Spectres Raman du 2e ordre dans les cristaux mixtes Ga1— xAlxSb

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Spectres Raman du 2e ordre dans les cristaux mixtes

Ga1- xAlxSb

F. Charfi, M. Zouaghi, A. Joullié, M. Balkanski, Ch. Hirlimann

To cite this version:

83

Spectres

Raman du 2e

ordre dans les

cristaux

mixtes

_{Ga12014xAlxSb}

F.

_Charfi,

M.

_Zouaghi,

A. Joullie

_(*)

M. Balkanski

_(**)

et Ch. Hirlimann

_(**)

Laboratoire de _{Spectroscopie} Moléculaire

Faculté des Sciences, Campus Universitaire Belvédère, Tunis _(Tunisie)

(Reçu le 7 mai 1979, révisé le 10 août, accepté le 17 _{septembre 1979)}

Résumé. 2014 Les

spectres de diffusion Raman du deuxième ordre du cristal mixte

_Ga1-xAlxSb

ont été mesurés pour 0 x 1. L’évolution des combinaisons de _phonons avec la concentration a

_permis

de mettre en évidence

un _comportement à un _{mode pour les}

_{phonons acoustiques}

et un _{comportement à deux modes pour les}

_phonons

optiques.

Les _spectres font

_apparaître

des combinaisons de _phonons

_optiques

du _type GaSb + AlSb. Abstract. - The second order Raman

spectra of the mixed _crystal

_Ga1-xAlxSb

have been measured for 0 x 1. The combinations of

_phonons

as a fonction of concentration have been

_{investigated.}

A one-mode behaviour for the acoustical _phonons and a two-mode behaviour for the

_{optical phonons}

are found. In addition, combinations of

_optical

GaSb + AlSb like modes have been

_emphasized.

J. _Physique 41 ₍₁₉₈₀₎ 83-85 JANVIER _1980, 1

Classification Physics Abstracts

78.30 - 63.50

1. Introduction. - Les

propri6t6s

vibratoires des cristaux mixtes ont suscit6 un

_grand

int6r8t sur le

plan experimental

et

_th6orique

ces dix derni6res annees.

Les mesures _par

_{spectroscopie}

Raman et _par r6flecti-vit6 dans

_{l’infrarouge}

ont

_permis

d’6tudier les modes de vibration de centre de zone d’un

_grand

nombre de

cristaux mixtes. Plusieurs mod6les ont ete

_proposes

pour

interpreter

le

comportement

a un mode ou à deux modes des

_{alliages :}

modèles « R.E.I. »

(random-element

_{isodeplacement) [1];}

mod6le

_{d’agrégats}

_{[2] ;}

modèle de la

_{pseudo-cellule [3] ;}

modeles bases sur la

technique

des fonctions de Green

_[4];

modele « C.P.A. »

_(coherent

_{potentiel approximation) [5].}

L’6tude des

_{alliages Ga1 - xAlxSb}

par r6flectivit6 dans

_{1’infrarouge}

_{[6, 7]}

et _par

_{spectroscopie}

Raman

_[8]

a mis en evidence le

_comportement

a deux modes des

phonons

de

_petit

vecteur d’onde. Nous

_pr6sentons

les

spectres

Raman du deuxieme ordre des

_alliages

Gal-xAIxSb

et nous nous _proposons

d’interpreter

leur evolution avec la concentration x.

2. R6sultats

_{experimentaux.}

- L’échantillon de

GaSb _pur est un monocristal obtenu par la methode de

_Czochralsky.

Tous les autres 6chantillons ont ete 61abor6s _par la methode de

_Bridgman

et sont

poly-cristallins.

(*) Centre d’Etude d’Electronique des Solides, Universite des Sciences et _Techniques du Languedoc, Montpellier (France).

(**) Laboratoire de Physique des _Solides, Universite

P.-et-M.-Curie, 4, place Jussieu, 75005 Paris (France).

Les _spectres Raman ont 6t6 obtenus a la

temp6ra-ture ambiante avec une

longueur

d’onde excitatrice

6gale

a

514,5

nm.

