Síntesis y estudio de aleaciones de AlxGa1-xN por el método de reacción directa para aplicaciones en dispositivos optoelectrónicos

Abstract

El nitruro de galio aluminio (AlGaN) es un material semiconductor del Grupo III – V que corresponde a los nitruros. Es cualquier aleación de nitruro de aluminio y nitruro de galio. La banda prohibida de 𝐴𝑙𝑥𝐺𝑎1−𝑥𝑁 se puede adaptar de 3.4 eV (x=0, GaN) a 6.2 eV (x=1, AlN). Este material ha sido objeto de interés en las últimas décadas debido a sus aplicaciones, tales como: fabricación de diodos emisores de luz que operan en la región azul a ultravioleta, láseres semiconductores azules, detectores de radiación UV y transistores de alta movilidad de electrones. Actualmente ya se tiene bien documentada la creación de diodos emisores de luz azul, los cuales se fabrican con GaN y otras aleaciones y materiales. La importancia de este material (AlGaN) es que puede ser utilizado para la creación de diodos emisores de luz ultravioleta. En la literatura científica existen registros de síntesis de AlGaN; por ejemplo, AlGaN depositado en películas delgadas mediante el método ALD, AlGaN en forma de nanoflores por el método MOCVD, nanoestructuras de AlGaN utilizando el método sol-gel con etileno, nanotubos de AlGaN por MBE, etc. Sin embargo, existe muy poca o casi nula literatura acerca de la creación de AlGaN en polvo (bulk, freestanding) mediante una reacción directa entre AlGa y gas NH3, tal como se hace en la creación de AlN y GaN. Este método, a comparación de los antes mencionados, es relativamente más barato, ya que no requiere de equipo sofisticado más allá de un horno tubular de cuarzo (reactor CVD), bomba de vacío, y los precursores a utilizar; además no requiere el uso de organometales, los cuales son costosos. Otra característica de este método es el tiempo de síntesis, el cual sería en promedio de 2 horas. En este trabajo se sintetizó AlGaN en diferentes concentraciones. Se obtuvo el material creando una aleación de Aluminio y Galio (AlGa), que reaccionó directamente con amoníaco en un reactor CVD a altas temperaturas, durante un tiempo determinado. Se estudiaron las propiedades estructurales, compositivas, morfológicas, ópticas y optoelectrónicas del material mediante técnicas de caracterización como XRD, SEM, EDS, UV-VIS y CL. Se realizaron los estudios y se encontró que el 𝐴𝑙𝑥𝐺𝑎1−𝑥𝑁 tiene una estructura cristalina hexagonal (HCP). Los estudios de composición química muestran resultados consistentes cuando se modificó la cantidad de Aluminio y Galio. Los estudios de catodoluminiscencia mostraron que los materiales tienen una banda prohibida entre 3.02 eV y 3.35 eV.