Orientador: José Humberto Dias da Silva / Banca: Antonio Ricardo Zanatta / Banca: Douglas Marcel Gonçalves Leite / Banca: Luís Vicente de Andrade Scalvi / Banca: Carlos Frederico de Oliveira Graeff / Resumo: Nanosestruturas de GaN destacam-se devido à baixa densidade de defeitos e consequentemente alta qualidade estrutural e óptica quando comparadas ao material em forma de filme. O entendimento dos mecanismos de formação de nanofios e nanocolunas de GaN por diferentes técnicas é fundamental do ponto de vista da ciência básica e também para o aprimoramento da fabricação de dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos baseados nesse material.Neste trabalho discorre-se sobre a preparação e caracterização de nanofios e nanoestruturas de GaN pelas técnicas de epitaxia por magnetron sputtering e epitaxia por feixe molecular em diferentes tipos de substratos. Pela técnica de epitaxia por magnetron sputtering foram obtidos nanocristais e nanocolunas de GaN, além de uma região com camada compacta. Visando criar uma atmosfera propícia para o crescimento de nanoestruturas de GaN não coalescida, atmosfera de N2 puro e um anteparo, situado entre o alvo e o porta-substratos, foram utilizados. O anteparo causou diferença no fluxo incidente de gálio no substrato, ocasionando a formação de diferentes tipos de estruturas. A caracterização das amostras se deu principalmente através de medidas de microscopia eletrônica de varredura, difração de raios X e espectroscopia de fotoluminescência. As nanocolunas, de 220 nm de altura, foram formadas na região distante 2 mm do centro da sombra geométrica do orifício do anteparo e apresentaram orientação [001] perpendicular ao substrato, comumente encontrada ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: GaN nanowires and nanocolumns stand out due to the low defect density and high structural and optical quality compared to the corresponding thin films. The understanding of the formation mechanism of the different GaN structures using different techniques is critical to improving the manufacture of the electronic and optoelectronic devices based on this material. This thesis focuses on the preparation and characterization of GaN nanowires and nanostructures. The molecular bem epitaxy (MBE) and magnetron sputtering epitaxy (MSE) were used and different substrates were tested. Concerning GaN nanocrystals and nanocolumns obtained by MSE, optimization of the deposition conditions was necessary in order to produce non-coalesced GaN nanostructures. The best conditions were: pure N2 atmosphere, silicon substrate, and a perforated screen placed between the target and the substrate holder. The later produced differences on the Ga flow to the substrate, inducing the formation of different structures, depending on the position of growth spot. Samples were characterized using scanning electron microscopy, X-ray diffraction and photoluminescence spectroscopy. Nanocolumns were observed, mainly in sites corresponding to a disc of radius 2 mm from the geometric centre of the hole. The columns were oriented with the GaN [001] axis perpendicular to the Si (111) substrate surface, situation which is commonly found in GaN nanowires deposited by MBE. Regarding the nanowires prepared by MBE techni... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Neste trabalho, estudamos o crescimento de camadas semicondutoras de compostos III-V pela técnica de epitaxia por feixe molecular (MBE). Um grande esforço foi inicialmente realizado para entender o funcionamento do sistema inteiro e otimizar o uso de cada instrumento disponível para a caracterização in situ. Demos uma ênfase particular ao estudo da dopagem homogênea de camadas do tipo p usando duas novas técnicas e, pela primeira vez, obtivemos com sucesso camadas do tipo p crescidas pela co-evaporação de átomos de Si sobre susbtratos de GaAs (001). Finalmente, camadas de alta mobilidade eletrônica foram conseguidas, assim como espelhos de Bragg (DBRs) de alta refletividade. Estes dois tipos de estrutura possuem numerosas aplicações na indústria de microeletrônica e optoeletrônica / In this work, we studied the growth o f III-V semiconductor compounds by molecular beam cpitaxy (MBE). Much efTort was initially spem to understand the functioning of the whole system and optimize the use o f some specific instruments available for m si tu characterization. We gave some emphasis to the homogeneous doping o f p-type layers using two new techniques and, for the fírst time, a thick p-type GaAs layer was successfully grown using co-evaporation o f Si atoms on top o f (00 I) GaAs substrates. Finally, layers with high electron mobility were obtained, as well as distributed Bragg reflectors (DBRs) showing high retlectivity. These two types of structures have many applications in microelectronics and optoelectronics industry.