Le _spectre Raman de GaSb pur est

_represente

sur

la

_figure

1 a. Les bandes situ6es de

_part

et d’autre des

pics LO(T)

et

_TO(r)

sont dues a une diffusion Raman

du deuxieme ordre. La

_comparaison

du _spectre de diffusion du deuxieme ordre et la courbe de densite

d’6tats du GaSb

_[9]

_permet

d’attribuer la bande de basse

_frequence

a des combinaisons de

_phonons

acous-tiques

et celle situ6e a haute

_frequence

a des

combinai-sons de

_phonons

_optiques

_[10].

Le

_spectre

Raman du

_compose

pur AlSb est

repr6-sent6 sur la

_figure

lb. Etant donne que les mesures de diffusion

_in6lastique

des neutrons _{n’ont pas 6t6} faites sur le

_compose

AlSb,

nous

_disposons

de peu

d’information sur les

_phonons

de bord de zone

_[I].

L’attribution des

_pics

observes dans le

_spectre

Raman du deuxieme ordre de AISb ne

_peut

8tre

qu’approxi-mative.

La

_figure

2

_repr6sente

les

_spectres

Raman du deuxi6me ordre situ6s a basse

frequence

de

GaSb,

AISb et

_{quelques alliages Gal-xAlx8b.}

La bande de basse

_frequence

6volue d’une

_fagon

continue

_jusqu’à

une concentration x de l’ordre de

0,14.

Quand

la concentration x _augmente

_(x

>

_0,2),

la bande se

pr6-sente differemment et les mesures des _spectres Raman

en fonction de la

_temperature

ont montre

_qu’elle

ne

peut pas 8tre attribu6e a un _{processus de} diffusion du deuxi6me ordre

[12].

Les

_spectres

Raman du deuxième ordre situ6s à haute

_frequence,

_{obtenus pour} dff6rentes valeurs de

84

Fig. 1. _{- Spectre} Raman du 1 er ordre et du deuxieme ordre de GaSb _{pur (a)} et de AlSb _pur (b).

[First- and second-order Raman spectra of _pure GaSb (a) and pure AlSb (b).]

Fig. 2. - Evolution du

spectre Raman du deuxieme ordre a basse frequence des alliages Gal - Al.,Sb avec la concentration.

[The effect of the introduction of aluminium on the low frequency second-order Raman spectra of Ga1-.xAlxSb.]

la concentration x sont

_representes

sur la

_figure

3. A

_partir

des concentrations limites

_(x

= 0, x =

1),

nous _pouvons suivre _par continuite les bandes

attri-bu6es a des combinaisons de

_{phonons optiques}

de centre de zone et de bord de zone, relatives a chacun des constituants purs. 11 faut noter _que les bandes ont des structures moins

_prononcees

dans

_l’alliage

que

dans le constituant _pur. D’autre

_part

le domaine de

frequence

de la bande relative au mode AlSb

(580

cm-1-680

_cm-1)

se r6duit

_lorsque

la concentra-tion en aluminium

diminue ;

la meme variation est observee _pour la bande relative au mode GaSb

(410

cm-1-470

_cm-1).

Une troisieme bande

_apparait

dans un domaine de

’frequences compris

entre 510

cm-1

et 560

cm-1;

le maximum d’intensite de cette bande est observe pour x de l’ordre de

0,5.

Fig. 3. -

Spectres Raman du deuxieme ordre a haute _frequence des alliages Ga1-xAlxSb; les indices 1 et 2 sont relatifs respective-ment aux modes du _type GaSb et AlSb.

[High frequency second-order Raman _spectra in the alloys Ga1- xAlxSb : the index 1 and 2 correspond respectively to the GaSb like mode and AlSb like _mode.]

