Structural and optical study of alternating layers of In and GaAs prepared by magnetron sputtering

Estudio estructural y óptico de nanoestructuras de arseniuro de indio y galio preparadas por pulverización catódica por magnetrón

Actualmente, la obtención de nanoestructuras basadas en materiales tipo III-V es costosa. Para ello se requieren enfoques de fabricación de nanoestructuras novedosos y económicos. En este trabajo, presentamos resultados sobre la fabricación de nanoestructuras que consisten en capas alternas de In y GaAs en un sustrato de Si mediante pulverización catódica con magnetrón. Además, caracterizamos las nanoestructuras producidas utilizando espectroscopía de masas de iones secundarios (SIMS), análisis de difracción de rayos X y espectroscopía Raman. La SIMS reveló variación en la concentración de átomos de In en las interfases de In/GaAs/In, y la difracción de rayos X reveló planos correspondientes a fases asociadas con GaAs e InAs debido a la difusión interfacial de a través de capas de GaAs. Finalmente, para estudiar la composición y la calidad de los cristales de las nanoestructuras fabricadas, se tomaron espectros Raman utilizando líneas de excitación láser de 452 nm, 532 nm y 562 nm en diferentes puntos de las nanoestructuras. Esto permitió determinar los modos ópticos transversales y longitudinales de GaAs y InAs, característicos de un comportamiento de dos modos. Se observó un modo vibratorio longitudinal acústico LA(Γ) de GaAs y un modo longitudinal acústico activado por desorden (DALA). Estos modos resultaron de la sustitución de átomos de Ga por átomos de In en altas concentraciones debido a la generación de vacantes de Ga (VGa) y/o As (VA). Estos análisis muestran que la pulverización catódica por magnetrón puede ser una técnica viable y de costo relativamente bajo para obtener este tipo de semiconductores.

INTRODUCCIÓN

El desarrollo de capas de nanoestructuras III-V mediante tecnologías de crecimiento epitaxial ha impulsado la producción de materiales con propiedades funcionales adecuadas para desarrollar dispositivos optoelectrónicos [1-8] y células solares más eficientes que las fabricadas tradicionalmente con semiconductores como el germanio (Ge) y el silicio (Si) [9-12]. Actualmente, la preparación de estas nanoestructuras es costosa, por lo que se están explorando métodos de preparación menos costosos, como el sputtering de magnetrón. El objetivo de estas alternativas de preparación de nanoestructuras es obtener semiconductores III-V de buena calidad estructural compatibles con la tecnología tradicional de semiconductores [13-16]. El éxito de estos esfuerzos se traducirá en la producción de dispositivos ópticos de bajo coste, en comparación con algunas técnicas epitaxiales ampliamente utilizadas, como la epitaxia de haz molecular (MBE) [17-23].