Neste trabalho, estudamos o crescimento de camadas semicondutoras de compostos III-V pela técnica de epitaxia por feixe molecular (MBE). Um grande esforço foi inicialmente realizado para entender o funcionamento do sistema inteiro e otimizar o uso de cada instrumento disponível para a caracterização in situ. Demos uma ênfase particular ao estudo da dopagem homogênea de camadas do tipo p usando duas novas técnicas e, pela primeira vez, obtivemos com sucesso camadas do tipo p crescidas pela co-evaporação de átomos de Si sobre susbtratos de GaAs (001). Finalmente, camadas de alta mobilidade eletrônica foram conseguidas, assim como espelhos de Bragg (DBRs) de alta refletividade. Estes dois tipos de estrutura possuem numerosas aplicações na indústria de microeletrônica e optoeletrônica / In this work, we studied the growth o f III-V semiconductor compounds by molecular beam cpitaxy (MBE). Much efTort was initially spem to understand the functioning of the whole system and optimize the use o f some specific instruments available for m si tu characterization. We gave some emphasis to the homogeneous doping o f p-type layers using two new techniques and, for the fírst time, a thick p-type GaAs layer was successfully grown using co-evaporation o f Si atoms on top o f (00 I) GaAs substrates. Finally, layers with high electron mobility were obtained, as well as distributed Bragg reflectors (DBRs) showing high retlectivity. These two types of structures have many applications in microelectronics and optoelectronics industry.

Orientador: Prof. Dr. Dante Homero Mosca / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais - PIPE. Defesa: Curitiba, 11/04/2017 / Inclui referências : f. 126-127 / Área de concentração: Engenharia e ciência de materiais / Resumo: Neste trabalho descrevemos a caracterização das propriedades estruturais e magnéticas de filmes finos de ligas manganês-níquel-gálio (Mn-Ni-Ga) com estequiometria próxima ao composto Mn2NiGa preparados pela técnica de epitaxia de feixe molecular. A composição química e a estrutura cristalina das amostras foram determinadas através de análises de espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X e de difração de raios X. Todas as amostras apresentam coexistência de fase estrutural no intervalo de temperatura entre 80 K e 300 K. Em baixa temperatura, predomina a fase martensítica com estrutura tetragonal pertencente ao grupo espacial I4/mmm e, em alta temperatura, predomina a fase austenítica cúbica com uma estrutura cristalina do tipo Heusler inversa. Independentemente da orientação cristalográfica dos substratos monocristalinos de GaAs(100) e GaAs(111) e das condições de crescimento utilizadas, os filmes finos produzidos são policristalinos com texturização indicativa da orientação preferencial de planos cristalográficos (110) paralelos à superfície dos substratos. A coexistência das fases austenita e martensita em filmes finos com estequiometrias Mn2-xNixGa (x = 0; 0,2; 0,4 e 0,6) é dependente da orientação dos substratos de GaAs. Medidas de magnetometria de amostra vibrante realizadas a 300 K revelam que a fase austenítica possui momento magnético entre 0,54 e 1,23 ?B por fórmula unitária. Irreversibilidades magnéticas são observadas em medidas de magnetização em função da temperatura e do campo magnético, e as temperaturas de Curie estimadas são inferiores aos valores relatados na literatura para amostras de ligas massivas de mesma composição. Essas constatações são condizentes com a formação de domínios e variantes cristalográficas nos filmes finos crescidos sobre os substratos de GaAs(100) e GaAs(111). Os parâmetros de rede a e c desses domínios cristalinos tendem à razão c/a = 1,2 e separações interatômicas R entre átomos de Mn são inferiores às observadas em amostras de ligas massivas ordenadas de mesma composição. Admitida a existência de desordem química, as distâncias interatômicas entre átomos de Mn na posição Mn e átomos Mn na posição Ni (antisítios) correspondem a razões R/a entre 0,8 e 0,5, respectivamente. Cálculos ab initio da estrutura eletrônica de ligas ordenadas e desordenadas relatados na literatura indicam que valores R/a < 0,8 alteram fracamente as interações