Eets de la composition du super-réseau

L'apparition de défauts dus à la relaxation entraine des limitations au niveau de l'épaisseur et de la composition globale en Al du super-réseau (<10 nm pour une composition globale de 85% par exemple). Il est donc nécessaire d'évaluer la vitesse de sous-gravure en fonction de ces paramètres an de déterminer un point de fonctionnement idéal. Ces diérentes études sont présentées dans cette section ainsi que l'inuence du dopage (type p uniquement).

3.4.4.1 Concentration en Al

Plusieurs structures ont été réalisées en conservant une épaisseur de 5 nm de couche sacricielle mais en faisant varier la concentration moyenne en aluminium en modiant le rapport des épaisseurs des couches d'AlAs et d'InAlAs et/ou le nombre de périodes du super-réseau. Les vitesses de sous-gravure dans une solution HF 40% vol. à 21 ◦_{C, obtenues sur ces structures en fonction de la concentration en Al du}

super-réseau sont présentées sur la Figure 3.4.

Figure 3.4  Vitesse de sous-gravure en fonction de la composition moyenne en Al dans la ScL (épaisseur égale à 5 nm) dans une solution HF 40% vol. à 21◦_{C. La ligne}

en pointillé est un guide pour l'÷il.

L'augmentation de la vitesse de sous-gravure avec la composition moyenne en aluminium est très nette et semble être linéaire. Kumar et al. [Kumar 2007] ont obtenu le même type d'évolution avec la sous-gravure de couches d'AlGaAs (d'une épaisseur de 2 µm) ayant une composition moyenne en Al supérieure à 50%. Dans notre cas, la vitesse la plus élevée, de 4,9 mm/h, a été obtenue avec une couche d'AlAs simple. Cependant, cette couche est très défectueuse et ne pourrait pas être utilisée en tant que couche sacricielle. Pour une couche peu défectueuse, la vitesse maximale, de 1,9 mm/h, a été obtenue avec un super réseau AlAs/InAlAs LM 2x2 nm/1 nm (hc(SL)=5 nm, [Al]=89,7%).

Comme pour l'évolution linéaire de la sous-gravure en fonction de la concen- tration en HF, le super-réseau AlAs/InAlAs LM semble se comporter de la même façon qu'une couche d'AlGaAs. On pourrait donc assimiler ce super-réseau, durant la sous-gravure, à une couche d'InAlAs simple avec une forte concentration en Al.

3.4.4.2 Épaisseur totale

Pour évaluer l'impact de l'épaisseur totale du super-réseau hc(ScL), la concen-

tration en Al a été xée à 85% et son épaisseur totale a été modiée de la même façon que pour l'étude en fonction de la concentration. Les vitesses de sous-gravure obtenues sur ces structures en fonction de l'épaisseur totale du super-réseau dans une solution HF 40% vol. à 21 ◦_{C sont présentées sur la Figure 3.5.}

Figure 3.5  Vitesse de sous-gravure du super-réseau dans une solution HF 40% vol. à 21◦_{C en fonction de son épaisseur totale (pour une composition moyenne en Al}

constante de 85%).

Pour pouvoir conserver des couches présentant de faibles densités de défauts, il est nécessaire de rester dans une gamme d'épaisseurs inférieures à 10 nm pour une composition moyenne en aluminium de 85%. Dans cette gamme d'épaisseurs, la vitesse de sous-gravure augmente de façon signicative lorsque l'on augmente l'épais- seur totale du super-réseau. Ce type de comportement a déjà été observé plusieurs fois lors du soulèvement de couches minces via le procédé ELO [Koteswara Rao 2000, Schermer 2000, van Niftrik 2007]. Cependant, dans ces études une force extérieure était appliquée an de courber les couches soulevées lors de la sous-gravure. Si on se réfère aux travaux de Yablonovitch et al. [Yablonovitch 1987], en absence de cour- bure et dans le cadre d'un mécanisme de gravure contrôlé par la diusion, nous ne devrions pas avoir d'inuence de l'épaisseur du canal. Au contraire, an de faciliter l'évacuation des produits de la réaction du front de gravure, ils préconisent même l'emploi de très nes couches sacricielles (de l'ordre de 2 nm). Ce modèle a été com- plété par les travaux de van Niftrik et al. [van Niftrik 2007] qui mettent en avant un double mécanisme diusionnel et réactionnel, avec la formation de produits de

réaction non volatils sur les parois du canal de sous-gravure (AlF3 ou arsenic notam-

ment) pouvant limiter les cinétiques de sous-gravure. De plus, ils ont aussi démontré l'inuence de la contrainte dans la couche sacricielle sur le mécanisme réactionnel de sous-gravure. Ces mêmes phénomènes pourraient avoir lieu dans notre cas avec, en plus, la possible présence de particules d'InAs ou d'indium.

L'étude de Koteswara Rao et al. [Koteswara Rao 2000] démontre, quant à elle, l'existence d'une épaisseur minimale de canal, autour de 10 nm pour la gravure de AlAs vs. GaAs, qui délimite la  frontière à partir de laquelle ces eets réaction- nels deviennent prépondérants. En deçà, le modèle diusionnel prévaut. Au vu des épaisseurs utilisées pour les super-réseaux dans notre étude, nous pouvons envisager qu'une fois encore le comportement d'un super-réseau AlAs/InAlAs LM lors de la sous-gravure est assez similaire à celui des couches d'Al(Ga)As sur GaAs. Nous pou- vons donc considérer un mécanisme diusionnel comme étant le mécanisme limitant de la sous-gravure de nos super-réseaux.

3.4.4.3 Dopage de type p

Plusieurs matériaux III-V sont gravés selon une réaction d'oxydo-réduction [Not- ten 1991]. De plus, l'AlAs s'oxydant facilement dans l'eau et l'air [Dallesasse 1990], il est fort probable qu'une telle réaction ait lieu à l'interface. Cette réaction nécessite l'apport de trous qui peut être réalisé par un dopage de type p.

Pour évaluer ce paramètre, 3 super-réseaux de même composition ([Al]=80,8% et hc(SL)=5,6 nm) ont été dopés à diérents niveaux. Le premier n'a pas subi de

dopage intentionnel, le dopage non intentionnel des couches InAlAs épitaxiées dans le réacteur MBE utilisé étant de type n et situé dans la gamme 5.1015_-1.1016 _cm−3_.

Les deux autres ont été intentionnellement dopés de type p (Béryllium) à 1.1018 _et

5.1018 _cm−3_{. Les vitesses de sous-gravure de ces échantillons sont présentées sur la}

Figure 3.6.

On remarque que le dopage de type p augmente par un facteur 2 la vitesse de sous-gravure du super-réseau par la solution HF. C'est un paramètre à retenir pour ajuster le cas échéant le procédé ELO pleine plaque. Il est important de noter qu'aucune augmentation de la densité de défauts n'a été mesurée par cartographie de PL lorsque les dopants de type p ont été introduits dans les super-réseaux.

Figure 3.6  Vitesse de sous-gravure dans une solution HF 40% vol. à 21 ◦_{C en}

fonction du niveau de dopage de type p d'un super réseau AlAs/InAlAs LM 3x1,2 nm/2x1 nm ([Al]=80,8% et hc(SL)=5,6nm).