Propiedades ópticas- estructurales y morfológicas de aleaciones ternarias de Ga1-xAsMnx crecidas por Magnetrón Sputtering

Abstract

En este trabajo de tesis, se estudió el crecimiento por la técnica de R.F Magnetrón Sputtering de materiales semiconductores Ga1-xMnxAs, conocidos como semiconductores semimagnéticos o semiconductores magnéticos diluidos (Diluted Magnetic Semiconductors-DMS). Para la investigación se fabricó un conjunto de películas de: GaAs/GaAs(100), Mn/GaAs(100) y aleaciones ternarias de GaAsMn/GaAs(100), depositadas sobre sustratos de GaAs y vidrio corning, con el propósito de estudiar sus propiedades ópticas, estructurales y morfológicas y correlacionarlos con las condiciones de crecimiento. Adicional al objetivo general de este trabajo de tesis, en la última parte de este trabajo se presenta el anexo-A correspondiente al análisis estructural, óptico y morfológico de multicapas de GaAs/Mn fabricadas por la técnica de magnetrón sputtering depositadas sobre sustratos de GaAs (100) y vidrio Corning. Las propiedades físicas de las películas de Ga1-xMnxAs fueron analizadas en función de la temperatura de crecimiento, mientras que las multicapas de GaAs/Mn se analizaron en función del tiempo de deposición. En las películas de Ga1-xMnxAs se encontró que el ancho de banda prohibido (gap) presenta un corrimiento hacia longitudes de onda del azul con relación a la matriz de GaAs, que se puede controlar mediante la temperatura de crecimiento. Por otro lado, se observó que los valores del gap medidos para las películas de GaAsMn a) y c) presentaron una variación no lineal (disminuyó) entre 2.23 a 2.21 eV con el aumento de la temperatura de crecimiento y/o la concentración de Mn. Por Microscopía de Fuerza Atómica (AFM), se estimó que la rugosidad promedio y el tamaño de grano de las películas de GaMnAs, disminuyó con las condiciones de crecimiento. Estudios por espectroscopía Raman en las películas de GaAsMn y en las multicapas de GaAs/Mn, nos permitió determinar nuevos modos vibracionales relacionados a clusters de MnmAsn que no han sido reportados en la literatura siendo un aporte importante de este trabajo de tesis. Cálculos teóricos de estos modos vibracionales utilizando el modelo de masa reducida nos permitió determinar que los valores teóricos están en buen acuerdo con los valores experimentales. / Abstract. In this thesis, we studied the growth by RF magnetron sputtering technique of Ga1-xMnxAs semiconductors materials, known as semiconductors semimagnetics or Diluted Magnetic Semiconductors (Diluted Magnetic Semiconductors-DMS). For this research produced a set of films: GaAs/GaAs (100), Mn/GaAs (100) and ternary alloys GaAsMn/ GaAs (100), deposited on GaAs substrates and Corning Glass, with the purpose of studying their optical properties, structural and morphological and correlation with growth conditions. In addition to the overall objective of this thesis, in the latter part of this work, presents the Annex-A for the structural analysis, optical and morphological multilayer GaAs/Mn produced by the technique of magnetron sputtering deposited on substrates of GaAs (100) and Corning glass. The physical properties of Ga1-xMnxAs films were analyzed as a function of growth temperature, while the multi-layer GaAs / Mn were analyzed as a function of deposition time. In the films of Ga1-xMnxAs found that the width of forbidden band (gap) shows a shift to blue wavelengths relative to the GaAs matrix, which can be controlled by growth temperature. On the other hand, it was observed that the gap values measured for films GaAsMn a) and c) showed a nonlinear variation (decrease) from 2.23 to 2.21 eV with increasing growth temperature and/or concentration of Mn. By Atomic Force Microscopy (AFM), it was estimated that the average roughness and grain size of GaMnAs films decreased with the growth conditions. Raman spectroscopy studies on GaAsMn films and multilayers of GaAs/Mn, allowed us to determine new vibrational modes related to MnmAsn clusters that have not been reported in the literature to being an important contribution of this thesis. Theoretical calculations of these vibrational modes using the reduced mass model allowed us to determine that the theoretical values are in good agreement with experimental values.