(111)B y (100) para su aplicación en
láseres de semiconductor"
Javier Miguel Sánchez
Dr. Ingeniero de Telecomunicación
1. Descripción del trabajo de Tesis
1.1 Comunicaciones ópticas: Necesidad de
nuevos emisores
Es conocida la ley de Moore, que dice que la capacidad de cálculo
de los ordenadores, y su memoria, se duplican cada 18 meses
[1], aproximadamente. Teniendo en cuenta también la ley de
Shannon [2], que nos da la limitación de transmisión de
información por un canal, se hace necesario
el desarrollo de nuevas tecnologías y materiales que sean
capaces de superar las limitaciones físicas
que se encuentran en el momento de realizar un enlace de
comunicaciones entre dos puntos a las
velocidades demandas en la actualidad por los sistemas
electrónicos. La evolución de las
telecomunicaciones, y su impacto en la sociedad actual,
hace que se requiera cada día un mayor
ancho de banda para la transmisión de datos.
La solución adoptada para alcanzar las más elevadas
velocidades de transmisión es la
telecomunicación mediante enlaces sobre fibra óptica,
principalmente. Esto es así debido a que
supera a muchos otros medios de transmisión por cable,
en tanto que tiene unas pérdidas muy
reducidas. Así, las pérdidas de aproximadamente 10
dB/m y 1 dB/m a 10 Gbps del par trenzado y
del cable coaxial, respectivamente, son muy elevadas
comparadas con los 0,0002 dB/m que
presenta una fibra óptica cuando se transmite una
señal a 1,55 μm. [3,4]
1,55 μm, junto con 1,3 μm y 850 nm son las longitudes
de onda centrales de las
denominadas ventanas de transmisión de la fibra
óptica. Las fibras ópticas presentan picos de
absorción, debidos a impurezas metálicas e iones
OH-. [4,5] Las zonas en las que esta absorción es
mínima, son las ventanas de transmisión de la fibra
óptica: de 800 a 900 nm la primera, a 1,3 y a
1,5 μm la segunda y tercera ventanas, respectivamente.
Actualmente, existe una tendencia muy
marcada a un aumento del acceso inalámbrico a las
redes de comunicación (picocélulas, telefonía
celular de gran ancho de banda, WiFi, ...), por lo
que se requieren muy altos anchos de banda para
la transmisión de datos desde el acceso a la red.
Esta transmisión es posible mediante la fibra óptica,
y técnicas de multiplexación muy eficientes (CWDM:
Coarse Wavelength Division Multiplexing
DWDM: Dense Wavelength Division Multiplexing,
entre otras) que hacen que el ancho de banda
sea muy superior a otras formas de comunicación. [4]
Estas perspectivas de crecimiento demandadas por la
sociedad se tienen que ver reflejadas
en la tecnología. Los datos del mercado de emisores
láser para comunicaciones ópticas muestra
inestabilidad desde 2001, con fluctuaciones e
incertidumbre debido a problemas tecnológicos y la
gran competencia, no así otros apartados dentro del
mercado de los diodos láser, como los aplicados
al almacenamiento óptico. [6] Aun así, la tendencia
del mercado de los láseres de comunicaciones,
es de un crecimiento sostenido desde 2003. [6]
Dentro de éstos, los láseres para enlaces a 10 Gpbs,
para las redes 10-Gbit Ethernet, son los
que esperan un mayor crecimiento. El precio medio
del láser de comunicaciones se va reduciendo,
lo que permite una incorporación más fácil de la
tecnología a la sociedad, aunque se espera que
estos precios se estabilicen para los próximos años.
En la actualidad, el precio de los VCSELs
(Vertical Cavity Surface Emitting Lasers, láseres de
cavidad vertical de emisión por la superficie)
de GaAs usados en las LAN (Local Area Network, Red
de área Local) es muy reducido. El
problema es que al trabajar a 850 nm solamente pueden
transmitir datos a una velocidad de 10 Gbps
hasta una longitud máxima de 50 metros. [7] Por ello, es
necesario disponer de una tecnología más
barata, como por ejemplo una basada en el GaAs, que
pueda emitir a mayores longitudes de onda,
donde la dispersión y la atenuación son menores, y
así poder aumentar las dimensiones y la
velocidad de las redes.
