Estruturas com dopagem planar
:: Referências :: Outros projetos
Dopagem planar ou dopagem delta consiste na introdução de um plano de dopagem em um determinado material. Dessa forma, é possível aumentar a mobilidade dos portadores, uma vez que os elétrons, na média, estão mais afastados das impurezas ionizadas que lhe deram origem do que no caso da dopagem homogênea. A introdução de um plano de dopagem introduz um potencial tipo V, no caso da dopagem tipo n, e um potencial tipo V invertido, no caso da dopagem tipo p. Também é possível obter uma superrede de dopagem, ou seja, diversos planos de dopagem planar separados por uma distância fixa.
Estudamos aprofundadamente a dopagem planar tipo n em InP, onde o dopante é o Si. Atingimos uma localização para as impurezas inferior a 8 Å. Essa localização foi determinada através de medidas de perfil de carga usando medidas capacitivas junto com um cálculo autoconsistente das equações de Schrödinger e de Poisson. Também foram obtidas superredes de dopagem Si em InP com períodos variando entre 100 e 250 Å. Espectros de fotoluminescência dessas estruturas revelaram uma energia de cut-off que depende do período. Uma transição de um comportamento 2D para 3D pode ser observada com a redução no período das superredes. Além disso, medidas de transporte permitiram uma avaliação detalhada das mobilidades nas diferentes subbandas ou minibandas presentes.
Fig. 1 Perfil em profundidade da concentração líquida de carga medida por CV (pontos) e a concentração atômica de Si medida por SIMS (linha cheia) para a amostra 200.
Fig. 2 Largura à meia altura (FWHM) dos gráficos de CV em função da concentração surficial de portadores. Os quadrados representam os pontos experimentais para amostras contendo um plano de dopagem equanto os diamantes correspondem a estruturas periódicas. As curvas sólidas inferior e superior são resultado de uma simulação numérica assumindo uma localização das impurezas numa região em torno de 10% e 70% do raio de Bohr, respectivamente. A figura inserida mostra o perfil da concentração líquida de carga para a amostra 187. Os quadrados representam os pontos experimentais obtidos por perfil eletroquímico de CV, enquanto a linha sólida corresponde a uma simulação assumindo a distribuição de impurezas numa região em torno de 10 % do raio de Bohr. A figura inclui o valor da concentração de portadores livres obtida por medidas de efeito Hall.
Barreiras de InP de espessura variando entre 30 e 150 Å, com dopagem planar tipo n no centro, imersas em InGaAs foram obtidas. Estudando esse tipo de estrutura entre os limites de barreira de espessura zero (InGaAs com um plano de dopagem delta) até barreira de espessura infinita (InP com um plano de dopagem) é possível determinar a estrutura eletrônica que otimiza a condutividade. Um estudo utilizando difração de raios-X e fotoluminescência permitiu uma avaliação das características estruturais das interfaces InGaAs/InP e a determinação da espessura das camadas de InGaAs. Além disso, a estrutura eletrônica foi determinada através dos espectros de fotoluminescência em conjunto com um cálculo da equação de Schrödinger na aproximação de massa efetiva. A concentração de portadores e a mobilidade foram determinadas com medidas de efeito Hall, Shubnikov-de Haas e fotoluminescência a baixa temperatura em conjunto com um cálculo auto-consistente.
Fig. 3 Espectros de fotoluminescência para amostras com barreiras delta dopadas. A posição do nível de Fermi é de aproximadamente 820+2 meV para todas as amostras e coincide com o valor associado à composição determinada pelos espectros de raios-X. A densidade total de portadores foi estimada a partir do valor do intervalo de energia.
Fig. 4 Mobilidades e condutividades graficadas em função das espessuras das barreiras. As linhas graficadas servem apenas como guia. Os dados para a amostra de espessura 500 Å correspondem aos dados interpolados de amostras de InP delta -dopadas.
Poços quânticos múltiplos de InGaAs/InP com dopagem planar tipo n nas barreiras foram crescidas. Os poços quânticos de InGaAs possuem espessura fixa de 50 Å e a espessura das barreiras varia de 20 a 50 Å. Espectros de fotoluminescência revelam a presença de um gás bidimensional. A difração de raios-X permitiu uma avaliação do período das superredes, da composição da liga de InGaAs nos poços e da qualidade das interfaces de InGaAs/InP. Medidas de Shubnikov-de Haas juntamente com um cálculo autoconsistente da estrutura eletrônica assinalam a possibilidade de ocorrer uma segregação de Si na direção de crescimento. A observação do declínio na concentração de portadores livres com a redução na espessura da barreira aponta para o papel da interface no armadilhamento de elétrons. Esse declínio na concentração de portadores livres é também evidenciada nos espectros de fotoluminescência sob campo magnético.
