Nanoestructuras autoensambladas mediante epitaxia por haces moleculares de InAs sobre substratos de GaAs(001) de los puntos cuánticos a los anillos cuánticos

• Autores: Daniel Granados Ruiz
• Directores de la Tesis: Jorge M. García (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2006
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Rodolfo Miranda Soriano (presid.), Luis Viña (secret.), Fernando Briones Fernández-Pola (voc.), Enrique Calleja Pardo (voc.), Josep Planelles Fuster (voc.)
• Programa de doctorado: FÍSICA DE MATERIALES
• Materias:
  • Física
    • Óptica
      • Espectroscopia de emisión
    • Física del estado sólido
      • Crecimiento de cristales
      • Estados electrónicos
      • Semiconductores
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  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen

  • NANOESLRUCTURAS AULOENSAMBLADAS MEDIANTE EPITAXIA POR HACES MOLECULARES DE INAS SOBRE SUBSTRATOS DE GAAS(001): DE LOS PUNTOS CUÁNTICOS , A LOS ANILLOS CUÁNTICOS Desde que a principios de la década de los 90 aparecieran las primeras publicaciones referidas a la puntos cuánticos auto-ensamblados, se ha tratado de controlar sus propiedades mediante diversas técnicas. Una de estas técnicas para modificar las propiedades de confinamiento cuántico de puntos cuánticos auto-ensamblados (QDs) por epitaxia de haces moleculares (MBE) de InAs sobre GaAs(001), es mediante su recubrimiento con una capa de GaAs de un espesor menor que la altura de los mismos. (Appl. Phys. Lett.,Vol.71, No.14, 2015, 1997). Mediante esta técnica, se modifica en gran medida el tamaño y la morfología de los puntos cuánticos iniciales, lo que da lugar a cambios en sus propiedades de confinamiento y emisión óptica. Particularmen-te interesante resulta la obtención, bajo determinadas condiciones de crecimiento, de estructuras con forma de anillo (anillos cuánticos o QRs). Este tipo de anillos que eventualmente podrían presentar propiedades propias de sistemas anulares, tales como la captura de corrientes persistentes o efectos de desfase del tipo Arahonov-Bohm . Sin embargo, durante años posteriores, no hubo publicaciones que reprodujeran estos resultados en otros laboratorios del mundo. Esto fue debido principalmente a la difi-cultad de reproducir las condiciones adecuadas de fabricación entre los diferentes sis-temas de crecimiento epitaxial.

    El principal objetivo de esta tesis es estudiar detalladamente cómo y por qué se obtienen anillos cuánticos a partir de puntos cuánticos bajo determinadas condicio-nes de crecimiento para el sistema lnAs/GaAs(001); y realizar una descripción deta-llada de las condiciones de crecimiento necesarias para que esta transformación tenga lugar. Se pretende con esto establecer una metodología reproducible en cualquier sis-tema de epitaxia de haces moleculares para obtener anillos cuánticos autoensamblados a partir de puntos cuánticos.

    Se estudiaran las propiedades de morfología y sección transversal de capas simples y capas apiladas de QRs embebidos en matrices de GaAs mediante técnicas de microscopía en sección transversal y de capas apiladas de QRs. Asi mismo, se preten-de demostrar que existen diferencias esenciales en las propiedades de confinamiento cuántico entre los puntos cuánticos y los anillos cuánticos. Se estudiarán para ello las propiedades je emisión óptica (fotoluminiscencia) y las características de los espec-tros de capacitancia voltaje de puntos cuánticos y anillos cuánticos embebidos en dis-positivos del tipo diodo Schottky.

    El trabajo presentado en esta memoria ha sido desarrollado en el grupo de epitaxia de haces moleculares del Instituto de Microelectrónica de Madrid (IMM-CNM-CSIC). Las muestras han sido fabricadas en el reactor de epitaxia de haces mo-leculares del propio centro. La morfología de QDs ' QRs se caracterizó mediante mi-croscopía de fuerzas atómicas (AFM) y se caracterizaron las propiedades ópticas en el rango de temperaturas de 15 a 300K, mediante fotoluminiscencia (PL) a diferentes potencias de excitación. Esta caracterización se empleó como realimentación de los )parámetros de crecimiento con el fin de optimizar la formación de QR a partir de QDs, Esto permitió controlar las propiedades de confinamiento cuántico, y por tanto, la emisión de PL a temperatura ambiente en el rango de 1250 nm. a 950nm.

    Una vez optimizada la formación de QRs, se realizó un estudio de las pro-piedades de capas apiladas de QRs mediante AFM y PL. En; colaboración con la Universidad de Cádiz, se estudiaron mediante microscopía de transmisión de electrones en sección transversal (XTEM), las propiedades de capas simples y apiladas de QRs ente-rrados en matrices de GaAs, En colaboración con la Universidad de Eíndhoven (Holanda), se estudiaron mediante microscopía túnel de barrido en sección transversal (XSTM), la morfología y la composición de capas simples y apiladas de 3Rs enterra-dos en matrices de GaAs.

    Se empleó la espectroscopia de capacitancia-voltaje combinada con la PL a baja temperatura para estudiar la estructura de niveles energéticos le QDs y QRs. Para ello se diseñaron, fabricaron y procesaron estructuras del tipo diodo Schottky tipo N(para los niveles electrónicos) y tipo P (para los niveles de huecos) con QDs y QRs embebidos en su interior, así como muestras sin nano-estructuras para el estudio de la capacidad geométrica