CHAPITRE II : ETAT DE L’ART SUR LE MECANISME D’OXYDATION DANS LES STRUCTURES
III.3. Cartographie des contraintes induites par un motif de diélectrique
III.3.1. Mesure de référence après épitaxie
Avant d’étudier l’effet d’un motif de diélectrique servant de masque dur pour la gravure, nous avons effectué des cartographies de DOP sur la structure VCSEL 1 après croissance, afin d’obtenir l’état de « référence » en termes de contraintes mécaniques.
Mesure DOP par la surface (100)
Nous avons tout d’abord cartographié la surface (100) de l’échantillon VCSEL 1 sur une zone de 100 x 100 µm². Pour toutes les mesures DOP perpendiculaires à la surface nous avons utilisé l’objectif x20 qui nous permet d’avoir le meilleur compromis entre ouverture numérique et profondeur de champ. Dans cette configuration, nous avons pu observer que la PL provient essentiellement des couches d’Al0.12Ga0.88As présentes dans le miroir de Bragg P [14]. En effet, si l’on considère leur coefficient d’absorption à 635 nm, 95 % du signal incident est absorbé dans le miroir de Bragg P. C’est donc la déformation mécanique de ces couches que nous sondons par la surface.
Un système de fausses couleurs est utilisé pour visualiser les variations des signaux de DOP (et ROP). Les valeurs mesurées étant globalement faibles, elles sont exprimées en pourcents sur les cartographies réalisées. Les valeurs positives sont représentées en échelles de bleus et les valeurs négatives en échelles de rouges. Généralement les zones vertes correspondent aux valeurs de DOP
(et ROP) autour de 0 %. La figure III.3-1 représente la cartographie du signal DOP sondé par la surface (100) de la structure VCSEL 1 ainsi que l’histogramme de fréquence associé.
Figure III.3-1 : Gauche : cartographie du signal DOP par la surface (100) de l'échantillon VCSEL 1. Droite : histogramme correspondant représentant la fréquence de mesure DOP.
On remarque que le signal DOP est homogène et très proche de 0 % en moyenne. Après la croissance de la structure nous savons que les contraintes sont biaxiales dans le plan x-z (plan des couches), ce résultat est cohérent car la mesure de DOP n’est sensible qu’à l’anisotropie de la déformation. L’histogramme correspondant à la mesure nous permet de déterminer l’écart-type de la distribution et ainsi évaluer la stabilité de notre système. Nous mesurons donc avec une précision de +/- 0.05 % ce qui représente une anisotropie de déformation d’environ 10-5. A noter sur la cartographie, un champ de déformation associé à la présence d’un défaut à la surface de l’échantillon qui permet de montrer la bonne sensibilité de la mesure.
Mesure DOP par la tranche (110)
Nous avons ensuite réalisé une mesure perpendiculaire à la facette (110) de la même structure VCSEL 1 après clivage. Pour toutes les mesures par la tranche, étant donné les faibles dimensions, nous avons utilisé l’objectif x40 cette fois-ci afin d’accroître la résolution spatiale. Nous savons que dans cette configuration, comme le matériau n’est pas massif (hétérostructure), la polarisation de la PL va être affectée par le confinement du fait de la faible épaisseur des couches qui luminescent (Al0.12Ga0.88As dans les miroirs de Bragg P et N et les puits quantiques In0.08Ga0.092As au sein de la zone active) [17]. La figure III.3-2 représente les spectres de micro-PL acquis par la tranche dans les trois zones d’intérêt de la structure VCSEL : miroirs de Bragg P, miroirs de Bragg N et zone active. Nous pouvons remarquer que l’intensité de PL est plus importante au niveau des miroirs de Bragg (notamment le miroir de Bragg P) qu’au niveau de la zone active. Ceci peut s’expliquer par le fait qu’à cette échelle nous n’avons pas la résolution spatiale suffisante pour pouvoir sonder uniquement les puits quantiques dans cette configuration. Ainsi quand le spot laser (~1.5µm de diamètre) est centré au niveau de la zone active (~100 nm d’épaisseur), la différence est si importante que nous collectons la luminescence des couches d’AlxGa1-xAs à faible teneur en aluminium présentes dans le miroir de Bragg N très proches de la zone active. Cela explique le pic observé autour de 775 nm. Cependant, nous pouvons remarquer que nous collectons quand même
de la luminescence des puits quantiques In0.08Ga0.092As dans cette zone (voir l’encart de la figure III.3-2).
Figure III.3-2 : Spectres de PL acquis par la tranche (110) dans les trois régions d'intérêt de la structure.
La figure III.3-3 représente la cartographie de DOP mesurée par la tranche. La couleur magenta indique que l’intensité de luminescence collectée dans ces zones n’est pas suffisante pour effectuer un calcul de signal DOP. On peut distinguer les différentes parties constituant la structure VCSEL rien qu’avec le signal de DOP. Ce dernier est globalement très élevé au sein de la structure atteignant plusieurs dizaines de pourcents, notamment dans la zone active. Comme mentionné précédemment, nous mesurons en grande partie le degré de polarisation intrinsèque au confinement des porteurs dans les couches qui luminescent. En effet, le confinement quantique affecte la distribution des électrons dans l’espace réciproque ce qui conduit à la création de ce degré de polarisation intrinsèque [18]. De plus, la déformation n’est plus isotrope dans ces directions. Ainsi plus les couches seront fines, plus le DOP mesuré sera élevé. Ceci explique les valeurs importantes au niveau de la région active.
Figure III.3-3 : Cartographie du signal DOP par la tranche (110) de l'échantillon VCSEL 1.
Ainsi les valeurs de DOP mesurées dans cette configuration ne peuvent être directement liées à la contrainte. Par la suite, les mesures par la tranche (110) resteront donc pour nous un simple indicateur qualitatif des variations de DOP à chaque étape du procédé étudié pour compléter les mesures par la surface, qui elles nous donnent directement l’évolution de la déformation mécanique anisotrope.