸ 8 Z 4 21{ 9 ~ Ã Î6 £ §)
InSe ~ Ã Ì} ` ¦ é ß { 9 ½ ¨^ [(Me)
2In(µ-SeMe)]
2\ ¦ 6 x # $ · ú Ä »l F K5 Å q o < Æ l © 7 £ x à ÌZ O Ü ¼ Ð
$ í
© r ( . # l Y Us $ F g õ InSe? / M
1+ þ AI © / B G # l s _ / B N" î & ³ © \ _ ô Ç ë ß ¸× ¼_ [ j l
7 £ x \ ¦ ' a8 £ ¤ % i ¦, s ÐÂ Ò' M
1# l _ : r ¸> à ºü < F ½ + Ë \ -t \ ¦ 8 £ ¤& ñ % i .
PACS numbers: 78
Keywords: InSe, M
1# l , Ä »l F K5 Å q o < Æl © 7 £ x à ÌZ O , ë ß
I. " e  ] Ø
InSe H III-VI7 á ¤ o½ + ËÓ ü t ì ø Í ¸^ _ s 9, 8 £ x © ½ ¨ ¸
\
¦ ° ú H [1]. InSe H © : r \ " f \ -t { ç ß s 1.2 eV
&
ñ ¸ Ð · ú 94 R e # Q F g è Ð_ 6 £ x6 x 0 p x$ í s &
´ ú
§ É r ' a d ` ¦ ~ Ã Î ¦ e Ü ¼ 9, : £ ¤ y I ª t _ [ j@ / Ó ü t| 9
Ð D h Ðs  Òy ÷ & ¦ e [2].
InSe _ l : r ½ ¨ ¸ H Se-In-In-Se _ " é ¶ ¨ î s 4 Ü ¼
Ð · ¡ # Qe H + þ AI s . Se-Se s _ 8 £ x ç ß ½ + Ë É r ô Ç van der Waals j Ë µÜ ¼ Ð s À Ò# Q4 R e H ì ø Í ? /Â Ò " é ¶ [ þ t
É
r @ /Â Òì r y © ô Ç / B N Ä » ½ + Ë` ¦ ¦ e [3]. s Qô Ç van der Waals ½ + ËÜ ¼ Ð s À Ò# Q Ó ü t| 9 É r ³ ð \ dangling
½ + Ës _ \ O # Q s 7 á x] X ½ + ˽ ¨ ¸ Ð ] j H X < Å Ò a % ~
É
r Ó ü t| 9 s . ¢ ¸ô Ç InSe_ 8 £ x © ½ ¨ ¸ H q 1 p x ~ ½ Ó$ í Ü ¼ Ð
¸ ¸ a % ~ o ½ ¢ § t _ F G Ü ¼ Ð s 6 x| ¨ c à º e [4].
Ð ¦ ) a InSe ~ Ã Ì} _ ] j ~ ½ ÓZ O É r l o < Æ& h ½ + Ë$ í [5], ì
r & Á ú ¢l (MBE : Molecular Beam Epitaxy)Z O [6], Õ
ªo ¦ Ä »l F K5 Å q o < Æ l © 7 £ x à ÌZ O (MOCVD : Metal Organic Chemical Vapor Deposition) [7-9] 1 p x s . s [ þ t
×
æ MOCVD ~ ½ ÓZ O É r ª | 9 _ ì ø Í ¸^ ~ Ã Ì} _ ] j \ ; ¤V ,
>
Ö ¸6 x ÷ & ¦ e H l Õ ü t s t ë ß , í H Ã ºô Ç InSe © _ ~ Ã Ì} É r ]
j t 3 l w % i [7]. þ j H, Choi 1 p x É r In-Se é ß { 9 ½ ¨
^
[(Me)
2In(µ-SeMe)]
2\ ¦ 6 x ô Ç MOCVD Ð ª | 9 _ é ß { 9
© InSe ~ Ã Ì} ` ¦ ] j H X < $ í / B N % i [8,9]. # l " f Me H B j 9 (methyl)l \ ¦ ? / 9, µ H Se" é ¶ ü < In " é ¶
s × æ Ü ¼ Ð Ú Ôo t (bridge) ) a ½ + Ë` ¦ ¦ e 6 £ §` ¦
· p .
