Estudio de semiconductores y dispositivos optoelectrónicos mediante catodoluminiscencia

Abstract

A lo largo de esta tesis se han explicado los principios básicos de funcionamiento de la técnica de caracterización óptica SEM-CL. Esta técnica se ha empleado para el análisis de semiconductores de gap directo, utilizados en el diseño de dispositivos optoelectrónicos. También se ha descrito el equipo utilizado, mostrando las posibilidades que ofrece para el estudio de estos semiconductores. La posibilidad de excitar semiconductores de gap ancho, debido a la alta energía de los electrones en un SEM, ha permitido analizar cristales de ZnO crecidos por un método hidrotérmico y cristales de GaN crecidos por un método amonotérmico. El objetivo principal era obtener sustratos de alta calidad cristalina para emplearlos en el crecimiento homoepitaxial. Se ha demostrado que se puede emplear la CL para analizar la calidad de la superficie de los cristales y hacer un análisis cualitativo y comparativo de la calidad cristalina en volumen de diferentes cristales. También se han identificados defectos e impurezas que se incorporan durante el crecimiento. La alta resolución de un SEM ha permitido estudiar con detalle la luminiscencia de nanoestructuras (nanohilos:NWs y nanocolumnas:NRs) de ZnO y GaN. En primer lugar se han analizado NWs de diferentes dimensiones de ZnO crecidos sobre sustratos de Si por VLS con Au como catalizador. Seguidamente se analizaron NWs de ZnO crecidos mediante la oxidación de una capa metálica de Zn depositada sobre un sustrato de CdTe. En este punto se analizó la morfología de los NWs mediante SEM y la calidad cristalina con CL para diferentes parámetros de crecimiento de los NWs, como el tiempo de oxidación y el espesor de la capa metálica de Zn depositada. Usando esta misma técnica de oxidación de una capa de Zn, se crecieron NWs de ZnO sobre un sustrato de LiNbO3. Posteriormente se irradiaron con iones de Ar+ con baja energía para entender el efecto de la irradiación sobre ellos. Asimismo se han investigado NRs de ZnO crecidos por MOCVD sin catalizador, observando la influencia de los diferentes parámetros de crecimiento en las propiedades ópticas de los NRs, como la variación de las tasas de flujo de los precursores individuales, el tiempo de crecimiento y la utilización de un capa buffer. Finalmente, se han caracterizado NRs de GaN crecidas por MOVPE. Se ha estudiado la distribución del dopado con Mg en las facetas polares y semipolares. Se ha utilizado las imágenes espectrales de CL para la caracterización de estructuras fotónicas de una forma más detallada, más concretamente se han estudiado con detalles la fabricación de cristales de OP- GaAs y de guías de onda de InP. La posibilidad de variar la energía del haz de electrones, ha sido posible realizar un análisis en profundidad de heteroestrosturas empleadas en el diseño de diodos láseres de alta potencia. Más concretamente se han analizado láseres tipo ridge de InGaAs/AlGaAs y diodos laser multiemisor de GaAs Se ha puesto a punto un sistema EBIC acoplado al SEM, con el que se ha caracterizado los láseres monomodo de InGaAs/AlGaAs. Se ha observado una distribución de defectos en la zona activa que ayudó a entender la cinética de la generación de defectos durante su funcionamiento.