Las razones anteriormente expuestas motivan la
realización de investigación y desarrollo en
el área de los materiales optoelectrónicos con
aplicación a láseres de semiconductor, basados en una
tecnología conocida, como es la del GaAs, para
contribuir a mejorar los dispositivos actuales.
1.2 Los materiales actuales de los
láseres de semicondcutor: (In,Ga)(As,P)
Los materiales que en la actualidad cubren el rango de
las 1,3 a 1,55 μm son los basados en
InP, InGaAsP o AlGaInAs, crecidos sobre sustratos
de InP. [7,8] Son estructuras con reflectores
Bragg o DFBs (Distributed Feedback Lasers, láseres
de realimentación distribuida), usados en los
enlaces de comunicaciones de largo alcance
(long haul) por fibra óptica. El precio elevado de estos
láseres los hace prohibitivos para su implantación en
redes MAN (Metropolitan Area Network, Red
de área metropolitana) y LAN, donde se requiere un
menor coste para los emisores láser, debido a
que se utilizan muchos más para redes más pequeñas.
La tecnología VCSEL basada en fosfuros no
es adecuada debido a que los materiales disponibles
para crecer sin desajuste de red sobre este tipo
de sustratos no presentan unas discontinuidades
del índice de refracción elevadas, por lo que los
reflectores en los VCSEL son de baja calidad. Esto
hace que el rendimiento de la producción de
VCSELs de fosfuro sea muy bajo en la industria. [7]
Otra desventaja de los actuales láseres basados
en InP es que tienen una mala respuesta a las
variaciones de temperatura, esto es, sus prestaciones
son muy dependientes de la misma, lo que se
traduce en un bajo parámetro T0 (60-80 K) comparado,
por ejemplo, con láseres de InGaAs sobre GaAs, que
presentan un T0 mayor que 150 K. [8] Por ello,
para ser usados en las aplicaciones prácticas, se necesita
enfriarlos por métodos termoeléctricos,
para su correcto funcionamiento, lo que los encarece
todavía más. Esta dependencia con la
temperatura de su funcionamiento es debida a un
débil confinamiento de los electrones en la banda
de conducción. [8] Así, se observa la necesidad de
desarrollar nuevos materiales capaces de mejorar
las prestaciones de los actuales basados en fosfuros,
para el desarrollo de láseres para
comunicaciones.
1.3 InGaAsN como sustituto
del (Al,Ga,In)(As,P)
En 1996, el grupo de Kondow presentó la primera
publicación sobre InGaAsN. [8] Este
material representa una seria alternativa al sistema
InGaAsP/InP, debido a sus peculiares
características: Kondow et al. [8,9] comprobaron que
al añadir pequeñas cantidades de nitrógeno al
sistema (In,Ga)As, al contrario de lo que en principio
pudiera esperarse, se reducía el gap del
semiconductor. Esto hace que sea posible la realización
de dispositivos basados en GaAs
funcionando a las longitudes de onda de interés para
la telecomunicación en segunda y tercera
ventanas. La reducción del gap con la adición del pequeño
átomo de nitrógeno es explicada
mediante la interacción de un nivel que introduce el
átomo de nitrógeno con las bandas del material
que lo aloja, en este caso, (In,Ga)As, y que es
descrita mediante el modelo BAC (Band Anti-
Crossing) de una manera muy precisa. [10] Esta
teoría describe, cómo la incorporación de N a las
capas de InGaAs produce un desdoblamiento de la
banda de conducción, creando dos niveles, uno a
una energía mayorque el inicial de InGaAs, y otro
a menor energía, que es el que constituye el
nuevo bandgap, provocando así la reducción de
la energía de transición. Al tratarse de un material
cuaternario, las distintas combinaciones de sus
elementos dan lugar a una gran libertad para la
variación de su gap y su parámetro de red.
