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Publicação
Caracterização de danos e activação óptica de európio implantado em nitreto de gálio polar e não-polar
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Orientador(es)
Resumo(s)
O nitreto de gálio (GaN) dopado com Európio (Eu) está a emergir como um novo material para LEDs que emitem na região vermelha do espectro onde os LEDs convencionais baseado nas ligas ternárias de InGaN mostram muito baixa eficiência. Ao mesmo tempo os nitretos não-polares são amplamente estudados para evitar a polarização.
Neste trabalho foi comparar a dopagem com Eu por implantação iónica em filmes de GaN crescido segundo as direcções cristalinas [11-20] (plano-a) e [0001] (plano-c) crescidos sobre o plano-r e plano-c de safira, respectivamente. A fluência variou de 1x1014 a 4x1015 cm-2 a temperatura ambiente (RT) e 500 º C. A caracterização estrutural e óptica das amostras implantadas foi realizada utilizando espectrometria de retrodispersão de Rutherford e canalização (RBS/C), a difracção de raios-X (XRD) e a espectroscopia por catodoluminescência (CL).
A acumulação de danos causados pela implantação mostra semelhanças em ambos os materiais revelando a formação de dois picos de danos, um na superfície e uma mais profunda no “bulk”. Além disso, os defeitos de implantação causam uma expansão ao longo da normal à superfície nos dois materiais. Curiosamente, o nível de defeitos, em especial no “bulk”, é substancialmente menor para a-GaN. Em ambos os casos, o Eu é incorporado em posições substitucionais do Ga, a recuperação da rede e a activação óptica é conseguido após tratamento térmico.
Europium (Eu) doped GaN is emerging as a new material for LEDs emitting in the red spectral region where conventional InGaN based LEDs show very low efficiencies. At the same time non-polar nitrides are widely studied to avoid polarization. In this work we compare the Eu doping by ion implantation of GaN layers grown along [11-20] (a-plane) and [0001] (c-plane) crystal directions grown on r-plane and c-plane sapphire, respectively, with fluences ranging from 1x1014 to 4x1015 at/cm2 at room temperature (RT) and 500 ºC. Structural and optical characterizations were performed using Rutherford backscattering spectrometry and channelling (RBS/C), X-ray diffraction (XRD) and cathodoluminescence (CL) spectroscopy. The damage accumulation caused by implantation is showing similarities in both materials revealing the formation of two damage peaks, one at the surface and one deeper in the bulk. Furthermore, the implantation defects cause an expansion along the surface normal in the two materials. Interestingly, the defect level, in particular in the bulk, is substantially lower for a-plane GaN. In both cases, Eu is incorporated on near-substitutional Ga-sites and optical activation is achieved during thermal annealing.
Europium (Eu) doped GaN is emerging as a new material for LEDs emitting in the red spectral region where conventional InGaN based LEDs show very low efficiencies. At the same time non-polar nitrides are widely studied to avoid polarization. In this work we compare the Eu doping by ion implantation of GaN layers grown along [11-20] (a-plane) and [0001] (c-plane) crystal directions grown on r-plane and c-plane sapphire, respectively, with fluences ranging from 1x1014 to 4x1015 at/cm2 at room temperature (RT) and 500 ºC. Structural and optical characterizations were performed using Rutherford backscattering spectrometry and channelling (RBS/C), X-ray diffraction (XRD) and cathodoluminescence (CL) spectroscopy. The damage accumulation caused by implantation is showing similarities in both materials revealing the formation of two damage peaks, one at the surface and one deeper in the bulk. Furthermore, the implantation defects cause an expansion along the surface normal in the two materials. Interestingly, the defect level, in particular in the bulk, is substantially lower for a-plane GaN. In both cases, Eu is incorporated on near-substitutional Ga-sites and optical activation is achieved during thermal annealing.
Descrição
Tese de mestrado em Física, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2011
Palavras-chave
Nitreto de gálio Európio Retrodispersão de Rutherford Canalização iónica Difracção de raios-x Catodoluminescência Teses de mestrado - 2011