Academic literature on the topic 'Épitaxie par organométalliques'

L'objectif de ce mémoire est le développement d'une technique d'analyse in situ de la dynamique de croissance basée sur les variations du signal de photoémission au voisinage du seuil. Une croissance bidimensionnelle d'un semi-conducteur III-V conduit en effet à des oscillations du courant de photoémission au début de la croissance, dont la période correspond à la formation d'une monocouche du simiconducteur. Ces oscillations sont liées au changement des propriétés électriques de la surface du coposé qui est, dans le cas d'une croissance couche par couche, alternativement en élément III et V. Nous avons appliqué cette technique à l'homoépitaxie de GaAs (100) en utilisant le procédé de dépôt par jets moléculaires d'organométalliques (CBE) avec comme sources d'éléments Ga et As, le triéthylgallium et la diéthylarsine. Après une optimisation du système de détection en fonction des principaux parmètres expérimentaux (T, P), nous nous sommes intéressés aux interactions induites par l'adsorption des précurseurs GaEt3 et AsEt2H sur la surface d'un substrat GaAs (100), en étudiant le comportement du signal de photoémission en fonction du flux des précurseurs, et cela à des températures inférieures puis supérieures à celle de leur décomposition thermique. Dans la dernière partie nous avons appliqué cette technique de photoémission pour suivre la dynamique de croissance de GaAs. Cette étude a confirmé pour la première fois qu'il était possible d'obtenir des informations sur la qualité de l'épitaxie et sur la cinétique de croissance des films même en utilisant des précurseurs orgnaométalliques.

La croissance et la maîtrise des systèmes de matériaux désaccordés représentent une perspective très prometteuse dans le domaine des matériaux semi-conducteurs et leur technologie. Nous étudierons la croissance du Gaas sur substrats SI(100) et INP(100) par la technique de l'épitaxie en phase vapeur a pression atmosphérique à partir d'organométalliques. Après un rappel des principaux avantages que procurent de tels systèmes de matériaux, ainsi que les problèmes inhérents à leur élaboration nous étudierons par diverses techniques: ddx, met et Pl, l'évolution des défauts structuraux dans les hétérostructures et les contraintes résiduelles dans ces couches. Les propriétés électriques et le phénomène de diffusion et de contamination par des impuretés résiduelles sont étudiées par des techniques d'analyse de sims et de c-v. Les propriétés de porteurs minoritaires dans les doubles hétérostructures gaalas/gaas/si non dopées seront étudiées par différentes techniques notamment optiques. Les améliorations enregistrées par l'introduction de super réseaux gaas/alas et la mise a profil de recuit post-croissance seront présentées et utilisées pour l'élaboration de diodes électroluminescentes. Pour le système gaas/inp, après la définition et l'optimisation des conditions de croissance en vue de l'obtention d'un matériau de bonne qualité cristalline et électrique nous présenterons les résultats obtenus sur des FET et DMT.

Jusqu'à présent, les dispositifs optoélectroniques commerciaux sont épitaxiés selon la direction c, qui souffre de deux limitations intrinsèques. D'une part, les fortes discontinuités de polarisation le long de l'hétéro-interfaces des nitrures qui sont responsables de l'effet Stark de confinement quantique. Ceci mène dans le cas des dispositifs optiques GaN à une séparation de la fonction d'onde électron-trou dans les puits quantiques. D'une autre part, l'incorporation d'indium sur les plans polaires (0001) se trouve être relativement limité par comparaison avec les autres orientations cristallographiques. Ces effets néfastes peuvent être partiellement dépasser en performant la croissance du GaN sur des plans cristallographiques autre que le plan (0001). Ces plans semi polaires conduit éventuellement à l'amélioration des performances du dispositif. En fait, comme la seule solution disponible pour l'instant pour la croissance du GaN semipolaire est l'homoépitaxie, les dispositifs à base de GaN semipolaire de haute qualité a ses inconvénients qui est la petite taille et le prix élevé des substrats. Cela justifie la croissance du GaN semi-polaire sur d'autre type de substrats spécialement le silicium. Dans cette étude, la croissance de couches de GaN semi-polaire (10-11) et (20-21) par MOVPE sur des substrats de silicium structurés sera évaluée. La stratégie générale de fabrication consiste a structuré l'orientation adaptée du substrat silicium de façon à révéler les facettes Si(111)
To-date, commercial III-nitride optoelectronic devices are grown along the c-direction, which suffers two intrinsic limitations. The first is the strong polarization discontinuities across nitride hetero-interfaces that are responsible for the quantum confined Stark effect, leading in the case of GaN-based optical devices to electron-hole wave function separation within the quantum wells, and thus, a decrease in the oscillator strength. The associated longer exciton lifetime together with the occurrence of non-radiative defects, result in reducing the device's efficiency. The second is the indium incorporation on the polar plane, which is relatively limited when compared with its incorporation on other crystallographic orientations. These deleterious effects can be partially overcome by performing the growth of GaN on planes other than (0001), such as semipolar ones leading to the eventual improvement of devices' performances. Growth of device-quality semipolar GaN, however, comes at a price, and the only currently available option is homoepitaxy, which is limited in size and is highly priced. At this point, the growth on foreign substrates becomes appealing, especially on silicon. In this thesis, the MOVPE growth of (10-11) and (20-21) semipolar GaN on patterned silicon substrates has been performed. The general fabrication strategy, which consists of patterning the appropriate silicon wafer orientation in order to reveal the Si (111) facets, will be first described. Subsequently, the selective growth of GaN along the c-direction will be carried out, where the c-oriented crystals will be brought to coalescence until a semipolar layer is achieved