ferromagnéticas, mas intensificam fortemente acoplamentos de troca antiferromagnéticos entre momentos magnéticos. Efetivamente, isso reduz o momento magnético total por célula unitária e também a temperatura Curie, que é proporcional à magnitude da constante de acoplamento de troca efetiva no material decorrente da superposição dos orbitais atômicos dos sítios magnéticos vizinhos mais próximos. Nessa tese demonstra-se a viabilidade do crescimento de filmes finos de ligas Mn-Ni-Ga ricas em Mn com propriedades estruturais e magnéticas bastante distintas de amostras massivas com igual composição. Os presentes resultados e análises demonstram a importância e relevância da pesquisa básica para uma compreensão mais profunda do processo de integração dos filmes finos de ligas Mn-Ni-Ga ricas em Mn sobre substratos comerciais, visto seu amplo potencial para aplicações multifuncionais como micro- e nanoatuadores, e sensores. / Abstract: In this work are described the structural and magnetic properties of manganese-nickel-gallium (Mn-Ni-Ga) alloy thin films with stoichiometry close to Mn2NiGa prepared by molecular beam epitaxy technique. The chemical composition and crystalline structure of the samples were determined by X ray photoelectron spectroscopy and X-ray analyses. The samples exhibit structural phase coexistence in the temperature interval between 80 K and 300 K. At low temperatures, martensitic phase with tetragonal structure having spatial group I4/mmm is predominant, whereas at high temperatures is observed the cubic austenitic phase which crystalline structure is an inverse Heuler structure. Whatever is the crystallographic orientation of the monocrystalline GaAs(100) e GaAs(111) substrates and the growth conditions investigated, the thin films are polycrystalline with a crystalline texture corresponding to the preferential orientation of the (110) crystalline planes parallel to the substrate surface. The coexistence of austenite and martensite phases in the alloy films with stoichiometry Mn2-xNixGa (x = 0, 0.2, 0.4 e 0.6) depends on the GaAs substrate orientations. Measurements of vibrating sample magnetometry performed at 300 K reveal austenite phases having magnetic moments between 0.54 e 1.23 ?B per formula unit. Magnetic irreversibilities are observed in the curves of magnetization versus temperature and magnetic fields, with the Curie temperature estimates lower than values reported on literature for bulk alloys with similar compositions. These findings are consistent with the formation of crystalline domains and crystallographic variants in the films grown on the GaAs(100) and GaAs(111) substrates. The lattice parameters a e c in the crystalline domains tend to the ratio c/a = 1.2 and interatomic separations R between Mn atoms are lower than those observed in ordered bulk alloys with the same composition. By assuming the presence of chemical disorder in the films, the interatomic distances between Mn atoms occupying the Mn position and Mn atoms occupying Ni positions (antisites) leave to R/a ratios between 0.8 e 0.5, respectively. According to ab initio electronic structure calculations of the ordered and disorder alloys reported in the literature values of R/a < 0.8 weakly affect the ferromagnetic interactions, but strongly increases the strength of both the antiferromagnetic exchange coupling between magnetic moments. As a consequence, it occurs a loss of the total magnetic moment per unit cell as well as a reduction of Curie temperature, which is proportional to the magnitude of the effective exchange coupling constant in the material owing to the atomic orbital overlapping between nearest neighbor magnetic sites. This work demonstrates the feasibility to prepare thin films of Mn-rich Mn-Ni-Ga alloys with structural and magnetic properties rather distinct than bulk alloys with similar composition. The present results and analyses demonstrate the importance and relevance of the basic research to a deeper understanding of the integration process of the Mn-rich Mn-Ni-Ga alloy thin films on commercial substrates in view of their wide potential for multifunctional applications as micro- and nano-actuators and sensors.