En el caso de la optoelectrónica, nos interesan materiales
que puedan ser crecidos sobre sustratos con
poco o ningún desajuste de red. Un candidato
inmejorable como sustrato para el crecimiento de
nitruros diluidos es el GaAs, debido a su gran
implantación en la industria actual (se pueden
encontrar dispositivos basados en GaAs en cada
teléfono celular hoy en día, por ejemplo) y su
desarrollada tecnología para componentes
optoelectrónicos, presentes en muchas de las
redes de telecomunicación actuales como emisores,
receptores, láseres de bombeo, etc. El desajuste
de red del InGaAsN sobre GaAs puede ser
controlado mediante su composición, pudiéndose
crecer incluso sin ningún desajuste teórico
(lattice-matched). Otra de las ventajas que presenta
el sistema GaAs/InGaAsN es la posibilidad deutilizar
el material AlAs para realizar cavidades ópticas de
muy alta calidad. El AlAs puede sercrecido con un
desajuste de red despreciable sobre GaAs. El
contraste de índices de refracción del
sistema (Al,Ga)As/GaAs hace que sea posible el
crecimiento de reflectores de Bragg (DBRs,
Distributed Bragg Reflectors) y espejos de mucha
calidad y con un tamaño razonable, que
favorecen la tecnología de las estructuras VCSEL,
haciéndola más reproducible que para el sistema
basado en InGaAsP/InP.
Otra gran ventaja reside en que la unión de los
materiales InGaAsN y GaAs presenta una
gran discontinuidad en la banda de conducción
entre el pozo y las barreras, lo que permite un gran
confinamiento de los portadores. Este confinamiento
hace que la estabilidad con la temperatura de
las prestaciones de los láseres basados en este
sistema de materiales sea mucho mayor que las
basadas en InGaAsP,[7][8] haciéndolos mucho
más ventajosos para su uso en comunicaciones,
ópticas. Hasta aquí se han presentado simplemente
las características más positivas del material
InGaAsN. Sin embargo, existen dos principales
dificultades para su crecimiento y aplicación a
dispositivos, que se describen a continuación.
El material InGaAsN tiende a descomponerse
espinodalmente [16-19] durante su crecimiento.
Además, la temperatura de crecimiento del
InGaAsN tiene que ser muy baja para evitar la
transición del modo de crecimiento 2D o Frank-van
der Merwe al modo de crecimiento Stranski-Krastanov
o tridimensional, 3D. Si esta última
situación ocurre, se producen estructuras similares
a puntos cuánticos u ondulaciones de la intercara
superior del pozo cuántico, como corroboran
observaciones por microscopía de transmisión de
dichos pozos [20,21][24-26], que afectan a las
características de los dispositivos. [22,23] Una
situación intermedia entre el completo crecimiento
bidimensional y el tridimensional es la aparición
de pozos bidimensionales, pero con una modulación
de composición lateral, con un periodo entre
10 y 50 nm. [24][27,28]. Otra de las características
descritas con frecuencia en la literatura, es la
reducción en las propiedades ópticas del material
al añadirle N a las capas de GaAs o InGaAs. [29-
33] éste es uno de los principales inconvenientes
a la hora de aplicar el material para longitudes de
onda largas. Esta degradación se explica en la
literatura por la baja temperatura empleada para la
incorporación de contenidos de N suficientes, y
la creación de vacantes de Ga, de intersticiales de N
y daños creados por la presencia de iones en el
plasma [34-36]. Pero al aplicar un recocido térmico
al material InGaAsN, muchos de estos defectos
no radiativos son eliminados, y la calidad de la
luminiscencia se ve fuertemente incrementada
(se incrementa la intensidad de emisión y se estrecha
el espectro), aunque las causas de la eliminación
de estos defectos no radiativos no esté todavía
clara en la literatura. [32][37-42]. Se verá más
adelante en esta tesis los efectos que este necesario
recocido tiene sobre las propiedades ópticas de
los pozos de InGaAsN.
