Caracterización y crecimiento de películas delgadas de gan dopadas con tierras raras por el método de deposición por láser pulsado

Abstract

The wide band gap semiconductor GaN doped with rare earths is of great interest in electronic and optoelectronic applications, because of its capability for emission in the visible and infrared spectrum when photostimulated. The study of these materials allows expansion of applications of light emitting devices, solid-state lasers, flat panels, optic detectors and optical storage devices. This semiconductor has been broadly investigated and fabricated with the use of various techniques such as Metal Organic Molecular Beam Epitaxy (MOMBE), Chemical Vapor Deposition (CVD), and Molecular Beam Epitaxy (MBE), and doped in situ by evaporation of the doping material or ex situ by ion implantation. The technique used in this research was Pulsed Laser Deposition (PLD) and materials were doped in situ with the use of a thermal evaporator. It was possible to dope GaN with Er and Pr obtaining thin films with good crystal quality and surface morphology, and with uniform granular distribution. A series of thin films using different fluxes of doping material were grown, in order to find adequate parameter for photoluminescence of the rare earth on these materials. The optical properties of these thin films were studied by photoluminescence spectroscopy, but it was not possible to observe luminescence by the dopants. Thin films of GaN by PLD with a GaN were grown buffer and without the use of a buffer and these were compared by means of results of the optical microscope, X ray diffraction (XRD), atomic force microscope (AFM) and photo spectroscopy, showing very similar characteristics.

El semiconductor GaN dopado con tierras raras, es de gran interés por sus aplicaciones electrónicas y optoelectrónicas, debido a su capacidad de emisión de luz en el rango visible e infrarrojo al ser fotoestimulado. El estudio de estos materiales permite ampliar el campo de aplicación en dispositivos emisores de luz, láser de estado sólido, pantallas planas, detectores ópticos y almacenadores ópticos. Estos semiconductores han sido ampliamente investigados y fabricados con el uso de distintas técnicas de deposición como son las de “Metal Organic Molecular Beam Epitaxy” (MOMBE) , “Chemical Vapor Deposition” (CVD), “Molecular Beam Epitaxy” (MBE) y las películas son dopadas in situ por evaporación del elemento dopante o ex situ por implantación de iones. La técnica utilizada en esta investigación fue la Deposición por Láser Pulsado (DLP) y los materiales fueron dopados in situ con un evaporador termal. Fue posible dopar GaN con Er y Pr obteniendo películas con buena calidad cristalina y morfología superficial, y con distribución granular uniforme. Se crecieron una serie de películas usando diversos flujos de material dopante con el fin de encontrar los parámetros adecuados para la fotoluminiscencia. Las propiedades ópticas de estas películas fueron estudiadas usando espectroscopia de fotoluminiscencia, pero no fue posible observar la luminiscencia de los dopantes. Se crecieron películas con el método de DLP con amortiguador y sin amortiguador de GaN y estas fueron comparadas con los resultados obtenidos de las técnicas de difracción de rayos X (XRD), microscopio de fuerza atómica (AFM) y fotoluminiscencia, demostrando que sus características son muy similares.