CROISSANCE PAR EPITAXIE PAR JETS MOLECULAIRES ET ETUDE OPTIQUE DES PROPRIETES ELECTRONIQUES DES HETEROSTRUCTURES TRES CONTRAINTES INAS/GAAS PDF Download
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NOUS PRESENTONS QUELQUES PROPRIETES DES STRUCTURES SEMICONDUCTRICES TRES CONTRAINTES INAS/GAAS. DE PAR LE FORT DESACCORD RELATIF DE PARAMETRE DE MAILLE CRISTALLINE ENTRE INAS ET GAAS (7%) CES STRUCTURES TENDENT NATURELLEMENT A ADOPTER UN MODE DE CROISSANCE TRIDIMENSIONNEL DANS DES CONDITIONS USUELLES DE CROISSANCE PAR EPITAXIE PAR JETS MOLECULAIRE. LA DEPOSITION ALTERNEE DES COUCHES ATOMIQUES DES ELEMENTS III ET DE L'ARSENIC A BASSE TEMPERATURE (350C) FORCE UN MODE DE CROISSANCE BIDIMENSIONNEL DE CES COUCHES CONTRAINTES. CETTE TECHNIQUE D'EPITAXIE PAR JETS MOLECULAIRES MODULES PERMET AINSI D'OBTENIR DES SUPER-RESEAUX INAS/AS STABLES ET DE BONNE QUALITE STRUCTURALE ET OPTIQUE. UNE ETUDE OPTIQUE (LUMINESCENCE, SPECTROSCOPIE D'EXCITATION, ABSORPTION) DE PUITS MINCES D'INAS DANS GAAS, ET DE SUPERRESEAUX DE COURTE PERIODE INAS/GAAS APPROXIMATIVEMENT ACCORDES A INP NOUS PERMET DE DETERMINER LA CONFIGURATION DE BANDES A L'INTERFACE INAS/GAAS POUR CES DEUX ETATS DE CONTRAINTE, ET L'AMPLITUDE DE L'EFFET DE SEGREGATION D'INDIUM EN SURFACE, RESPONSABLE D'ECARTS AUX PROFILS DE COMPOSITION NOMINAUX. NOUS MONTRONS AUSSI QUE L'ALLIAGE ORDONNE (INAS)#2(GAAS)#2 ET L'ALLIAGE (INGA)AS DE MEME COMPOSITION MOYENNE ONT DES STRUCTURES DE BANDES TRES SIMILAIRES AU VOISINAGE DU CENTRE DE ZONE DE BRILLOUIN DANS LA DIRECTION DE CROISSANCE. L'ANALYSE DES RESULTATS EXPERIMENTAUX S'APPUIE SUR UN MODELE DE FONCTIONS ENVELOPPES ORIGINAL PRENANT CORRECTEMENT EN COMPTE LE FORT COUPLAGE ENTRE BANDES LEGERES DE VALENCE DU AUX CONTRAINTES INTERNES. LA SUBSTITUTION ISOELECTRONIQUE D'UNE COUCHE MINCE ET L'ETUDE OPTIQUE DE L'EFFET DE CETTE PERTURBATION LOCALISEE PERMETTENT D'ETUDIER LES PROPRIETES ELECTRONIQUES D'UNE HETEROSTRUCTURE SOUS UN ANGLE LOCAL: LA DEPENDANCE SPATIALE DES DENSITES DE PROBABILITE DES ETATS ELECTRONIQUES CONFINES ET CELLE DE LA DENSITE DE CENTRES RECOMBINANTS NON RADIATIFS SONT ETUDIEES POUR UN PUITS QUANTIQUE GAAS/GAALAS. CETTE TECHNIQUE PERMET EGALEMENT UNE IDENTIFICATION DIRECTE ET SURE DE LA CONFIGURATION DE BANDES DES SUPERRESEAUX
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NOUS PRESENTONS QUELQUES PROPRIETES DES STRUCTURES SEMICONDUCTRICES TRES CONTRAINTES INAS/GAAS. DE PAR LE FORT DESACCORD RELATIF DE PARAMETRE DE MAILLE CRISTALLINE ENTRE INAS ET GAAS (7%) CES STRUCTURES TENDENT NATURELLEMENT A ADOPTER UN MODE DE CROISSANCE TRIDIMENSIONNEL DANS DES CONDITIONS USUELLES DE CROISSANCE PAR EPITAXIE PAR JETS MOLECULAIRE. LA DEPOSITION ALTERNEE DES COUCHES ATOMIQUES DES ELEMENTS III ET DE L'ARSENIC A BASSE TEMPERATURE (350C) FORCE