Orientador: Mario Tosi Furtado

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

Resumo: Neste trabalho apresentamos um estudo sistemático de duas propriedades de compostos III-V que são de grande interesse tanto para a Física de Semicondutores como de Dispositivos: descontinuidade de bandas em heterojunções (HJs) isotipo crescidas por LPE e propriedades ópticas de poços...

Resumo: Neste trabalho apresentamos um estudo sistemático de duas propriedades de compostos III-V que são de grande interesse tanto para a Física de Semicondutores como de Dispositivos: descontinuidade de bandas em heterojunções (HJs) isotipo crescidas por LPE e propriedades ópticas de poços quânticos crescidos por MOVPE.
Utilizando pela primeira vez a técnica de C-V eletroquimico para medida de perfil de portadores, calculamos as descontinuidades na banda de condução (DEc) em HJs e determinamos a razão entre DEc e DEg, a diferença entre as bandas proibidas dos dois materiais da HJ. Em HJs Ga1-xAlxAs/Ga1-yAlyAs, onde pela primeira vez se variou a composição da camada de banda proibida menor, com 0 £ x £ 0,21, mantendo-se y em torno de 0,42, encontramos o valor DEc/DEg = 0,6 independente de x. A relação DEc/DEg também foi medida para In0.59Ga0.47As/lnP resultando num valor de 0.36.
Poços quânticos de GaAs/GaAIAs com diferentes alturas de barreira crescidos por MOVPE foram caracterizados por fotoluminescência a 77K e foi desenvolvido um método para a determinação da gradualidade de interfaces em tais heteroestruturas. Utilizando a aproximação da função envelope, calculamos as curvas teóricas de comprimento de onda em função da largura do poço (l x Lz) correspondentes à recombinação entre os níveis de mais baixa energia para poços perfeitamente retangulares. A partir do afastamento dos pontos experimentais da curva teórica determinamos as gradualidades de interfaces que melhor descreveram os pontos experimentais. Os cálculos foram feitos resolvendo-se a Equação de Schroedinger por métodos numéricos. Os resultados mostraram que a gradualidade é função da fração de Al na barreira, aumentando com esta. Esse método é muito preciso, ficando a resolução limitada à incerteza na velocidade de crescimento. Poços de InGaAs/InP e InGaAs/InGaAIAs também foram investigados sendo que os últimos se mostraram mais eficientes porque não envolvem as dificuldades inerentes dos primeiros devidas à troca de hidretos nas interfaces.
Uma extensão deste método foi feita para o estudo de desordem induzida por difusão de Zn e temperatura em estruturas pseudomórficas de InGaAs/GaAs. Os coeficientes de interdifusão In-Ga para diferentes condições de difusão de Zn foram determinados usando o mesmo método descrito para poços de GaAs/GaAlAs

Abstract: In this work, we present a systematic study of two properties of III-V compounds heterostructures which are of great interest to Semiconductor and Device Physics: band offsets in isotype heterojunctions (HJs) grown by LPE and optical properties of MOVPE grown quantum wells.
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Abstract: In this work, we present a systematic study of two properties of III-V compounds heterostructures which are of great interest to Semiconductor and Device Physics: band offsets in isotype heterojunctions (HJs) grown by LPE and optical properties of MOVPE grown quantum wells.
Using for the first time the technique of electrochemical C-V profiling, we measured the conduction band discontinuities (DEc) in HJs and determined the ratio between D Ec and DEg, the difference between the two HJs band gaps. We found DEc/DEg to be 0.6 in Ga1-xAlxAs/Ga1-yAlyAs, for x between 0 and 0.21, keeping y around 0.42. These are the first results in samples where the composition of the smaller band gap layer was varied. We also found DEc/DEg to be 0.36 for In0.59Ga0.47As/InP.
We also characterized MOVPE grown GaAlAs/GaAs quantum wells by photoluminescence at 77K, varying the confining barrier height, and developed a method for determining interface grading in such heterostructures. Using the envelope function approximation. We calculated theoretical curves Wavelength versus Well Width (l x Lz) corresponding to the recombination between the lowest energy levels in an ideally perfect well. The departure of the experimental curves from the theoretical one allowed us to determine the interface grading that best describes the experimental points. Calculations were made by solving the Schroedinger equation by simple numerical methods. Grading determination was shown to increase with the Al content in the barrier. The method is very precise, limited only by the uncertainty in the growth rate. InGaAs/InP and InGaAs/InGaAlAs wells were also investigated and the latter had been shown more efficient because the former involves difficulties in hydride changes at the interfaces.
An extension of this method was successfully applied to the study of Ga-In disorder in InGaAs/GaAs pseudomorphic structures, enhanced by Zn doping and heat treatment In-Ga interdiffusion coefficients for different Zn diffusion conditions were determined using this characterization method