Abstract Ridge-type 0.808£gm AlGaAs diode lasers with a planar waveguide structure have been successfully fabricated. After ridge etching, a SiO2 thin film is sputtered onto the sample as the surface passivation layer, and then the BCB¡]Benzocyclobutene¡^polymer is coated for surface planarization. Before matalization, the thin polymer and SiO2 layers above the ridge are removed by dry etching technique. The fabrication was completed by evaporating contact metals to the samples. The cavity length of the measured laser diode is 900£gm. The threshold current density and threshold voltage of the planarized device are 385 A/cm2 and 2.1 V. The differential quantum efficiency as large as 82% is obtained. In addition, a conventional ridge-type laser is also fabricated for comparison. The threshold current density and threshold voltage of the conventional ridge-type device is 385 A/cm2 and 2.5 V. The differential quantum efficiency of is 77%.

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Neste trabalho foram processados e caracterizados dispositivos emissores de luz (LED’s) baseados em estruturas p-i-n a partir de filmes de GaAs dopados unicamente com Silício e crescidos através da técnica de Epitaxia de Feixes Moleculares sobre substratos de GaAs orientados nas superfícies (311)A e (211)A. Nas superfícies (311)A e (211)A, o Si tem comportamento anfótero, ou seja, pode ocupar tanto o sítio do Ga como o do As, o que resulta em filmes com portadores tipo n e p, respectivamente. As características elétricas dos filmes dependem das seguintes condições de crescimento: i) razão entre os fluxos de Ga e As; e ii) temperatura do substrato. As técnicas de caracterização utilizadas foram fundamentalmente: Fotoluminescência, IxV (corrente-tensão) e Efeito Hall. Os dispositivos p-i-n foram processados a partir de técnicas convencionais de fotolitografia e caracterizados a partir das técnicas de IxV e Eletrolumi-nescência. Os dispositivos estudados foram produzidos a partir de camadas de GaAs e AlGaAs crescidas nas direções [311]A e [211]A. Os dispositivos obtidos a partir de filmes dopados de GaAs apresentaram uma boa eficiência de emissão, porém foram observadas perdas ôhmicas ocasionadas pela natureza da junção obtida nestes planos, ocasionada por defeitos, principalmente nos filmes dopados tipo n que são crescidos em condições extremas de temperatura e pressão de Arsênio. Os dispositivos a base de AlGaAs apresentaram baixa eficiência e altas perdas, relacionadas com a alta compensação apresentada pelos filmes. Foram testados também dispositivos com heteroestruturas na camada intrínseca, apresentando resultados satisfatórios.

Submitted by Evandro Martin Lanzoni (evandrolanzoni@yahoo.com.br) on 2018-05-28T18:03:48Z No. of bitstreams: 1 dissertação mestrado evandro lanzoni_versão final.pdf: 4510657 bytes, checksum: dadfb13eef638b712a1e377fddcf85d2 (MD5) / Approved for entry into archive by Lucilene Cordeiro da Silva Messias null (lubiblio@bauru.unesp.br) on 2018-05-28T19:02:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 lanzoni_em_me_bauru.pdf: 4510657 bytes, checksum: dadfb13eef638b712a1e377fddcf85d2 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-28T19:02:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 lanzoni_em_me_bauru.pdf: 4510657 bytes, checksum: dadfb13eef638b712a1e377fddcf85d2 (MD5) Previous issue date: 2018-03-29 / As técnicas de microscopia de sonda Kelvin (KPFM) e de microscopia de força eletrostática (EFM) são amplamente utilizadas para analisar a distribuição do potencial de superfície, porém com pouca aplicação em nanoestruturas semicondutoras auto-organizadas embutidas em um substrato. Neste trabalho, investigamos diretamente o acúmulo de carga dentro de estruturas mesoscópicas de GaAs (MGS) [1]. As estruturas são fabricadas através do crescimento sobreposto de um modelo de nano orifícios usando epitaxia de feixe molecular. Para tal, uma combinação de desoxidação assistida por Ga e ataque químico por gotículas localizadas foram utilizadas para criar orifícios iniciais com uma profundidade de ca. 10 a 15nm, que são posteriormente cobertos com 15nm de barreira AlxGax-1As e GaAs com 1nm, 2nm, 5nm, 10nm de espessura. Microscopia de força atômica e microscopia eletrônica de transmissão mostraram que a forma do orifício é preservada durante o crescimento de AlGaAs. Em seguida, esses orifícios são preenchidos com GaAs formando uma estrutura alongada sobre o buraco [1]. Investigamos o potencial de superfície local e a distribuição das cargas nestas