UN MODE DE CROISSANCE BIDIMENSIONNEL DE CES COUCHES CONTRAINTES. CETTE TECHNIQUE D'EPITAXIE PAR JETS MOLECULAIRES MODULES PERMET AINSI D'OBTENIR DES SUPER-RESEAUX INAS/AS STABLES ET DE BONNE QUALITE STRUCTURALE ET OPTIQUE. UNE ETUDE OPTIQUE (LUMINESCENCE, SPECTROSCOPIE D'EXCITATION, ABSORPTION) DE PUITS MINCES D'INAS DANS GAAS, ET DE SUPERRESEAUX DE COURTE PERIODE INAS/GAAS APPROXIMATIVEMENT ACCORDES A INP NOUS PERMET DE DETERMINER LA CONFIGURATION DE BANDES A L'INTERFACE INAS/GAAS POUR CES DEUX ETATS DE CONTRAINTE, ET L'AMPLITUDE DE L'EFFET DE SEGREGATION D'INDIUM EN SURFACE, RESPONSABLE D'ECARTS AUX PROFILS DE COMPOSITION NOMINAUX. NOUS MONTRONS AUSSI QUE L'ALLIAGE ORDONNE (INAS)#2(GAAS)#2 ET L'ALLIAGE (INGA)AS DE MEME COMPOSITION MOYENNE ONT DES STRUCTURES DE BANDES TRES SIMILAIRES AU VOISINAGE DU CENTRE DE ZONE DE BRILLOUIN DANS LA DIRECTION DE CROISSANCE. L'ANALYSE DES RESULTATS EXPERIMENTAUX S'APPUIE SUR UN MODELE DE FONCTIONS ENVELOPPES ORIGINAL PRENANT CORRECTEMENT EN COMPTE LE FORT COUPLAGE ENTRE BANDES LEGERES DE VALENCE DU AUX CONTRAINTES INTERNES. LA SUBSTITUTION ISOELECTRONIQUE D'UNE COUCHE MINCE ET L'ETUDE OPTIQUE DE L'EFFET DE CETTE PERTURBATION LOCALISEE PERMETTENT D'ETUDIER LES PROPRIETES ELECTRONIQUES D'UNE HETEROSTRUCTURE SOUS UN ANGLE LOCAL: LA DEPENDANCE SPATIALE DES DENSITES DE PROBABILITE DES ETATS ELECTRONIQUES CONFINES ET CELLE DE LA DENSITE DE CENTRES RECOMBINANTS NON RADIATIFS SONT ETUDIEES POUR UN PUITS QUANTIQUE GAAS/GAALAS. CETTE TECHNIQUE PERMET EGALEMENT UNE IDENTIFICATION DIRECTE ET SURE DE LA CONFIGURATION DE BANDES DES SUPERRESEAUX
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NOUS AVONS ETUDIE DE FACON SYSTEMATIQUE L'INFLUENCE DES CONDITIONS DE CROISSANCE SUR LA REALISATION D'HETEROSTRUCTURES GAAS-ALAS MODULEES LATERALEMENT SUR SURFACE VICINALE. L'ETUDE PAR MICROSCOPIE A FORCE ATOMIQUE DE LA MORPHOLOGIE DU RESEAU DE MARCHE MET EN EVIDENCE L'EXISTENCE D'UNE BARRIERE DE SCHWOEBEL FORTEMENT ANISOTROPE DANS LE GAAS ET SA QUASI ABSENCE DANS L'ALAS. LA MISE EN PAQUET DES MARCHES N'EST PAS LIEE A UNE INSTABILITE INTRINSEQUE DE CROISSANCE DU GAAS MAIS INTERVIENT EN PRESENCE D'IMPURETES. LES DISTRIBUTIONS DE LARGEUR DES MARCHES GA SONT CENTREES SUR LA LARGEUR MOYENNE DES TERRASSES IMPOSEE PAR LA DESORIENTATION ET OBEISSENT A UNE LOI GAUSSIENNE. L'ECART TYPE DES DISTRIBUTIONS VARIE LINEAIREMENT AVEC LA LARGEUR MOYENNE DES TERRASSES. CES RESULTATS S'ACCORDENTM DANS UN MODELE D'EQUILIBRE ENERGETIQUE, AVEC L'EXISTENCE D'UNE INTERACTION REPULSIVE ENTRE MARCHES MAIS S'EXPLIQUENT AUSSI PAR UN MODELE PUREMENT CINETIQUE. UNE SIMULATION MONTE-CARLO MONTRE QU'UNE BARRIERE DE SCHWOEBEL ANISOTROPE PERMET DE CONCILIER LA FORMATION DE MONTICULES LORS DE LA CROISSANCE A BASSE TEMPERATURE AVEC LE