Resumo: Neste trabalho é investigado o crescimento de filmes de ligas binárias Mn-Ga sobre substratos comerciais de GaAs(111)B usando a técnica de epitaxia por feixe molecular. São investigadas as propriedades estruturais, eletrônicas e magnéticas de amostras fabricadas sob várias condições de crescimento. Uma parte das análises dos processos de preparação, crescimento e tratamento térmico das amostras foi realizada in situ com as técnicas de difração de elétrons de alta energia refletidos e espectroscopia de fotoelétrons. Complementarmente, foram usadas análises ex situ usando microscopia de força atômica, difração de raios-x e microscopia eletrônica de transmissão. Todos os filmes foram crescidos sobre superfícies GaAs(111)B ricas em arsênio com uma reconstrução conhecida como (1 x 1)HT que é estabilizada mediante a dessorção térmica controlada da camada de óxidos nativos que ocorre próximo à 580 °C. Nos filmes de MnxGa1-x estudados foram variadas a composição (0,37 ? x ? 0,60), a espessura das camadas (5-100 nm) e a temperatura dos substratos (25-250 °C). Os filmes de MnxGa1-x com 5 nm de espessura com x entre 0,53 e 0,60, adotam uma estrutura cristalina com célula unitária tetragonal do tipo zinco-blenda (TZB) com parâmetros a = 5,50 Å e c = 6,10 Å. Os resultados obtidos mostram uma relação epitaxial MnGa (111) // GaAs (111) ao longo da direção de crescimento com uma rotação de 11° ao redor da direção [111] das direções cristalográficas equivalentes no plano (111). A temperatura ambiente, os filmes são ferromagnéticos e a magnetização de saturação observada no plano desses filmes é 650 emu/cm3, correspondendo a 3,2 ?B por átomo de Mn. Nos filmes finos MnGa-TZB, a magnetização no plano é fracamente anisotrópica relativa as projeções sob os eixos cristalográficos a e c, provavelmente devido a existência de domínios epitaxiais equivalentes girados de 120° entre si. A direção normal dos filmes é de difícil magnetização com uma constante de anisotropia magnética efetiva K ~ 1,3 x 107 erg/cm3. Os campos coercivos observados são inferiores a 250 Oe. Para espessuras superiores a 20 nm observou-se à formação de filmes policristalinos, independentemente dos processos de crescimento e recozimentos utilizados. Nos filmes de MnxGa1-x com x entre 0,37 e 0,60 e espessura de 100 nm observou-se à temperatura ambiente uma significativa redução na magnitude da magnetização de saturação para 475 emu/cm3 e drástico aumento nos campos coercitivos que passam a ter valores entre 6,5 a 9,0 kOe. Todos os filmes da liga Mn-Ga diretamente integrados a substratos comerciais de GaAs possuem um alto potencial para aplicações nanotecnológicas nas áreas de dispositivos e mídia magnéticos e na optoeletrônica acoplada a dispositivos spintrônicos.

Orientador : Jacobus Willibrordus Swart / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-01T03:19:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Yoshioka_RicardoToshinori_D.pdf: 5664583 bytes, checksum: 23bca28e4856ca609fc3f0c59981bf76 (MD5) Previous issue date: 2001 / Doutorado

Orientador: Eliermes Arraes Meneses / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-14T21:40:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mendonca_CesarAugustoCurvellode_M.pdf: 1779771 bytes, checksum: d1a5e39ca7e4da8c9f3213d9f403a4db (MD5) Previous issue date: 1987 / Resumo: Foram feitas medidas de fotoluminescência em regime de baixo nível de excitação ótica e baixas temperaturas (< 2K). Os objetivos deste trabalho foram a caracterização e o estudo de algumas amostras de Arseneto de Gálio(GaAs), crescidas por Epitaxia por Feixe Molecular(MBE) não dopadas, e outras crescidas por Epitaxia de Fase Líquida(LPE) dopadas com Estanho(Sn). Nas primeiras, a baixa eficiência quântica de emissão das linhas excitônicas foram associadas à possível existência de grande concentração de defeitos gerados no processo de crescimento. Por outro lado, observamos alta Intensidade para linhas atribuídas a transições envolvendo impurezas aceitadoras, as quais apontaram para a presença de altas concentrações de Carbono no material. Nas últimas verificamos, através do espectro, a presença de impurezas aceitadoras de Zinco, Carbono e Estanho. Focalizamos principalmente o nível aceitador profundo introduzido no "gap" do GaAs, pelo Sn, através das transições ocorridas a partir do complexo exciton ligado à impureza (Snº, X) e banda impureza (e, Snº). Um cálculo para energia de ligação do complexo foi proposto, considerando-se uma renormalização dos valores da massa efetiva de buraco, m*b, e da constante dielétrica / Abstract: