Influence des paramètres de croissance

4.2.5.1 Influence de la température de croissance

La température de croissance influe sur la longueur de diffusion des adatomes. Les données de Hata et al [Hata 1990] pour les surfaces planes (001) indiquent que leur diminution dépend de la direction, et qu’elle est plus affirmée pour la direction [110] (environ d’un rapport de 4,5), que pour [-110] (environ d’un rapport de 1,8). La compétition entre les différents plans adjacents peut de plus compliquer l’interprétation des résultats. En effet, la balance entre les différents plans peut être modifiée par la température, dans la mesure où l’énergie de chaque surface peut dépendre de ce paramètre, si l’ordre atomique en surface est modifié par un changement de reconstruction. Toutefois, dans les conditions dans lesquelles nous travaillons (V/III=2), les surfaces (001) en croissance présentent la même reconstruction, de type (2x4). Il en est de même pour les surfaces (111)B qui sont pour ces rapports de flux reconstruites (√19x√19) [Woolf 1993]. Les reconstructions des surfaces {113}/{114} sont plus complexes et très sensibles à la température, mais nous devrions nous trouver dans une zone de reconstruction stable ((2x2) et (8x1) respectivement pour les surfaces {113}A et B). [Wang 2002] [Marquez 2008]

Nous avons comparé l’effet de la température, en gardant les autres paramètres inchangés : taille des motifs, épaisseur de matériau déposé et flux III et V (V/III= 2 et vd= 0,7µm/h). Nous avons mesuré une dépendance assez importante en température du développement des plans {113}A sur les flancs des motifs orientés [-110]. Ces plans {113}A s’étendent sur 2,1µm quand la croissance est réalisée à 590°C. Pour une température de croissance de 520°C, la longueur de ce plan est réduite à 1,3µm (Figure 77 a et b). En revanche, l’extension des plans {113}B pour les motifs orientés selon [110] n’est pas modifiée par la température appliquée lors de la reprise d’épitaxie : nous avons mesuré une longueur comparable, environ 500nm, pour les échantillons épitaxiés respectivement à 590°C et 520°C (Figure 77 c et d).

(a) _(b)

(d) _(c)

Figure 77 Images MEB en coupe transversales montrant l’influence de la température d'épitaxie sur l'évolution des motifs alignés selon [-110] à 590°C (a), et 520°C (b) et selon [110] à 590°C (c) et 520°C (d).

Cette comparaison nous montre donc que le développement des facettes pour les rubans alignés selon [-110] est affecté par la température, contrairement à la géométrie perpendiculaire. Ce résultat pourrait provenir d’une réduction importante de la longueur de diffusion des espèces adsorbées III sur les terrasses (001) et/ou d’une augmentation de leur longueur de diffusion sur les facettes {113}A, qui nécessiterait alors impérativement un changement de reconstruction. Toutefois, l’observation des images indique une autre interprétation liée à une transformation plus efficace du flanc intermédiaire courbe en plan {113}A à haute température.

4.2.5.2 Influence de la présence d’hydrogène

L’ajout d’Hydrogène lors de la croissance augmente la longueur de diffusion des adatomes sur la surface en épitaxie par jets moléculaires. [Morishita 1995] [Hata 1997] La présence de cet élément peut donc conduire à modifier le développement des différents plans sur les flancs des motifs en modifiant la balance entre les longueurs de diffusion des espèces adsorbées sur les différents plans en compétition. Dans la mesure où une pression résiduelle d’hydrogène est présente après nettoyage, nous avons vérifié si cet effet surfactant intervenait en réalisant des couches de GaAs dans les mêmes conditions expérimentales (T, V/III, Vd), sous flux (intentionnel) d’hydrogène et sans flux d’hydrogène (avec la pression résiduelle présente dans le bâti, après désoxydation) (Figure 10).

