Efecto de las deformaciones en las propiedades estructurales, electrónicas y ópticas de puntos cuánticos auto-ensamblados de gan/aln

Resumen

En líneas generales, la presente tesis se dedica a la caracterización y estudio de las propiedades estructurales, electrónicas y ópticas de cierto tipo de puntos cuánticos auto-organizados. Estos reciben este adjetivo por formarse de manera espontánea durante el crecimiento heteroepitaxial (modo Stranski-Krastanow). Los puntos cuánticos estudiados en esta tesis están constituidos por la combinación GaN/AlN con estructura cristalina de tipo wurtzita. Dichos materiales forman parte de los nitruros del grupo III. Los materiales que conforman este grupo se caracterizan por tener propiedades muy adecuadas para la fabricación de dispositivos optoelectrónicos que trabajen en ambientes agresivos así como en la fabricación de dispositivos emisores de luz de longitudes de onda corta. Dado que las deformaciones del sistema rigen el crecimiento de estos puntos, nuestro interés se centra en el análisis del papel jugado por éstas en dichas propiedades. El objetivo principal de este trabajo de tesis es la caracterización y estudio de las diferencias en las propiedades de estos sistemas de puntos cuánticos crecidos en dos direcciones cristalográficas distintas. Este interés viene dado por el hecho de que el campo electrostático interno en puntos crecidos a lo largo de la dirección [0001] (eje c) de la estructura wurtzita se ve reducido considerablemente en puntos cuánticos crecidos en la dirección [11-20] (puntos cuánticos no polares), perpendicular al eje c. El campo piezoeléctrico inducido por el estado de deformación del punto es en gran parte responsable de estas diferencias a través del campo piezoeléctrico. El primer objetivo planteado es la descripción realista de la estructura electrónica de los puntos cuánticos bajo estudio. Con este fin hemos derivado un Hamiltoniano multibanda para materiales de estructura wurtzita, basado en la combinación del método k¿p con la aproximación de la masa efectiva. Dicho Hamiltoniano trata de forma exacta el acoplamiento entre las bandas de valencia y conducción próximas a la banda prohibida de energía. El estado de deformación del sistema se ha calculado mediante el método de las inclusiones de Eshelby dentro del marco del formalismo de Stroh, y efecto de estas deformaciones en la estructura electrónica es incluido a través del Hamiltoniano de Bir y Pikus. Con respecto a estos sistemas materiales, una contribución adicional a la modificación de la estructura de bandas es el potencial electrostático interno originado por la polarización espontánea y la polarización piezoeléctrica propias del los nitruros del grupo III con estructura wurtzita. Una vez obtenidos los estados electrónicos y las funciones de onda mediante el modelo descrito arriba, se han estudiado las probabilidades de transición que gobiernan las propiedades ópticas básicas, como absorción y emisión de luz. Posteriormente, se ha estudiado de que forma varían la energía, fuerza de oscilador y tiempos de vida radiativos de las diferentes transiciones ópticas del sistema, en función del tamaño y la forma de los puntos cuánticos.