Photoluminescence measurements have been performed under low excitation levels and low temperatures (< 2K). The main goals in this work has been the characterization and the study of some samples of undoped Gallium Arsenide (GaAs), grown in a Molecular Bean Epitaxy (MBE) system, and Liquid-Phase-Epitaxy(LPE) GaAs, which were intentionally doped with Tin(Sn). In the former the low emission quantum efficiency of the excitonic lines has been related to the possible existence of a high concentration of defects, generated in the growth process. On the other hand, the high intensity observed in those lines attributed to transitions involving acceptor impurities, pointed to the presence of high concentrations of Carbon in this material. In the latter, the presence of acceptor impurities as Zinc, Carbon and Tin has been verified. We foccused most of our attention at the deep acceptor level, in the gap, due to Sn in GaAs through the transitions from the excitonic complex (Snº, X) and band impurity (e, Snº). A calculation of the binding energy of this complex has been proposed, taking into account a renormalization of the hole effective mass, m*h, and dielectric constant / Mestrado / Física / Mestre em Física

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2017-03-22T16:54:11Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 10843444 bytes, checksum: 24a52ea9ba0a82f88e28e1a691b3b6a6 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-22T16:54:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 10843444 bytes, checksum: 24a52ea9ba0a82f88e28e1a691b3b6a6 (MD5) Previous issue date: 2016-08-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / 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 devices

Orientador: Monica Alonso Cotta / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-12T02:49:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Coluci_VitorRafael_M.pdf: 3612251 bytes, checksum: 53f9101b68c162f51d429a3b77ff5cb0 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Os processos cinéticos - difusão e adsorção - responsáveis pela formação de estruturas superficiais na interface sólido-vapor durante a epitaxia de filmes finos cristalinos foram estudados usando o método Monte Carlo Cinético. O crescimento epitaxial foi simulado computacionalmente baseando-se no modelo Solid-on-Solid (SOS). Supõe-se que o cristal possui uma estrutura cúbica simples e que a dinâmica do crescimento pode ser descrita por átomos de apenas uma espécie. A adsorção segue uma taxa constante enquanto que o processo de difusão dos átomos na superfície, associado ao comportamento de osciladores harmônicos bidimensionais, obedece uma taxa tipo Arrhenius. A simulação da evolução da superfície do filme crescido permitiu observar a transição entre modos de crescimento durante a variação da temperatura de crescimento. Com a inclusão da barreira Schwoebel ao modelo verificou-se a formação e evolução de estruturas de formato piramidal. Diferentes morfologias foram obtidas quando diferentes origens de anisotropia foram consideradas. Estudamos detalhadamente a influência de um caso particular de substrato rugoso na evolução dos filmes. Esse estudo possibilitou tanto a reprodução qualitativa dos principais aspectos de resultados experimentais de homoepitaxia de GaA realizada por epitaxia de feixe químico como a con.rmação da existência de uma barreira Schwoebel desprezível para esse sistema / Abstract: The kinetic processes - diÿusion and adsorption - responsible by the formation of surface structures at the solid - vapour interface during the epitaxy of crystaline thin films were studied using the Kinetic Monte Carlo method. The computational simulation of epitaxial growth was based on the Solid-on-Solid (SOS) model. A simple cubic structure was used for the descripton of the crystal and the growth dynamics was described by one-specie atoms only. A constant rate describes the adsorption while the difusion process of the atoms on the surface, associated to the behavior of bidimensional harmonic oscillators, obeys an Arrhenius rate. The simulation of the surface evolution of the grown film was able to reproduce the transition between growth modes during with the change of the growth temperature. The formation and evolution of pyramidlike structures were observed when the Schwoebel barrier was included in the model. Different kinds of morphologies were achieved when different origins for anisotropy were considered. We have studied in detail the influence of a particular case of rough substrates on the film evolution. This study qualitatively reproduced the main aspects of experimental results on GaAs homoepitaxy by chemical beam epitaxy and confirmed the existence of a negligible Schwoebel barrier for this system / Mestrado / Física / Mestre em Física

