Nanostructure formation on patterned surfaces: overgrowth of nanomembranas and hole templates

O presente trabalho trata do crescimento e caracterização de nanoestruturas semicondutoras crescidas pela técnica de epitaxia por feixe molecular. Os resultados mostram a confecção de novas estruturas, assim como o uso de substratos complacentes em estudos básicos de fenômenos de crescimento. Duas metodologias distintas foram empregadas. A primeira metodologia explora o uso de membranas parcialmente relaxadas como substratos virtuais para deposição de InAs. A amostra usada como substrato exibe diferentes parâmetros de rede para a parte não relaxada, relaxada e as rugas. Uma grande migração do material depositado (InAs) foi observado com acúmulo de material no topo das rugas. Uma análise semi quantitativa do misfit strain mostra que o material migra para as áreas com menor misfit strain, ao qual representa a região com menor potencial químico de superfície. Migração de material também é observado nas regiões auto suportadas de InGaAs presente na amostra. Nossos resultados mostram que a parte relaxada e rugas oferecem um lugar para o crescimento do InAs que fundamentalmente muda o comportamento do crescimento durante a deposição. Na segunda metodologia, a técnica de “Local Droplet Epitaxy” e “Ga assisted deoxidation” foram combinadas para a criação de buracos na superfície do substrato de GaAs. Na estrutura gerada foi conduzido um estudo morfológico do preenchimento com diferentes espessuras de AlGaAs o que gerou uma estrutura formada por buraco + monte. Esta estrutura tem uma profundidade média de 19 nm, comprimento de 780 nm e largura de 200 nm. As estruturas foram preenchidas com diferentes quantidades de GaAs e cobertas por uma camada de AlGaAs/GaAs gerando estruturas mesoscópicas de GaAs com 1,2 μm de comprimento e 150 nm de largura. As características óticas destas estruturas foram estudadas por microfotoluminescência. Foi observado emissões óticas à temperatura ambiente. Medidas à baixa temperatura demonstraram que o espectro ótico é formado por diferentes linhas excitônicas. Assim foi fabricado novas estruturas com características únicas que podem ser aplicadas para estudos básicos ou em dispositivos.The present work deals with the growth and characterization of semiconductor nanostructures by molecular beam epitaxy. The results show the production of new nanoestructures as well as the use of compliant substrates for basic studies of growth phenomena. Two diffents methodologies were employed in this work. The first method exploits the use of partly released, relaxed and wrinkled InGaAs membranes as virtual substrates for overgrowth with InAs. Such samples exhibit different lattice parameters for the unreleased epitaxial parts, the released flat, back-bond areas and the released wrinkled areas. A large InAs migration towards the released membrane is observed with a material accumulation on top of the freestanding wrinkles during overgrowth. A semi- quantitative analysis of the misfit strain shows that the material migrates to the areas of the sample with the lowest misfit strain, which we consider as the areas of the lowest chemical potential of the surface. Material migration is also observed for the edge-supported, freestanding InGaAs membranes found on these samples. Our results show that the released, wrinkled nanomembranes offer a growth template for InAs deposition that fundamentally changes the migration behavior of the deposited material on the growth surface. In the second part, the Local Droplet Epitaxy and Ga assisted deoxidation technique were combined for fabricate holes in the GaAs surface. We study the initial hole template created and its overgrowth with AlGaAs generating a hole-mount structure. These hole-mount structures, with a hole depth of up to 19 nm and a length of ca. 780 nm and a width of ca. 200 nm, are than filled with GaAs and caped with a top AlGaAs/GaAs layer resulting into mesoscopic structures of up to 1.2 μm length and 150 nm width. We study the optical characteristics of the structures by photoluminescence. We observe room temperature emission from the mesoscopic structures. Low temperature photoluminescence investigations demonstrate that the optical emission is composed by single separated excitonic lines of several coupled, unstrained areas of the mesoscopic structure. Hence, we manufactured a unique optical emitter for potential application in base research or devicesCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio