Propiedades físicas y dopado de nanoestructuras de óxido de galio

El objetivo de esta tesis doctoral ha sido el estudio de las propiedades fisicas de nanoestructuras de s-Ga2O3 no dopadas y dopadas con varias impurezas y su relacion con la morfologia. Las nanoestructuras se han crecido mediante un proceso de evaporacion termica controlada para obtener las estructuras deseadas. Los metodos de dopado han sido difusion termica e implantacion ionica. Para el estudio de las propiedades fisicas se han utilizado diversas tecnicas, como las basadas en la microscopia electronica de barrido, microscopia electronica de transmision, espectroscopia Raman y de fotoluminiscencia en un microscopio confocal, espectroscopia de fotoelectrones (XPS) o la espectroscopia de fotocorriente.Las estructuras sencillas de tipo nanohilo y nanocinta se han dopado con In, Sn y Cr, lo que ha dado lugar a cambios significativos en la morfologia, (In, Sn) y la luminiscencia (Cr). Ademas de estas estructuras sencillas, en esta tesis tambien se han obtenido como novedad microestructuras jerarquizadas de alecciones ternarias (Zn1-xGa2O4) y cuaternarias (Zn1-xMnxGa2O4), asi como estructuras ramificadas y heteroestructuras de Ga2O3/SnO2. Asimismo, se ha llevado a cabo una caracterizacion de las propiedades electricas y opticas de cada morfologia y dopante, asi como una monitorizacion de la recuperacion cristalina en nanohilos en los que se ha realizado implantacion ionica.Acerca de las propiedades electricas de nanohilos individuales, el dopado con Sn introduce una modificacion del comportamiento electrico al modificar el caracter ohmico del Ga2O3 e introducir un efecto de limitacion de corriente por carga espacial, ademas de presentar un efecto de histeresis electrica. Se han estudiado, asimismo, las propiedades de emision de campo del Ga2O3 en funcion de la morfologia y del dopado con Sn. Por otra parte, la respuesta electrica de los nanohilos de Ga2O3 al estimular con luz UV pulsada es mayor en la region del UV profundo (5.1 ? 5.4 eV), mostrando una clara dependencia con la frecuencia de los pulsos de excitacion (72 - 325 Hz). El rango de respuesta de este material se consiguio ampliar al doparlo con Sn, el cual introduce una nueva banda de absorcion a menor energia (3.9 eV). En cambio, para el caso concreto de la aleacion de Zn1-xMnxGa2O4, mediante la fotocorriente se pudieron estudiar las lineas de transicion intraionicas caracteristicas del Mn2+ situadas en la region de longitudes de onda comprendidas entre 300 y 450 nm. Por tanto, se han estudiado las propiedades electricas de nanoestructuras basadas en oxido de galio, encontrando caracteristicas utilizables en distintos tipos de aplicaciones.El dopado de las nanoestructuras de s-Ga2O3 permite el control del color de emision y la formacion de morfologias complejas que guian la luz. En este trabajo de tesis se muestra la evolucion de las bandas de emision de luz en funcion del tipo de dopado y de la concentracion del dopante en las nanoestructuras. La introduccion de dopantes como In, Sn y Zn, ha permitido estudiar las interacciones que aparecen entre los defectos nativos con las impurezas introducidas. Por otro lado, el dopado con iones de tierras raras (Eu y Gd) e iones de metales de transicion (Cr y Mn), da lugar a la aparicion de nuevas lineas de emision debidas a las transiciones intraionicas que presentan estos elementos. Asimismo, hemos estudiado el comportamiento de guia de ondas que presentaban los nanohilos de Ga2O3, tanto para luz externa que se hace incidir sobre una estructura, como de la luminiscencia generada en la misma. En algunos casos, se produce confinamiento optico, lo que no habia sido descrito previamente en este material, si la geometria de la estructura es adecuada. En estos casos, hemos observado y caracterizado las resonancias opticas debidas al comportamiento de resonador tipo Fabry-Perot que estos presentaban al confinar la luz roja producida por el dopado con Cr3+.