1.4 Una nueva orientación:
(111)B frente a (100)
En la literatura, hasta el comienzo de esta
tesis, los trabajos publicados sobre el sistema de
materiales (In,Ga)AsN, o nitruros diluidos
(dilute nitrides) como se les conoce habitualmente, están
crecidos sobre el sustrato estándar GaAs (100). [8][29][42]
En este trabajo de tesis se aborda el
crecimiento de dichos nitruros diluidos, además,
sobre la superficie GaAs (111)B. Esta motivación
es debida a las interesantes propiedades que
pueden presentar las heteroestucturas crecidas
sobre
este tipo de orientación superficial. Una de ellas,
es la existencia de un campo piezoeléctrico en las
heteroestucturas tensionadas crecidas sobre esta
orientación. [43] Estas propiedades han sido
estudiadas extensivamente en la literatura para el
sistema InGaAs/GaAs (111)B y excelentes
descripciones del mismo pueden encontrarse en
[43-47]. Con este sistema de materiales se ha
conseguido emisión láser a 1.1 μm [48-52]. Además,
este campo piezoeléctrico se ha utilizado para
el diseño y la realización con éxito de dispositivos
no lineales y moduladores ópticos integrados
[53-57], basados en el sistema InGaAs/GaAs. Otro
de los intereses que motivaron en un principio el
estudio de las propiedades de los nitruros diluidos
crecidos sobre este tipo de orientación son las
propiedades del espesor crítico del material InGaAs
sobre GaAs (111)B. Diversos trabajos muestran
como teóricamente el espesor crítico sobre este tipo
de orientación sería mayor [58][59] que sobre GaAs
(100). Además, una de las propiedades interesantes
que presenta la superficie (111)B es la
dificultad del crecimiento 3D o Stranski-Krastanov
sobre este tipo de orientación. Existe
controversia en la literatura, ya que algunos autores
no encontraron crecimento 3D en la misma [62-
64], mientras que también existen publicaciones sobre
crecimiento de puntos cuánticos sobre GaAs
(111)B [60][65-69]. En alguno de ellos se discute que los
puntos se forman por un mecanismo
diferente al de la relajación de la deformación, como
ocurre en GaAs (100). [69] Este hecho puede
ser una propiedad interesante para el crecimiento de
nitruros diluidos, ya que podría reducir la zona
de crecimiento 3D de éstos, descrito en la sección
anterior, al crecerlos sobre las superficies GaAs
(111)B, y permitir el crecimiento de pozos cuánticos
con mayor contenido en In, para conseguir
longitudes de onda mayores, sin crecimiento
tridimensional, como ocurre en el sistema
InGaAs/GaAs (111)B [62] y conseguir reducir las
ondulaciones y la transición al crecimiento 3D
observado en el sistema InGaAsN/GaAs (100).
1.5 Objetivos de la tesis:
Los objetivos de esta tesis doctoral se pueden
resumir en tres grandes líneas, el crecimiento
del material InGaAsN por epitaxia de haces
moleculares (MBE) sobre sustratos de GaAs (111)B y
(100), la caracterización y optimización del plasma
de radiofrecuencia utilizado para el crecimiento
de nitruros diluidos y la aplicación de este material
a dispositivos optoelectrónicos de interés en
telecomunicación. Concretamente se centran en
los siguientes puntos:
1. Explorar los parámetros de crecimiento de
InGaAsN por MBE, sobre substratos de
GaAs (100) y substratos desorientados
GaAs (111)B. Se analizará la influencia de los
parámetros de crecimiento usuales sobre la
calidad óptica de los pozos cuánticos de
InGaAsN, a saber, el flujo de arsénico, la
velocidad de crecimiento, y la temperatura del
sustrato, entre otros.
2. Caracterización del plasma de nitrógeno por
radiofrecuencia. Se analizarán las
condiciones necesarias para el crecimiento de
nitruros diluidos de alta calidad, en
términos de flujo y potencia de radiofrecuencia
aplicada. Además, se pretende
caracterizar las especies del plasma que pudieran
influir en la calidad de los pozos
cuánticos de InGaAsN crecidos, como los iones
presentes durante el crecimiento. Se
propondrán métodos para caracterizar y controlar
la cantidad de los iones en el plasma, y
se estudirán los efectos que los mismos producen en
la calidad estructural y óptica de los
pozos cuánticos de InGaAsN.