∗
E-mail: ihchoi@cau.ac.kr
InSe o½ + ËÓ ü t É r ª ô Ç + þ AI _ © Ü ¼ Ð / B N > r # , é ß { 9
© Ü ¼ Ð $ í © r v l # Q§ > ¦, s M :ë H \ s \ @ /ô Ç í H Ã º ô
Ç Ó ü t$ í ½ ¨ F G y ] jô Ç& h Ü ¼ Ð s À Ò# Q& [10]. Inõ Se o½ + ËÓ ü t É r { 9 ì ø Í& h Ü ¼ Ð InSe, In
2Se
3 Ð > r F , s ü @
\
¸ In
6Se
7, In
4Se
3ü < ° ú É r o½ + ËÓ ü t s > r F ¦, InSe_
â
Ä º\ " é ¶ C \ P \ β, ε, Õ ªo ¦ γ © s / B N > r ô Ç [11].
: r ½ ¨\ " f H D h Ðî r InSe é ß { 9 ½ ¨^ [(Me)
2In(µ- SeMe)]
2\ ¦ 6 x # í H Ã ºô Ç β-InSe~ Ã Ì} ` ¦ MOCVD ~ ½ ÓZ O Ü
¼ Ð GaAs(111) l ó ø Í0 A\ $ í © r v ¦, F K t ) a F G$ í F g
< Æ 6 £ § ª ¸× ¼ (polar optical phonon mode)ü < M
1# l
(exciton) s _ H (out-going) / B N" î & ³ © ` ¦ s 6
x # M
1# l _ : r ¸> à ºü < ] X ¸ : r ¸ 0 K H % \
"
f_ F ½ + Ë \ -t \ ¦ 8 £ ¤& ñ % i .
II. ÷ m Ç ] M ö
InSe _ ~ Ã Ì} ` ¦ é ß { 9 ½ ¨^ [(Me)
2In(µ-SeMe)]
2\ ¦
6 x # LPMOCVD (Low Pressure Metal Organic Chmical Vapor Deposition) ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð $ í © r ( . InSe
~ Ã
Ì} $ í © r 6 x ô Ç l ó ø Í É r GaAs(111)` ¦ 6 x % i .
InSe ~ à Ì} _ $ í © ¸| É r s p µ 1 ϳ ð ) a כ õ ° ú É r ¸| s
¦, $ í © ) a ~ Ã Ì} _ & ñ ½ ¨ ¸ H Scintag _ XDS 2000
¸4 S q_ X- r] X ì r$ 3 l \ ¦ 6 x # ¸ % i . & ñ
$ í
© \ ' a ô Ç [ jô Ç / å L É r s 7 Hë H \ " f H t · ú §l
Ð x [8,9]. InSe ~ Ã Ì} _ ³ ð + þ A © É r Hitach _ ¸ 4
S q S4700 l © ~ ½ ÓØ ¦ Å Ò & ³p â , FE SEM (Field Emission Scanning Electron Microscopy)` ¦ s 6 x # ¸
% i .
-247-
Fig. 1. A SEM images of an InSe film grown on GaAs (111) substrate.
: r ¸\ É r ë ß Û ¼& 7 à Ô! 3 ` ¦ 8 £ ¤& ñ l 0 A # 6 x ô
Ç $ : r © u H ó ¡ µ ¢ §` ¦ Í tB Ð 6 x H (closed-cycle He) Í
ty © u \ ¦ s 6 x % i ¦, ì rF g l H 2× æ r] X ì rF g l ü < F g 7
£
x C ' a, é ß { 9 F g > Ã º © u \ ¦ s 6 x % i . # l F g
"
é
¶ É r Ar s : r Y Us $ _ © 488 nm\ ¦ 6 x % i .