Os fotodetectores infravermelhos baseados em pontos quânticos (Quantum-dot Infrared Photodetectors, QDIPs) surgiram recentemente como uma nova tecnologia para a detecção de radiação infravermelha. Comparados com fotodetectores mais convencionais baseados em poços quânticos (Quantum-well Infrared Photodetectors, QWIPs), as suas vantagens se originam no confinamento tridimensional de portadores e incluem a sensibilidade intrínseca à incidência normal de luz, um maior tempo de vida dos portadores fotoexcitados e uma baixa corrente de escuro, que devem permitir o funcionamento dos dispositivos acima das temperaturas criogênicas. No presente trabalho, a técnica de epitaxia por feixe molecular (Molecular-Beam Epitaxy - MBE) foi usada para crescer várias amostras de QDIPs de InAs/GaAs com o objetivo de estudar a inuência dos parâmetros estruturais destes dispositivos. Após o crescimento, as amostras foram processadas em pequenas mesas quadradas por técnicas de litografia convencional e, então, caracterizadas. As propriedades ópticas e eletrônicas dos dispositivos foram verificadas para temperaturas a partir de 10 K. Com o objetivo de realizar medidas eletrônicas de alta qualidade, janelas de Ge e cabos com conectores de baixo ruído para baixa temperatura foram empregados. As curvas de corrente de escuro, as curvas de responsividade com corpo negro (fotocorrente), as medições do ruído com uma analisador de sinais e as respostas espectrais por FTIR (Fourier Transform Infrared) forneceram um conjunto completo de informações sobre os dispositivos. As figuras de mérito dos nossos melhores dispositivos permitiram também, determinar a probabilidade de captura e o ganho fotocondutivo. Com o intuito de compreender a relação entre as dimensões físicas dos pontos quânticos e as características de funcionamento dos QDIPs, desenvolveu-se um cálculo dos estados eletrônicos de da função de onda de um elétron confinado em um ponto quântico de InxGa1-xAs em formato de lente, envolvido em uma matriz de GaAs, com massas efetivas dependentes da posição. Esse modelo leva em conta o efeito da tensão assim como o gradiente de In dentro do ponto quântico, resultante do forte efeito de segregação presente em um sistema de InxGa1-xAs/GaAs. Diferentes perfis de segregação foram testados com o nosso modelo teórico com vista a proporcionar o melhor ajuste os nossos dados experimentais. / Quantum-dot Infrared Photodetectors (QDIPs) recently emerged as a new technology for detecting infrared radiation. Compared to more conventional photodetectors based on quantum wells (QWIPs), their advantages originate from the three-dimensional confinement of carriers and include an intrinsic sensitivity to normal incidence of light, a longer lifetime of the photoexcited carriers and a lower dark current which should hopefully allow their operation close to room temperature. In the present work, molecular-beam epitaxy (MBE) was used to grow several InAs/GaAs QDIP samples in order to analyse the influence the structural properties of such devices. After the growth, the samples were processed into small squared mesas by conventional lithography techniques and fully characterized. The optical and electrical properties of the devices were checked as a function of temperature using Ge optical windows and all the connectors and low-temperature/low-noise cables needed to perform high quality low-level electrical measurements. Dark-current curves, Responsivity (photocurrent) data with a black body, noise measurements with a signal analyzer and spectral responses by FTIR provided a full set of information about the devices. The figures of merit of our best devices allowed us also to determine the capture probability and the photoconductive gain. In order to understand the relationship between the physical dimensions of the quantum dots and the operating characteristics of the QDIPs, we developed a position-dependent effective-mass calculation of the bound energy levels and wave function of the electrons confined in lensshaped InxGa1-xAs quantum dots embedded in GaAs, taking into account the strain as well as the In gradient inside the quantum dots which is due to the strong In segregation and intermixing present in the InxGa1-xAs/GaAs system. Different In profiles inside the quantum dots were tested with our new theoretical model in order to provide the best _t to our experimental data.