Croissance du GaAsSb épitaxié à basse température

Plusieurs couches avec des températures de croissance différentes ont été réalisées. Une première série de couches a été épitaxiée sur le bâti à sources solides (tableau 2.1) puis une deuxième série sur le bâti à sources gazeuses (tableau 2.2). Pour désigner les couches nous utiliserons la numérotation suivante : la première lettre S ou G désigne le type de sources qui a réalisé la couche (solides ou gazeuses) suivi de six numéros. Ils désignent l’année de

l’épitaxie, le mois et le numéro de la couche dans le mois. Par exemple la couche S070309 est la neuvième couche du mois de mars pour l’année 2007, épitaxiée sur le bâti à sources solides.

La croissance de GaAsSb-BT se fait directement sur un substrat de 2 pouces de GaAs semi-isolant d’orientation 001 après croissance d’une couche tampon (buffer en anglais) de GaAs pour les bâtis à sources solides et gazeuses. Sur le bâti à sources gazeuses, le flux d’arsenic est obtenu à partir de l’arsine (ASH3). Pour la croissance c’est principalement la molécule d’AS2 et de SB2 que nous utilisons. Plus de détails sur les conditions de croissance sont disponibles dans l’article de Wallart et al [18].

Lors de la croissance, la température du substrat augmente en début de croissance suite à l’ouverture des cellules. Les cellules sont à une température bien plus élevée que la tempéra-ture du substrat. Une fois les caches enlevés, la chaleur émise par les cellules chauffe le substrat en plus du chauffage. Il est donc nécessaire de diminuer la température du chauffage pour maintenir la température du substrat constante pendant la croissance et éviter les dérives. Les échantillons dont la température de consigne du chauffage a été ajustée pour compenser la chaleur émise par les cellules sont identifiés par l’adjectif compensée dans la colonne de température de croissance (tableau 2.2). En pratique, la compensation se fait en corrigeant

Numéro de la couche Température de croissance (℃) Pourcentage d’antimoine Bande interdite (µm/eV) S070309 215℃ BandiT 23 1,27µm/0,98eV S071201 215℃ BandiT 17 1,16µm/1,07eV S080612 200℃ Thermocouple 18 1,19µm/1,04eV S080613 250℃ Thermocouple 16 1,12µm/1,11eV S080614 225℃ Thermocouple 20 1,23µm/1,01eV Tab. 2.1 – Paramètres des différentes couches épitaxiées sur le bâti solide Numéro de la couche Température de

croissance (℃) Pourcentage d’antimoine Bande interdite (µm/eV) G090414 280℃ BandiT 19 1,16µm/1,07eV

G090415 250℃ BandiT compensée 14 Non mesurable G090431 250℃ BandiT compensée 18 Non mesurable G090503 280℃ BandiT compensée 17 Non mesurable G090618 310℃ BandiT compensée 15 1,09µm/1,14eV G090702 330℃ BandiT compensée 15 1,09µm/1,14eV

Tab. 2.2 – Paramètres des différentes couches épitaxiées sur le bâti gaz

manuellement, en temps réel, l’évolution de la température mesurée au BandiT ou avec des rampes de température. L’inconvénient des rampes de température c’est qu’elles nécessitent

de réaliser une première couche test pour déterminer la dérive en température en fonction du temps. Sur la figure 2.22(a), nous avons tracé l’évolution de la température du substrat mesurée au BandiT en fonction du temps pour la couche G090414 (280℃ non-compensée) et G090503 (280℃ compensée). L’évolution de la température de la couche G090414 est repré-sentée en noir. Sur cette courbe, il apparaît clairement que l’ouverture des cellules augmente la température de la couche qui commence à 280℃ avant de se stabiliser à 320℃.

La mesure de la température servant à l’asservissement du chauffage se fait par un thermo-couple placé derrière l’échantillon. Malheureusement, la température mesurée par le ther-mocouple est écrantée par l’échantillon et est donc sous estimée. L’idéal serait de pouvoir utiliser la mesure du BandiT pour asservir la température du chauffage. En pratique, cela est difficilement réalisable puisqu’en cours de croissance la couche absorbe de plus en plus de signal (elle est plus épaisse). À partir d’une certaine épaisseur, le rapport signal sur bruit ne permet plus d’utiliser ce signal pour faire de l’asservissement.

La courbe de l’évolution de la température après compensation est représentée en rouge où l’effet de la compensation maintient la température à 280℃ pendant les 1000 premières secondes. Après, la température augmente d’une dizaine de degré avant de se stabiliser.

L’évolution de la température du substrat pour l’ensemble des couches compensées en température est présentée sur la figure 2.22(b). La variation de la température autour de la valeur souhaitée est de l’ordre de la dizaine de degrés ce qui est tout à fait acceptable par rapport à la quarantaine de degrés sans compensation.

Les pourcentages d’antimoine indiqués dans les tableaux 2.1 et 2.2 ont été mesurés par EDX pour les couches épitaxiées sur le bâti à sources solides et par TDX sur celles épitaxiées sur le bâti à sources gazeuses. Le passage de l’EDX vers la TDX pour la détermination de la composition de la couche se justifie pour plusieurs raisons. La première est d’ordre pratique, le bâti du MEB qui sert également à la mesure EDX est une ressource commune au laboratoire et elle est régulièrement utilisée pour de l’imagerie. L’appareil pour les mesures TDX est à usage restreint et les mesures TDX donnent en une seule mesure toutes les informations dont nous avons besoin. Lors du passage de l’EDX vers la TDX des mesures sur plusieurs échantillons ont retourné le même résultat en EDX et en TDX. Pour l’ensemble de ces mesures la précision est de l’ordre du pourcent bien que les résultats soient plus précis avec la TDX. La mesure de la bande interdite a été réalisée par des mesures en transmission optique. Les valeurs indiquées sont celles obtenues pour les couches non-recuites après croissance. Nous verrons dans le paragraphe 2.3.1 que pour les couches épitaxiées à trop basse température la présence d’une queue d’Urbach dans les mesures en transmission empêche de déterminer la bande interdite du matériau.

G090414 - 280°C non-compensée G090503 - 280°C compensée T e m p é ra tu re ( ° C ) 240 260 280 300 320 340 360 Temps (s) 0 500 1000 1500 2000 2500

(a) Évolution de la température de croissance avec et sans compensation.

G090702 - 330°C G090618 - 310°C G090503 - 280°C G090431 - 250°C G090415 - 250°C T e m p e ra tu re ( ° C ) 250 300 350 400 Temps (s) 0 500 1000 1500 2000 2500

(b) Évolution de la température de croissance sur les échantillons compensés en température.

Fig. 2.22 – Évolution de la température de croissance sur les couches épitaxiées à basse température.

Après croissance, les échantillons de GaAsSb-BT ont été recuit à différentes températures afin de pouvoir mener une étude sur l’évolution des propriétés du GaAsSb-BT en fonction de la température de recuit. Des recuits très courts, de l’ordre de la minute, ont été réalisés à des températures de 500℃, 540℃, 580℃ et 620℃ pour la majorité des échantillons.