III. + s ÇÊ Ý õ m Í À X Ø8 ý
III-VI o½ + ËÓ ü t É r III-VI s × æ8 £ x _ í H " f\ # Q t
_ & ñ ½ ¨ ¸ Ð > r F ô Ç . t ë ß s [ þ t ½ ¨ ¸\ " f s × æ 8
£
x É r ½ ¨ ¸& h Ü ¼ Ð 1 l x{ 9 ¦, s × æ8 £ x É r III7 á ¤ " é ¶ _ ¿ º8 £ x s
VI7 á ¤ " é ¶ _ ¿ º s \ > r F H D
3h@ /g A$ í ` ¦
. " f y s × æ8 £ x É r III7 á ¤ " é ¶ _ ¿ º õ VI7 á ¤ " é ¶
_ ¿ º W 1 > h_ " é ¶ s & h 8 £ x Ü ¼ Ð ÷ &# Qe . In
? / y In " é ¶ _ ô ÇA á ¤ É r ] X H Se " é ¶ Ð ½ ¨$ í ) a
?
/\ > r F H 3 > h_ s Ö © Se õ ½ + Ë ¦, ¢ ¸ É r ô ÇA á ¤
É
r s Ö © H ô Ç In " é ¶ ü < ½ + Ë ¦ e . Se-Se s _
½ + ËU ´s H In-In s _ ½ + ËU ´s \ q # ß ¼ 9, Inõ Se s _ ½ + Ëõ " f Ð É r ½ + Ë` ¦ ¦ e . s × æ8 £ x ç
ß _ ½ + Ë, 7 £ ¤ Se-Se s _ ½ + Ë, D
3h É r ì ø ÍX <µ 1 ÏÛ ¼ (van der Waals) ½ + ËÜ ¼ Ð s × æ8 £ x ? /_ ½ + Ë, 7 £ ¤ In-Se Õ ªo ¦ In-In s _ ½ + Ë, \ q # B Ä º l M :ë H \ & ñ
É r ~ 1 > 8 £ x Ü ¼ Ð # 4 > h÷ & H $ í | 9 ` ¦ t ¦ e .
III-VI7 á ¤ o½ + ËÓ ü t × æ GaS ü < GaSe H β- ü < ε- + þ A (poly type) Ü ¼ Ð & ñ $ í © ÷ & H כ Ü ¼ Ð · ú 94 R e ¦ [12], Ú Ôa Å @ t
ë ß Z O Ü ¼ Ð $ í © r InSe H 2 £ § ¸> é ß 0 A[ j í γ- + þ
AÜ ¼ Ð $ í © ÷ & H כ Ü ¼ Ð Ð ¦ ÷ & ¦ e [13]. MOCVD
Ð $ í © r InSe & ñ ~ Ã Ì} _ XRD ì r$ 3 õ $ í © r
~ Ã Ì} É r γ- + þ As ¹ ¢ ¤ ~ ½ Ó& ñ é ß 0 A[ j í β- + þ AÜ ¼ Ð
$ í
© ÷ &% 3 6 £ §` ¦ S X ½ + É Ã º e % 3 [8,9].
Fig. 2. Some Raman spectra of InSe thin films excited by the 488 nm line of an Ar ion laser at various temper- atures.
Fig. 1 É r GaAs (111) l ó ø Í0 A\ l ó ø Í : r ¸ 320
◦C \ " f 20 ì r ç ß $ í © r InSe ~ Ã Ì} _ SEM ` ¦ Ð כ s
. $ í © ) a ~ Ã Ì} É r XRD õ \ " f f ½ + É Ã º e % 3 ~ כ õ
° ú s ¹ ¢ ¤ ~ ½ Ó& ñ ½ ¨ ¸_ · û ª É r ó ø Í ¸ ª Ü ¼ Ð $ í © ÷ &% 3 6 £ §` ¦
^
¦ Ã º e .
