Optical and vibrational properties of one dimensional nanostructures based on III-V semiconductors

Resumen

Estudio de las propiedades ópticas y vibracionales de nanoestructuras unidimensionales basadas en semiconductores III-V Las heteroestructuras semiconductoras son la base de la gran mayoría de dispositivos electrónicos y optoelectrónicos que existen en la actualidad. Las heteroestructuras semiconductoras bajo estudio en este trabajo son hilos auto-organizados de InAs/InP y tubos de InGaAs/GaAs de diámetro controlado. Para el crecimiento de heteroestructuras hay que tener en cuenta el parámetro de red de los materiales que se utilizan, que en el caso que nos atañe corresponden a los grupos III-V. Los materiales que forman estos grupos se caracterizan por tener las propiedades muy adecuadas para la preparación de estructuras optoelectrónicos que trabajen en un amplio rango de longitudes de onda a temperatura ambiente. Así, la emisión óptica de los hilos cuánticos estudiados tiene aplicaciones en el campo de las telecomunicaciones por fibra óptica, puesto que presentan emisión en el rango 1.3 y 1.5 ¿m. Por otra parte, los microtubos estudiados son útiles como componentes integrados: canales integrados, bobinas, transformadores, condensadores o guías ópticas de ondas. El objeto de este trabajo es la caracterización y estudio de las propiedades estructurales, ópticas y electrónicas de estas heteroestructuras de baja dimensión. Destacamos a continuación varios de los puntos estudiados. Por ejemplo, durante la deposición de InAs para el crecimiento de hilos cuánticos sobre el substrato de InP (001) por MBE se produce un intercambio entre el arsénico y el fósforo (As/P). También se producirá el mismo efecto pero a la inversa cuando se recubren los hilos cuánticos con InP, intercambio entre el fósforo y el arsénico (P/As). Estos efectos de intercambio son muy importantes durante la fabricación de las nanoestructuras, puesto que generan en las intercaras capas involuntarias de InAsxP1-x, y determinan la cantidad total de material que se incorpora en las nanoestructuras. El estudio se ha llevado a cabo mediante de técnicas micro-Raman y micro-Raman resonante, utilizando distintas geometrías de polarización, sometiendo las muestras a diversas temperaturas y mediante distintos recocidos. Además del estudio experimental de los hilos cuánticos, este trabajo de tesis incluye el desarrollo de un modelo teórico que permite estudiar la variación de los fonones de interfase con el tamaño y la forma de los hilos cuánticos. Adicionalmente, se realiza el estudio de la tensión de los hilos cuánticos en la dirección paralela y perpendicular a los hilos. El efecto de anisotropía que se observa en el plano depende del espesor de InP. El estudio de la anisotropía a través de las técnicas de fotoconductividad (PC) y espectroscopia de fotovoltaje de superficie (SPV) nos ayuda a completar el análisis de las propiedades ópticas y electrónicas del sistema. Finalmente, hemos utilizado la técnica de fotoluminiscencia combinada con Raman resonante para estudiar el efecto de resonancia cerca del punto de transición E1 = 6.62 eV en los hilos cuánticos de InAs. En la segunda parta de la tesis se han presentado los resultados de estudios realizados sobre la sistema hetero-epitaxial InGaAs/GaAs (microtubos). Hemos aprovechado la capacidad de la espectroscopia Raman para detectar la tensión residual en los microtubos, que se refleja en el cambio de frecuencia de las vibraciones para los tubos con diferentes radios. Cuando el radio del tubo aumenta, disminuye la frecuencia de los fonones. Se ha utilizado un modelo elástico que permite calcular el radio del microtubo en función de la deformación de los materiales que lo componen. Finalmente, hemos utilizado la técnica de SPV para estudiar las transiciones electrónicas en este sistema.