La croissance par epitaxie en phase vapeur a partir de la decomposition d'organometalliques (movpe) est appliquee au cas du seleniure de zinc (2. 67 ev a 300 k). L'influence des parametres de croissance est etudiee et un optimum est propose. Pour preciser les proprietes de transport du materiau et pour avoir interpreter correctement les resultats electriques, l'equation de boltzmann est resolue en y incluant tous les mecanismes plausibles de diffusion. La faisabilite de la realisation par movpe de doubles heterostructures gaas:znse/gaas est demontree

Ce travail presente une etude des materiaux de la famille AlGaInAs crus par epitaxie en phase vapeur aux organometalliques. Une optimisation du dispositif experimental s'est averee necessaire pour remplir le difficile cahier des charges lie a la realisation des composants opto et micro-electroniques a base de ces alliages. L'introduction de l'element aluminium et la mise en uvre d'une chambre de croissance volumineuse sont a l'origine des difficultes majeures rencontrees. Differentes heterostructures a base de composes binaires, ternaires et quaternaires ont ete epitaxiees dans ce reacteur vertical sur simultanement trois substrats de deux pouces de diametre. Les uniformites en epaisseur et en composition, ainsi que les qualites cristallines, electriques et optiques de ces alliages sont du niveau requis pour la fabrication des dispositifs. Une etude des dopages fer et silicium a partir de precurseurs organometalliques nous a permis de maitriser les conditions d'obtention de materiaux respectivement semi-isolants et de type n. Les structures hfet epitaxiees possedent des transconductances voisines de 200 ms/mm.

L'enjeu de cette étude est de concevoir des rubans supraconducteurs à faible coûts de production, destinés au transport de courant et la limitation de courant. Nous avons utilisé des méthodes originales et peu onéreuses comme le laminage pour l'élaboration du substrat et les méthodes de dépôt chimique « metal organic decomposition » (MOD) et « metal organic chemical vapor deposition » (MOCVD) pour la réalisation des différentes couches. La technique MOCVD à injection s'avère particulièrement bien adaptée à la fabrication de rubans supraconducteurs car elle permet d'obtenir des couches épitaxiées d'YBCO de façon reproductible et sur de grandes longueurs. Cependant, le dépôt de couches tampon par MOCVD sur des substrats métalliques souples provoque leur oxydation et dégrade leur structure cristalline. L'utilisation combinée des techniques de dépôt MOD et MOCVD a permis de solutionner ce problème : le dépôt d'une première couche tampon de La2Zr2O7 (LZO) par MOD dans une atmosphère réductrice d'Ar + 5%H2 permet d'éviter l'oxydation du substrat et de limiter la diffusion d'O2 lors des dépôts suivants par MOCVD. Deux architectures ont été développées et caractérisées : NiWRABiTS/LZOMOD/YBCOMOCVD et NiWRABiTS/LZOMOD/CeO2MOCVD/YBCOMOCVD. L'étude de ces conducteurs a prouvé que de telles architectures permettent d'atteindre de forts courants critiques : respectivement JcLZO/LZO/YBCO = 0. 8 MA/cm2 avec Ic/cm = 34 A/cm, et JcNW/LZO/CeO2/YBCO = 1. 2 MA/cm2 avec Ic/cm = 54 A/cm, sur des rubans de plusieurs centimètres de long recouverts d'une couche de 800 nm d'YBCO. Une étude TEM a permis de comprendre la croissance des couches de LZO par MOD et d'observer la formation de porosités pendant la pyrolyse des précurseurs. L'étude combinée EBSD/MO a démontré que la microstructure des substrats est transférée à la couche supraconductrice et a une influence néfaste sur la qualité du film d'YBCO. L'utilisation de couches tampons épaisses (e > 150 nm) permet d'estomper ces défauts et d'améliorer les propriétés supraconductrices des rubans. Finalement, des essais fructueux en limitation de courant, et en transport de courant sous contrainte mécanique, ont permis de valider le procédé de fabrication des rubans pour cette application spécifique
The stake of this study was to realize low cost superconducting wires for current transport and current limitation, using original and inexpensive processes like rolling for the elaboration of the substrate, and chemical deposition methods MOD (metal organic decomposition) and MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) for the different layers (buffer layers and superconducting film). Pulsed injection MOCVD technique is well adapted for coated conductor processing: it allows obtaining reproducible epitaxial YBCO films and can be extrapolated for long length conductors. However the deposition of buffer layers by MOCVD on flexible metallic substrates causes its oxidation and destroys its crystalline structure. The combination of both MOD and MOCVD solves this issue: the deposition of a first La2Zr2O7 (LZO) buffer layer by MOD under reducing atmosphere (Ar + 5%H2) avoid the oxidation of the substrate during the following depositions by MOCVD. Two architectures have been developed and characterized: NiWRABiTS/LZOMOD/YBCOMOCVD and NiWRABiTS/LZOMOD/CeO2MOCVD/YBCOMOCVD. The study of these conductors proved such architectures can reach high critical current densities: JcLZO/LZO/YBCO = 0. 8 MA/cm2 with Ic/cm = 34 A/cm, and JcNW/LZO/CeO2/YBCO = 1. 2 MA/cm2 with Ic/cm = 54 A/cm, on 800 nm thick YBCO conductors. A TEM study allowed us to understand the growth of the LZO film and to observe the formation of pores during the pyrolysis of the precursors. Combined EBSD and MO studies demonstrated that the microstructure of the substrate (grain boundaries, scratches. . . ) is transferred to the superconducting film, what has a negative influence YBCO inter-grain connectivity and thus on YBCO film quality. The deposition of thick buffers layers (> 150 nm) smoothes these defects and improves superconducting properties of the conductors. Finally, successful tests in current limitation and in current transport under strain validated the fabrication process for such specific application