LISSAGE A HAUTE TEMPERATURE DE LA RUGOSITE INITIALE DU SUBSTRAT ET DE REPRODUIRE, AVEC UN BON ACCORD QUANTITATIF, LA PERIODISATION DU RESEAU DE MARCHE. L'EPITAXIE PAR JETS ALTERNES SOUS TRES FAIBLE FLUX D'AS CONDUIT A UN REGIME DE CROISSANCE PAR AVANCEE DE BORD DE MARCHE OPTIMAL (50NM POUR LE GAAS). NOTRE METHODE DE CALIBRATION DES FLUX NOUS ASSURE UNE ZONE OU LE TAUX DE COUVERTURE EST EGAL A L'UNITE. LA MODULATION DE LA CROISSANCE SE TRADUIT DANS LES PROPRIETES OPTIQUES DES STRUCTURES LATERALES PAR DE NOUVELLES TRANSITIONS OPTIQUES. LA CROISSANCE N'EST PAS ORGANISEE PAR LE RESEAU DE MARCHES DES LA PREMIERE MONOCOUCHE MAIS L'ORGANISATION LATERALE SE MET EN PLACE ET ATTEINT SA VALEUR MAXIMALE EN MOINS DE 10 MONOCOUCHES. LA DEMIXTION PARTIELLE DES ELEMENTS III ET L'INFLUENCE SUR LA MODULATION DES PARAMETRES DES STRUCTURES (PERIODICITE LATERALE ET COMPOSITION EN AL) S'EXPLIQUENT PRINCIPALEMENT PAR LE MECANISME D'ECHANGE VERTICAL GA-AL
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DES HETEROSTRUCTURES DE SEMICONDUCTEURS II-VI EN CDTE-CDMNTE SONT ELABOREES PAR LA TECHNIQUE D'EPITAXIE PAR JETS MOLECULAIRES (EJM). ELLES SONT ENSUITE CARACTERISEES ET ETUDIEES EN VUE D'APPLICATIONS. LES CONDITIONS DE CROISSANCE DES COUCHES DE CDMNTE SONT OPTIMISEES SELON LES DEUX DIRECTIONS CRISTALLOGRAPHIQUES 001 ET 111. LE DESACCORD DE MAILLE ENTRE LE PUITS CDTE ET LES BARRIERES CDMNTE LIMITE LES STRUCTURES COHERENTES REALISABLES. LA COMPOSITION DE L'ALLIAGE CDMNTE, AINSI QUE LES EPAISSEURS DES COUCHES SONT MAITRISEES. DES STRUCTURES DE BONNE QUALITE STRUCTURALE ET OPTIQUE ONT ETE OBTENUES, CE QUI A PERMIS D'ETUDIER DES STRUCTURES LASER ET DES STRUCTURES PIEZOELECTRIQUES. DES LASER VISIBLES COMPACTS POMPES ELECTRONIQUEMENT ONT ETE REALISES. LE DISPOSITIF S'APPELLE LASER A SEMICONDUCTEUR A MICROPOINTE (LSM). LA ZONE ACTIVE EST CONSTITUEE D'UNE HETEROSTRUCTURE A CONFINEMENT SEPARE ET A GRADIENT D'INDICE LINEAIRE (L. GRINSCH) EPITAXIEE SELON LA DIRECTION 001. LA LONGUEUR D'ONDE D'EMISSION LASER ATTEINTE AVEC CDMNTE EST DANS LE ROUGE A TEMPERATURE AMBIANTE. LA CROISSANCE DE PUITS QUANTIQUES SELON L'AXE POLAIRE 111 EST TRES INTERESSANTE: L'EXISTENCE D'UN GRAND CHAMP PIEZOELECTRIQUE (DE L'ORDRE DE 100000 V/CM) A ETE MIS EN EVIDENCE EXPERIMENTALEMENT. CE CHAMP MODIFIE LA STRUCTURE ELECTRONIQUE ET LES PROPRIETES OPTIQUES DE L'HETEROSTRUCTURE. LORS DE L'ECRANTAGE DU CHAMP PAR DES PORTEURS PHOTOCREES, LA RAIE SE DECALE VERS LE BLEU, CE QUI EST PROMETTEUR POUR LES APPLICATIONS EN OPTIQUE NON LINEAIRE OU EN ELECTRO-OPTIQUE. POUR EXPLIQUER LES RESULTATS EXPERIMENTAUX, L'HYPOTHESE D'UNE NON-LINEARITE DU COEFFICIENT PIEZOELECTRIQUE A ETE EMIS