3. Estudio de los efectos que el recocido térmico rápido
(RTA) tiene sobre las
características de los pozos cuánticos de InGaAsN
sobre GaAs (111)B: Efecto sobre la
intensidad de fotoluminiscencia y sobre el gap del
semiconductor para optimizar
emisión en dispositivos.
4. Aplicación del material crecido y procesado a la
demostración de dispositivos
optoelectrónicos basados en InGaAsN/GaAs,
desarrollando dispositivos de interés para
la telecomunicación: Diodos p-i-n y láser.
1.6 Desarrollo de la Tesis
El desarrollo de los objetivos de la tesis consistió
en la superación de tres hitos tecnológicos,
fundamentalmente, a saber:
1. Diseño y puesta a punto de un equipo MBE
para la fabricación de estos materiales: Se
realizó el estudio y diseño de la implantación de
una línea de nitrógeno ultrapuro para
alimentar un sistema comercial MBE Riber32 para
aportar nitrógeno a los
semiconductores fabricados. Además, se estableció
el protocolo de fabricación para elcrecimiento de los
nitruros diluidos de alta calidad.
2. Optimización del material para la consecución de
capas de alta calidad: En tres fases. En
una primera, se optimizaron los parámetros usuales
de crecimiento de un material
semiconductor por MBE, mediante la realimentación
de resultados provenientes de la
caracterización óptica y estructural por medios
avanzados. Asimismo se identificó una
fuente de deterioro intrínseca a la utilización de
fuentes de plasma de nitrógeno y se
propuso y se aplicó un sistema para evitar estos
efectos perniciosos, utilizando un
sistema de deflexión magnética para la
minimización del daño iónico, que además
permite la caracterización in-situ del plasma
en cualquier equipo comercial. Una última
fase consistió en la optimización a posteriori del
material fabricado, mediante ciclos
térmicos, para maximizar la emisión óptica de
los dispositivos.
3. El último hito consistió en el diseño, procesado
y caracterización de dispositivos
optoelectrónicos para su aplicación en redes de
telecomunicación. Se desarrollaron los
primeros dispositivos de diodo p-i-n publicados
en la literatura y el primer diodo láser
basado en InGaAsN/GaAs (111)B del mundo,
funcionando a temperatura ambiente sin
necesidad de enfriadores termoeléctricos.
1.7 Conclusiones
El trabajo de tesis presentado resume el proceso
completo para la fabricación de láseres de
semiconductor para comunicaciones ópticas
basados en nitruros diluidos, desde el diseño del aporte
de nitrógeno para un sistema MBE comercial,
pasando por la optimización completa del material
InGaAsN, hasta el posterior procesado y
caracterización de los mismos, en orientaciones (100) y
(111)B. El autor ha demostrado que esta última
orientación es al menos tan buena como la estándar
(100) (en términos de corriente umbral de los
primeros láseres fabricados), con la ventaja de poseer
propiedades físicas interesantes para el desarrollo
de dispositivos ópticos no lineales.
Desde el punto de vista físico además, se realiza
la aportación del descubrimiento y
observación de un nuevo tipo de reconstrucción
superficial de los átomos de Ga y As sobre la
orientación (111)B, una (3x3) superpuesta al resto
de reconstrucciones usualmente encontradas,
debida a la presencia de nitrógeno en la
cámara de crecimiento.
Se han mostrado los parámetros de crecimiento
óptimos para el material InGaAsN sobre
GaAs (111)B por primera vez. Además se ha
optimizado la fabricación de GaAs sobre GaAs
(111)B para una velocidad de 1,0 μm/h,
multiplicando por 2,5 veces la anterior
velocidad óptima,
permitiendo una fabricación de dispositivos
más rápida y por tanto más económica.
Se estudió y se optimizó el crecimiento sobre
3 tipos de desorientaciones cristalinas de los
planos (111)B, obteniéndose como resultado
que el tipo de enlace de las especies en los
escalones
atómicos determina en gran medida la
fabricación del material InGaAsN.
