Propiedades ópticas y estructurales de películas delgadas de 𝑰𝒏𝑮𝒂𝑵 depositadas por la técnica de pulverización catódica por magnetrón RF
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Resumen en español
Se ha desarrollado una exhaustiva investigación en la búsqueda de materiales semiconductores que puedan ser usados en la fabricación de nuevos dispositivos de gran interés para las aplicaciones en dispositivos optoelectrónicos. Los semiconductores del grupo III-N se han convertido en los sistemas más prometedores para dichas aplicaciones con semiconductores tales como el 𝐺𝑎𝑁 e 𝐼𝑛𝑁. El objetivo de esta investigación es fortalecer el área de estudio de materiales semiconductores del grupo III-N. Para tal fin se depositaron aleaciones semiconductoras de 𝐼𝑛𝐺𝑎𝑁 por la técnica de pulverización catódica por magnetrón (magnetrón sputtering RF), utilizando un blanco de 𝐼𝑛 al 99,99% y un blanco de 𝐺𝑎𝑁 al 99,99% en una atmosfera de gas argón. Estos compuestos cubren el rango espectral del ultravioleta (3,4 eV del 𝐺𝑎𝑁), hasta el infrarrojo (0,7 eV para el 𝐼𝑛𝑁) pasando por el rango del espectro visible; es por eso que se espera que la energía de banda prohibida de la aleación ternaria 𝐼𝑛𝑥𝐺𝑎1−𝑋𝑁 pueda ser ajustada en todo el rango del espectro visible, cambiando la concentración de 𝐼𝑛 en el ternario. Las películas delgadas 𝐼𝑛𝐺𝑎𝑁 fueron depositadas sobre substratos de silicio (100) y de vidrio comercial por la técnica de magnetrón sputtering RF, usando blancos de indio y nitruro de galio de alta pureza. La temperatura del substrato se varió entre 300 °C, 400 °C y 500 °C, a una presión de argón de 10 Torr. También se varió la potencia RF en el blanco de 𝐺𝑎𝑁. Con base en los análisis realizados, se observó la influencia de estas variables en el resultado final de la aleación ternaria 𝐼𝑛𝐺𝑎𝑁. A las películas delgadas se le estudiaron las propiedades ópticas y estructurales con el fin de correlacionarlas con parámetros experimentales. Se encontró que la energía de banda prohibida calculada a partir de las mediciones de absorción óptica disminuye cuando la temperatura del substrato aumenta. Los espectros de fotoluminiscencia medidos a una temperatura de 20 K muestran dos bandas de emisiones anchas alrededor de 2.3 eV y 2.9 eV. El análisis de difracción de rayos X de películas delgadas de InGaN revelaron una estructura policristalina con picos en las fases cúbica y hexagonal. Por la técnica de espectroscopía Raman no fue posible obtener resultados por el espesor obtenido en las películas delgadas. Palabras claves: Magnetrón sputtering RF; nitruros; propiedades estructurales; propiedades ópticas
Resumen en español
Exhaustive research has been development in the search for semiconductor materials that can be used in the manufacture of new devices of great interest for optoelectronic devices applications. Group III-N semiconductors have become the most promising systems for such applications with semiconductors such as 𝐺𝑎𝑁 and 𝐼𝑛𝑁. The objective of this research is to strengthen the study area of group III-N of semiconductor materials. For this purpose, 𝐼𝑛𝐺𝑎𝑁 semiconductor alloys were deposited by RF magnetron sputtering using a 99.99% 𝐼𝑛 target and a 99.99% 𝐺𝑎𝑁 target in an argon gas atmosphere. These compounds cover the spectral range from ultraviolet (3.4 eV 𝐺𝑎𝑁) to infrared (0.7 eV for 𝐼𝑛𝑁) passing through the visible spectrum range, which is why it is expected that the band gap energy ternary 𝐼𝑛𝑥𝐺𝑎1−𝑋𝑁 alloys can be adjusted across the visible spectrum by changing the concentration of In in the ternary. The 𝐼𝑛𝐺𝑎𝑁 thin films were deposited on silicon (001) and common glass substrates by the RF magnetron sputtering technique, using high purity indium and gallium nitride targets. The substrate temperature was varied between 300° C, 400° C and 500° C, at an argon pressure of 10 mTorr. Also the RF power was varied in the 𝐺𝑎𝑁 target .Based on the analyzes performed, we observed the influence of these variables on the final result of the ternary alloy 𝐼𝑛𝐺𝑎𝑁. Thin films were studied for optical and structural properties in order to correlate them with experimental parameters. The band gap energy calculated from optical absorption measurements decreases as the temperature increases. Photoluminescence spectra measured at 20K temperature show two broad emission bands around 2.3 ev and 2.9 eV. The X-ray diffraction analysis of 𝐼𝑛𝐺𝑎𝑁 thin films reveals polycrystalline structure with peaks in the cubic and wurtzite phases. By the Raman spectroscopy technique was not possible to obtain results by the thickness obtained in the thin films. Keywords: Magnetron sputtering RF nitrides; structural properties; optical properties
