2.2 Approximate Inference
2.2.3 Stochastic Variational Inference
4.3. Conclusiones
Para el caso de los fotodiodos Schottky con contenidos de Mg variables entre 5.6 % y 18.0 % crecidos por MOCVD, podemos concluir que se han conseguido contactos Schottky con un excelente comportamiento recticante de hasta ocho órdenes de magnitud en la muestra con un contenido de Mg (5.6 %), con unos valores del factor de idealidad de entre 1.2 y 1.5. Así mismo se ha observado un incremento de la resistencia serie con el contenido de Mg de hasta 1.4 x 103Ω/cm2
, el cual ha sido atribuido al hecho de que el material se encuentre fuertemente compensado.
Por otro lado se han realizado medidas de la respuesta espectral tanto en modo fotovoltáico como en polarización en inversa (-1.5V). En ambos casos se ha observado el desplazamiento del borde de absorción con el incremento del contenido de Mg, siendo este desplazamiento desde 3.35 hasta 3.58 eV para el caso de pola- rización a -1.5 V. Asimismo, se han medido valores de responsividad de hasta 173 A/W para la muestra con un 5.6 % de Mg y dando lugar estos valores tan altos de responsividad a un producto ηg mucho mayor que la unidad. El hecho de que este
producto sea mayor que uno, indica la presencia de algún mecanismo de ganancia interno. Por otro lado durante la iluminación por encima de la energía de la banda prohibida y bajo condiciones de ujo máximo de fotones los fotodiodos Schottky se convierten en contactos óhmicos debido a una alta contribución de corriente tú- nel, cuyo origen es debido a la fotoexcitación de los portadores que se encontraban atrapados en los niveles profundos Ev+280 y Ev+580 meV. Esta corriente túnel es la responsable de las altas corrientes de saturación e índices de idealidad mayores que 2, bajo iluminación. Si nos detenemos en el modo fotovoltáico, los valores de la responsividad medidos son relativamente bajos, indicando con ello la no exis- tencia de mecanismos de ganancia interna. Sin embargo, aplicando un voltaje en inversa de 1.5 V se han observado valores de responsividad altos, revelando un me- canismo de ganancia interna, el cual se ha demostrado que es función del ujo de fotones. Este mecanismo de ganancia interna puede también explicar por que el ratio UV/VIS es de hasta 5 órdenes de magnitud bajo polarización inversa. Cuando los fotodiodos son iluminados con energías menores Eg 280 meV el impacto de los portadores excitados en la población de la BC es mínimo. Sin embargo cuando iluminamos con energías iguales o superiores a Eg 280 meV, el nivel Ev + 280
meV es fotoionizado y la fotocorriente crece dramáticamente, pudiéndose degenerar el semiconductor y dando lugar con ello a la aparición de un corriente túnel no despreciable, convirtiéndose ésta en el mecanismo de transporte dominante.
En lo que respecta a los fotodiodos Schottky fabricados sobre ZnMgO crecido por MBE, con contenidos de Mg variable (x ∼ 0.36-0.56), se ha visto que poseen
unas excelentes características recticantes. Se ha observado una degradación del factor de idealidad (1.2-1.8) con el aumento del contenido de Mg, como consecuen- cia del aumento de la resistencia serie (1.78-16.36Ωcm2). Además, se ha vericado
la presencia de dos niveles profundos de carácter aceptor Ev +300 y Ev +600 meV, cuyas posiciones están muy próximas a los observados en los fotodiodos fabricados sobre material crecido por MOCVD. Se ha medido la respuesta espectral de estos, viendo que para las muestras con menor Mg la eciencia cuántica es mayor de la unidad, hallando responsividades tan altas como∼10 A/W. El fotodiodo desarro-
llado sobre la muestra con mayor contenido de Mg (x∼0.56) ha demostrado ser un
perfecto candidato como detector ciego al Sol.
Se ha analizado el papel del tratamiento del H2O2 en las muestras con ma- yor Mg, observándose una fuerte degradación de las guras de merito comparando con las halladas en las tratadas, unos valores de responsividad mayores que los determinados en las tratadas.
