Hétérojonctions ZnTe/GaAlSb préparées par épitaxie en phase liquide

HAL Id: jpa-00244913

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Hétérojonctions ZnTe/GaAlSb préparées par épitaxie en

phase liquide

A. Joullié, A. Rossi, J.-F. Bresse, A. Jalil, V. Thierry-Mieg, Julien Chevallier

To cite this version:

Hétérojonctions

ZnTe/GaAlSb

_préparées

_par

_épitaxie

en

_phase

_liquide

A.

_Joullie,

A. Rossi

_(*),

J.-F. Bresse

_(*),

A. Jalil

_(**),

V.

_{Thierry-Mieg (**)}

et J. Chevallier

_(**)

Centre d’Etudes _{d’Electroniques} des Solides (1)

Université des Sciences et _Techniques du _Languedoc, 34060 _{Montpellier Cedex,} France

(*) Laboratoire de Microscopie Electronique et de Microanalyse,

(**) Laboratoire de _Physique des Solides, C.N.R.S., 1, place Aristide-Briand, F-92190 _{Meudon-Bellevue,} France

(Reçu le 21 juillet 1980, révisé le Il février 1981, accepté le 16 février 1981)

Résumé. 2014 Des _{hétérojonctions (p)}

_{ZnTe/(n) Ga1-xAlxSb}

ont été _{obtenues par}

_épitaxie

en _phase

_liquide

de

Ga1-xAlxSb dopé

au tellure sur substrat ZnTe

_dopé

au

_phosphore,

la concentration en AlSb des couches

_épitaxiées

variant de 0 à 0,60. La

_présence,

à l’interface

_{substrat-dépôt,}

d’un

_{alliage quinaire}

_{(Ga1-xAlx)1-yZnySb1-zTez}

a été mise en évidence par

analyse

des structures à l’aide d’une microsonde

électronique

de

_Castaing.

Les couches

épitaxiées,

de type n, sont fortement

_dopées

au tellure _(de l’ordre de 1 _%

_atomique).

Une diffusion des éléments Ga, Al et Sb du

_dépôt

dans le substrat de ZnTe a été détectée _{par S.I.M.S.} sur une

_profondeur

_{d’environ 10 03BC. Cette} diffusion rend le ZnTe semi-isolant, et luminescent _{dans le rouge. L’analyse} des

_{caractéristiques}

courant-tension à

diverses

températures

laisse supposer que le courant direct est un courant de recombinaison de trous excités

thermiquement

dans la bande de valence. L’étude de la _réponse

_spectrale

montre _{que seuls} les _porteurs minoritaires du côté de ZnTe

_participent

à la conduction sous éclairement. Une structure de bandes

_d’énergie

est _proposée

pour une

_{hétérojonction (p)}

_ZnTe/(n)

_{Ga0,40Al0,60Sb.}

Abstract. -

Heterojunctions

(p)

ZnTe/(n) Ga1-xAlxSb

were _{grown by}

_liquid

_phase

_epitaxy

of Te

_doped

Ga1-xAlxSb

onto P

_doped

ZnTe _substrates, with x

varying

from 0 to 0.60. The presence, at the

_{substrate-deposite}

interface, of a

_{quinary alloy}

_{(Ga1-xAlx)1-yZnySb1-zTez,}

was shown _by electron _microprobe

_analysis.

The

epi-layers

were _n-type and

_heavily

tellurium

_doped.

A diffusion of Ga, Al and Sb elements into the ZnTe substrate

was detected _by S.I.M.S. on _{about 10 03BC. The} diffused zones are

_{semi-insulating}

and red cathodoluminescent. From the temperature

dependence

of the forward I-V characteristics, we deduce that a

_space-charge

recombination

current could

_explain

the conduction _{process in the} dark. The

_spectral

_{response of these}

_{heterojunctions}

showed that

_only

the

_{minority photocarriers}

created in ZnTe are collected. A band structure is

_proposed

relative to a

(p) ZnTe/(n)

Ga0.40Al0.60Sb heterojunction.

Classification

Physics Abstracts 81.15L - 73.40L

1. Introduction. - Le

composé

ZnTe est un

semi-conducteur de _{type p}

_possédant

une

énergie

de

tran-sition de bande interdite

_égale

à

2,26

eV à

_température

ambiante. Il

_pourrait

constituer une diode

électro-luminescente émettant dans le

visible,

s’il n’était _pas très difficile à obtenir en

_type

n _par suite d’un

phéno-mène

_{d’autocompensation [1],}

d’où l’intérêt des

hétérojonctions

utilisant un semiconducteur de

_type

n.

Ainsi

plusieurs

travaux ont été

_publiés

sur les

hétéro-jonctions ZnTe/Si [2],

ZnTe/(II-VI)

[3-6]

et

_ZnTe/

(III-V) [7-12].