Con respecto a la cuestión de la incorporación
del nitrógeno, se han mostrado en esta tesis
emisión hasta longitudes de onda desde
1,1μm hasta más de 1,5 μm, cubriendo la
segunda y tercera
ventanas de comunicaciones ópticas, y
superando en mucho a las longitudes de
onda encontradas en
el resto de publicaciones sobre el mismo
sustrato, aparecidas a lo largo de la tesis.
Se han realizado varias contribuciones al campo
de la fabricación por MBE asistido por
plasma de semiconductores, como es el caso de
los nitruros diluidos, entre otros. En este campo se
ha presentado una técnica in-situ de caracterización
del plasma, que consiste en la utilización de las
sondas de vacío Bayard-Alpert (encontradas en
todos los sistemas comerciales) como sondas de
Langmuir modificadas, con las que es posible obtener
una caracterización del plasma de manera
sencilla y muy precisa. Además, se ha propuesto la
aplicación de campos magnéticos externos, tales
que deflecten las partículas cargadas dañinas del plasma
de nitrógeno. Se han estudiado los efectos
de la densidad de iones en las capas del material
InGaAsN sobre GaAs (111)B y GaAs (100). Losresultados
para ambas orientaciones son similares: se encontró que las
muestras crecidas con una
densidad menor de iones (utilizando la técnica propuesta)
presentan mucho mejores características
ópticas y estructurales, como lo demuestran experimentos
combinados de TEM, AFM,
fotoluminiscencia y catodoluminiscencia.
Se han estudiado los efectos del RTA en los pozos
cuánticos de InGaAsN/GaAs (111)B,
encontrándose que existe un rango de temperaturas
donde la luminiscencia de éstos se maximiza.
Tras el recocido térmico se observa también un
desplazamiento hacia el azul de una magnitud
similar al encontrado previamente en InGaAsN/GaAs
(100), y una disminución de la anchura del
espectro de emisión, lo que implica una mejora
notable en la calidad óptica de los pozos.
Esta tesis ha dado como resultado además la
fabricación de los primeros dispositivos
basados en InGaAsN/GaAs (111)B publicados en
la literatura: diodos con estructura p-i-n, sobre los
que se han realizado medidas de absorción y de
electroluminiscencia con buenos resultados, y el
primer láser de emisión de borde de InGaAsN
crecido sobre GaAs (111)B, funcionando a
temperatura ambiente en régimen pulsado, con
densidades de corriente umbral comparables
similares a los primeros láseres sobre GaAs (100).
Aplicabilidad
La aplicabilidad de los resultados mostrados en el
trabajo de tesis es muy variada, como se detalla a
continuación:
4.1 Comunicaciones ópticas:
– El gap de los materiales fabricados, caracterizados
y optimizados en este trabajo de tesis cubren
todo el espectro de interés para las comunicaciones
por fibra óptica, por lo que son aptos, como
se ha demostrado en la tesis, para su utilización en
la zona activa de dispositivos emisores
(Láseres, LEDs) como receptores de luz. Más
concretamente, en emisores láser basados en la
tecnología de GaAs, que permite la realización de
VCSEL a longitudes de onda de 1300 y 1550
nm. Esta tecnología VCSEL es importante debido
a sus ventajes: Emite un haz de luz circular
much más fácil de acoplar a la fibra, bajas densidades
de corriente umbral, que se traduce en
una menor interferencia electromagnética (EMI), crucial
a altas velocidades de transmisión,
menor consumo de potencia, comparado con láseres DFB,
y más fácil y barato de fabricar que
éstos últimos. En la actualidad, las empresas siguen
adoptando y apostando por los nitruros
diluidos. Por ejemplo, Picolight, una de las empresas
que comercializa productos basados en
nitruros diluidos como el InGaAsN, anunció
recientemente (Diciembre del 2006) VCSELs
funcionando en un diseño SFP+ del estándar
IEEE 802.3aq para interfaces ópticos serie
(10GBASE-LRM) en una 10G Ethernet.
