Electronic structure of zno-based wide band gap semiconductorsgrowth and characterization of the transparent conducting oxide zno:ga and the semimagnetic alloy zn1-xcoxo and their high pressure phases

Resumen

El objetivo de esta tesis es la preparación y caracterización de capas delgadas de semiconductores de banda ancha basados en el ZnO. Se han crecido capas del semiconductor ZnO puro, del óxido transparente conductor ZnO:Ga y de la aleación magnética diluida Zn1-xCoxO. Entre las técnicas de caracterización se incluyen la absorción óptica y de rayos X, la fotoemisión y las medidas de transporte, tanto en condiciones ambiente como en función de la presión y la temperatura. En el caso del ZnO se analizaron las condiciones de crecimiento y la estructura electrónica, tanto de la estructura wurtzita como de la fase NaCl estable a alta presión. Las capas de ZnO:Ga presentaban un gap de hasta 4 eV, una movilidad de hasta 40 cm2/V/s y resistividades del orden de 10E-4 ohm·cm. La variación del gap óptico con la composición se analizó partiendo del corrimiento Burstein-Moss, corregido mediante una renormalización de la banda de conducción. Para superar las limitaciones de este modelo se introdujo también el modelo de band anti-crossing. La absorción de rayos X demuestra que el Ga introducido substituye al Zn. Las muestras crecidas con temperaturas de deposición elevadas, sobre todo las de alta concentración, presentan una proporción de Ga no activo eléctricamente. La proporción aumenta tras un tratamiento térmico en atmósfera oxidante. Se propone que este Ga se segrega formando una fase posiblemente relacionada con la espinela ZnGa2O4. El ZnO:Ga a 13 GPa, con estructura NaCl, se comporta como un óxido transparente conductor con un gap de 5 eV y una resistividad de 10E-3 ohm·cm. La aleación Zn1-xCoxO se preparó con una proporción de Co de hasta el 30%, observándose en todo momento un carácter substitucional del Co, sin la aparición de clusters de CoO. El análisis del frente de absorción incluyó tanto las transiciones internas de los estados 3d del Co, como la estructura del preeje como la transición interbanda. Las características