La solution solide

_{Gal-xAlxSb possède}

le même

type de structure cristalline que

ZnTe,

avec un

para-mètre de maille très

_proche

de celui du ZnTe. Le

désaccord de

_paramètre

_passe de

_{+ 0,12 %}

avec

GaSb à -

_{0, 54}

_%

avec Alsb, fl est nul avec les

_alliages

à x =

_0,19.

Le matériau

Ga1_;xAl;xSb

apparaît

donc

comme idéal _pour la réalisation

d’hétéroépitaxies

avec ZnTe. Par

ailleurs,

on _{sait que} cet

_alliage

est

sus-ceptible d’applications

dans la conversion

photovol-taïque

de

_l’énergie

solaire

_[13]

et dans les

_systèmes

rapides

de communication _par fibre

_optique

centrés à

1,3-1,6

pm

[14-16].

Son

énergie

gap varie à 300 K de

0,70

eV

_(transition

directe,

GaSb)

à

1,60

eV

(transi-tion

_indirecte,

_AlSb).

Dans le

_couple

_ZnTe/GaAlSb,

le ZnTe _peut donc

_jouer

le rôle d’une fenêtre

_optique

et la solution solide celui du matériau absorbant. Cet article

_précise

une méthode de

préparation

par

épitaxie

en

_{phase liquide d’hétérojonctions (p)}

ZnTej(n)Ga1-xAl;xSb.

Par

_analyse

à la microsonde

de

_Castaing,

nous avons

approché

la structure à

210

l’interface et détaillé la

_répartition

des éléments à

proximité

de l’interface. Les résultats de l’étude des

_{propriétés électriques}

des

_jonctions

obtenues sont

indiqués.

2. Croissance

_épitaxique.

- Il existe deux méthodes

possibles

pour la réalisation

d’hétérojonctions (p)

ZnTe/(n)GaAlSb

par

épitaxie

en

phase liquide

(E.P.L.) :

croissance de ZnTe sur des couches de

GaAlSb(n) épitaxiées

sur substrat

GaSb(n)

ou crois-sance de

_GaAlSb(n)

sur substrat ZnTe.

La

_première

méthode nécessite une double

_épitaxie

et

_impose

l’utilisation de solvants comme le zinc ou le

tellure ou bien de solvants

_métalliques

tels

_{Bi, Pb,}

_Sn,

Ga,

In

_[17]

ou encore

_{d’halogénures}

comme

_ZnCl2

_[18J.

Ces solvants

_présentent

divers inconvénients : forte tension de _vapeur

_(cas

du

Zn, Te,

ZnCI2),

introduction excessive du solvant dans le

dépôt

(cas

des autres

solvants).

Nous avons

_opté

_pour la deuxième méthode

en

épitaxiant

l’alliage Ga 1 _xAlxSb dopé

au tellure

directement sur un substrat de

ZnTe,

à

partir

d’un

solvant

_gallium.

Le

_dispositif

de croissance est un bâti

classique

d’E.P.L.

_qui

utilise la

_technique

du tiroir horizontal. Le substrat est une

_pastille

de ZnTe

monocristalline,

orientée

₍₁₁₁₎

face

Te,

de _{type p,} débitée dans un

lingot Bridgman dopé

au

_{phosphore. Après polissage}

mécanique

à

_{1 Il chaque pastille}

est

_décapée

dans une

solution de brome-méthanol à

1,5

% juste

avant son

introduction dans le réacteur.

La solution

_(5g)

est réalisée à

partir

des éléments

gallium

et aluminium

(pureté

6N)

alors _que l’anti-moine et le tellure sont introduits sous forme de

pastilles

de GaSb

_dopées

Te de concentration en

porteur

de

_charge

connue

( 1018

cm - 3).

La

quantité

de GaSb

dopée

est

_ajustée

de

_façon

à avoir une

concentration en tellure dans le

liquide

Nous verrons _que cette valeur de concentration en Te

peut être fortement

_augmentée

par suite de la disso-lution du substrat

_{qui précède l’épitaxie}

_proprement

dite.

La solution est sous-saturée au

_départ

en antimoine

(de

0,5

à 1 at.

_%).

Elle est saturée ensuite à 500,DC par dissolution d’une

charge

de GaSb non

_dopé.

Cette saturation s’effectue

_pendant

40 min. Le

sub-strat de ZnTe est mis en contact du

_liquide

une fois

la

_charge

retirée et la

_température

du bain abaissée d’une valeur 4. La croissance s’effectue avec une

vitesse de refroidissement R uniforme.

Des couches de

_Gai

_-.Al,,Sb

fortement

_dopées

au

tellure,

de

_type

n et de concentration x dans la _gamme

0 x

_0,60

ont été

_épitaxiées

avec différentes

valeurs de R

_{(10 ;}

_40;

_{74 °C/h}

et différentes valeurs

de la sursaturation initiale Li

(de

0 à 30

OC).

Pour un

intervalle de

_{croissance I1Tc}

de 15

°C,

l’épaisseur

des couches à x =

0,20

_est de

50 03BC

avec d = 3 OC _et

R = 40

°C/h.

