Caracterização óptica e elétrica de filmes finos de GaAs dopados com mg crescidos pela técnica de MBE

• Main Author: Henrique Limborço
• Other Authors: Marcus Vinicius Baeta Moreira
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal de Minas Gerais 2013
• Online Access: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-97WHSR

=== Magnesium doped GaAs thin films grown in (100) and (111)B Semi-Insulating GaAs substrates by MBE weren't deeply investigated until today. Mg is a promising option (non-carcinogenic and non-toxic) to replace Beryllium as a p-type dopant in III -V materials, such as GaAs, GaN and alloys[1-3]. Mg forms a shallow defect in the GaAs electronic structure, being incorporated in a Ga site (substitucional defect MgGa) [1, 4]. As far as we know, no report was made concerning the electrical and optical properties of thin films of Mg doped GaAs grown in GaAs substrates with crystal orientation (111)B by the MBE technique. For this purpose several GaAs:Mg samples were grown, with different growth conditions using two substrate crystalline orientations. The transport properties were investigated by the standard Hall measurements techniques, by the four point probe Van der Pauw method. This measurements were carried out at room temperature for samples with Hall carrier concentrations ranging from 1016cm-3 to 1019cm-3. The activation energy for the Mg desorption process from the GaAs surface was found to be different for the two substrate orientations. The activation energy Ea= 1,5 eV, found for the (100) orientation confirms already reported values for samples grown in the (100) orientation. For the (111)B substrate orientation Ea=2,5eV, a result that confirm s the suggestion of Makoto et al.[5], which expected that the available site for the Mg incorporation in this substrate orientation is more stable than the one in the (100) orientation. The thin films optical properties were investigated by photoluminescence at several temperatures. The photoluminescence peak position of the e-A transition was used to find the activation energy of the defect in the GaAs electronic band. The results have shown an activation energy of Ea100= 27meV for the (100) samples Ea111b= 33meV and for the (111)B samples. The temperature dependent PL spectrum was investigated in order to understand the role of the nonradiative recombination mechanisms. === O crescimento de filmes finos de GaAs dopados com Magnésio crescidos em substratos de GaAs(100) pela técnica de Epitaxia por Feixe Molecular (MBE) foram muito pouco estudados[1]. O Magnésio é uma opção não cancerígena e não tóxica ao Berílio como dopante tipo p em materiais como GaAs, GaN e outras ligas[1-3], formando um defeito aceitador raso no GaAs, quando incorporado num sítio de Ga[1, 4] (defeito substitucional Mg Ga). Até onde sabemos, nunca foi realizado um estudo das propriedades elétricas e ópticas de filmes finos de GaAs dopados com Mg crescidos pela técnica de MBE em substratos de GaAs com orientação (111)B. Para esse fim foram crescidas 79 amostras em substratos semi-isolantes de GaAs não dopados, com orientações (100) e (111)B, com variadas condições de crescimento. As propriedades de transporte eletrônico, como mobilidade Hall e concentração de portadores Hall, foram estudadas através de medidas de efeito Hall padrão usando o método de Van der Pauw de quatro pontos. Medidas de efeito Hall a temperatura ambiente foram realizadas para as amostras com concentração de portadores na faixa de 1016 ~ 1019cm -3. A energia de ativação para o processo de dessorção do Mg na superfície em crescimento do filme foi determinada para estas duas orientações. Foi encontrado o valor de para as amostras crescidas em substratos de GaAs (100) e para (111)B. Nossos resultados confirmam os valores encontrados anteriormente para a orientação (100) e indicam, conforme sugerido por Makoto et al.[5], que o sítio disponível para incorporação do Mg nas amostras com a orientação (111)B é mais estável que o sítio ligante para a orientação (100). As propriedades ópticas das amostras foram analisadas através de medidas de fotoluminescência em diversas temperaturas. A posição do pico e-A foi usada para determinar a energia de ativação do defeito na estrutura eletrônica do GaAs e revelou uma pequena diferença entre o valor para os filmes finos crescidos em substratos de GaAs (100) e (111)B, Ea100= 27meV e Ea11b= 33meV, respectivamente. Um estudo do comportamento da PL em função da temperatura também foi realizado para adquirir algum conhecimento dos mecanismos de recombinação não radiativos presentes na amostra.