Fig. 2 H 488 nm Ar s : r Y Us $ \ ¦ 6 x # # Q : r
¸\ " f 8 £ ¤& ñ ô Ç InSe ~ Ã Ì} _ ë ß Û ¼& 7 à Ô! 3 ` ¦ Ð כ s
. Õ ªa Ë >\ " f 120, 187, 205, 218, 234, 409, Õ ªo ¦ 434 cm
−1\ 0 Au ô Ç ë ß 4 x Ä ºo \ ¦ ^ ¦ Ã º e . 100 ∼ 240 cm
−1s _ ë ß 4 x Ä ºo H F g 6 £ § ª ÐÂ Ò' _ 1 í ß ê
ø Í\ _ ô Ç כ s ¦, 400 ∼ 440 cm
−1 H 2 í ß ê ø Í\ _ ô Ç כ s
. 6 £ § ª \ -t 120ü < 187 cm
−1\ 0 Au ô Ç ë ß 4 x Ä
ºo H y y ´ A
1(1), E
00 ¸× ¼ Ð" f q F G$ í 6 £ § ª \ _ ô Ç )
) a í ß ê ø Í ¸× ¼s ¦, 205, 218 cm
−1\ 0 Au ô Ç ´ E(T O), E(LO) ´ ¸× ¼ H F G$ í 6 £ § ª \ _ ô Ç F K t ) a í ß ê ø Í ¸× ¼ Ð
"
f H (out-going) / B N" î \ " fë ß Fr¨ohlich -6 £ § ª
© ñ 6 x \ _ # ß ¼> H כ Ü ¼ Ð · ú 94 R e [8]. " f s [ þ t ë ß ¸× ¼ü < ì ø Í ¸^ ? /_ ï r 0 A s _
/ B N" î ` ¦ ¸ ú ' a8 £ ¤ ï r 0 A\ @ /ô Ç Ó ü t o & h & ñ Ð
\
¦ % 3 ` ¦ Ã º e .
Fig. 3. Raman cross-sections of the ´ E(T O), ´ E(LO), 2 ´ E(T O) and 2 ´ E(LO) modes in InSe plotted as a func- tion of temperature. The dashed curves represent fits to the data points with Lorentzians.
6
£
§ ª \ -t 234 , 409 Õ ªo ¦ 432 cm
−1\ 0 Au ô Ç
ë ß 4 x Ä ºo H y y ´ A
1(1), ´ E(T O), ´ E(LO) ¸× ¼_ 2× æ 6
£
§ ª ë ß ¸× ¼ Ð" f ´ A
1(2), 2 ´ E(T O), 2 ´ E(LO) Ð ³ ð & ³
÷
&% 3 .
Fig. 2 \ " f ^ ¦ à º e 1 p w s ´ E(T O), ´ E(LO), 2 ´ E(T O), 2 ´ E(LO) ë ß ¸× ¼ H : £ ¤& ñ : r ¸\ " f Õ ª [ jl / å L y
© 5 p x % i y è < Ê` ¦ ^ ¦ Ã º e . s כ É r InSe _ M
1
© / B G # l _ ½ + Ë\ -t : r ¸\ o # , # l
F g " é ¶ © 488 nm Ar s : r Y Us $ F g õ H / B N" î s
| ¨ c M : s [ þ t ë ß ¸× ¼_ í ß ê ø Í í S \ é ß & h s 7 £ x # Ò q
t| & ³ © s . ´ E(T O), ´ E(LO), 2 ´ E(T O), 2 ´ E(LO) ë ß 4
x Ä ºo _ : r ¸\ É r í ß ê ø Í í S \ é ß & h o\ ¦ Fig. 3 \
Ð% i . Fig. 3\ " f ´ E(T O), ´ E(LO), 2 ´ E(T O), 2 ´ E(LO)
ë ß 4 x Ä ºo _ [ jl : r ¸ 46 K, 50 K, 100 K, 106 K H
~
½ Ó\ " f y y þ j@ / H d` ¦ · ú Ã º e .
Ashokan 1 p x É r # l Y Us $ F g \ -t InSe & ñ ? / _
M
1 © / B G # l _ \ -t ü < { 9 u ë ß í ß ê ø Í í S \ é
ß & h s 7 £ x < Ê` ¦ Ð% i . s [ þ t É r © s É r Y > > h_ Ar s : r Y Us $ F g ` ¦ s 6 x ¦, ¢ ¸ r « Ñ_ : r ¸\
É
r \ -t { ç ß _ o\ ¦ s 6 x # 117, 180, 230 cm
−1ë ß 4 x Ä ºo _ [ þ t # Q ¸ H (in-coming) / B N" î í ß ê ø Íõ H
Fig. 4. A plot of the temperature dependence of M
1exciton obtained from Fig. 3.
