Espectroscopías ópticas y su aplicación para el estudio de nanoestructuras semiconductoras

Abstract

Los principales recursos que la sofisticada tecnología utiliza para satisfacer las demandas que la sociedad requiere han sido durante muchos años los dispositivos semiconductores. Las propiedades que adquieren los semiconductores a escala nanométrica son el principal objeto de estudio con potencial en un sinnúmero de aplicaciones. El objetivo del presente trabajo de investigación se enmarca en la utilización de diversas espectroscopías ópticas, el principal interés de esta investigación es el uso de espectroscopías de Reflectancia modulada (Fotorreflectancia y Fotorreflectancia Diferencial) y Fotoluminiscencia para el análisis de propiedades electroópticas y mecánicas de sistemas de baja dimensionalidad. Se presenta el estudio de cuatro heteroestructuras: 1) pozos cuánticos de GaAs/AlGaAs, 2) sistema de pozos cuánticos dobles acoplados y simétricos de InGaAs/AlAs/AlAsSb, 3) estructura de gas bidimensional de electrones AlGaAs/GaAs y 4) estructuras para la fabricación de láseres de cascada cuántica basadas GaAs como confinamiento óptico y en pozos acoplados de AlGaAs/GaAs como área activa del dispositivo. Se desarrolló un modelo teórico basado en un efecto electroóptico lineal mediado por un esfuerzo piezoeléctrico, a partir técnicas de espectroscopías ópticas de Reflectancia modulada (Fotorreflectancia y Fotorreflectancia Diferencial), para el estudio de propiedades mecánicas y ópticas de estructuras cuánticas de pozos cuánticos dobles acoplados y simétricos. Específicamente, el modelo permite estimar el campo eléctrico interno de este tipo de estructuras. El mecanismo de la técnica de Fotorreflectancia Diferencial es atribuido al campo eléctrico residual existente en la estructura dado que esta no contiene dopajes intencionales. Para realizar este análisis, fue necesario conocer la dimensionalidad de los puntos críticos analizando las curvas experimentales de Fotorreflectancia por medio del espacio de Fourier. Los casos extremos de regímenes de campo bajo y campo alto fueron estudiados. El modelo desarrollado permite estimar el campo eléctrico interno residual para el caso de un campo eléctrico bajo, mientras que para un régimen de campo alto se utilizan modelos que basan su funcionamiento en oscilaciones Franz-Keldysh inducidas por los niveles de dopaje (modelo de Aspnes-Studna), en cuyo caso puede complicarse la estimación del campo eléctrico si se presentan franjas de interferencia.