Crescimento de nanofios semicondutores de GaP/GaInP pelo método MOCVD

Abstract

Metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) é atualmente uma das técnicas mais utilizadas para crescer nanoestruturas, com aplicações em células solares, lasers, e sensores. A técnica consiste no depósito de filmes finos ou nanoestruturas a partir de reações químicas do precursor organometálico com a superfície do substrato. Parâmetros como temperatura e pressão do sistema, estrutura molecular do precursor, catalisadores e velocidade de fluxo do organometálico definem a morfologia e estrutura do material obtido. Neste contexto este trabalho se concentrou na fabricação de nanofios semicondutores por MOCVD, e na caracterização dessas nanoestruturas por diversas técnicas. A primeira etapa do trabalho se concentrou no crescimento de nanofios semicondutores de GaP/GaInP sobre substratos de InP. Imagens de MEV mostraram nanofios com esferas no topo, e grande densidade de nanofios sobre o substrato. Imagens de MET de alta resolução comprovaram a existência de estruturas do tipo nós de bambu, e permitiram determinar a direção <111> de crescimento dos planos cristalinos. A formação de heteroestruturas foi confirmada por EDS, em que se observou a presença de In, Ga e P em algumas regiões do nanofio e apenas Ga e P em outras regiões. Apesar dos fios possuírem esferas em seu topo, o modelo VLS (Vapor Liquid Solid) não parece explicar satisfatoriamente os crescimentos neste trabalho. A segunda parte dos resultados se concentrou em um novo método de crescimento de nanofios semicondutores de (Ga,In)P. Nesta proposta, pó de InP foi adicionado sobre o substrato de Si (100), na região de crescimento. Imagens de MET mostraram que os nanofios possuem tamanhos variando entre 10 e 100 μm e diâmetro na ordem de 10-300 nm. Existem três tipos de estruturas crescidas com este novo método: nanofios retos, nanofios com ramificações e nanofios tipo novelo de lã. A novidade no crescimento destes nanofios é a inexistência da esfera catalisadora (mecanismo VLS) na extremidade do nanofio (seja ele reto, ramificado ou enrolado). Análises de MET mostraram que a direção dos planos cristalinos, presentes ao longo dos fios, é <111>. A presença de In, Ga e P ao longo do nanofio foi confirmadas por EDS. Imagens de MFA e MET mostraram que a superfície lateral dos nanofios é acidentada, apresentando nanodiscos na direção de crescimento. Estes nanodiscos representam torções (twins) na direção de crescimento. A fotoluminescência de conjuntos destes nanofios, à temperatura ambiente, mostra picos largos que podem ser relacionados a composições variadas da família (Ga,In)P.