Finalmente, superredes de GaAs/AlGaAs com dopagem planar tipo n no poço e tipo p na barreira foram crescidas. Carbono foi utilizado como dopante. A introdução da dopagem planar na superrede deve aumentar o deslocamento Stark, e portanto, deve fornecer um material mais adequado para a confecção de moduladores de amplitude.
Fig. 5 Energia do pico de luminescência em função da temperatura. Observa-se que a baixa temperatura a trasição tem energia menor que de uma amostra não-dopada. Para temperaturas elevadas a transição óptica acompanha a da amostra não-dopada.Está ocorrendo uma mudança de transição indireta (e1QW - hh1B) para direta(e1QW - hh1QW), conforme mostram as curvas calculadas utilizando o modelo k·p e representadas pelas linhas sólidas.
Fig. 6 Esquema mostrando as transições direta e indireta numa estrutura de poços quânticos com superrede de dopagem planar, nipi.
Os resultados obtidos se encontram disponíveis nas seguintes referências:
nipi delta-doping superlattices for amplitude modulation
C.V.-B. Tribuzy, S. M. Landi, M. P. Pires, R. Butendeich, P. L. Souza, A. C. Bittencourt, G. E. Marques e A. B. Henriques
Brazilian Journal of Physics 32, 269 a 274 (2002).
Investigation of the interfaces and dopant incorporation in InP/InGaAs superlattices
L. Hanamoto, C. V.-B. Tribuzy, A. B. Henriques, P. L. Souza e B. Yavich
Brazilian Journal of Physics 32, 334-337 (2002).
Delta-doping Superlattices in Multiple Quantum Wells
Christiana V.-B. Tribuzy, Maurício P. Pires, Rainer Butendeich, Sandra M. Landi, Patrícia L. Souza, Gilmar E. Marques, A. C. Bittencourt e André Henriques
Physica E 11, 261-267 (2001).
Carbon delta-doped AlGaAs
Christiana V.-B. Tribuzy, Rainer Butendeich, Maurício P. Pires, Patrícia L. Souza e André Henriques
Journal of Applied Physics 90, 1660 (2001).
Electronic scattering in doped finite superlattices
A. B. Henriques, P. L. Souza e B. Yavich
Physical Review B 64, 45319 (2001).
Anisotropy of the cyclotron mass in superlattices containing two populated minibands
A. B. Henriques, P. L. Souza e B. Yavich
Semiconductor Science and Technology 16, 1 (2001).
Magneto-photoluminescence of Tamm states in InP/In0.53Ga0.47As superlattices
A.B. Henriques, R.F. Oliveira, P.L. Souza and B. Yavich
Physica B 298, 320 (2001).
Observation of densely populated Tamm states in modulation doped superlattices
A. B. Henriques, L. K. Hanamoto, P. L. Souza e B. Yavich
Physical Review B 61, 13369, 2000.
Delta- Doping in InP and Related Compounds
P. L. Souza
Capítulo no livro InP and Related Compounds editado por Omar Manasreh, Gordon and Breach Science Publishers SA, USA, 2000.
Si segregation and interface quality in InP/InGaAs superlattices assessed by magnetotransport measurements
A. Henriques, L. Hanamoto, P. L. Souza, L. C. D. Gonçalves e B. Yavich
Apresentação na 20th International Conference on Defects in Semiconductors em Berkeley, CA, USA, julho de 1999.
Properties of InP delta-doped barriers in InGaAs alloys
L. C. D. Gonçalves, B. Yavich, P. L. Souza e A. Henriques
Apresentação no 9th Brazilian Workshop on Semiconductor Physics, Belo Horizonte, MG, Brasil, fevereiro de 1999 e artigo em elaboração.
High Magnetic field transport and luminescence in doped InGaAs/InP superlattices
A.B.Henriques , L.K.Hanamoto , P.L.Souza , L.C.D.Gonçalves e B.Yavich
Apresentação no 9th Brazilian Workshop on Semiconductor Physics, Belo Horizonte, MG, Brasil, fevereiro de 1999.
Magnetic field induced Bragg reflections in artificially layered structures
André Henriques, P. Koenraad, L. C. D. Gonçalves, B. Yavich e P. L. Souza
Proceedings da 24th International Conference on the Physics of Semiconductors, Jerusalem, Israel, World Scientific (1998).
