Estudio de la estructura de defectos y de la relajación plástica en heteroestructuras multicapas de InGaAs/GaAs

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Estudio de la estructura de defectos y de la relajación plástica en heteroestructuras multicapas de InGaAs/GaAs

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Title: Estudio de la estructura de defectos y de la relajación plástica en heteroestructuras multicapas de InGaAs/GaAs
Author: González Robledo, David
Director/Advisor: García Roja, Rafael; Aragón Herranz, Guillermo
Departments: Ciencia de los Materiales e Ingeniería Metalúrgica y Química Inorgánica
Abstract: Las aleaciones de InxGa1-xAs presentan una serie de propiedades de gran interés para aplicaciones opto/micro electrónicas. Su alta movilidad electrónica y su anchura de banda prohibida en la ventana de transmisión de las fibras ópticas lo convierten en un candidato idóneo para dispositivos de telecomunicación. Además, el sistema constituido por In0.53As0.47As/In0.52Al0.48As mejora substancialmente las características de los transistores HEMT y HBT realizados actualmente con el sistema GaAs/AlGaAs. En el campo de la electrónica y comunicaciones, la producción de dispositivos basados en substratos de GaAs experimenta un crecimiento constante. De ahí la necesidad de integrar los dispositivos basados en InGaAs sobre substratos de GaAs haya sido una línea de investigación preferente en la última década. El problema para la integración de dispositivos baados en InGaAs sobre substratos de GaAs es el elevado desajuste reticular existente, que provoca tensiones y genera defectos que se propagan por el dispositivo degradando su funcionamiento. Una de las estrategias más investigadas para evitar este problema es la interposición de una capa amortiguadora con un cambio escalonado de su desajuste reticular. Estas estructuras, que denominamos escalonadas, han sido utilizadas ampliamente como capas amortiguadoras para el crecimiento de dispositivos. Sin embargo, existía una falta de estudios con respecto a las propiedades de su relajación y configuración de defectos que permitieran establecer unas reglas de diseño fiables para el crecimiento de capas amortiguadoras. Una de las características de este tipo de estructuras es la dificultad para conseguir una completa relajación de las capas internas debido al endurecimiento mecánico (EM) de la capa. La explicación de este fenómeno es fundamental para la comprensión de la evolución de la relajación. Una revisión de los modelos de EM existentes en la bibliografía revela su ineficacia a la hora de describir esta saturación en la relajación. Se desarrolla un modelo, basado en la interacción entre las dislocaciones de desajuste (DD), capaz de predecir la deformación residual en esta etapa de relajación de las epicapas de InGaAs/GaAs con bajo contenido de In. Además se propone por primera vez una formulación para predecir el espesor de inicio de esta etapa de relajación. Las consecuencias de esta relajación parcial de las capas internas son analizadas. El acoplamiento de la relajación entre las capas y la acumulación de la deformación en la estructura son estudiadas inicialmente para el caso de bicapas y posteriormente para multicapas de más de dos escalones. Se propone un modelo para describir la relajación de tales estructuras basado en la constancia del producto deformación espesor en heteroepitaxias. Además, se ha conseguido una predicción de la densidad de DD en capas internas utilizando el modelo de endurecimiento mecánico. Las estructuras escalonadas en general presentan una pequeña densidad de dislocaciones en su superficie. La mejor distribución de sus DD, produce una disminución de la densidad de dislocaciones de propagación (DP). Sin embargo se comprueba que en estructuras con un desajuste reticular efectivo superior a un valor crítico o que contengan una densidad de dislocaciones correspondientes al régimen de endurecimiento mecánico en su última capa presentan una elevada densidad de DP. Utilizando el modelo de relajación en multicapas y el análisis de la configuración de las dislocaciones en la estructura se proponen una reglas de diseño para conseguir capas amortiguadoras de InGaAs/GaAs que permitan integrar dispositivos libres de defectos y sin tensiones elásticas. Por ultimo, se muestra que las aleaciones de InxGa1-xAs con x>0.4 presentan una modulación de composición como consecuencia de una separación de fases en la aleación. La modulación de composición observada produce una relajación de la deformación elástica complementaria a la producida plásticamente por el acomodo de las DD. Sin embargo, presentan una elevada densidad de DP en superficie, que las invalida como capas amortiguadoras. Basado en la suposición de que la separación de fases esta controlada por la difusión superficial de las especies, se ha conseguido crecer a baja temperatura una capa amortiguadora escalonada sin modulación con una composición final x=0.6. Esta estructura presenta una densidad de DP en su superficie inferior a 107 cm-2, dos ordenes de magnitud inferior a la observada en las capas con. Se demuestra por tanto la aplicabilidad de las capas escalonadas como capas amortiguadora en el sistema InGaAs/GaAs.
Description: Presentación realizada durante la defensa de la Tesis Doctoral
Subject: InGaAs ; TEM ; relajación plástica.
Handle: http://hdl.handle.net/10498/7407
Date: 2010-01-28

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