CONTINUE 9. STOP

Parte deste trabalho de doutorado foi despendida na automatização do laboratório. Todas as medidas descritas anteriormente foram automatizadas, onde basta ajustar os parâme- tros como valores inicial, final, passo, e tempo de integração no caso de medidas ópticas, que os dados são obtidos e salvos automaticamente, nas sequências desejadas. Os detalhes referentes à automatização estão descritos no apêndice B.

Capítulo 4

Resultados e Discussão

Neste capítulo são expostos os principais resultados de medidas optoeletrônicas para as amostras Ref-GaAs e S-InGaAs a fim de elucidar fenômenos físicos envolvidos nas estru- turas, além de contrastar as principais diferenças da inserção de um pré-poço adjacente à barreira emissora sobre as propriedades ópticas e elétricas.

Primeiramente é feita uma análise do transporte na amostra de referência, seguido da apresentação dos estudos em torno de sua emissão de luz com uma extensa análise das principais linhas de emissão, finalizando com possíveis futuras aplicações da eletrolumines- cência desta estrutura. Na sequência é introduzida a amostra de pré-poço apontando as principais diferenças no transporte eletrônico e também na eletroluminescência. Para esta amostra também são apresentados alguns dados de fotoluminescência que complementam o cenário da dinâmica e acúmulo de carga dos portadores.

Posteriormente são comparadas medidas de transporte em função da temperatura entre as amostras Ref-GaAs e S-InGaAs, onde são ressaltadas as vantagens de se introduzir uma camada de pré-poço adjacente à barreira emissora.

Finalmente são discutidos, em conjunto entre Ref-GaAs e S-InGaAs, resultados de transporte e eletroluminescência sob efeitos de um campo magnético externo.

4.1

Caracterização elétrica da amostra Ref-GaAs

Inicialmente são realizadas caracterizações elétricas nas amostras à temperatura ambiente. A Figura 4.1 mostra as curvas características de corrente-voltagem (I-V) da amostra de referência (Ref-GaAs) para diodos com diâmetros variando de 3 a 11 µm, e para voltagem tanto direta quanto reversa. À primeira vista nota-se que a corrente do pico aumenta com o diâmetro, como é de se esperar levando em consideração que o transporte elétrico é proporcional à área que os elétrons atravessam. Seguindo nesta linha a potência elétrica de um diodo está diretamente relacionada com a sua área, como mostrado na Figura 4.2(a), onde observamos um comportamento linear. A potência do pico em voltagem direta é sempre menor do que em voltagem reversa devido à condição ressonante localizar-se em voltagens mais baixas.

-6 -5 -4 0 1 2 3 4 -4 -2 0 2 4 6 0 2 4 6 8 10 12 0 1 2 3 4 5 6 C o r r e n t e ( m A ) Voltagem (V) 3 11 Diâmetro ( m) T = 300 K

Vol tagem di reta Vol tagem reversa

C o r r e n t e ( m A ) Diâmetro ( m)

Figura 4.1: Curvas de corrente-voltagem da amostra Ref-GaAs para diversos diâmetros entre 3 e 11 µm, obtidas a 300 K. O inset apresenta o valor da corrente no pico de ressonância para

as voltagens direta (círculos pretos) e reversa (círculos vermelhos).

Todos os diodos apresentam dois picos de corrente bem definidos, próximos a 2,5 V e -6 V. Esta diferença de voltagem necessária para atingir a condição de ressonância é devido à assimetria em que o diodo foi desenhado: para voltagem direta elétrons deslocam-se diretamente da região altamente dopada para a estrutura de dupla barreira, enquanto que voltagens negativas os elétrons devem primeiramente superar uma barreira de potencial desenvolvida entre a última camada semicondutora de GaAs e a janela óptica de AlGaAs, além de ser necessário um deslocamento prolongado pela janela óptica antes de alcançar a EDB. Por outro lado a corrente elétrica dos picos em ambos os sentidos de voltagem são similares devido à simetria da estrutura de dupla barreira, como pode ser observado no inset da Figura 4.1.

0 20 40 60 80 100 0 5 10 15 20 25 30 1 10 100 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 Voltagem direta Voltagem reversa P o t ê n c i a ( m W ) Área do diodo ( m 2 ) (a) (b) Voltagem direta Voltagem reversa R a z ã o p i c o - v a l e d e c o r r e n t e

Figura 4.2: (a) Potência elétrica calculada no pico de ressonância e (b) razão pico-vale de corrente elétrica para voltagem direta (círculos pretos) e reversa (círculos vermelhos) em função

da área do diodo.

Outra informação importante obtida através da análise de diferentes diâmetros é em relação à corrente de fuga. Enquanto a corrente de tunelamento ocorre por toda a área do diodo, é possível que haja corrente de fuga pelas bordas da região ativa da estrutura. Essa corrente indesejável é proporcional ao perímetro da circunferência do dispositivo. Assim, com o aumento do diâmetro do diodo a razão área/perímetro aumenta, o que leva à redução na contribuição da corrente de fuga para o dispositivo. Isto é constatado no gráfico de razão-pico vale da corrente em função da área do diodo (Figura 4.2(b)). Para áreas menores que 1 µm2 a razão pico-vale está próxima de 1,5, e aumenta até consolidar em aproximadamente 3,5 para diodos a partir de 10 µm2. Como anteriormente explicado, a razão pico-vale é um indicativo da qualidade do dispositivo, uma vez que a corrente de vale abrange correntes não relacionadas ao tunelamento quântico, incluindo a corrente de fuga. Para esta estrutura, diodos com diâmetro a partir de 4 µm têm pouca ou nenhuma influência da corrente de fuga.

A partir de agora as análises de transporte são voltadas para voltagens diretas, em que os diodos foram projetados para operar, pois o pico de ressonância da corrente elétrica ocorre em menores voltagens e a estabilidade é maior. Além do mais, são considerados RTDs de diâmetros na faixa em que a corrente de fuga deixa de ser relevante. Os diâmetros são claramente indicados ao longo do texto, quando necessário.

De acordo com a discussão desenvolvida até aqui, constata-se que o diodo tem com- portamento estável e bem definido para uma ampla faixa de diâmetros. De acordo com um estudo de transporte em função da temperatura, apresentado mais adiante, a baixas temperaturas o transporte coerente é realçado em relação ao transporte incoerente, au- mentando em mais de 3 vezes a RPVC, o que possibilita estudar os fenômenos puramente quânticos envolvidos na estrutura sem perturbações externas indesejáveis.