Crecimiento, fabricación y caracterización de diodos electroluminiscentes basados en pozos cuánticos de InGaN

Resumen

Teniendo en cuenta la energía del gap de los binarios que forman el temario InGaN (GaN, 3.4 eV; InN, 0.9 eV), es fácil ver que con este material se puede abarcar todo el espectro visible. El objetivo de esta Tesis es estudiar el crecimiento por MBE y las propiedades del InGaN, con la finalidad de fabricar un diodo electroluminiscente eficiente con capa activa compuesta por pozos cuánticos de InGaN con barreras de GaN. La fabricación del LED conlleva también el estudio del dopaje tipo p en el GaN, empleando Magnesio. El crecimiento de capas gruesas de InGaN se ha estudiado como paso previo al de pozos cuánticos. Se ha determinado una temperatura de inicio de evaporación del Indio de la superficie de crecimiento en tomo a 560*C, obteniéndose las mejores capas para temperaturas de substrato ligeramente superiores a ésta y con relación III/V ligeramente superior a la unidad. En el apartado óptico, se ha observado que la amplitud de las fluctuaciones locales en el contenido de Indio en las muestras aumenta cuando se incrementa el contenido promedio de éste. En el crecimiento de pozos cuánticos de InGaN con barreras de GaN, se obtiene los mejores resultados cuando se mantiene fijo el flujo de Galio durante pozo y barrera y se favorece la formación de una capa de Indio segregada a la superficie durante el crecimiento del pozo. A partir de las propiedades de la emisión en cada caso se establece un mayor dominio sobre la energía de la misma de los campos piezoeléctricos en pozos de espesor mayor de 4 nm y de las fluctuaciones de Indio en pozos con éste menor de 3 nm. Con la técnica de crecimiento de pozos cuánticos desarrollada, y empleando cinco pozos de InxGa(1-x)N(-2 nm)/GaN (-5 nm) como capa activa, se han crecido y fabricado dispositivos emitiendo desde el ultravioleta cercano (3.4 eV) hasta el verde (2.4 eV) variando el contenido de Indio de los pozos desde 0 hasta 25 por ciento de Indio. Como método de mejora de los dispositivos se ha estudiado la incorporación del LED a una cavidad resonante centrada en el verde (5 10 nm), realizada con un espejo superior de Aluminio y un reflector de Bragg de AlGaN/GaN como espejo inferior. La potencia de emisión obtenida de este modo es 7 uW a 20 mA, con una intensidad 10 veces mayor que la del LED convencional de la misma longitud de onda. Otro de los métodos de mejora estudiados es la optimización del dopaje de GaN empleando Mg, en el que se ha realizado un estudio en función de la temperatura de célula de Mg, fijando la temperatura de substrato en 690* C. El intervalo útil de temperaturas de la primera queda delimitado por el extremo inferior (-375 *C) por la concentración residual que posean las capas, que ha de ser vencida por el dopaje. El extremo superior (-450' C) queda definido por la generación de defectos en las muestras, lo que puede llevar a un cambio de la polaridad de la capa, produciendo una caída en la incorporación del Mg. Las condiciones óptimas de dopaje se alcanzan para Tmg= 435* C, con una concentración de huecos de 3E 17 cm-3.