4.3. Efecto del recocido térmico
4.3.1. Efecto del recocido en las propiedades de emisión
En este primer experimento sobre la muestra de 27 % en Cd se realizaron 4 recocidos térmicos diferentes de un minuto de duración con temperaturas de 250, 350, 450 y 550 oC. En la gura 4.4 se muestra la información resumida de las
medidas de fotoluminiscencia realizadas en las muestras recocidas y sin recocer. Como se puede observar en la gura, el máximo de energía del pico de PL presenta
4. Nanohilos de Zn(Cd)O crecidos por RPE-MOCVD
un desplazamiento hacia energías mayores con el recocido. Este desplazamiento ya había sido observado en otros trabajos como se ha comentado anteriormente, achacándolo a una reducción en el contenido de Cd en la estructura. Sin embargo, en nuestro experimento se ha observado que al aumentar la temperatura de recocido, aumenta el desplazamiento observado. Un desplazamiento máximo en energía en torno a 130 meV se ha obtenido para el recocido a mayor temperatura (550 oC).
Observando ahora la evolución de la intensidad de fotoluminiscencia, se apre- cia un aumento para recocidos a temperaturas mayores que la temperatura de crecimiento (Fig.4.4(b)), siendo muy signicativo para las dos máximas temperatu- ras de recocido (450 y 550 oC). Este aumento es debido a la reducción de canales
de recombinación no radiativos asociados a defectos puntuales en el semiconduc- tor, que tratándose de material tipo n, posiblemente sean vacantes de Zn u otro tipo de defectos puntuales relacionados [154, 155]. Al comparar el FWHM para los diferentes recocidos podemos observar que para temperaturas mayores que la de crecimiento se consigue una reducción de la anchura a media altura de los espectros. Esta reducción vuelve a ser especialmente signicativa para la máxima temperatura de recocido utilizada (Fig.4.4(c)). Teniendo en cuenta estos resultados, se concluye que realizando un recocido de las muestras a 450 oC se obtiene una mejora muy
apreciable en las propiedades de emisión de los nanohilos sin obtener un desplaza- miento muy grande en la energía de emisión, producida por la reducción del Cd en la estructura. Sin embargo, con el objetivo de estudiar los efectos que el reco- cido térmico tiene en estas estructuras, se escogió la temperatura de 550 oC como
la temperatura para los siguientes recocidos, la cual produce unos cambios más marcados en las propiedades del material. Con esta temperatura se ha obtenido el mayor desplazamiento en energía de PL. A cambio tambien se ha registrado un gran aumento en la intensidad y la mayor reducción en el FWHM debido a la mejora de la calidad cristalina del material. Esta mejora será clave para obtener una mayor eciencia óptica en futuros dispositivos optoelectrónicos.
Una vez jada la temperatura de recocido en 550oC se estudió el impacto de
la duración del recocido en las propiedades de emisión de los nanohilos. Para ello se realizaron una serie de recocidos variando el tiempo de duración entre 1 y 50 minu- tos. En la gura 4.5 se representan los resultados obtenidos. Se observa un rápido desplazamiento de la energía de PL hacia energías mayores en los primeros 10 minu- tos de recocido, a partir del cual no se registra una variación sustancial de la energía. Un comportamiento similar ocurre con la intensidad (Fig.4.5(b)) y el FWHM del 90
4.3. Efecto del recocido térmico
Figura 4.4: Dependencia de (a) la energía del pico, (b) la intensidad y (c) la anchura a media altura para la muestra de nanohilos de Zn0.73Cd0.27O con la temperatura
del recocido térmico. Todos los recocidos han sido realizados en una atmósfera de nitrógeno y han tenido una duración de 1 minuto.
4. Nanohilos de Zn(Cd)O crecidos por RPE-MOCVD
espectro de PL (Fig.4.5(c)), donde se han obtenido unas variaciones muy marcadas en los primeros 5 minutos de recocido para luego estabilizarse. Estos resultados indican claramente una mejora de las propiedades de emisión del material en los primeros minutos de recocido térmico. Es por ello que para los siguientes recocidos se eligieran tiempos cortos de solamente 1 min de duración para así obtener una mejora sustancial de las propiedades de emisión, minimizando el desplazamiento de la energía de PL debida a la posible pérdida de Cd en la estructura.
Una vez jado el tiempo y la temperatura de los recocidos, se realizó este proceso en todas las muestras de la serie como se puede observar en la gura 4.6. Claramente se observa una mejora sustancial en la intensidad de emisión de todas las muestras con diferentes contenidos de Cd. Este incremento es mayor en la mues- tra referencia de ZnO que en el de las muestras que contienen Cd. Fijándonos en el resumen de los resultados de los espectros de fotoluminiscencia en función del Cd representados en la gura 4.7, se observa que el desplazamiento en energía del máximo debido a la posible pérdida de Cd es mayor cuanto mayor es el contenido de este elemento. Para la muestra de 45 % en Cd, este desplazamiento llega a ser de 170 meV. Si se observa ahora el aumento de intensidad en función del Cd, se ve que la muestra de 27 % muestra el menor incremento (Fig.4.7(b)). Este efecto puede ser entendido como resultado de la fuerte localización del excitón que se da cuando introducimos Cd en la estructura del ZnO. Como hemos comentado ante- riormente, el efecto de desorden de la aleación es máximo para concentraciones en torno al 20-30 % [34]. Bajo estas condiciones el excitón se verá menos afectado por la reducción de los canales de recombinación no radiativos debida al recocido y por tanto presentará una menor mejora en la intensidad de fotoluminiscencia. Atendien- do ahora a la variación del FWHM con el contenido en Cd, se observa una mayor reducción en las muestras de 14 % y 27 % en Cd (Fig.4.7(c)). Este hecho está direc- tamente relacionado con la reducción del grado de desorden del Cd con la aleación, el cual está mas acentuado en las muestras con contenidos de Cd intermedios.