L’incorporation d’indium dans les antimoniures

Il existe davantage d’études d’incorporation d’indium pour les systèmes InGaAs/GaAs et la conclusion générale est que l’indium a une forte tendance à ségréguer (67). La ségrégation est la tendance qu’a un atome à flotter en surface lors de la croissance, plutôt que de s’incorporer. Le coefficient R de ségrégation peut varier entre 0 et 1 et quantifie la proportion d’atomes qui resteront en surface. La ségrégation dépend de la température

du substrat et du taux de croissance. Il sera assumé que cette conclusion se transpose relativement bien au système InGaSb/GaSb puisque les deux mêmes éléments III sont en compétition. Toutefois, l’énergie des sites en surface ne sera pas la même et entre le GaAs et le GaSb, ce qui pourrait modifier les coefficients de ségrégation pour une température donnée.

L’étude la plus systématique de l’incorporation d’indium est montrée à la figure 1.9, mais il s’agit d’une croissance au MOCVD où la dissociation des molécules (TMGa, TMIn et TMSb) se fait en surface (68). Par MBE, il n’y a pas cette étape à franchir et la forte dépendance liée à la température du substrat ne s’applique pas. D’ailleurs, Mohammedy (34) n’a observé une différence d’incorporation d’indium que de 0.8 % non corrélée à la température pour une couche massive d’In0.14Ga0.86Sb fabriquée entre 450 et 540 oC.

Figure 1.9 – Incorporation d’indium dans un alliage d’InGaSb en fonction du rapport de flux incidents de TMGa et TMIn et de la température du substrat (68).

Le groupe de Meyer et coll. (69) a observé l’incorporation d’indium en fonction de la distance de l’interface de puits quantiques pour des croissances faites par MBE. Alors que des compositions nominales de 10 et 20% sont atteignables, celles de 30 et 40% ne le sont

pas tel que montré à la figure 1.10. Dans les deux cas, l’incorporation d’indium est marquée par un gradient de composition allant de 4 à 12 nm d’épaisseur (13 à 40 monocouches). Les auteurs notent aussi que des structures riches en indium se positionnent dans la direction 1 1 0, direction préférentielle pour la relaxation (pour une croissance selon 0 0 1). Toutefois, il y a peu de détails expérimentaux quant aux conditions de croissance. Il est possible que la température du substrat, le taux de croissance et le rapport V/III n’aient pas été optimisés pour l’ensemble des couches. D’ailleurs, la désorption de l’oxyde de surface a été faite à 500oC, ce qui est inférieur à la température nécessaire pour déloger les complexes

Ga2O3.

Figure 1.10 – Profils de la composition d’indium dans la couche en fonction de la distance par rapport à l’interface GaSb/InGaSb pour des compositions nominales de 10, 20, 30 et 40 % (69).

En observant les oscillations d’intensité de diffraction d’électrons de haute énergie en incidence rasante (RHEED) lors de la croissance de GaSb sur un dépôt de 1.5 MC d’InSb, le groupe de Renard et coll. (70) montre que l’intensité du signal est perturbée

pour plusieurs monocouches avant de reprendre une oscillation normale associée au GaSb. La figure 1.11 montre la dépendance de l’épaisseur de cette perturbation en fonction de la température du substrat. Les auteurs affirment que c’est la signature de ségrégation et confirment leur hypothèse par microscopie électronique par transmission (TEM).

Figure 1.11 – Longueur de ségrégation de l’indium à l’interface InSb/GaSb en fonction de la température du substrat (70).

Miya et coll. (71) ont observé qu’en variant le rapport V/III lors de la croissance d’InGaSb, il était possible, en augmentant celui-ci, d’incorporer davantage d’indium par MOCVD (voir figure 1.12). Il semble donc, selon eux, que l’antimoine se lie préférentiel- lement avec les atomes de gallium lorsqu’il y a compétition entre l’indium et le gallium.

Enfin, une étude a été publiée (72) en ce qui concerne la ségrégation d’indium et sa désorption pour des hétérostructures de semi-conducteurs III-V. Bien que la majorité du développement utilise l’InGaAs, le formalisme de Muraki reste le même et peut s’ap- pliquer aux autres alliages III-V. En conclusion, les auteurs affirment que l’inclusion de la désorption de l’indium est essentielle afin de reproduire les résultats expérimentaux. Toutefois, l’InGaAs est produit à des températures 100o_{C et plus au-dessus de celles de}

l’InGaSb. Une telle différence de température correspond à un facteur entre 10 et 100 en termes de pression de vapeur. Il semble donc réaliste de ne pas considérer la désorption d’indium lors de la croissance d’InGaSb pour une température de substrat inférieure à

Figure 1.12 – Morphologie de surface d’alliages d’InGaSb pour des rapports V/III de 1, 1.5 et 2, menant aux compositions d’indium de 4, 6 et 7%, de haut en bas (71).

500 o_C.

Le groupe de Kaspi et coll. (67) a étudié la ségrégation d’indium lors de la crois- sance d’InGaAs sur GaAs. Afin d’améliorer le profil de composition d’indium à l’interface InGaAs sur GaAs, ils ont évalué l’épaisseur d’indium à l’équilibre flottant en surface (xs(ss)) en fonction de la température afin d’estimer, par le modèle de Muraki, le coeffi-

cient de ségrégation R, associé à la température de croissance. Avec cette information, ils ont fait accumuler en surface l’épaisseur x0 équivalente à xs(ss) mesurée avant la crois-

sance d’InGaAs. Les résultats de cette étude sont présentés à la figure 1.13 et montrent qu’en débutant la croissance avec l’épaisseur d’équilibre, la composition dans la couche est stable. Cette méthode sera utilisée pour simuler les profils de composition aux interface de l’InGaSb sur GaSb au chapitre 5.

Figure 1.13 – Coefficient de ségrégation (R) de l’indium en fonction de la température de croissance d’InGaAs sur GaAs à gauche et épaisseur d’indium en surface (xs) en fonction

de l’épaisseur de la couche selon l’épaisseur d’indium prédéposée (x0) (67).

En somme, il n’existe pas d’étude systématique de l’incorporation d’indium dans des couches d’InGaSb crues par MBE en fonction des différents paramètres contrôlables.