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L'EPITAXIE PAR JETS CHIMIQUES (EJC), NOUVELLE METHODE DE CROISSANCE, COMBINE LA MAJORITE DES AVANTAGES DES DEUX TECHNIQUES MERES. L'EPITAXIE PAR ORGANOMETALLIQUES (EOM) ET L'EPITAXIE PAR JETS MOLECULAIRES (EJM). LE TRAVAIL PRESENTE DANS CE MANUSCRIT DECRIT ET DEMONTRE EXPERIMENTALEMENT CERTAINS AVANTAGES OFFERTS PAR CETTE TECHNIQUE D'EPITAXIE. DE PLUS, CETTE ETUDE CONSTITUE UNE PREMIERE VALIDATION DE CETTE METHODE DE CROISSANCE PAR L'OBTENTION, DANS LE SYSTEME DE SEMICONDUCTEURS INP/GAINAS, DE COUCHES PURES, DE STRUCTURES A PUITS QUANTIQUES ET DE COMPOSANTS D'EMISSION LASER. L'EQUIPEMENT EXPERIMENTAL MIS AU POINT ET SON OPTIMISATION, NOTAMMENT DE LA PARTIE D'INTRODUCTION DES SOURCES GAZEUSES, SONT D'ABORD PRESENTES. L'ETUDE PORTE ESSENTIELLEMENT SUR L'OPTIMISATION DES CONDITIONS DE CROISSANCE DES COMPOSES GAAS, GAINAS ET INP, POUR SURTOUT MINIMISER L'INCORPORATION DU CARBONE QUI APPARAIT ETRE L'IMPURETE RESIDUELLE MAJORITAIRE. DES COUCHES INP AVEC UN DOPAGE INTRINSEQUE AUSSI FAIBLE QUE 2 10#1#4 CM##3 ET UNE MOBILITE DE 112000 A 77 K ONT AUSSI ETE OBTENUES. UN MODELE POUR EXPLIQUER L'INCORPORATION OBSERVE AU CARBONE ET SON ACTIVITE ELECTRIQUE DANS CES DIFFERENTS SEMICONDUCTEURS EN FONCTION DE LA TEMPERATURE DE CROISSANCE ET DU RAPPORT V/III EST AUSSI DISCUTE. L'INCORPORATION VOLONTAIRE D'IMPURETES DOPANTES DE TYPE N (SI) ET P (BE) EVAPORES A PARTIR DE SOURCES SOLIDES EST AUSSI ETUDIE. LES POTENTIALITES DE LA TECHNIQUE SONT ENFIN DEMONTREES PAR L'EPITAXIE SANS INTERRUPTION DE CROISSANCE AUX HETERO-INTERFACES DE STRUCTURES INP/GAINAS AUSSI MINCES QUE 12 A ET CELLE DES DOUBLES HETEROSTRUCTURES LASER AVEC UN COURANT DE SEUIL DE 1,3 KA/CM#2
Author: Benjamin Meunier Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 173
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La diversification des fonctionnalités intégrées dans les systèmes micro-optoélectroniques est l'un point clé du développement de ces filières. Combiner sur une même puce des matériaux ayant des propriétés différentes doit permettre de faire émerger de nouveaux concepts de composants basés sur de nouveaux effets physiques ou sur la combinaison des propriétés physiques des matériaux intégrés. Parmi les matériaux d'intérêt, les semi-conducteurs III-V présentent des propriétés optiques exceptionnelles et sont couramment utilisés pour réaliser des composants photoniques. Les oxydes fonctionnels, quant à eux, offrent une grande variété de propriétés physiques qui en font des matériaux très prometteurs pour de nombreuses applications. Dans ce contexte, l'objectif global de cette thèse est de démontrer la possibilité d'intégrer des oxydes fonctionnels cristallins sur des hétérostructures à base de GaAs par épitaxie, et de montrer que de telles structures peuvent présenter des propriétés nouvelles pour la photonique. Plus