Crecimiento y caracterización de Nitruros del grupo III sobre Si(111) por epitaxia de haces moleculares

Los nitruros del grupo III (GaN, Aln, InN) han sido considerados durante muchos años como semiconductores ideales para la fabricación de dispositivos optoelectrónicos que funcionen en el margen azul-ultravioleta (UV). La posibilidad de sintetizar los distintos compuestos ternarios, hacen que estas aleaciones de gap directo cubran un amplio espectro de energías, desde los 1,9 eV (rojo) del InN, pasando por 3,4 eV (UVB) del GaN, hasta los 6,2 eV (UVC) del AIN. El principal objetivo de esta tesis ha sido el crecimiento de nitruros del grupo III (GaN, AIN y AixGa1-xN) por epitaxia de haces moleculares (MBE) asistido por plasma de nitrógeno, utilizando substratos de Si en la dirección (111). La razón de flujos moleculares de los elementos III(Ga, Al) y V(N) utilizada durante el crecimiento es el parámetro más crítico que controla la morfología de la capa crecida así como sus propiedades ópticas y eléctricas. Un estudio del valor de dicha razón confirma que razones III/V con exceso de nitrógeno (III/V<1) da lugar a un crecimiento de microcristales columnares, mientras que con razones ligeramente ricas en Ga (III/V mayor o igual que 1) se obtienen capas compactas. Las capas de GaN con mejor calidad cristalina son crecidas utilizando una capa intermedia (buffer) de AIN y un crecimiento en dos etapas: un inicio con una velocidad muy lenta 0,08 para luego continuar con una velocidad típica de 0,48. El dopado tipo-n de las capas de GaN y AlGaN se obtiene utilizando Si, alcanzando niveles por encima de 10 elevado a 19 cm.-3. El dopado tipo-p se analiza con Be, Mg y C. de los tres aceptores, el Be resulta ser la especia aceptora con menor energía de activación (90meV) según las medidas ópticas. No se puede medir una conductividad eléctrica tipo-p debido a problemas de solubilidad del Be en el GaN y a la posibilidad de que exista un fenómeno de autocompensación al formarse Be intersticial, que actúa como un donante. Se estudia la manera de aumentar la solubilidad del Be en GaN utilizando el dopado simultáneo en capas de GaN con Be y Mg. Los resultados obtenidos en las medidas ópticas parecen indicar un aumento de la cantidad de Be en posición substitucional. Por último, la calidad cristalina de las capas de GaN y AlGaN crecidas sobre Si(111) se verifica mediante el crecimiento y fabricación de dos dispositivos básicos como son: un diodo emisor de radiación ultravioleta (LED) y un fotodetector de barrera Schottky en el intervalo azul-ultravioleta. El diodo electroluminiscente, basado en una simple heterounión GaN:Mg/AlGaN, tiene su emisión dominante centrada en 365 nm para una corriente de polarización de 15 mA, con un valor de FWHM de 8 nm. El fotodetector fabricado muestra una responsividad de 5 mA/W y un contraste UV/visible mayor de 10 elevado a 4. Con estos últimos resultados se demuestra la posibilidad de utilizar la técnica de MBE para obtener capas de nitruros del grupo III sobre substratos de Si(111), y de esta forma compartir la tecnología consolidada del Si con el potencial optoelectrónico que ofrecen los nitruros del grupo III.