(out-going) / B N" î í ß ê ø Í\ _ ô Ç ¿ º> h_ / B N" î 4 x Ä ºo \ ¦ ' a 8
£
¤ % i [14].
Fig. 4 H / B N" î ë ß z ´+ « >` ¦ : x # > í ß ô Ç M
1 © / B G # l
_ : r ¸\ É r ½ + Ë\ -t _ o\ ¦ Ð כ s .
s
\ ¦ { 9 < ÊÃ º\ ´ ú Æ Ò# Q > í ß ô Ç M
1# l _ : r ¸> Ã º
H -4.62 × 10
−4eV/K s % i . s ° ú כ É r F gf ¨ Ã º Û ¼& 7 à Ô! 3 8
£ ¤& ñ Ü ¼ ÐÂ Ò' % 3 # Q l : r& h \ -t { ç ß _ : r ¸
>
à º -3.56 × 10
−4eV/K (T > 100 K)[9] \ q # è
É r ° ú כs . ¢ ¸ô Ç, ] X ¼ # Ü ¼ ÐÂ Ò' > í ß ) a ] X @ / 0 K H %
\
" f M
1# l _ ½ + Ë\ -t H 2.536 ± 0.00065 eV s
%
i . s õ \ ¦ s p Ð ¦ ) a Choi 1 p x _ õ 2.534 eV (T
= 50 K)[8, 9] ü < Ashokan 1 p x _ õ 2.535 eV (T = 77 K)[14] ü < q §½ + É M :, : r ¸ ± ú ` ¦ à º2 ¤ { ç ß \ -t
&
t H כ ` ¦ ¦ 9 B Ä º { © ô Ç ° ú כe ` ¦ · ú Ã º e .
Fig. 5 H ´ A
1(1), E
00, ´ E(T O), ´ E(LO), ´ A
1(2) ë ß 4 x Ä º o
_ : r ¸\ É r 0 Au o\ ¦ Ð כ s . s [ þ t ë ß 4
x Ä ºo _ { 9 : r ¸> Ã º l Ö ¦ l dE
p/dT H y y -0.0091 , -0.027 , -0.011 , -0.020 , -0.019 cm
−1/K s % i .
A ´
1(1) ë ß ¸× ¼ H ¿ º InSe 8 £ x _ 0 A\ ¦ í < Ê H 1
l
x ¸× ¼ Ð ½ + Ë\ -t É r In-In ½ + Ë_ © -à º» ¡ ¤ õ
'
aº ÷ & H 1 l x Ü ¼ Ð 6 x à º^ o = © à º ± ú É r 6 £ § ª \
-t \ ¦ t H ì ø Í \ InSe8 £ x ? /_ y © ô Ç In-Se ½ + Ë\ _
Fig. 5. The temperature dependence of the frequencies of Raman modes in InSe films.
ô
Ç 1 l x ¸× ¼ E
00 ¸× ¼ H 6 x à º^ o = © à º ß ¼l M :ë H \ H 6
£
§ ª \ -t \ ¦ f ` ¦ ^ ¦ Ã º e . E
00 ¸× ¼ H ´ A
1(1) ¸
×
¼\ q # 3C & ñ ¸ H : r ¸> Ã º l Ö ¦ l \ ¦ t ¦ e 6
£
§` ¦ · ú Ã º e . s כ É r : r ¸ ? / 9 E
00 ¸× ¼_ 6 x Ã
º^ o =s ´ A
1(1) ¸× ¼\ q # 8 / å L y é ß é ß K f ` ¦ > p w ô Ç
. ¢ ¸ô Ç, Fig. 5\ " f ´ E(LO) ¸× ¼_ : r ¸> à º l Ö ¦ l
E(T O) ´ ¸× ¼_ : r ¸> à º l Ö ¦ l Ð 2C & ñ ¸ H כ ` ¦
^
¦ Ã º e . TO-LO s _ \ -t s H InSe _ Born Ä »´ ò (e
∗)\ ¦ ? / H כ Ü ¼ Ð : r ¸ ? / 9 ° ú Ã
º2 ¤ InSe & ñ _ s : r& ñ ¸ 7 £ x H כ Ü ¼ Ð K $ 3 | ¨ c Ã
º e .
