G. Kaczmarczyk

Nitrogen-related local vibrational modes in ZnO:N

We study the influence of nitrogen, a potential acceptor in ZnO, on the lattice dynamics of ZnO. A series of samples grown by chemical vapor deposition (CVD) containing different nitrogen concentrations, as determined by secondary ion mass spectroscopy (SIMS), was investigated. The Raman spectra revealed vibrational modes at 275, 510, 582, 643, and 856 cm−1 in addition to the host phonons of ZnO. The intensity of these additional modes correlates linearly with the nitrogen concentration and can be used as a quantitative measure of nitrogen in ZnO. These modes are interpreted as local vibrational modes. Furthermore, SIMS showed a correlation between the concentration of incorporated nitrogen and unintentional hydrogen, similar to the incorporation of the p-dopant magnesium and hydrogen in GaN during metalorganic CVD.

Lattice dynamics of hexagonal and cubic InN: Raman-scattering experiments and calculations

We present results of first- and second-order Raman-scattering experiments on hexagonal and cubic InN covering the acoustic and optical phonon and overtone region. Using a modified valence-force model, we calculated the phonon dispersion curves and the density of states in both InN modifications. The observed Raman shifts agree well the calculated Γ-point frequencies and the corresponding overtone density of states. A tentative assignment to particular phonon branches is given.

Local vibrational modes in Mg-doped GaN grown by molecular beam epitaxy

Local vibrational modes in the region of the acoustic and optical phonons are reported for Mg-doped GaN grown by molecular beam epitaxy. The modes, studied by Raman spectroscopy, appear in addition to the known modes in the high-energy region around 2200 cm−1. We suggest disorder-activated scattering and scattering from Mg-related lattice vibrations to be the origin of the low-energy modes. Our assignment is supported by calculations based on a modified valence-force model of Kane. Temperature-dependent measurements between 4 and 300 K exclude an electronic Raman-scattering mechanism. We also report a new line at 2129 cm−1 and discuss the origin of all five observed high-energy modes.

Local vibrational modes of the CuO4-cluster in ZnO

Abstract Zero phonon line isotope shifts of d-d transitions depend on the local vibrational properties of the transition metal. For copper in ZnO this isotope effect depend not only on the mass of the copper impurity but also on the mass of the oxygen ligands. To explain this behavior the local vibrational properties of copper in ZnO are investigated by means of resonant Raman spectroscopy and analyzed in a cluster calculation in the valence force model of Kane using the scaling factor approximation. The fit of the experimental data together with the calculations give insight into the local binding properties around the impurity, the localization and the symmetry of the local vibrational modes. The copper incorporation results in a local bond softening in the ZnO lattice. The copper and the oxygen mass dependences of the local vibrational modes of the CuO 4 -cluster are calculated. The mass dependence is mainly determined by the localization of the local vibrational modes. The anisotropic vibration of the CuO 4 -tetrahedron explains the ligand induced zero phonon line isotope shift which was observed for the intracenter Cu 2+ ( 2 T 2  2 E) transition.

Defect Complexes in Highly Mg-Doped GaN Studied by Raman Spectroscopy

(a)Institut fu¨r Festko¨rperphysik, Technische Universita¨t Berlin, Hardenbergstrase 36,D-10623 Berlin, Germany(b)Institut fu¨r Festko¨rperphysik, FB 1, Universita¨t Bremen, Kufsteiner Str. NW 1,D-28359 Bremen, Germany(Received July 4, 1999)We report on local vibrational modes (LVMs) in highly Mg-doped GaN grown by molecular beamepitaxy. Two groups of LVMs in the region of GaN host phonons and in the vicinity of 2200 cm

Temperature and pressure dependence of Mg local modes in GaN

The temperature and pressure dependence of the zone-center phonons and of the local vibrational modes of magnesium in the hexagonal modification of GaN was studied within a valence-force model. The contribution caused by thermal expansion was calculated and compared with the experiment. We find that the frequency shift of the local vibrational modes arises to a much larger extent from anharmonic decay into lower energy phonons than the shift of the GaN host modes.

