Determinação da Energia de Ligação dos Éxcitons de um Poço Quântico
Simples de GaAs/AlxGa1-xAs
Flavio Franchello1, Daniel F. César1, Élder M. Lopes1, José L. Duarte1, Ivan F. L. Dias1,
Edson Laureto1,
1
Departamento de Física, Universidade Estadual de Londrina, Londrina,PR
O rápido progresso das técnicas de crescimento epitaxial de materiais semicondutores nas
últimas décadas tornou possível a preparação de heteroestruturas pela superposição de
camadas extremamente finas de distintos compostos. Dentre os diversos tipos de
heteroestruturas que são produzidas está o poço quântico simples (QW). O poço quântico
simples é um sistema composto de dois materiais semicondutores com diferentes "gaps" e é
preparado crescendo-se, por exemplo, uma camada de GaAs entre duas camadas de AlGaAs,
sendo o sistema crescido em condição de rede casada sobre um substrato de GaAs. A liga
ternária AlGaAs possui um "gap" maior que o "gap" do binário GaAs, de modo que a
estrutura criada forma uma região de confinamento bidimensional de portadores de carga,
com níveis de energia discretos, característicos do sistema. O confinamento bidimensional dos
portadores permite o estudo de novas propriedades físicas que possuem diversas aplicações de
interesse tecnológico, em especial na área de telecomunicações. Devido ao confinamento de
portadores, a energia de ligação de éxcitons em poços quânticos pode ser até quatro vezes
maior que no "bulk". Esse aumento da energia de ligação do éxciton permite que se observem
emissões até a temperatura ambiente, o que torna possível muitas aplicações tecnológicas.
Neste trabalho calculou-se a energia de ligação do éxciton para um poço quântico simples de
GaAs/AlGaAs com concentração de Al de 25%. Foram calculados também os níveis de
energia dos elétrons e buracos e, a partir desses 3 parâmetros, foram calculadas as energias
das emissões excitônicas. O resultado para a transição fundamental foi comparado com o
resultado experimental obtido por fotoluminescência à temperatura de 10 K. Neste trabalho
estudou-se um poço quântico simples de GaAs/Al0.25Ga0.75As com espessura de 80Å e uma
concentração de 25% de alumínio (x = 0.25), crescido pela técnica de MBE sobre um
substrato de GaAs. Foram calculados, teoricamente, todos os níveis de energia (para elétrons
e buracos) do poço quântico simples de GaAs/Al0.25Ga0.75As, bem como as transições
permitidas e as energias de ligação dos éxcitons. As energias de ligação dos éxcitons foram
calculadas a partir do método MLC[1]. Utilizando-se a técnica de fotoluminescência (PL),
técnica experimental existente no Laboratório de Óptica e Optoeletrônica da Universidade
Estadual de Londrina, obteve-se um espectro de PL obtido à temperatura de 10K e uma
potência de 2mW.
Referência:
[1] – H. Mathieu; P. Lefebvre; P. Christol. Physical Review B. 1992,46,4092.