IV. + s Ç Â ] Ø
InSe ~ Ã Ì} ` ¦ é ß { 9 ½ ¨^ [(Me)
2In(µ-SeMe)]
2\ ¦ 6
x # MOCVDZ O Ü ¼ Ð GaAs(111) l ó ø Í0 A\ $ í © r (
. F K t ) a F G$ í F g < Æ 6 £ § ª ¸× ¼ ´ E(T O), ´ E(LO), s _ 2× æ 6 £ § ª ¸× ¼ 2 ´ E(T O), 2 ´ E(LO) ü < M
1# l s _
H (out-going) / B N" î & ³ © ` ¦ s 6 x # M
1# l _
: r ¸> à ºü < ] X ¸ : r ¸ 0
◦\ " f_ F ½ + Ë \ -t \ ¦
½ + Ë\ -t H 2.536 eV s .
P
c p 8 ý ò k >
s
½ ¨ H 2005 < Ƹ ¸ × æ © @ / < Æ § < ÆÕ ü t ½ ¨q Ð Ã º'
÷
&% 3 6 £ §.
Y
c p w à U Ø ô
[1] N. Kuroda and Y. Nishina, Solid State Commun.
28, 439 (1978).
[2] A. Segura, A. Chevy and J. P. Guesdon, Solar En- ergy Mater 2, 159 (1980).
[3] M. O. D. Camara, A. Mauger and I. Devos, Phys.
Rev. B 65, 125206 (2002).
[4] C. Julien, M. Massort, P. Dzwonkowski, J. Y. Emery and M. Balkanski, Infrared Phys. 29, 769 (1989).
[5] J. P. Guesdon, B. Kobbi, C. Julien and M. Balkan- ski, Phys. Status Solidi A 102, 327 (1987).
[6] T. Hayashi, K. Uenro, K. Saiki and A. Koma, J.
Cryst. Growth 219, 115 (2000).
[7] J. Herrero and J. Ortega, Solar Energy Mater. 16, 477 (1987).
[8] I. H. Choi and P. Y. Yu, Phys. Rev. B 68, 165339 (2003).
[9] I. H. Choi and P. Y. Yu, J. Appl. Phys. 93, 4673 (2003).
[10] R. Nomura, K. Konishi and H. Matsuda, J. Elec- trochem. Soc. 138, 2 (1991).
[11] M. Yukadasa and K. Nakanishi, Thin Solid Films 156, 145 (1988).
[12] W. Schubert, E. D¨ orre and M. Kluge, Z. Metallkd 46, 216 (1955).
[13] J. Rigoult, A. Rimsky and A. Kuhn, Acta Crys- tallogr. Sect. C : Cryst. Struct. Commun. 38, 118 (1977).
[14] S. Ashokan, K. P. Jain, M. Balkanski and C. Julien,
Phys. Rev. B 44, 11133 (1991).
Temperature Dependence of the M 1 Exciton in InSe
In-Hwan Choi
∗Department of Physics, Chung-Ang University, Seoul 156-756 (Received 26 June 2006, in final form 21 August 2006)
InSe thin films were prepared by using a low-pressure metal-organic chemical-vapor deposition technique using a single-source precursor, [(Me)
2In(µ-SeMe)]
2. The intensities of the Raman modes were enhanced as a result of temperature-induced “tuning” of the energy of the M
1-type hyperbolic exciton in InSe. The temperature coefficient and the recombination energy of the M
1hyperbolic exciton were determined.
PACS numbers: 78
Keywords: InSe, M
1exction, MOCVD, Raman
∗