1.5 Le procédé d'epitaxial lift o (ELO)
1.5.2 Le procédé ELO dans la lière InP
À ce jour, peu d'études montrant la réalisation du procédé ELO sur substrat d'InP sont relevées dans la littérature. Ceci pourrait provenir du choix di cile de la couche sacri cielle. Les matériaux en accord de maille sur InP les plus courants sont les ternaires In0,53Ga0,47As et In0,52Al0,48As, ainsi que les quaternaires AlInGaAs et
InGaAsP.
La plupart des structures actives, visant des applications en optoélectronique, réalisées en accord de maille sur InP nécessitent l'utilisation de deux ou plus des matériaux couramment utilisés. Il est alors très di cile de trouver une solution qui permette de graver le matériau qui compose la couche sacri cielle sans attaquer les matériaux de la couche active ou bien le substrat lui-même. Pour contourner ce problème plusieurs méthodes ont été envisagées.
La première approche qui a été envisagée était de protéger les bords de l'hété- rostructure à soulever lors de la gravure. Bailey et al. [Bailey 1993] utilisent, par exemple, la cire qui sert de support lors du lift o pour protéger les bords de la structure, celle-ci étant composée d'InP et d'InGaAs et la couche sacri cielle d'In- GaAs et la sous-gravure étant réalisée par une solution HF :H2O2 :H2O. Cependant,
cette méthode complexi e le procédé de fabrication tout en augmentant la perte de surface utile à cause du procédé de double gravure de mésas nécessaire pour protéger les couches actives et accéder à la couche sacri cielle.
Plus récemment, O'Callaghan et al. [O'Callaghan 2017] ont réalisé le soulève- ment de structures uniquement composées d'InP en utilisant une couche sacri cielle d'InGaAs ou d'InAlAs en accord de maille gravée par FeCl3. Les vitesses de gra-
vures obtenues restent cependant assez faibles (environ 1 µm/min) et ne peuvent pas être augmentées en chauant la solution car la sélectivité diminue fortement avec l'augmentation de la température.
L'autre solution qui peut alors être envisagée est l'utilisation de matériaux tels que AlAs ou AlGaAs en désaccord de maille avec InP mais permettant une sous- gravure avec une forte sélectivité. Cette solution va cependant entraîner la création d'un nombre important de défauts structuraux dans les couches actives à cause de la relaxation des contraintes associés à ce désaccord de maille. Une couche d'AlAs ou d'AlGaAs est en eet très fortement contrainte en tension sur un substrat d'InP (désaccord de maille de 3,6%).
todiodes par le procédé ELO. L'épaisseur de la couche sacri cielle d'AlAs était de 5 nm. Les performances de ces photodiodes étaient comparables à celles obtenues avec la même structure sans couche sacri cielle. Cependant, une augmentation du courant d'obscurité est reportée certainement due à une forte densité de dislocations dans la structure, liée à la relaxation de la couche sacri cielle d'AlAs.
On pourra noter le travail de Lee et al.[Lee 2010] qui ont étudié des cellules solaires avec une jonction Schottky ITO/InP, réalisées via le procédé ELO avec une couche sacri cielle d'AlAs de 10 nm d'épaisseur. Les performances des cellules so- laires ainsi obtenues étaient comparables à celles des cellules solaires références mais restaient relativement basses pour des cellules d'InP (15% d'e cacité contre 22% pour les meilleures cellules fabriquées en InP [Keavney 1990]). Le courant d'obscu- rité était, aussi, beaucoup plus important pour les cellules réalisées par ELO (de 17 à 126 µA/cm2 contre 0,6 µA/cm2).
Plus récemment, Fan et al. [Fan 2016] ont présenté des photodiodes InGaAs réalisées par le procédé ELO. Une couche sacri cielle d'AlAs de 4 nm d'épaisseur a été utilisée. Il est mentionné qu'aucun défaut n'est visible sur les images TEM de la couche épitaxiée. La vitesse de sous-gravure est d'un peu plus de 2 mm/h dans une solution HF 17% à 45◦C. Les performances des photodiodes ainsi réalisées sont très
bonnes avec, notamment, un taux de conversion de 100% à une longueur d'onde de 1300 nm et un courant d'obscurité très faible (4 nA). Les surfaces soulevées sont quant à elles assez faibles (4x10 mm2), cette limitation de la surface pouvant être
due à une épaisseur trop faible de la couche sacri cielle.
Récemment, une étude plus approfondie sur la fabrication d'InGaAs sur isolant (InGaAs on Insulator) a été réalisée par Kim et al. [Kim 2017c]. C'est la première étude montrant la relaxation des couches d'AlAs sur InP pour le procédé ELO. Ils ont ainsi démontré que pour des épaisseurs supérieures à 5 nm, les couches d'AlAs sont fortement défectueuses. La couche d'AlAs de 5 nm présentant, elle aussi, des dislocations visibles au TEM et une rugosi cation de la surface visible sur les images AFM. Le procédé ELO, en lui-même, était réalisé en pré-découpant des vignettes (de 50x50 µm2 à 200x200 µm2) de la couche d'InGaAs épitaxiée au-dessus de l'AlAs
puis en les collant sur un superstrat de Si par l'intermédiaire d'une couche isolante (Ti2O3). Les couches reportées avec des épaisseurs d'AlAs de 5 et 10 nm montrent
alors de plus faibles mobilités que celles crûes au-dessus de couches d'AlAs de 1 et 2 nm d'épaisseur.
Un autre point important relevé est la dépendance de la vitesse de sous-gravure avec l'épaisseur de la couche d'AlAs. La vitesse la plus élevée est obtenue avec des couches d'AlAs de 10 nm d'épaisseur (Figure 1.12.a). Il apparait donc que sur InP, il est important d'obtenir des couches assez épaisses pour réaliser l'ELO à des vitesses élevées. Cette étude révèle aussi que l'ajout de solvants pour remplacer
l'eau dans la solution n'augmente pas la vitesse de sous-gravure mais au contraire la diminue (Figure 1.12.b). Ce phénomène, à l'opposé de ce qui est observé sur GaAs, est attribué à une diérence de mouillage de la solution HF sur les surfaces d'InP hydrophiles et de GaAs hydrophobes. L'ajout de solvant n'a donc pas d'impact sur le mouillage de la surface du canal par la solution de gravure. Le ralentissement est alors associé à la passivation du front de gravure par le solvant.
Figure 1.12 Résultats marquants de l'étude de Kim et al [Kim 2017c] : a) temps de gravure nécessaire pour soulever les couches d'InGaAs en fonction de l'épaisseur de la couche sacri cielle d'AlAs et b) vitesse de gravure d'une couche d'AlAs de 5 nm d'épaisseur avec diérents médias utilisés pour la solution HF.
Il y a donc deux enseignements importants à tirer de cette étude : il faut viser des épaisseurs de couche sacri cielle assez élevées (>5 nm) tout en conservant une bonne qualité cristalline. L'utilisation d'un solvant ne semble pas être un bon moyen d'accélération de la sous-gravure sur substrat d'InP.
Comme on a pu le voir, la littérature sur le procédé ELO dans la lière InP est moins riche que sur GaAs. Ce projet se propose donc de développer de nouvelles méthodes de fabrication pour a ner ce procédé sur InP.