Nanoestructuras de InGaAs/GaAs para el desarrollo de emisores terahertz

Abstract

El desarrollo de nuevos mecanismos que permiten la generación de radiación Terahertz (THz), representa una nueva área de trabajo e investigación de gran interés, debido al enorme impacto que se espera en los próximos años en diversas áreas científicas. Con este propósito en este trabajo, estudiamos el crecimiento epitaxial por haces moleculares de In1-xGaxAs sobre sustratos de GaAs (100) semiaislantes para promover un doblamiento de bandas que mejore el efecto foto-Dember, para su futura implementación en emisores en el rango THz. Proponemos la utilización de capas metamórficas lineales (gradientes) para lograr este objetivo. El crecimiento de las heteroestructuras fue monitoreado por la técnica RHEED. Durante el proceso de depósito observamos la reconstrucción superficial 2x4 la cual indica la síntesis de estructuras de buena planaridad y calidad cristalina, a pesar de la tensión inherente en el crecimiento de sistemas reticularmente desacoplados. Los gradientes en la concentración gradual de In y Ga registrados mediante SIMS corroboran la formación de las capas metamórficas lineales. Mayor información acerca de la composición de las estructuras se obtuvo por PL. Se constata que para la muestra InAs/GaAs de referencia sólo se obtiene solo la transición óptica relacionada con el InAs. En cambio, en las muestras de capas metamórficas lineales se observan varias transiciones amplias las cuales son indicativo del crecimiento del ternario InGaAs con distintas concentraciones. Estas transiciones parecen indicar la coexistencia de aproximadamente tres aleaciones, las cuales son también son observadas utilizando la técnica de rayos X. Concerniente a la morfología superficial se encuentra por AFM que las muestras finalizan con Rrms cercana a 20nm y una densidad muy baja de cráteres o defectos. La movilidad y concentraciones de estas muestras son comparables con las utilizados para emisores de radiación THz.

The development of new mechanisms that allows for the generation of Terahertz radiation (THz), represents a new and interesting area of work and research, due to the enormous impact that is expected in the upcoming years in various scientific areas. For this purpose, in this work, we have studied the epitaxial growth of In1-xGaxAs on semiinsulating GaAs (100) substrates by molecular beam epitaxy in order to promote the nearsurface band bending that may improve the photo-Dember effect, for its future implementation in radiation sources in the THz range. We propose the use of linear metamorphic layers (gradients) to achieve this goal. The growth of the heterostructures was monitored by the RHEED technique. During the deposition process we observed the 2x4 surface reconstruction. which indicates the synthesis of planar and good crystalline quality structures, despite the inherent strain expected for lattice mismatched systems. The gradual concentration of In and Ga registered by SIMS corroborates the formation of linear metamorphic layers. Additional information about the composition of the structures was obtained by PL. It is noted that for the InAs/GaAs reference sample only the optical transition related to the InAs film is obtained. On the contrary, the linear metamorphic layers spectra show several broad transitions, which are indicative of the growth of InGaAs alloys with different In concentrations. These transitions seem to indicate the coexistence of approximately three alloys, which are also observed by using HRXRD. Concerning the surface morphology, it is found by AFM that the samples end with Rrms close to 25nm and with very low density of craters or defects. The mobility and concentrations of these samples is comparable to those used for THz radiation emitters.