Rare earth- and Si nanostructure-based light emitting devices for integrated photonics

Author

Berencén Ramírez, Yonder Antonio

Director

Garrido Fernández, Blas

Rodríguez Pérez, José Antonio

Tutor

Garrido Fernández, Blas

Date of defense

2014-10-23

Legal Deposit

B 4520-2015

Pages

141 p.



Department/Institute

Universitat de Barcelona. Departament d'Electrònica

Abstract

This thesis presents experimental work on developing rare-earth ions and Si nanostructures as a material platform for light emitting devices (LEDs) in the visible and near-infrared range. The realization of the different electroluminescent devices, based on a single, bi- or tri-layer approach of silicon oxide and/or silicon nitride co-doped or not with rare earth ions, is successfully performed. Several complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) compatible fabrication techniques such as co-magnetron sputtering, plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD), low-pressure chemical vapor deposition (LPCVD) and ion implantation are used. By using characterization techniques such as time of flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS), secondary ion mass spectrometry (SIMS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), energy-filtered transmission electron microscopy (EFTEM), focused ion beam (FIB) and ellipsometry, the structural and compositional properties of the studied active layers are determined. In addition, electro-optical properties at room and at high temperatures (25 0C – 300 0C) under quasi-static and dynamic regimes are studied in both visible and near-infrared spectral region. Typically, the used electro-optical techniques have been current-voltage, capacitance-voltage, charge to breakdown, electroluminescence (EL)-current, EL-voltage and time-resolved EL.


Esta tesis presenta un trabajo experimental en el desarrollo de iones de tierras raras y nanoestructuras de Si como plataforma de materiales para dispositivos de emisión de luz (LEDs) en el rango visible e infrarrojo cercano. Se han fabricado diferentes dispositivos electroluminiscentes basados en capas simples, dobles o triples de óxido de silicio y/o nitruro de silicio dopados o no con tierras raras. Para ello se han empleado varias técnicas de fabricación compatibles con la tecnología CMOS; a saber, depósito de vapor químico asistido por plasma (PECVD), pulverización catódica mediante magnetrón, depósito de vapor químico a baja presión (LPCVD) e implantación de iones. Así mismo, las propiedades estructurales y de composición de las capas fabricadas han sido determinadas mediante el uso de técnicas de caracterización tales como TOF-SIMS, SIMS, XPS, EFTEM, FIB y elipsometría. Además, a temperatura ambiente y altas temperaturas (25 0C – 300 0C) se han estudiado las propiedades electro-ópticas en los regímenes cuasi-estático y dinámico. Por lo general, las técnicas electro-ópticas empleadas fueron corriente-voltaje, capacitancia-voltaje, estudio de carga hasta la ruptura, electroluminiscencia (EL)-corriente, EL-voltaje y EL resuelta en tiempo.

Keywords

Electrònica; Electrónica; Electronics; Fotònica; Fotónica; Photonics; Luminescència; Luminiscencia; Luminescence; Nanoestructures; Nanoestructuras; Nanostructures; Silici; Silicio; Silicon; Light-emitting diode (LED); Díode emissor de llum (LED); Led

Subjects

53 - Physics

Knowledge Area

Ciències Experimentals i Matemàtiques

Documents

YABR_PhD_THESIS.pdf

7.890Mb

 

Rights

ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs.

This item appears in the following Collection(s)