précisément, nous avons focalisé nos efforts sur l'intégration de couches minces de PZT sur des structures à puits quantiques InGaAs/GaAs via des couches tampons de SrTiO3 (STO). Nous avons étudié et développé la croissance par épitaxie par jets moléculaires (MBE) des templates de STO sur GaAs. La forte hétérogénéité entre ces deux types de matériaux nécessite d'avoir recours à des stratégies d'ingénierie d'interface spécifiques et à un excellent contrôle des paramètres de croissance. Nous avons mis en évidence les effets bénéfiques sur la qualité structurale du STO d'une préparation de la surface de GaAs au Ti. Pour ces études, nous avons utilisé la spectroscopie de photoélectrons (XPS, in-situ ou en collaboration avec la ligne TEMPO du synchrotron SOLEIL) et microscopie électronique en transmission (TEM, en collaboration avec le LPN). Ces expériences nous ont permis de sonder structure et chimie de l'interface semi-conducteur/oxyde. Nous avons également étudié les mécanismes de croissance et de cristallisation du STO sur GaAs, en mettant notamment en œuvre des expériences d'XPS in-situ au synchrotron SOLEIL. La compréhension de ces mécanismes spécifiques nous a permis d'adapter les conditions de croissance du STO et d'obtenir des couches tampons d'excellente qualité. Nous avons étudié la croissance de couches minces de PZT sur des structures à puits quantique d'In- GaAs/GaAs via des templates de STO. Nous avons tout d'abord montré que les procédés standards de croissance de PZT (sol-gel ou ablation laser (collaboration avec l'IEF)) conduisaient à de fortes dégradations des puits quantiques du fait des réactions chimiques entre l'oxyde et le matériau III-V. Nous avons étudié les mécanismes de ces dégradations et mis en évidence une forte affinité chimique entre l'As, le Pb et le Sr. Pour pallier cette difficulté, nous avons modifié le procédé de croissance du PZT ainsi que l'hétérostructure III-V (enfouissement du puits, ajout d'AlAs ...). Ces actions combinées nous ont permis de réaliser des couches minces de PZT ferroélectriques sur des structures à puits quantiques d'InGaAs/GaAs. Nous avons ensuite défini un design d'émetteur accordable basé sur une hétérostructure PZT/GaAs/InGaAs. De tels émetteurs ont été réalisés en collaboration avec l'IEF) et mesurés leurs propriétés mécaniques et optiques en effectuant des expériences sous champ. Enfin, nous avons effectué un certain nombre d'études préliminaires visant à démontrer la possibilité d'intégrer des hétérostructures à base de GaAs sur des substrats de Si recouverts de couches tampons de STO. Nous avons pour cela envisagé et étudié la possibilité d'utiliser des composés Zintl-Klemm d'interface susceptibles de minimiser l'énergie d'interface entre le GaAs et le STO.