3. Discussion. - L’etude des

alliages Ga1-xAlxSb

par

spectroscopie

Raman

_[8]

et _par r6flectivit6 dans

l’infrarouge

[6, 7]

met en evidence deux groupes de

frequences caracteristiques

de chacun des

_composes

purs GaSb et AlSb. Le

_comportement

a deux modes des

_{phonons optiques}

de

_petit

vecteur d’onde est deduit de

_facon

_{satisfaisante,}

a

_partir

de modeles se basant essentiellement sur les variations de masse. En

effet, ,

le

_parametre

cristallin ne varie _que de

0,3

%

entre les concentrations extremes x = 0 _{et x} = 1 _et les

cons-tantes de force sont _peu modifi6es

_lorsque

x varie.

Par

_consequent,

l’evolution de la densite d’etats à un

_phonon

dans les

_{alliages Ga1-xAlxSb}

est

d6termi-n6e

_{principalement}

_par la diff6rence de masse des atomes se substituant Ga et Al. La courbe de densite d’etats contient une bande a basse

_frequence

dominee

85

sensible aux variations de la

concentration x,

et un

spectre a haute

frequence

relatif aux vibrations de Ga

et Al. Etant donne la diff6rence de masse entre ces deux atomes, le _spectre de haute

_frequence

_comprend

deux bandes _{pour x :0 0 et x :A 1} d’intensite relative

approximativement proportionnelle

a x .

Etant donne _que le _spectre Raman du deuxieme ordre refl6te la densite d’etats a deux

_phonons,

le

modele

_precedent

_permet

_{d’interpreter}

son evolution

avec la concentration x. La bande de basse

_frequence

qui apparait

pour x

0,2

(Fig.

2)

peut

etre attribuee

a des combinaisons de

_{phonons acoustiques}

en

suppo-sant _{que les} combinaisons de

_type

_{acoustique-optique}

sont _peu

actives;

la faible variation de

_frequence

observee

_correspond

au

_comportement

_prevu

_pour

les modes

_acoustiques.

Les _spectres Raman du deuxieme ordre situes à haute

_frequence

_(Fig.

₃₎

_comportent

_{pour x :A}

0 et x :A

1,

trois bandes :

1)

La bande situee entre 410

cm -1

et 470

cm-’

est attribuee a des combinaisons de

_{phonons optiques}

de centre de zone et de bord de zone du _type GaSb.

Quand

la concentration en

gallium

diminue,

la

lar-geur de la bande se reduit autour de la

_frequence

420

cm-1 :

cette valeur

_correspond

en effet au double de la

_frequence

du mode

_{d’irnpuret6}

Ga dans AlSb vers

_lequel

tendent tous les modes

_optiques

du

_type

GaSb.

2)

La bande situee entre 580

cm-1

et 680

cm-’

est attribuee a des combinaisons de

_phonons

_optiques

de centre de zone et de bord de zone du

_type

AlSb.

Lorsque

la concentration x en aluminium

diminue,

le domaine de

_frequence

de la bande se reduit du fait de la

_{degenerescence}

de tous les modes

_optiques

en un mode

_d’impurete

a la limite x = 0.

3)

La bande intermediaire

₍₅₁₀

cm-1-560

_cm-1)

pourrait correspondre

a des combinaisons de

pho-nons

_optiques

du _type GaSb et AlSb.

4. Conclusion. - L’etude des

spectres Raman du deuxieme ordre du cristal mixte

_Ga1-xAlxSb

a

_permis

de mettre en evidence un _comportement a un mode

pour les

phonons

acoustiques

et un _comportement à deux modes _{pour les}

_{phonons optiques. Malgre}

le manque de donnees sur les modes de vibrations aux

points

de haute

_symetrie

de la zone de Brillouin du

compose

pur AISb et le caractere

_{polycristallin}

des

echantillons,

certains

_pics

du deuxieme ordre ont _pu etre attribues. Des mesures de

_spectres

Raman en

polarisation

sur des 6chantillons monocristallins de AlSb et sur des

_{alliages epitaxies}

nous

_permettront

de confirmer les resultats obtenus et de

_completer

l’attri-bution des

_pics

du deuxieme ordre.

Remerciements. - Nous remercions

Mon-sieur C. Llinares _pour sa collaboration fructueuse.

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