Tesis doctoral de Raquel Gargallo Caballero
Este trabajo de tesis está dedicado al desarrollo de dispositivos optoelectrónicos, tanto detectores como emisores de luz infrarroja, mediante el crecimiento por mbe y a la caracterización de nanoestructuras de punto cuántico basadas en (ga,in)(as,n) sobre sustratos de gaas (100) y gaas (111)b desorientado. como es bien sabido en la literatura, las nanoestructuras de punto cuántico vienen siendo durante los últimos años objeto de numerosas investigaciones en el campo de la fabricación de dispositivos electrónicos y optoelectrónicos, debido a las interesantes propiedades físicas que presentan como consecuencia de su confinamiento de carga en las tres dimensiones del espacio. Asimismo, el sistema de materiales de qds (ga,in)(as,n) sobre sustratos de gaas ofrece, por una parte la atractiva posibilidad de desarrollar innovadores dispositivos optoelectrónicos gracias a la introducción de nitruros diluidos en su estructura; y por otra la posibilidad de basar el desarrollo de los mismos sobre una consolidada tecnología como es la del gaas; de ahí las motivaciones fundamentales para el desarrollo de esta tesis. se lleva a cabo el estudio del crecimiento por mbe y caracterización de nanoestructuras de punto cuántico de inas utilizando dos grandes métodos de crecimiento de este tipo de nanoestructuras: crecimiento auto-organizado sobre sustratos de gaas (100), y técnicas pre-patterning sobre sustratos gaas (111)b desorientados. Para ello, se ha elaborado en primer lugar un estudio detallado del efecto de las condiciones de crecimiento (velocidad de crecimiento, temperatura de sustrato, cantidad de material crecida, relación de flujos v-iii) sobre las propiedades ópticas y estructurales de estas nanoestructuras, el cual nos ha llevado a la observación de una clara dependencia de dichas características con cada uno de los parámetros de crecimiento. Este conocimiento nos lleva al control de las características de los qds de inas con la combinación adecuada de los parámetros de crecimiento, siendo esto de gran utilidad para su posterior aplicación en dispositivos optoelectrónicos. En segundo lugar, se ha desarrollado un nueva técnica pre-patterning in-situ basada en el crecimiento por mbe de gaasn sobre sustratos de sustratos gaas (111)b desorientados, cuyo control (tamaño y densidad de los motivos) es posible a través de los parámetros de crecimiento. Además, se demuestra la posibilidad de crecer qds de inas sobre una superficie grabada de gaas (111)b, al igual que un crecimiento totalmente selectivo en tales patrones ayudándonos únicamente de las condiciones de crecimiento. a continuación se realiza un estudio dedicado a nanoestructuras de punto cuántico con nitrógeno diluido, el cual se da comienzo con el análisis de la dependencia de las características ópticas y estructurales de puntos cuánticos de inasn enterrados con gaas en función de los parámetros de crecimiento, seguido de un estudio comparativo con puntos cuánticos de inas equivalentes, que nos permite observar cómo la introducción de n en estas nanoestructuras trae notables consecuencias tales como, el incremento de tamaño de los puntos cuánticos, la formación de una distribución bimodal y la degradación de las características ópticas de los mismos, entre otras. Se realiza también un estudio del efecto que cada una de las especies del plasma presenta sobre las características ópticas y estructurales de puntos cuánticos de inasn, demostrándose una clara dependencia con las especies ionizadas y el nitrógeno activo, y una influencia más ligera por parte de las especies de nitrógeno molecular. Asimismo, permite vislumbrar como posible origen de la típica distribución bimodal de estas nanoestructuras a las especies de nitrógeno atómico y molecular. Por otra parte, en lo referente a la degradación óptica producida por la introducción de nitrógeno en estas nanoestructuras se investiga la posibilidad de recuperar la calidad óptica de las mismas a través de un recocido térmico rápido posterior al crecimiento. Los resultados encontrados muestran una clara mejora de la calidad óptica junto con un desplazamiento hacia el azul. Asimismo, se estudia este mismo tipo de tratamiento térmico sobre nanoestructuras de punto cuántico de inas e inasn enterradas con ingaas, observándose un comportamiento similar al encontrado para los enterrados con gaas. A su vez se ha encontrado un comportamiento similar entre puntos cuánticos de inas e inasn enterrados ambos con ingaas hasta temperaturas de 750ºc. No obstante, para valores de 850ºc los efectos del aleado son mucho más pronunciados para las nanoestructuras con nitrógeno diluido. seguidamente un estudio del crecimiento y caracterización de nanoestructuras de punto cuántico de gainasn permite demostrar una incuestionable dependencia de la incorporación de nitrógeno en tales nanoestructuras con el contenido de ga por medio de cuatro métodos diferentes, a saber, un análisis morfológico, un análisis óptico, un estudio del espesor de transición, y finalmente un estudio de recocido térmico posterior al crecimiento. Los resultados de todos ellos coinciden en la existencia de una dependencia de la incorporación de n con el contenido de ga en puntos cuánticos de gainasn, la cual se caracteriza por una intensificación de la incorporación de n hasta el 30% de ga y una reducción a partir de este valor, encontrando por tanto un contenido máximo de n alrededor del 30%. finalmente en este trabajo se describe el diseño, fabricación y caracterización de los dispositivos tanto emisores como detectores de luz infrarroja basados en las nanoestructuras de punto de cuántico de (ga,in)(as,n) estudiadas anteriormente. En primer lugar, se desarrollan dispositivos detectores de infrarrojo basados por un lado en puntos cuánticos de inas y por otro en puntos cuánticos de gainasn. Y en segundo lugar, se desarrollan diodos emisores de luz con estructura p-i-n basados en puntos cuánticos de gainasn. Mediante el desarrollo de estos dispositivos se consigue demostrar la viabilidad de este tipo de nanoestructuras para su aplicación en dispositivos optoelectrónicos trabajando en el infrarrojo con buenas prestaciones.
Datos académicos de la tesis doctoral «Desarrollo de dispositivos optoelectrónicos mediante crecimiento por mbe y caracterización de nanoestructuras de punto cuántico basadas en (ga,in)(as,n)«
- Título de la tesis: Desarrollo de dispositivos optoelectrónicos mediante crecimiento por mbe y caracterización de nanoestructuras de punto cuántico basadas en (ga,in)(as,n)
- Autor: Raquel Gargallo Caballero
- Universidad: Politécnica de Madrid
- Fecha de lectura de la tesis: 12/05/2010
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- álvaro De Guzmán Fernández González
- Tribunal
- Presidente del tribunal: elías Muñoa merino
- esperanza Luna garcia de la infanta (vocal)
- mark Hopkinson (vocal)
- José María Ulloa herrero (vocal)