Impianto ionico di ferro in leghe semiconduttrici dei gruppi III-V

Scopo del progetto è lo studio delle proprietà strutturali, elettriche e ottiche di leghe di semiconduttori dei gruppi III-V indotte dall’introduzione di metalli di transizione, in particolare il Ferro, nel reticolo ospite con la metodologia dell’impianto ionico. La ricerca si concentrerà su InP e leghe ternarie (GaInP e GaInAs) cresciute al match reticolare su substrati InP e GaAs. Tali materiali sono estremamente interessanti per il loro impiego nella tecnologia dei dispositivi optoelettronici avanzati, in particolare laser di ultima generazione per le trasmissioni in fibra ottica, e in quella dei dispositivi veloci a microonde. Il drogaggio con metalli di transizione viene utilizzato in quanto i livelli profondi introdotti nella gap proibita dagli atomi dell’impurezza compensano il drogaggio di base del materiale generando strati ad alta resistività per il blocco delle correnti parassite e l’isolamento elettrico nei dispositivi. Di particolare interesse fondamentale e applicativo risultano inoltre le proprietà ottiche delle impurezze introdotte: esse presentano uno spettro di transizioni strette centrato su lunghezze d’onda nel medio infrarosso, che possono essere impiegate per la realizzazione di dispositivi emettittori. Il presente progetto ha come punto di partenza i risultati di una serie di ricerche in corso da qualche anno; tali ricerche hanno mostrato come sia possibile introdurre elevate concentrazioni di atomi di ferro attivi nel reticolo del semiconduttore grazie a una metodologia di impiantazione ionica a temperatura elevata, mantenendo un basso grado di danneggiamento. Scopo della ricerca è consolidare i risultati conseguiti per l’InP ed estendere lo studio alle leghe ternarie, sia per l’interesse di tipo fondamentale, sia per l’importanza delle possibili applicazioni tecnologiche. La ricerca, a prevalente carattere sperimentale, si articolerà attraverso le seguenti attività principali: - Studiare e ottimizzare l’efficienza di attivazione elettrica ed ottica dei centri Fe introdotti in InP per impianto ionico ad alta temperatura. - Realizzare strati omoepitassiali di buona qualità su substrati di InP che abbiano subito trattamenti di impiantazione e annealing; utilizzare tali ricrescite per studiare i fenomeni di interdiffusione tra droganti introdotti in crescita e impurezze introdotte per impiantazione. - Realizzare e caratterizzare crescite epitassiali di composti ternari (GaInAs e GaInP) in accordo reticolare su substrati di InP e GaAs da utilizzare come materiale di partenza per lo studio del processo di impiantazione ionica. - Studiare il processo di impiantazione ionica a temperatura elevata del ferro e il ruolo dei trattamenti di annealing nei composti ternari realizzati. Ciò prevede la caratterizzazione delle proprietà strutturali, elettriche ed ottiche dei materiali impiantati e trattati termicamente. Gli obiettivi principali che intendiamo raggiungere con questo progetto sono: - Comprendere appieno i meccanismi di attivazione e massimizzare l’efficienza dei centri Fe impiantati in InP per sfruttarne al meglio le proprietà elettriche ed ottiche. - Realizzare, grazie alla ricrescita omoepitassiale su substrati impiantati con Fe, strutture con profili di drogaggio e di impurezze termicamente stabili; studiarne il comportamento elettrico ai fini della realizzazione di strutture semi-isolanti per il confinamento della corrente in applicazioni dispositivistiche; studiare inoltre l’impiego di tali strutture per ottimizzare l’efficienza di iniezione di carica nelle regioni ad alta densità di centri Fe e minimizzare i fenomeni di emissione non radiativa in vista delle applicazioni ottiche. - Studiare il processo di impianto ionico di una specie chimicamente attiva (il Fe) in composti III-V ternari cresciuti epitassialmente con la tecnica MOVPE; dimostrare l’efficacia di tale processo per l’attivazione di efficienti proprietà in questi materiali, sia elettriche che di emiss...