Se han fabricado fotodiodos MSM, sobre la muestra con 56 %Mg, de alta cali- dad con dos conguraciones geométricas, en los que se ha observado bajas corrientes de saturación. No se ha observado ganancia incluso a altos voltajes (10 V). A bajas tensiones la contribución a la fotocorriente de la capa de nucleación disminuye ya que el campo eléctrico no penetra, esto encajaría con el hecho de que la recupera- ción sea más rápida a bajas tensiones de polarización. Si comparamos un fotodiodo MSM frente un Schottky, este último tiene muchas más ventajas en aspectos tales como una mayor eciencia cuántica (cerca del 100 %), un contraste UV/VIS de en- tre 5-6 órdenes de magnitud, y la posibilidad de trabajar en modo fotovoltáico. Sin embargo, los MSM han demostrado tener una mejor recuperación.
Capítulo 5
Fotodetectores basados en pozos
cuánticos de ZnO/ZnMgO
crecidos por MBE
5.1. Introducción
Se ha visto hasta ahora como el uso de capas de ZnMgO nos permite la detección de luz UV en la ventana de energías que va desde 3.3 hasta 4.5 eV. Si hicieremos una búsqueda en la hemeroteca, apreciaríamos el gran número de trabajos publicados sobre fotodetectores fabricados sobre capas de ZnMgO. Sin embargo, a pesar de los grandes avances logrados en el crecimiento de estructuras de pozo cuántico, las cuales además presentan mejores calidades cristalinas que el propio material en volumen, su utilización en la fabricación de detectores no ha sido llevada a cabo hasta el momento. Por ello, podemos considerar que el trabajo que se ha desarrollado en esta tesis es novedoso en lo que se reere a la fabricación y estudio de fotodetectores basados en heteroestructuras de pozo cuántico.
Las heteroestructuras de pozo cuántico presentan potencialmente una serie de propiedades que pueden resultar ventajosas en las aplicaciones relacionadas con la detección de la luz. En primer lugar muestran una respuesta muy selectiva de la longitud de onda, ya que mediante un diseño adecuado es posible la variación del rango de energías de detección. Además, en un sistema de 2D, debido al con-
namiento va a aumentar la fuerza del oscilador, de tal modo que la transición de portadores hacia la banda de conducción puede mejorar la absorción óptica y por lo tanto, dar lugar a una mayor eciencia cuántica en los fotodetectores. Por otro lado, dado que el ancho de la banda prohibida promediado a lo largo de la estructura es mayor, este tipo de fotodiodos deberían presentar menores corrientes en oscuridad [50].
A pesar de las ventajas citadas, a lo largo de este capítulo se mostrará que con este tipo de fotodiodos la longitud de onda de detección no cubre la ventana estratégica ciega al Sol, situada entre 4.27-5.16 eV, como sí sucede en ZnMgO en volumen.
La primera parte de este capítulo tratará sobre la caracterización de fotode- tectores por pozo cuántico plano-a crecidos sobre zaro plano-r mediante la técnica de MBE. La elección de esta orientación cristalina vino motivada por el hecho de que al ser crecidas en ese plano, la dirección de crecimiento de los pozos cuánticos es no-polar (el eje-c está contenido en el plano de crecimiento) evitando de este modo la aparición de campo eléctricos internos a lo largo de este eje.
En el ZnO, el crecimiento homoepitaxial tendrá ventajas signicativas sobre el crecimiento en sustratos heterogéneos, ya que el uso de estos últimos lleva con- sigo la formación de defectos extendidos que dan lugar a una eciencia pobre de emisión o absorción. Para solventar este inconveniente se ha visto que el uso de sustratos de ZnO en la fabricación de heteroestructuras no polares da lugar a una considerable mejora de sus propiedades estructurales y eléctricas. El hecho de que estén acoplados en red reduce considerablemente tanto la densidad de dislocaciones como el coeciente de expansión de la red. Además, este tipo de crecimientos evita la formación de grietas y dislocaciones en los procesos de enfriamiento. Es más, la utilización de sustratos de ZnO reduce la posible difusión de impurezas debida al uso de sustratos heterogéneos, como por ejemplo, la difusión de átomos de alumi- nio (Al) en el caso de sustratos de zaro. Aprovechando las ventajas que ofrece el crecimiento homoepitaxial, en la segunda parte de este capítulo se desarrollará un estudio sobre las características eléctricas y ópticas en este tipo de fotodetectores, y del efecto del tratamiento con H2O2 en ellas.
5.2. Fotodiodos Schottky basados en estructuras heteroepitaxiales de pozos