Dans ce travail, il a été question de réaliser par épitaxie par phase vapeur à partir d’organo-métalliques de couches tampons de GaN peu disloquées et semi-isolantes sur substrat de saphir pour applications de transistors AlxGa1-xN/GaN (HEMTs). Les techniques de croissance latérale («traitement Si/N» du saphir ou masque SixNy sur GaN) sont alors utilisées pour la réduction de la densité de dislocations. Dans ce type de procédé de croissance, l’épitaxie de GaN à haute température débute en mode 3D et l’aplanissement de la couche se fait en mode 2D. Ces techniques permettent d’atteindre, pour les films de GaN non intentionnellement dopé (nid) de nature conducteurs (de type n), des densités de dislocations (Ndislo) dans la gamme de 5x106 cm-2 à 5x108 cm-2. La compensation électrique de ces couches de GaN peu disloquées est assurée par le dopage au Fer (ferrocène). Les couches tampons de GaN:Fe de nature semi-isolante avec une faible densité de dislocations (108 cm-2
In this work, we have realized by metal organic vapor phase epitaxy semi-insulating GaN templates with low dislocations densities grown on sapphire for AlxGa1-xN/GaN HEMTs applications. Lateral growth techniques are used in order to reduce density dislocation. In this type of growth, the first stage of epitaxy at high temperature begins in 3D growth mode just before to end up with 2D growth mode. This growth process permits to lead low dislocations densities in the range of 5x106 cm-2 to 5x108 cm-2 and that non intentionally doped GaN layers are conductive (n type). The electrical compensation of this kind of layers is possible due to the iron doping (using ferrocene). The semi-insulating behaviour and low dislocated (108 cm-2

Un probleme majeur de l'epvom reside dans l'utilisation, comme sources d'elements v, de grandes quantites d'hydrures excessivement toxiques stockes sous haute pression. Le trimethylarsenic (tmas) est quant a lui un compose organometallique peu toxique et liquide a temperature ambiante. Apres une revue des utilisations anterieures du tmas pour l'epitaxie de gaas, al#xga#l#-#xas, in#xal#l#-#xas et in#xga#l#-#xas et de l'incorporation du carbone dans ces systemes, ce memoire presente une etude comparative entre le tmas et l'arsine pour la croissance de in#0#,#5#3ga#0#,#4#7as et inas#xp#l#-#x de qualite composants sur substrats inp. Contrairement aux utilisations anterieures du tmas pour l'epitaxie de in#xga#l#-#xas, le triethylgallium a ete choisi comme precurseur du gallium afin de limiter au maximum l'incorporation du carbone. Pour in#0#,#5#3ga#0#,#4#7as, une large gamme de conditions de croissance (pression et temperature de croissance et rapport v/iii) a ete etudiee pour chaque precurseur de l'arsenic. La plus forte stabilite thermique du tmas impose une pression et une temperature de croissance superieures ou egales a 250 mbar et 550c afin d'assurer une morphologie de surface et une qualite cristalline identiques a celles obtenues avec l'arsine. Dans la gamme de temperature de croissance 600-650c, les proprietes electriques (effet hall a 300 et 77 k) et optiques (photoluminescence a 10 k) obtenues avec le tmas sont comparables a celles obtenues avec l'arsine. A plus basse temperature de croissance, une forte degradation des proprietes electriques des couches epitaxiees avec le tmas, probablement due a l'incorporation de carbone, est observee. Dans les meilleures conditions de croissance pour le tmas, la mobilite electronique a 77 k est de 56200 cm#2/vs pour un dopage residuel de 9 10#1#5 cm#-#3 et la largeur a mi-hauteur du pic excitonique est de 3,68 mev. L'effet d'interruptions de croissance sous tmas seul et tmas + purge hydrogene sur la morphologie de surface a egalement ete etudie. La realisation de puits quantiques d'inas#xp#1#-#x dans inp a montre un rapport d'incorporation as/p proche de l'unite pour le systeme tmas/ph#3