28.02.2020 - Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY

Los rayos X muestran el nacimiento del semiconductor para los LEDs azules

El nitruro de galio es el segundo material semiconductor más importante después del silicio.

Utilizando un horno de presión especial, un equipo internacional de investigadores ha analizado las etapas iniciales del crecimiento del semiconductor nitruro de galio con luz de rayos X. Las observaciones muestran por primera vez la estructura atómica de la interfaz del material semiconductor con el galio líquido en condiciones de crecimiento suave, como informa el equipo que rodea a Elias Vlieg de la Universidad Radboud de Nimega, en los Países Bajos, en la revista Physical Review Letters. El estudio es un primer paso hacia una mejor comprensión del crecimiento de este prometedor material semiconductor y hacia un mejor control de su crecimiento.

"El nitruro de galio es una mezcla del metal galio y nitrógeno, y es ahora el segundo semiconductor más importante después del silicio", explica el autor principal, Aryan de Jong, que escribió su tesis doctoral sobre este tema en la Universidad de Radboud y que ahora está trabajando en las aplicaciones del nitruro de galio en la industria de los semiconductores. "Esto se debe principalmente a los diodos emisores de luz azul, que no se pueden producir a base de silicio, sino con nitruro de galio". Además, el nitruro de galio también es interesante para otros dispositivos, ya que su mayor espacio de banda permite dispositivos más estables, lo que es una ventaja en entornos difíciles como en los satélites.

Sin embargo, la producción de sustratos adecuados, las llamadas obleas, a partir del nitruro de galio es relativamente complicada y costosa. "En el caso de los diodos emisores de luz azul, el material suele condensarse a partir de la fase gaseosa. Esto es bastante fácil de hacer, pero el número de defectos es relativamente alto, lo que no es tan crítico para los diodos emisores de luz, sino para componentes como los microchips", dice Vedran Vonk del DESY-Nanolab, el autor correspondiente de la publicación. "Por lo tanto, lo que buscamos es un proceso industrial que permita que el nitruro de galio crezca a partir de un líquido con significativamente menos defectos".

Actualmente, esto requiere una presión de varios miles de atmósferas y altas temperaturas muy por encima de los mil grados centígrados, lo que hace que las obleas de nitruro de galio sean caras y limita severamente su aplicación generalizada. Sin embargo, lo que todos los procesos de producción de líquidos tienen en común es la interfaz líquido-cristalina que ya puede ser examinada en condiciones más suaves.

Los investigadores utilizaron un horno presurizado hecho a medida para examinar la interfaz de crecimiento de un cristal de nitruro de galio con precisión atómica utilizando luz de rayos X. Para ello, colocaron una fina rebanada de un cristal de nitruro de galio en el horno y colocaron un recipiente cilíndrico lleno de galio líquido en la parte superior, abierto en la parte inferior y sellado en los laterales. El galio ya se derrite a unos 30 grados centígrados. Los científicos llenaron el horno con nitrógeno hasta 30 veces la presión atmosférica y lo calentaron a 850 grados centígrados. "Esto no corresponde todavía a las condiciones de producción de los grandes cristales de nitruro de galio, pero permite comprender algunos de los procesos básicos que intervienen en el crecimiento del cristal", explica Vlieg.

El equipo utilizó la luz de rayos X de la Fuente Europea de Radiación Sincrotrón ESRF en Grenoble (Francia) para examinar la superficie del disco de nitruro de galio en el horno presurizado caliente. "Los experimentos revelaron que la capa cristalina superior tenía muchos más defectos de los esperados - aproximadamente uno de cada cuatro átomos de galio falta en la red cristalina", informa Vonk. "También mostraron que en el galio líquido por encima del cristal semiconductor se forman capas en las que los átomos de galio del líquido están cada vez más cerca de los átomos de galio del cristal a medida que se acercan a la capa límite. Este orden y esta estratificación nunca antes se había observado con este detalle".

Las dos observaciones inesperadas mejoran nuestra comprensión del crecimiento de este prometedor material semiconductor y podrían ayudar a descubrir un camino hacia un proceso de producción más simple y controlable. También contribuyen a una mejor comprensión fundamental de los procesos en las interfaces entre las fases líquida y sólida de un metal.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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