Constituent blocks of planar III - nitride microcavities grown by molecular beam epitaxy
- Autores: Zarko Gacevic
- Directores de la Tesis: Enrique Calleja Pardo (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2012
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Luis Víña Liste (presid.), Miguel Ángel Sánchez García (secret.), Nicolas Grandjean (voc.), Luisa González Sotos (voc.), Fernando Cussó (voc.)
- Materias:
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- Resumen
En esta memoria se presenta trabajo relacionado con la fabricación y caracterización de bloques constituyentes de microcavidades basadas en nitruros-III.
Al principio de los años noventa del siglo XX, los nitruros del grupo III fueron reconocidos como los materiales más prometedores para la fabricación de un amplio rango de dispositivos optoelectrónicos. Su alto potencial es consecuencia de las propiedades únicas que estos materiales reunen: primero, su banda prohibida de carácter directo acompañada por sus altas energías de enlaces excitónicos proporciona una elevada eficiencia de emisión y, segundo, la amplia variación de las anchuras de sus bandas prohibidas a temperatura ambiente, desde el infra-rojo cercano (InN, 0.7 eV), hasta la ultra-violeta (AlN, 6.2 eV), ofrece la posibilidad de cubrir el entero rango visible con solo un grupo de materiales. Su alto potencial ha sido ya demostrado con la comercialización de diodos electroluminiscentes (LEDs) azules de alta eficiencia, con los cuales se ha completado el rango de colores primarios (rojo, verde, azul) haciendo posibles aplicaciones tales como LEDs blancos y matrices de color con LEDs. Además, el desarrollo de diodos láser violeta ha permitido una densidad más alta de almacenamiento óptico de datos, que llevó a la comercialización de discos Blu-ray.
De manera casi simultánea al desarrollo de los nitruros-III, pero de modo independiente, el concepto de dispositivos optoelectrónicos con cavidad resonante incorporada aparece en la física de semiconductores, revelando algunas propiedades atractivas para dispositivos conceptualmente novedosos. La incorporación de cavidades resonantes (CR) en LEDs incrementa su eficiencia y su pureza espectral. El láser de cavidad vertical y emisión superficial (VCSEL) es un emisor monocromático con el campo de salida (casi) limitado por difracción (VCSEL de modo único) apropiado para acoplamiento a fibras ópticas de modo único. Además, la rapidez de la emisión estimulada también permite modulaciones de los dispositivos hasta unos 10 GHz. Más allá de los conceptos estándares, el láser de polaritones, cuya operación está basada en polaritones (partículas ¿artificiales¿ formadas mitad por un excitón ¿ mitad por un fotón, cuya existencia se debe a un acoplamiento fuerte entre las dos partículas), abre nuevas posibilidades para láseres con umbral cero y emisión de luz ultra-coherente.
Esta tesis doctoral está dedicada a desarrollo y caracterización de bloques constituyentes de microcavidades basadas en nitruros-III. Un estudio sistemático del crecimiento por haces moleculares de las novedosas aleaciones InAlN, está incorporado. Capas simples de InAlN de excelente calidad cristalina fueron obtenidas y su calidad confirmada mediante varias técnicas de caracterización estructural. La obtención de InAlN con el parámetro de red ajustado al GaN (para un contenido de In del 17 ¿ 18%) permitió la fabricación de reflectores de Bragg de InAlN/GaN de 10 períodos, con el parámetro de red ajustado, y con reflectividades de hasta un 60%. La posibilidad de fabricar reflectores con el parámetro de red desajustado, caso del AlN/GaN, también fue investigada, obteniéndose reflectividades de hasta un 92% para espejos de 20 períodos. El crecimiento y caracterización de la zona activa de las CRs, en forma de pozos (QWs) y puntos (QDs) cuánticos de InGaN/GaN, para emisión en el rango violeta/azul también se presenta. La emisión en violeta/azul fue confirmada mediante medidas de fotoluminiscencia (PL). Estas medidas también revelaron una eficiencia cuántica interna más alta en emisores basados en QDs que en QWs, resultado atribuido a la localización tridimensional de los portadores en los QDs. Por último, la fabricación de microcavidades híbridas, obtenidas mediante varias técnicas tales como: epitaxia por metal-orgánicos (para el reflector de Bragg semiconductor inferior), epitaxia por haces moleculares (para la cavidad resonante) y evaporación por cañón de electrones (para el reflector dieléctrico superior) también se presenta. Su caracterización está enfocada hacia la demostración de los efectos resonantes (con un factor de calidad de hasta 620) y de filtrado (pureza espectral de su emisión mejorada de unos 90 meV a 7.8 meV, a 10K).