Nous mesurons une longueur du plan {113}A de 2,05µm à 590°C alors que précédemment nous avions mesuré une longueur de ce plan sans hydrogène lors de la croissance à 2,1µm. A basse température (520°C), nous mesurons une longueur de 1,37µm alors que nous avions mesuré une longueur de 1,3 µm. La présence d’Hydrogène lors de la croissance n’a donc pas d’influence notable sur le développement des plans {113}A dans nos conditions expérimentales. Le développement des plans {113}B avec ou sans surfactant lors de la croissance est également de même ordre.

(a) (b)

Figure 78 Influence de la présence d'Hydrogène lors de la croissance, à 590°C (a), et à 520°C (c), motifs orientés selon [-110].

La quantité d’hydrogène atomique à la surface du GaAs lors de la croissance, même quand la cellule plasma produit de l’hydrogène atomique pendant la croissance, n’est donc pas suffisante pour obtenir une croissance assistée d’un surfactant, telle que celle rapportée par les autres auteurs. Pour ce qui concerne notre étude, les tendances que nous observons après nettoyage par plasma hydrogène ne sont pas liées à la présence de cet élément.

Chapitre 4 : Epitaxie sur surface structurée

4.2.5.3 Influence de la présence d’un réseau d’AlAs

Les travaux de Williams et al indiquent que l’AlAs modifie le développement de facettes pour des motifs structurés suivant <100> [Williams 2005A] et [Williams 2005B]. Nous avons observé le même phénomène dans le cas de motifs orientés suivant <110>, quand l’épitaxie est faite à 520°C. Nous avons épitaxié des structures contenant une multicouche AlAs/GaAs avec des épaisseurs de 40nm d’AlAs et de 150 nm de GaAs. Les couches d’AlAs étaient destinées à servir de marqueurs de l’évolution de la croissance lors de nos observations au MEB. Or nous avons constaté que la présence de ces couches d’AlAs avait une influence sur la morphologie finale du motif pour la température d’épitaxie la plus basse. Les conditions de croissance utilisées pour l’élaboration des échantillons à multicouches étaient semblables à celles utilisées pour les homoépitaxies (V/Ga=2, T=590°C ou 520°C, Vd=0,7µm/h).

(a) (b)

Figure 79 : Influence de la présence d'AlAs sur la croissance à 520°C sur des motifs orientés [110] (a) et [-110] (b).

La Figure 79 illustre la modification de l’évolution de la croissance induite par la présence du réseau d’AlAs pour une surface structurée en motifs orientés dans la direction [110] à 520°C.

La croissance n’a pas développé de plans cristallographiques particuliers sur les facettes, se contentant de propager dans l’épaisseur les surfaces du ruban initial pour l’orientation de motifs [110] (a et b). On n’observe pas l’élargissement de la terrasse obtenu dans le cas de l’homoépitaxie. Pour les motifs orientés perpendiculairement, les plans {113}B ont pu se former à proximité de la terrasse (Figure 80 (b)). Dans les deux cas, les flancs restent crantés, comme s’ils étaient formés d’escaliers irréguliers constitués de deux plans d’orientation différente. La morphologie est donc différente pour les échantillons à multicouches GaAs/AlAs élaboré à faible température. Cette différence est raisonnablement liée à la faible valeur de la longueur de diffusion de l’aluminium à cette température. Pourtant, entre chaque dépôt d’AlAs, une couche mince de GaAs a été réalisée où les tendances observées dans le cas de l’homoépitaxie ne sont pas retrouvées. La présence d’AlAs modifie donc le mode de croissance du GaAs à 520°C.

Figure 80 : Influence de la présence de couche d'AlAs sur le développement des facettes des motifs orientés selon [-110] à 590°C

En revanche, la présence d’AlAs ne modifie pas le déroulement de la croissance à 590°C, au moins selon la direction [-110] que nous avons étudiée : on retrouve la même géométrie que pour l’homoépitaxie (Figure 80). Les plans {113}A se développent de part et d’autre du ruban. A 590°C, la longueur de diffusion de l’aluminium est donc suffisante pour ne pas modifier l’évolution du front de croissance.