estruturas com a técnica KPFM de passagem única. Portanto, uma voltagem AC de 5 V é aplicada a uma ponta metalizada e varremos a amostra no modo de contato intermitente. Observamos uma clara diferença de potencial na região central da estrutura, onde esperamos o furo preenchido. Então, um estudo sistemático com a técnica de KPFM mostrou a influência no acúmulo de carga quando a espessura de GaAs é alterada, bem como, quando modificamos a concentração de Al na barreira de AlGaAs. O cálculo simulando um poço de potencial com barreiras semi-finitas e finitas mostrou que não ocorre acúmulo de carga quando a espessura do GaAs é menor que 1,5 nm, corroborando com nossos resultados. Simulações do diagrama de banda e da densidade de elétron da estrutura permitem atribuir o acumulo de carga observado, aos diferentes níveis de energia da estrutura mesoscópica de GaAs em comparação com as camadas de GaAs circundantes. / Kelvin probe force microscopy and electric force microscopy techniques are widely used to analyze the distribution of the surface potential with little application to self-assembled semiconductor nanostructures embedded into a substrate. In this work, we directly investigate the charge accumulation inside mesoscopic GaAs structures [1]. The structures are fabricated by overgrowth of a nanohole template using molecular beam epitaxy. Therefore, a combination of Ga assisted deoxidation and local droplet etching is used to create initial holes with a depth of ca. 10 to 15nm, which are covered subsequently with 15nm of AlxGax-1As barrier and GaAs caps with 1nm, 2nm, 5nm, 10nm thicknesses. Atomic force microscopy and transmission electron microscopy results showed that the hole shape is preserved during the AlGaAs overgrowth. Then filled with GaAs forming an elongated mount over the hole [1]. We investigate the local potential and the charge distribution in these structures with a single pass Kelvin probe force microscopy technique. Therefore, an AC voltage of 5 V is applied to a metalized tip and scanned in tapping mode over the sample. We observed a clear potential difference in Kelvin probe force microscopy measurements in the middle of the structure, where we expect a filled hole. We systematically study by Kelvin probe force microscopy the influence on the charge accumulation when the GaAs thickness is changed, as well as the Al concentration in the AlGaAs barrier. Calculation of the particle in the box for semi-finite and finite barriers were done and show that no charge accumulation is observed for GaAs thickness lower than 1.5nm in the semi-finite barrier, corroborating with our results. Simulations of band gap and electron wavefunction of the structure allow us to ascribe the charge accumulation observed, to the different confinement of carriers inside of the unstrained mesoscopic GaAs structure compared to the surrounding GaAs layers.

Neste trabalho foram processados e caracterizados dispositivos emissores de luz (LED’s) baseados em estruturas p-i-n a partir de filmes de GaAs dopados unicamente com Silício e crescidos através da técnica de Epitaxia de Feixes Moleculares sobre substratos de GaAs orientados nas superfícies (311)A e (211)A. Nas superfícies (311)A e (211)A, o Si tem comportamento anfótero, ou seja, pode ocupar tanto o sítio do Ga como o do As, o que resulta em filmes com portadores tipo n e p, respectivamente. As características elétricas dos filmes dependem das seguintes condições de crescimento: i) razão entre os fluxos de Ga e As; e ii) temperatura do substrato. As técnicas de caracterização utilizadas foram fundamentalmente: Fotoluminescência, IxV (corrente-tensão) e Efeito Hall. Os dispositivos p-i-n foram processados a partir de técnicas convencionais de fotolitografia e caracterizados a partir das técnicas de IxV e Eletrolumi-nescência. Os dispositivos estudados foram produzidos a partir de camadas de GaAs e AlGaAs crescidas nas direções [311]A e [211]A. Os dispositivos obtidos a partir de filmes dopados de GaAs apresentaram uma boa eficiência de emissão, porém foram observadas perdas ôhmicas ocasionadas pela natureza da junção obtida nestes planos, ocasionada por defeitos, principalmente nos filmes dopados tipo n que são crescidos em condições extremas de temperatura e pressão de Arsênio. Os dispositivos a base de AlGaAs apresentaram baixa eficiência e altas perdas, relacionadas com a alta compensação apresentada pelos filmes. Foram testados também dispositivos com heteroestruturas na camada intrínseca, apresentando resultados satisfatórios.