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DEVELOPPEMENT D'UNE METHODE ORIGINALE DE CROISSANCE. L'UTILISATION DE DEUX CELLULES DE IN PERMET LA CROISSANCE SUPERPOSEE DE AL::(0,48)IN::(0,52)AS ET DE GA::(0,47)IN::(0,53)AS. L'AJUSTEMENT DE LA VITESSE DE CROISSANCE RESPECTIVE DES DEUX TERNAIRES PERMET D'OBTENIR (AL::(0,48)IN::(0,52)AS)::(Z) (GA::(0,47)IN::(0,53)AS)::(1-Z) POUR TOUTES LES COMPOSITIONS DESIREES (0
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L'EPITAXIE PAR JETS MOLECULAIRES EST UNE TECHNIQUE DE CROISSANCE REALISEE DANS DES CONDITIONS D'ULTRAVIDE, QUI S'AVERE LA MIEUX ADAPTEE A L'EPITAXIE DE COUCHES TRES MINCES. EN PARTICULIER, ELLE EST EMPLOYEE POUR LA CROISSANCE DES SUPER-STRUCTURES (MULTI-PUITS QUANTIQUES ET SUPER-RESEAUX) A BASE D'ARSENIURE DE GALLIUM (GAAS) ET D'ARSENIURE DE GALLIUM ALUMINIUM (GA::(1-X) AL::(X)AS). CES STRUCTURES CONSISTENT EN L'EMPILEMENT SUCCESSIF DE COUCHES DE GA::(1-X)AL::(X)AS ET DE GAAS DONT LES EPAISSEURS PEUVENT ETRE AUSSI FAIBLES QUE LA MONOCOUCHE. APRES DES RAPPELS BIBLIOGRAPHIQUES SUR LA TECHNIQUE D'EPITAXIE ET LES PROPRIETES DES SUPER-STRUCTURES, LES TECHNIQUES D'ANALYSES ET LE BATI D'EPITAXIE SONT DECRITS. NOUS AVONS OPTIMISE LES CONDITIONS DE CROISSANCE DU GAAS, DU GA::(1-X) AL::(X)AS ET DES SUPER-STRUCTURES. LES PROBLEMES QUE PEUVENT PRESENTER LA CROISSANCE DE CES MATERIAUX SONT DISCUTES. CETTE ETUDE A PERMIS LA REALISATION DE SUPER-STRUCTURES DONT LA TRES GRANDE QUALITE A ETE EVALUEE A PARTIR DES MESURES DE DIFFRACTION DE RAYONS X, DE PHOTOLUMINESCENCE ET D'EXCITATION DE LA PHOTOLUMINESCENCE. CES DEUX DERNIERES TECHNIQUES NOUS ONT PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE DES FLUCTUATIONS D'UNE MONOCOUCHE AUX INTERFACES GAAS - GA::(1-X)AL::(X)AS , AINSI QUE, POUR LA PREMIERE FOIS, UN TRANSPORT VERTICAL SUIVANT L'AXE DE CROISSANCE D'UNE STRUCTURE SUPER-RESEAU
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CE MEMOIRE PRESENTE UNE ETUDE DE LA CROISSANCE PAR EPITAXIE PAR JETS MOLECULAIRES ET DES PROPRIETES DES HETEROSTRUCTURES GAINAS/GAAS/GAALAS EPITAXIEES SUR DES SUBSTRATS DE GAAS D'AXE POLAIRE . NOUS AVONS DETERMINE PAR RHEED LES DIAGRAMMES DE RECONSTRUCTIONS DE SURFACE EN COURS DE CROISSANCE ET STATIQUES, PUIS NOUS LES AVONS UTILISE POUR LOCALISER LES CONDITIONS DE CROISSANCE OPTIMALES POUR LES HETEROSTRUCTURES EPITAXIEES SUR DES SUBSTRATS GAAS (). LA COMPARAISON ENTRE LES MORPHOLOGIES DE SURFACE DES FILMS DE GAAS (MICROSCOPIE A FORCE ATOMIQUE) EPITAXIES SUR DES SUBSTRATS GAAS () VICINAUX DESORIENTES VERS DES DIRECTIONS