Estudos de reflectividade no UV/visível em camadas epitaxiais de AlyInxGa1-y-xN : dependência da energia de hiato com a composição

Abstract

No presente estudo foi estabelecida a dependência da energia de hiato da liga quaternária AlyInxGa1-x-yN, na estrutura da wurtzite, com a razão de composição [Al]/[In] existente nos filmes. As amostras estudadas consistem em filmes epitaxiais crescidos por deposição organometálica em fase de vapor (MOCVD), em substrato de GaN/safira. Como as amostras são crescidas sobre GaN, cuja energia de hiato é ~3,4eV à Tambiente, a utilização da técnica de reflectividade para a medição experimental da energia de hiato dos filmes é uma das técnicas possíveis, para que em amostras que apresentem composições elevadas de alumínio (Al) seja possível determinar a energia de hiato. Foi feita a análise de dados de parâmetros estruturais, medidos por AFM, HRXRD e RBS, tendo-se conseguido: i) estabelecer as condições de rugosidade adequadas à obtenção de um espectro de reflectividade onde fosse identificada a região de absorção do filme; ii) medir e tratar dados de XRD, com vista à determinação das constantes de rede do filme e respectiva espessura. Nos espectros de reflectividade foram identificadas duas regiões de absorção que se atribuíram ao filme. Esta interpretação concorda com a literatura existente sobre os estudos teóricos acerca do comportamento microscópico da liga, que apontam para a possibilidade dos filmes em estudo, nesta gama de temperaturas de crescimento, não serem constituídos por uma única fase. Optou-se portanto por estudar a variação da energia de hiato com a relação de composição [Al]/[In], onde se mostra que o aumento na energia de hiato vai diminuindo com o aumento da razão [Al]/[In].

ABSTRACT: In the present study it was established the composition dependence on the energy band gap for the quaternary alloy AlyInxGa1-x-yN, in the wurtzite structure. The samples consist on epitaxial films grown with the MOVPE method, in GaN/Sapphire. Because the samples are grown in GaN, whose energy gap is ~3.4eV at room temperature, the reflecting technique for measuring the energy gap films is a possible one, so that in samples with high aluminium concentration the determination of the energy gap may be possible. Data from structural parameters measured by AFM, HRXRD and RBS were analysed and the following was achieved: i) establishment of the roughness conditions appropriated to obtain a reflectivity spectrum where the absorption region of the film can be identified; ii) measuring and processing data from HRXRD for the determination of lattice constants and film thickness. In the reflectivity spectra, two absorption regions were identified and attributed to the film. This interpretation agrees with the existing literature on the theoretical studies about the microscopic behavior of the alloy, pointing to the possibility that films under consideration, at this growth range temperature, are not made of a single phase. Therefore, our choice was to study the variation of the gap energy with respect to the composition [Al]/[In] where we show that the increasing on the gap energy decreases with increasing [Al]/[In] ratio.