Dispositivos fotovoltaicos híbridos baseados em polímeros conjugados e semicondutores inorgânicos estão sendo utilizados nos últimos anos para a produção de células de energia solar com baixo custo. Para que haja uma alta eficiência é necessária dissociação eficiente de éxcitons, por isso é importante conhecer os níveis de energias dos componentes do dispositivo fotovoltaico. O presente estudos mostra que o sistema híbrido formado por nanofios cilíndricos preparados com heteroestrutura radial de camadas alternadas de GaAs/AlGaAs/GaAs recobertas com polímero conjugado poli-fenileno vinileno (PPV) forma uma opção alternativa para a fabricação de dispositivos fotovoltaicos. Os nanofios foram fabricados por Epitaxia por Feixe Molecular (MBE). Tanto potencial interno radial e modulação energética axial produzem a separação eficiente de elétrons e buracos fotoexcitados, que gera emissões de natureza e origem distintas e singulares nos nanofios: emissões envolvendo a impurezas aceitadoras no centro do núcleo de GaAs, bem como éxcitons indiretos presos a interface WZ e BZ e a interface da barreira estreita de AlGaAs na casca do nanofio. Medidas do decaimento temporal da emissão mostram uma forte dependência tempo de vida com o comprimento de onda, o que está associado com o afunilamento e distribuição energética destes estados emissivos. Medidas da emissão com a temperatura dão forte evidencia experimental de que a energia de ligação das impurezas tem uma forte dependência na direção radial. Este sistema híbrido funciona como coletor eficaz de luz tanto no visível quanto no infravermelho próximo. O trabalho demonstra também por espectroscopia resolvida no tempo que éxcitons são dissociados nas interfaces formadas por filmes ultrafinos de polímeros conjugados e nanofios e que esse material à base de arseneto de gálio (GaAs) atua como um forte receptor e separador de elétrons (alta afinidade eletrônica). / Hybrid photovoltaic devices based on conjugated polymers and inorganic semiconductors are being used in recent years to the production of solar cells at low cost. So there is a high efficiency is required efficient exciton dissociation, so it´s important to know the levels of energy of the components of the photovoltaic device. The present studies show that the hybrid system formed by cylindrical radial heterostructure nanowires prepared from alternating layers of GaAs / AlGaAs / GaAs covered with the conjugated polymer poly-phenylene vinylene (PPV) forms an alternative option for the manufacture of photovoltaic devices. Nanowires were manufactured by Molecular Beam Epitaxy (MBE). Both radial and axial inner potential energy modulation produce the efficient separation of electrons and photoexcited holes, which generates distinct and unique nature and source emissions in nanowires: emissions involving the acceptor impurities in the center core of GaAs and indirect excitons attached to the interface WZ and BZ and narrow barrier interface of AlGaAs on the shell of the nanowire. Measures the time decay of the issue show a strong dependence lifetime with the wavelength, which is associated with the bottleneck and energy distribution of emissive states. Emission measurements with temperature provide strong experimental evidence that the impurity binding energy has a strong dependence on the radial direction. This hybrid system works as an efficient collector of light both in the visible and near infrared. The work also shows for time resolved spectroscopy that excitons are dissociated at the interfaces formed by ultrathin conjugated polymers and films and nanowires that this material based on gallium arsenide (GaAs) acts as a strong receiver and electrons separator (high electron affinity ).