JAHN-TELLER EFFECT OF CU2+ IN II-VI COMPOUNDS

— 2T2) zero-phonon lines which have been investigated as a function of temperature and in magnetic fields up to 15 T. As a result, an unique termscheme for Cu2+ in the sulfide host compounds is presented. We interpret the observed Cu2+ transitions in ZnS and CdS crystals by a moderate Jahn-Teller coupling of the electronic states to a local vibrational mode of E symmetry and a Huang-Rhys factor of S = 0.8 for ZnS and S = 1.1 for CdS. We report on parameter-free calculations of the magnetic-field splitting of Cu2+ centers in II—VI compounds, which show a general agreement with the observed spectra. For ZnS : Cu2+ the agreement between the calculated and observed g values is excellent, whereas some differences for the 2T2 ground-state g factors occur. This is due to the neglect of the T, mode coupling in the Jahn-Teller calculation. The local vibrational modes of copper in ZnS and CdS are investigated and fitted in a cluster calculation using the valence-force model of Kane including Coulomb forces. An E mode at 32.4 meV is found to be the dominant coupling mode in ZnS whereas a T, mode at 21.3 meV is obtained for CdS.

Schwingungsverhalten lokaler Defekte in Breitband-Halbleitern

Die Gruppe-III-Nitride und Zinkoxid stehen wegen ihres hohen Anwendungspotentials im Mittelpunkt des Forschungsinteresses. Ein vorläufiger Höhepunkt war die Vorstellung der ersten UV-Laserdiode und von Leuchtdioden für den blauen Spektralbereich. Trotz aller Fortschritte sind viele physikalische Fragen unbeantwortet geblieben. Einige davon werden in dieser Arbeit mit der experimentellen Methode der Raman-Streuung und Rechnungen mittels eines Valenzkraft-Modells behandelt. Viele der physikalischen Merkmale eines Halbleiter-Systems wie z.B. Verspannung oder Dotierung wirken sich auf die gitterdynamischen Eigenschaften aus. Mit der Raman-Streuung 1. Ordnung wurden zunächst die Phononen im Zentrum der Brillouin-Zone an GaN, AlN, InN und ZnO untersucht. Diese Ergebnisse dienten als Grundlage für die weitergehenden Untersuchungen. Mit der RamanStreuung 2. Ordnung wurden die akustischen und optischen Phononen am Rand der Brillouin-Zone sowie ihre Kombinationen und Obertöne in den oben beschriebenen Halbleitern ermittelt. Anhand von detaillierten Berechnungen im Rahmen des erwähnten Valenzkraftmodells konnte eine Zuordnung dieser Phononen zu bestimmten Zweigen oder Punkten der Brillouin-Zone vorgenommen werden. Der zweite Teil dieser Arbeit behandelt erstmals in systematischer Weise die Physik lokaler Schwingungsmoden. Diese können durch die Eigendefekte des Halbleiters oder durch die eingebauten Störstellen entstehen. Sie wurden basierend auf den Kenntnissen der Gitterdynamik des ungestörten Kristalls untersucht. Experimentell gefundene neue Strukturen in GaN:Mg, GaN:As und ZnO:N wurden mit umfangreichen Berechnungen verglichen, so dass mögliche Ursachen dieser Linien geklärt werden konnten. Außerdem ließen sich so die Frequenzbereiche eingrenzen, in denen lokale Schwingungsmoden für Siund C-Störstellen in hexagonalem GaN zu erwarten sind. Im letzten Abschnitt wird der Einfluss der äußeren Parameter wie Temperatur oder Verspannung auf die Phononen-Frequenz untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Temperaturabhängigkeit von Wirtsphononen und lokalen Moden durch unterschiedliche Effekte dominiert wird. Bei den Wirtsphononen spielt der Volumeneffekt die entscheidende Rolle, bei den lokalen Moden dagegen der anharmonische Zerfall. Des Weiteren belegten die Rechnungen, dass das Ausbleiben einer Frequenz-Verschiebung der zusätzlichen Strukturen in GaN/GaAs bei druckabhängigen Messungen keinen Widerspruch zu ihrer Zuordnung als lokale Schwingungsmoden eindiffundierter Arsen-Atome darstellt.