Growth and characterization of both carbon-doped GaN and undoped InGaN alloys in the cubic phase

Existe um grande interesse nos nitretos de Ga e In, assim como as suas ligas, por seu potencial na fabricação de dispositivos optoeletrônicos que operam na região do espectro eletromagnético de amarelo-verde até perto da região UV. Destes materiais, a estrutura cúbica (zíncblende) apresenta a vantagem sobre a sua contraparte hexagonal principalmente por estar livre do efeito piezoelétrico que separa os elétrons e buracos diminuindo a eficiência de recombinação. Este trabalho descreve o crescimento e caracterização de GaN cúbico dopado com carbono e de ligas, também cúbicas, de InGaN crescidas sobre diferentes substratos. As amostras foram crescidas por Epitaxia de Feixe Molecular (Molecular Beam Epitaxy ou MBE) assistido por plasma. Várias técnicas experimentais foram utilizadas para caracterizar as amostras assim crescidas. A aplicação destas técnicas nos permitiu obter informação detalhada sobre diversos aspectos importantes destes materiais. Estas técnicas vão desde várias formas de difração de raios-X até diversas formas de espalhamento de luz. O uso combinado de todas estas técnicas foi crucial para determinar as propriedades fundamentais destes materiais, tais como a qualidade cristalina, o estado de tensão das camadas ativas e, para as ligas, o grau e tipo de separação de fase (resultando em regiões de diferente conteúdo de In, com conseqüente diferença nas energias dos gaps). Dentre os resultados principais destacamos o de determinar o mecanismo de incorporação de carbono nos filmes de GaN, atingindo altas concentrações de portadores e boa qualidade cristalina. Nas ligas de InGaN depositadas sobre SiC (filmes tensionados), o único que indica que haveria uma separação de fase é o Stokes-like shift gigante e constante e o fato de que em medidas de PL, com energia de excitação abaixo da borda de absorção da liga, ainda pode ser visto o pico de recombinação. Já, em amostras parcialmente relaxadas como os filmes de InGaN depositados sobre substratos de GaAs, teríamos também esta separação de fase com uma fase minoritária (rica em In) e outras duas fases correspondente à liga bulk com fração molar de In próximas entre si. Em particular, as técnicas de fotoluminescência e fotoluminescência de excitação são insubstituíveis na detecção de fases segregadas.There has been a great interest in nitrides of Ga and In, as well as their alloys, due to their great potential for the fabrication of optoelectronic devices operating from the yellow-green region to the near UV regions of the electromagnetic spectrum. Of these, the cubic (zincblende structure) varieties present the advantage over their more common hexagonal counterparts, of being free from piezoelectric fields (induced by the biaxial strain inherent in most growth techniques) which separate electrons and holes leading to the detriment of recombination efficiency. In the present work we report the growth and characterization of thin films of cubic GaN doped with carbon and undoped InGaN films. The samples were grown by plasma-assisted MBE (Molecular Beam Epitaxy) on different crystalline substrates. Characterization techniques varied from different forms of X-ray diffraction, electrical (Hall Effect) measurements to distinct forms of light scattering. The combination of these techniques was decisive in accessing physical properties of the materials, such as crystalline quality, state of tension and, for the alloys, phase separation (resulting in regions of different composition and energy gap). No single technique could have given us the answer to all these materials properties. Rather, the combination of all these experimental tools allowed us to obtain details about the composition and quality of The grown material. In particular, techniques related to the photoluminescence and photoluminescence excitation techniques were irreplaceable in detecting the presence of segregated phases that appear in such small quantities as to remain undetected by other techniques