Crescita epitassiale (MOVPE) di materiali a base di InP e studio degli effetti dell'impiantazione ionica di Fe

1 Capitolo 1 Introduzione. In seguito allo sviluppo delle tecniche avanzate di deposizione epitassiale (MOVPE, MOMBE, MBE), le leghe di semiconduttori composti III-V ricoprono oggi un ruolo fondamentale nell‟ambito dell‟elettronica e delle telecomunicazioni: si caratterizzano per l‟elevata flessibilità nel campo applicativo e per la grande varietà dei processi fisici adatti allo sviluppo di dispositivi innovativi. Il gap proibito nella struttura a bande delle leghe III-V (compreso tra 0,18 e 2,42 eV) si accorda con il range di lunghezze d‟onda di interesse nel campo delle comunicazioni ottiche; inoltre il controllo della composizione chimica del drogaggio e delle dimensioni dello strato, assicurato dalle avanzate tecnologie di deposizione, consente di progettare a priori materiali con le caratteristiche necessarie per il dispositivo (“Band Gap Engineering”). Ultimamente, data la necessità di produrre dispositivi operanti nelle finestre di lavoro delle fibre ottiche o dispositivi per l‟elettronica veloce, la ricerca scientifica è orientata verso lo studio dei composti a base di InP, in quanto questi ultimi presentano minori problemi di reattività rispetto alle leghe in cui è presente l‟alluminio. Tra i dispositivi ottici di nuova generazione “InP-based” vanno citati: a) i laser di potenza Al-free InGaAs/InGaP/GaAs che emettono nel range dei 700-1000 nm; b) i VCSEL (Vertical cavità Surface Emitting Laser), basati su strutture InGaAsP/InP a confinamento quantistico, che emettono luce laser nelle finestre di lavoro delle fibre ottiche con potenze elevate e ridotte corenti di soglia (“threshold current”). Nel campo fotovoltaico, con la realizzazione di multi-giunzioni basate su InGaP e InGaAs si sono ottenute efficienze di conversione superiori al 30%. Nella micro-elettronica spiccano i transistor ad elevata mobilità (HEMT), che lavorano a frequenze vicine ai 350 GHz, composti da strutture InAlAs/InGaAs/InP cresciute al match reticolare. Nonostante la tecnica principe nella crescita di strati epitassiali ad elevata purezza e con interfacce nette sia l‟epitassia da fascio molecolare (MBE), essa presenta limiti nella crescita di materiali contenenti fosforo o su substrati InP. Tali limiti sono dovuti alla necessità di costose sorgenti solide di fosforo e all‟effetto memoria dei precursori nella