DIFFERENTES MONTRE QUE LES MARCHES LES PLUS STABLES SONT LES MARCHES DESCENDANT VERS LES DIRECTIONS EQUIVALENTES 2, 2 ET 2. UNE EXPLICATION EST DONNEE POUR TOUTES LES MORPHOLOGIES DE SURFACE OBSERVEES SUR DES COUCHES TAMPON DE GAAS (MICROSCOPIE OPTIQUE NOMARSKI), LAQUELLE EST BASEE SUR LA LONGUEUR DE DIFFUSION DU GALLIUM ET SUR L'EQUILIBRE LOCAL DES MARCHES. EN RESUME, AFIN D'OBTENIR DES SURFACES D'ASPECT MIROIR, UN MODE DE CROISSANCE PAR AVANCEE DE MARCHES EST NECESSAIRE POUR LES SUBSTRATS DESORIENTES VERS 2, ALORS QU'UN MODE DE CROISSANCE PAR NUCLEATION D'ILOTS EST NECESSAIRE POUR LES SUBSTRATS DESORIENTES DANS LA DIRECTION OPPOSEE 11. NOUS AVONS EFFECTUE UNE ETUDE SYSTEMATIQUE DE L'INFLUENCE DE LA TEMPERATURE DE CROISSANCE SUR LA LARGEUR DES PICS DE PHOTOLUMINESCENCE DE PUITS QUANTIQUES GAINAS/GAAS. LES MEILLEURS RESULTATS (E2MEV) ONT ETE OBTENUS SUR DES SUBSTRATS DESORIENTES DE 2 VERS 2 AVEC UNE SURFACE STATIQUE SITUEE DANS LA ZONE DE TRANSITION ENTRE LES RECONSTRUCTIONS DE SURFACE (2X2) ET (19X19)R23.4. LA REEVAPORATION DE L'INDIUM EN FONCTION DE LA TEMPERATURE A ETE DETERMINEE QUANTITATIVEMENT A PARTIR DE LA POSITION DES PICS PL. NOUS TROUVONS QU'ELLE EST COMPARABLE AVEC CELLE OBTENUE SUR DES PUITS QUANTIQUES EPITAXIES SIMULTANEMENT SUR DES SUBSTRATS (100). LE PROFIL GRADUEL DE COMPOSITION EN INDIUM DANS LES PUITS QUANTIQUES GAINAS/GAAS(), INDUIT PAR LA SEGREGATION DE L'IN DURANT LA CROISSANCE, EST DECRIT QUANTITATIVEMENT A PARTIR D'UN MODELE PHENOMENOLOGIQUE SIMPLE ASSOCIE A DES MESURES IN SITU DE SPECTROSCOPIE DE PHOTOEMISSION X. L'ETAT DE DEFORMATION DES PUITS QUANTIQUES ET DES SUPERRESEAUX GAINAS/GAAS() EST ETUDIE AU MOUYEN DE LA PHOTOLUMINESCENCE ET DE LA DOUBLE DIFFRACTION DE RAYONS X. NOUS MONTRONS QU'IL EST POSSIBLE D'INCORPORER PLUS D'INDIUM DANS UN PUITS GAINAS () QUE DANS UN PUITS (100) AVANT QU'UNE DEGRADATION DES INTERFACES APPARAISSE. LE CHAMP PIEZO-ELECTRIQUE DANS LES PUITS CONTRAINTS GA#0#.#8IN AS/GAAS(111) EST DETERMINE A PARTIR DE MESURES DE PHOTOREFLECTANCE ET LES VALEURS EXPERIMENTALES SE SITUENT ENTRE 110 ET 150 KV/CM. ENFIN, NOUS AVONS FABRIQUE AVEC SUCCES UN LASER A PUITS QUANTIQUE GAINAS CONTRAINT ET A GRADIENT D'INDICES AVEC UN RENDEMENT QUANTIQUE INTERNE ATTEIGNANT 95%