Disertacijoje nagrinėjama, kaip padidinti susiaurintų spinduliuotės jutiklių jautrį. Taip pat disertacijoje siekiama ištirti mikrobangų spinduliuotės poveikį susiaurintiems puslaidininkiniams dariniams ir atskleisti stebimų efektų fizinę prigimtį bei nustatyti bandinių struktūros įtaką detektuojamo signalo dydžiui. Darbe sprendžiami tokie pagrindiniai uždaviniai: tiriamos įvairialyčių susiaurintų puslaidininkinių darinių savybės, priklausančios nuo darinių sluoksnių kokybės ir puslaidininkinių medžiagų parametrų bei analizuojamos savybės, priklausančios nuo stipriai legiruoto puslaidininkinio sluoksnio laidumo, nuo skiriamojo sluoksnio storio ir nuo sklendės pobūdžio metalizacijos. Siekiant užsibrėžto tikslo, buvo gaminami ir tiriami susiaurinti skirtingi įvairialyčiai dariniai (AlGaAs/GaAs, AlGaAs/InGaAs/GaAs) ir n-GaAs dariniai. Disertaciją sudaro penki skyriai, kurių paskutinis – rezultatų apibendrinimas. Pirmajame (įvadiniame) skyriuje nagrinėjamas problemos aktualumas, formuluojamas darbo tikslas bei uždaviniai, aprašomas mokslinis darbo naujumas, pristatomi autoriaus pranešimai, disertacijos struktūra. Antrasis skyrius skirtas literatūros apžvalgai. Jame apžvelgiami elektromagnetinės spinduliuotės detektavimo principai, aptariamos šiluminės ir bigradientinės elektrovaros susidarymo priežastys, AlGaAs/GaAs įvairialytė sandūra, selektyvusis legiravimas bei puslaidininkinių prietaisų fizikinės galimybės. Trečiajame skyriuje pateikta eksperimento tyrimo metodika. Išsamiai... [toliau žr. visą tekstą] / The thesis presents the investigation on how to increase the sensitivity of the narrowed sensors of radiation. Also the thesis also deals with the attempts to analyze the influence of the microwave radiation on to the narrowed semiconductor formations and to reveal the physical nature of the observed effects as well as to determine the influence of structure of the samples on the detected signal magnitude. The work solves the following major tasks: the characteristics of the narrowed semiconductor heterostructures depending on the quality of the modulation layers and on the parameters of the semiconductor materials as well as the characteristics, depending on the selectively doped structure, on the conductivity of the highly doped semiconductor layer, and on the thickness of the separating layer, and the type of metallization of the gate. In order to achieve the goal there were produced and investigated narrowed different heterostructures (AlGaAs/GaAs, AlGaAs/InGaAs/GaAs) and n-GaAs structures. The thesis consists of four chapters, the final one is the generalization of the results. The first chapter (introductory) deals with the actuality of the problem, the aim and the tasks are stated, the novelty of the scientific research is described, the reports of the author are presented together with the publications, and the structure of the thesis. The second chapter is assigned to the review of the literature. It presents the principals of electromagnetic radiation detection... [to full text]

Milimetrinių bangų sritis yra perspektyvi daugelyje sričių, nuo kasdienio vartojimo įtaisų tokių, kaip telekomunikacijų tinklų įranga iki specifinių taikymų kariuomenėje, bei diagnostinėje medicinoje. Milimetrinių bangų imtuvuose dažniausiai naudojamas netiesinis elementas yra Šotkio (Schottky) diodas. Nors jo veikimo dažnių ruožas yra iki terahercų srities, tokie trūkumai kaip jautrio priklausomybė nuo temperatūros, neatsparumas elektrinėms perkrovoms, bei jo parametrų blogėjimas laikui bėgant verčia ieškoti naujų alternatyvų. Disertacijoje pristatomi dviejų tipų mikrobangų diodai, pagaminti naudojant įvairiatarpius GaAs/AlGaAs darinius. Puslaidininkinių darinių sluoksnių kokybė buvo eksperimentiškai įvertinta naudojant nuostoviosios fotoliuminescencijos ir laike koreliuoto fotonų skaičiavimo metodus. Aprašytas mikrobangų diodų gamybos procesas. Elektrinės savybės buvo įvertintos išmatavus mikrobangų diodų voltamperines charakteristikas, o detekcinės jų savybės ištirtos plačiame dažnių ruože. / Spectrum region of millimeter wave is extensively used in various areas: from consumer devices in telecommunication networks, to specific applications in military and diagnostic medicine. Schottky diode is the most commonly used two terminal device in microwave receivers. Although the operational frequency of Schottky diode is reaching the terahertz frequency range it has several drawbacks such as sensitivity dependence on temperature, long-term instability and sensitivity to overloads. These drawbacks impelled one to search new type of devices. Two types of microwave diodes fabricated using GaAs/AlGaAs heterostructures are presented in the thesis. The quality of semiconductor epitaxial layers was experimentally estimated using photoluminescence and time correlated single photon counting techniques. The process of microwave diode fabrication is described. Electrical properties of microwave diodes were estimated from current-voltage characteristics and properties of microwaves detection were investigated in wide frequency range.