Orientador: Paulo Motisuke

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin

Resumo: Este trabalho apresenta um estudo detalhado, por fotorefletância, de camadas de GaAs com dopagem planar de silício. As amostras foram crescidas pela técnica de epitaxia por feixe molecular com diferentes concentrações de Si e diferentes espessuras da camada de topo. As estruturas observadas...

Resumo: Este trabalho apresenta um estudo detalhado, por fotorefletância, de camadas de GaAs com dopagem planar de silício. As amostras foram crescidas pela técnica de epitaxia por feixe molecular com diferentes concentrações de Si e diferentes espessuras da camada de topo. As estruturas observadas nos espectros de fotorefletância, que estão localizadas acima do "gap" fundamental do GaAs. foram atribuídas às transições envolvendo estados contínuos 3D na banda-de-valência e estados quânticos confinados 2D na banda-de-condução. Realizamos um cálculo sistemático e auto-consistente, na aproximação de Hartree, para verificar os efeitos das concentrações de Si dopante, das impurezas residuais de aceitadores, da difusão de doadores e da temperatura na energia e na ocupação de elétrons nas diferentes sub-bandas. As energias das transições inter-bandas observadas nos espectros de fotorefletância, para amostras de GaAs crescidas com diferentes concentrações de Si, mostraram uma concordância qualitativa com as energias calculadas. A temperatura exerce uma forte influência no sistema "d-doping" , modificando o potencial da confinamento eletrostático e, consequentemente, as energias das sub-bandas. Espectros de fotorefletância, obtidos em função da temperatura, mostram uma variação abrupta na posição de energia das estruturas observadas acima do "gap" do GaAs. Isto pode ser explicado pelo modelo teórico e está associado ao deslocamento do pico principal da absorção, devido ao cruzamento do nível de Fermi com as sub-bandas, em k=0. Em várias amostras analisadas, foram observadas estruturas oscilatórias que são atribuídas às oscilações de Franz-Keldysh. O período destas oscilações depende fortemente da espessura da camada de topo, onde o campo elétrico depende das condições da superfície da amostra e do perfil de potencial do "d-doping". Em alguns casos, o comportamento destas oscilações com a temperatura é bastante diferente daquele observado em camadas simples de GaAs (sem dopagem delta), sugerindo uma possível relação entre as oscilações de Franz-Keldysh e a estrutura "d-doping". Analisamos também neste trabalho, os espectros de fotorefletância de uma amostra de GaAs contendo uma estrutura periódica de dopagem planar. Analogamente ao caso do "d-doping" simples, as estruturas observadas acima do "gap" do GaAs foram associados à transições do tipo 2D ® 3D, porém neste caso os estados confinados estão localizados na banda-de-valência e os contínuos na banda-de-condução

Abstract: In this work we present a detailed study of photoreflectance measurements on silicon d-doped GaAs samples. These samples were grown by molecular-beam epitaxy technique. With different silicon concentration and cap layer thickness. The features, observed in the photoreflectance spectra...

Abstract: In this work we present a detailed study of photoreflectance measurements on silicon d-doped GaAs samples. These samples were grown by molecular-beam epitaxy technique. With different silicon concentration and cap layer thickness. The features, observed in the photoreflectance spectra above the GaAs fundamental energy gap, are attributed to transitions involving 3D continuous states at the valence band and 2D quantum-confined states at the conduction band. We performed a systematic self-consistent calculation, in the Hartree approximation of the subband energies and its occupancies, in the delta potential well, as a function of silicon concentration and residual acceptor concentration, spreading of dopants and temperature. The observed inter-band transitions, in the samples grown with different dopant concentration, are in qualitative agreement with the calculated ones. The temperature has a strong effect in the d-doping system, modifying the electrostatic confinement potential well and, consequently, the subband energies. Photoreflectance spectra taken at increasing temperatures show an abrupt change in the position of the above band gap features. This can be well explained by a theoretical model, being associated with the shift of the absorption main peak to the lower subband, due to the crossing of the Fermi level. The photoreflectance spectra of several samples presented oscillatory structures in the above band gap region. Due to the Franz-Keldysh effect. The period of these oscillations depends strongly on the cap layer thickness, where the built in electric field depends on the conditions of the samples surface and on the d-doping potential well. The temperature dependence of these oscillations, in some cases, are very different from that observed in bulk of GaAs, suggesting a possible relation between the observed Franz-Keldysh oscillations and the d-doping structure. We also investigated the photoreflectance spectra of a periodically d-doping GaAs sample. Differently, with the single d-doping, the observed transitions above the gap involve continuos states in the conduction band and quantum-confined states in the valence band