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Cette thèse porte sur l’étude de la croissance hétérogène de couches de GaP sur substrat Si et de nanostructures (Boite quantiques, puits quantiques) sur GaP. Les croissances sont réalisées en épitaxie par jets moléculaires. Le but ultime concerne la réalisation de sources optiques sur substrat silicium pour les interconnexions optiques à très haut débit intra et inter-puces pour le développement de circuits OEIC (optical-electronic integrated circuit). Dans un premier temps cette étude porte sur l’amélioration de la croissance de 20nm de GaP sur silicium. L’influence de la préparation de surface du silicium et des paramètres de croissance est étudiée (température, rapport des flux V/III...). Une amélioration de la qualité cristalline et de la rugosité est obtenue avec une technique de croissance alternée (MEE) à basse température. Une méthode originale basée sur la diffraction des Rayons X (DRX), permet ensuite une analyse approfondie de la qualité cristalline des couches de GaP. La cohérence des couches de GaP sur substrat désorienté de silicium est vérifiée par cartographie RX de l’espace réciproque. L’analyse comparée des contributions à l’largissement des raies faibles de diffraction (002) et (006) et de la raie forte (004) permet d’identifier la présence de domaines d’antiphase (APD) et d’estimer leur dimension latérale. Un recuit à 600°C après la croissance MEE conduit à une dégradation de la qualité cristalline probablement liée à une augmentation de la proportion d’atomes en antiphase. Pour expliquer ce phénomène, un modèle basé sur la redistribution des atomes autour des parois d’antiphase pendant le recuit est proposé. Dans une troisième partie, la croissance et les propriétés optiques de nanostructures émettrices sur substrat GaP sont présentées. Cette étude comprend la croissance de puits quantiques (PQs) GaAs(P)(N) /GaP et de boites quantiques (BQs) InAs, InP et GaAs sur GaP. Après optimisation de la croissance, l’absence de photoluminescence (PL) des BQs InAs est expliquée par la relaxation plastique. Les BQs InP donnent une émission de PL uniquement jusqu’à 180K. Les BQs GaAs et les PQs GaAsP/GaP présentent une émission de PL à température ambiante à 1,8eV. Une faible incorporation d’azote dans PQ GaAsP(N)/GaPN entraîne l’émission de PL à température ambiante et le décalage vers les grandes longueurs d’onde. L’intégration de PQ GaAsPN/GaPN sur substrat Si donne l’émission PL jusqu’à 200K, démontrant leur intérêt pour la réalisation des sources optiques sur silicium.
Author: JEAN-MICHEL.. GERARD
Author: JEAN-MICHEL.. GERARD
Author: FRANCOIS.. LELARGE
Author: Laurent Ulmer
Author: Claire Bodin-Deshayes
Author: LALLA FATIHA.. ALOUI
Author: Benjamin Meunier
Author: Jean-Pierre Praseuth
Author: JEAN-YVES.. EMERY
Author: XAVIER.. MARCADET
Author: Weiming Guo