– El hecho de haber realizado la investigación sobre
sustratos GaAs (111)B, distintos de los
estándar GaAs (100), abre la posibilidad de la
realización de dispositivos que aprovechan las
propiedades físicas del mismo: el hecho de fabricar
capas de material tensionadas sobre esta
orientación hace que aparezca un campo piezoeléctrico
en los pozos cuánticos, lo que posibilita
la fabricación de dispositivos con efectos no lineales y
moduladores ópticos integrados.
4.2 Otras aplicaciones del semiconductor optimizado:
– El material estudiado y optimizado en el trabajo de
tesis también se utiliza en la actualidad para
desarrollar células solares, debido a la sintonizabilidad
del gap que presenta y su posibilidad de
fabricación sobre sustratos GaAs sin desajuste de red.
Existe una intensa línea de investigación
basada en este material para células solares.
– Otra aplicación directa, que hizo que el trabajo de tesis
presentado fuera reseñado en Boletín de
Observación Tecnológica en Defensa (Nº 10), es la
utilización de este material optimizado,
InGaAsN, para la realización de dispositivos funcionando
a longitudes de onda seguras para el
ojo ( > 1.45 μm) debido a sus mayores prestaciones
frente a los sistemas actuales de materiales
(Al,Ga,In)(As,P) para la emisión láser. Con el materia
l InGaAsN se pueden desarrollar
telémetros, sistemas LADAR (Laser Detection and
Ranging) aplicables en Defensa y
Seguridad.
4.3 Nanotecnología:
– El estudio y la comprensión de la interacción
gas-material así como su incorporación durante el
crecimiento presentada en la tesis abre nuevas
ventanas de exploración en la nanoingeniería:
a) La observación de los fenómenos de interacción
entre el gas y las superficies (111)B
así como la introducción de defectos puntuales
en la red cristalina del semiconductor
hace que se generen nanopatrones en la
superficie auto-ordenados durante el
crecimiento así como tras un procesado de recocido
térmico RTA. Este proceso es
importante ya que permite ahorrarse un proceso
litográfico para la definición de
patrones sobre la superficie, y que puede realizarse
in-situ en condiciones de alto vacío y
extremada pureza. Estas observaciones han dado
lugar a diversas publicaciones y
ponencias en congresos internacionales
reseñando estos efectos descubiertos durante el
desarrollo de la tesis. La aplicación de estos
patrones auto-ordenados puede ser
múltiple: desde el aumento por porosidad de
superficies de sensores semiconductores,
hasta la fabricación de puntos cuánticos enterrados.
– b) La aplicación de los métodos de optimización
del material presentados para su
aplicación al crecimiento de estructuras nanométricas:
puntos cuánticos basados en
InAsN, un nuevo material con posible aplicación
en detectores de infrarrojo así como
emisores en las longitudes de onda de interés par
a la telecomunicación. Este hecho ha
sido publicado y presentado en diversos congresos
y publicaciones internacionales.
4.4 Mejoras en la fabricación de semiconductores:
– Se puede utilizar el método propuesto de
caracterización de plasma in-situ en cualquier equipo
de ultra-alto vacío que disponga de una sonda
de Bayard-Alpert (la práctica totalidad de ellos
poseen un medidor de este tipo), por lo que es
una aportación que puede ser de aplicación en
todos los sistemas de crecimiento epitaxial
asisitido por plasma.
– El método de deflexión de iones emitidos por
la fuente de plasma es aplicable a la mejora de
cualquier sistema de crecimiento por epitaxia
de haces moleculares asistido por plasma, tanto
para el crecimiento de nitruros diluidos como
para el de nitruros puros (GaN, AlN, InN y sus
combinaciones para formar ternarios), grupo de
materiales con múltiples aplicaciones (LEDs
para iluminación, diodos láser y LED visible y
ultravioleta para iluminación y almacenamiento
denso de datos (HD-DVD, BluRay), transistores
de alta movilidad HEMT, etc.) dadas sus
buenas características para funcionar a altas
temperaturas, altas frecuencias y altas potencias.
1.8 Referencias
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Ibañez Pérez Jesús Oswaldo 18.353.376
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