Si delta-doping superlattices in InP grown by LP-MOVPE
P. L. Souza, B. Yavich, M. Pamplona-Pires, A. B. Henriques e L. C. D. Gonçalves
Radiation Effects and Defects in Solids 146, 81, 1998 e apresentação no Symposium on Defect Dependent Processes in Insulators and Semiconductors, Campos do Jordão, Brasil, julho de 1997.
Electronic and Optical Properties of Periodically Si delta-Doped InP Grown by Low Pressure Metalorganic Vapor Phase Epitaxy
P. L. Souza, B. Yavich, M. Pamplona-Pires, A. B. Henriques e L. C. D. Gonçalves.
Journal of Applied Physics 82, 700, 1997.
Ionized Impurity scattering in periodically delta-doped InP.
A. B. Henriques, L. C. D. Gonçalves, N. F. Oliveira Jr., P. L. Souza e B. Yavich
Physical Review B 55, 13072, 1997.
Quantum transport in periodically delta-doped GaAs
L. C. D. Gonçalves, A. B. Henriques, N. F. Oliveira Jr., S. M. Shibli, P. L. Souza e B. Yavich
Zeitschrift für Physik B 104, 457, 1997.
Single and Periodically Si delta-doped InP grown by LP-MOVPE
B. Yavich, P. L. Souza, M. Pamplona Pires, W. M. Mendes, A. B. Henriques, e L. C. D. Gonçalves
Semiconductor Science and Technology 12, 481, 1997 e apresentação como Late News na 8th International Conference on MOVPE Growth Cardiff, Inglaterra, junho de 1996.
Band Gap Renormalization in Periodically Delta-Doped Semiconductors
A. B. Henriques, S. Obukhov, L. C. D. Gonçalves, P. L. Souza e B. Yavich
Physica Status Solidi 164, 133, 1997.
Characterization of periodically delta-doped semiconductors by capacitance-voltage profiling
L. C. D. Gonçalves, A. B. Henriques, P. L. Souza e B. Yavich
Semicond. Sci. and Technol. 12, 1, 1997.
Magnetic quantum effects in periodically delta-doped semiconductors
A. B. Henriques, L. C. D. Gonçalves, P. L. Souza e B. Yavich
Brazilian Journal of Physics 27, 38, 1997.
Photoluminescence and Mobility of Single and Periodically Si-Delta-Doped InP Grown by LP-MOVPE
B.Yavich, P. L. Souza, M. Pamplona Pires, A. B. Henriques e L. C. D.Gonçalves
Brazilian Journal of Physics 27, 189, 1997 e apresentação no 8th Brazilian Workshop on Semiconductor Physics, Águas de Lindóia, SP, Brasil, fevereiro de 1997.
Capacitance-voltage profiling of prtiodically delta-doped semiconductors
A. B. Henriques, L. C. D. Gonçalves, P. L. Souza e B. Yavich
Brazilian Journal of Physics 27, 215, 1997 e apresentação no 8th Brazilian Workshop on Semiconductor Physics, Águas de Lindóia, SP, Brasil, fevereiro de 1997.
Sample parameters of degenerate semiconductor superlattices
L. C. D. Gonçalves, A. B. Henriques, P. L. Souza e B. Yavich
Brazilian Journal of Physics 26, 327, 1996 e apresentação no 7th Brazilian Workshop on Semiconductor Physics, Rio de Janeiro, RJ, Brasil, julho de 1995.
Characterization of delta-doped superlattices by Shubnikov-de-Haas
A. B. Henriques, L. C. D. Gonçalves, P. L. Souza e B. Yavich
Semicond. Science and Technol. 11, 190, 1996.
Photoluminescence of periodically delta-doped InP
A. B. Henriques, L. C. D. Gonçalves, P. L. Souza e B. Yavich
Proceedings da 12th International Conference on Application of High Magnetic Fields in Semiconductor Physics, editado por Landwehr e Ossau, vol. 2, 629, Würzburg, Alemanha, World Scientific (1996).
Multisubband scattering in periodically delta-doped InP
A. B. Henriques, L. C. D. Gonçalves, P. L. Souza e B. Yavich
Proceedings da 23rd International Conference on the Physics of Semiconductors, 2363, editado por M. Scheffler, Berlim, Alemanha, World Scientific (1996).
Magnetic breakdown in delta-doped GaAs superlattices
A. B. Henriques, V. N. Morgoon, P. L. Souza, V. Bindilatti, N. F. de Oliveira e S. M. Shibli
Phys. Rev. B 49, 11248, 1994.
