Crecimiento por epitaxia de haces moleculares de puntos cuánticos de InAs sobre GaAs(001) con control en su lugar de formación para su integración en microcavidades ópticas

Resumen

Los puntos cuánticos semiconductores son nanoestructuras con un gran potencial en el desarrollo de nuevos dispositivos optoelectrónicos. En concreto, aquellos dispositivos que explotan las propiedades de un único punto cuántico (QD, quantum dot) son de gran interés en el campo de la criptografía y las tecnologías de información cuántica. El desarrollo de estas aplicaciones requiere nanoestructuras de muy alta calidad óptica así como de la capacidad para acceder a su lugar de formación. En este trabajo de tesis se estudia el crecimiento de puntos cuánticos con control en su lugar de formación (SCQDs, site-controlled quantum dots) de InAs sobre sustratos grabados de GaAs(001). Se hace uso de la técnica de epitaxia por haces moleculares (MBE, molecular beam epitaxy) para el crecimiento de SCQDs de InAs y de la técnica de oxidación local mediante microscopia de fuerzas atómicas (AFM, atomic force microscopy) para la fabricación de los sustratos grabados de GaAs(001). Se ha abordado simultáneamente la optimización de las propiedades ópticas y la estadística de ocupación (número de puntos cuánticos por posición predefinida del sustrato grabado) en un proceso de fabricación de SCQDs de InAs con alta reproducibilidad. Los resultados obtenidos son trasladables a diferentes aproximaciones para el crecimiento de SCQDs mediante MBE reportadas en la literatura científica y el proceso desarrollado presenta además margen de mejora de las propiedades ópticas de SCQDs por medio, bien del uso de ciclos térmicos de la intercara de recrecimiento a mayor temperatura que la empleada, bien mediante la inserción de capas barrera de AlGaAs. Junto a esto se ha estudiado la integración de estas nanoestructuras (SCQDs de InAs) como elemento activo en microcavidades de cristal fotónico bidimensional de forma determinista. Se ha abordado una estrategia de fabricación original basada en la utilización de la técnica de oxidación local por AFM para cdefinir el lugar de formación de un SCQD de InAs sobre microcavidades ópticas previamente fabricadas y el recrecimiento epitaxial por MBE de estructuras fotónicas previamente fabricadas La obtención de SCQDs de InAs ópticamente activos en el interior de microcavidades de cristal fotónico previamente fabricadas junto con la medida de altos factores de calidad en microcavidades obtenidas mediante recrecimiento epitaxial demuestra la viabilidad de emplear el recrecimiento de estructuras fotónicas previamente fabricadas para la integración de forma determinista de QDs de InAs como elemento activo en microcavidades de cristal fotónico.