Cette

épaisseur

varie _peu

quand

simul-tanément A et R

_augmentent.

Par _{contre, elle diminue}

lorsque

x croît

(20 03BC

_{pour x} =

0,60).

Le

_{problème majeur}

de la croissance

_épitaxique

de

Gal-xAlxSb

sur ZnTe a été la

_rapide

dissolution du

substrat de ZnTe dès

_qu’il

est mis au contact de la solution

_liquide.

Ainsi,

lorsque

la croissance s’effectue à

_{l’équilibre}

ou

à

_partir

de bains faiblement saturés

(AT

= 3

OC),

l’interface

_{substrat-dépôt}

_{n’est pas}

_plane.

En

_effet,

le substrat de ZnTe se dissout au contact du bain

ternaire,

et la dissolution _{n’est pas}

_régulière

_{pour peu} que le substrat soit désorienté. Cette

dissolution,

généralement

en

dentelures,

_provoque

l’apparition

d’inclusions de solvant à l’interface. Pour une

satu-ration initiale de 3

OC,

la zone

_perturbée

à l’interface

s’étend sur une

_profondeur

de l’ordre de 3 _gm.

Lorsque

la croissance s’effectue à

_partir

de bains fortement sursaturés

_(AT

= 20 à

30,DC),

l’interface

est

_rectiligne,

sauf _par endroits où le substrat a été

dissous. Cette dissolution locale

_peut

_{s’interpréter}

en _{supposant que} la sursaturation

imposée

est

supé-rieure à la sursaturation

_critique

_{0394Tcr qui}

_correspond

à

l’apparition

de la _{nucléation de germes solides dans le} volume du

_liquide.

Dans ces

conditions,

il se forme

autour de ces _noyaux des zones

_liquides

de

compo-sition

_proche

de celle du

_liquidus

et donc _pour

les-quelles

il

_n’y

a

_plus

sursaturation. Les endroits du substrat au contact de ces zones sont alors dissous sur

1

_{à 2 03BCm.}

Avec des sursaturations de

_10°-15°C,

l’interface

substrat-dépôt

est

_régulière,

sans inclusion de solvant

visible au

microscope

(Fig.

1).

La

_position

de la

_jonction

_p-n a été déterminée au

Microscope

Electronique

à

_Balayage,

_par étude du

courant induit sous l’effet du bombardement

électro-Fig. 1. - Dépôt de _{Gai -xAlxSb} sur ZnTe obtenu avec comme

conditions : A =15 °C ; R = _{74 oC/h ; AT,} = _{20 oC ;}

Xki

= _0,035 fr.

at. (image électronique avec enregistrement du courant induit par E.B.I.C. surimposé).

[Ga1-xAlxSb deposited on ZnTe with : A = _{15 °C; R} = 74 °C/h;

f1Tc = 20 °C ; Xl. = 0.035 _at. fr. (Secondary electron image and

nique

(E.B.I.C.).

Dans tous les _cas, elle est confondue

avec l’interface

_{dépôt-substrat,}

dont elle

_épouse

la

géométrie lorsque

le substrat a été

_{irrégulièrement}

dissous

_(Fig.

_2).

Fig. 2. -Visualisation de l’hétérojonction par E.B.I.C. pour une

structure (n) Ga1-xAlxSb/(P) ZnTe obtenue avec comme condi-tions : L1 = _{30 °C; R : 40 °C/h ; AF,} = 15 _{°C ;} XÀI = _0,0125 fr. _at.

(visualisation

of the _{heterojunction by} E.B.I.C. for a _(n)

Ga, -.,Al.,Sb/(p) ZnTe structure obtained with : L1 = _30°C; R = ₄₀

OC/h; tJ.Tc = _15°C: xt = 0.012 S _at

fr.]

3. Profils de

_composition.

- 3 .1 ZONE

D’INTER-FACE SUBSTRAT-DÉPÔT. - L’étude de la

composition

des couches

_épitaxiées

a été réalisée à l’aide d’une sonde

électronique

de

_Castaing

sur des tranches

biseautées à

3°,

en utilisant de faibles valeurs de tension du faisceau

_{primaire (6}

et 15

_keV)

ceci afin de réduire la

_profondeur

de

_{pénétration}

des électrons et le volume ionisé. Deux

_exemples

de

_répartition

des

cinq

éléments

Ga,

Al, Sb,

Zn et Te sont

_présentés

Figures

3 et 4.

Les

_analyses

confirment de

_{précédentes}

études

d’hétéroépitaxies

du

_type

_{(II-VI)/(III-V) [7,}

_{9, 11, 12,}

20, 21] qui

ont montré la

_présence

à l’interface

substrat-dépôt

d’une zone intermédiaire

_complexe,

_supposée

être une solution solide entre le binaire

_(II-VI)

et le binaire

_(III-V).

Cette zone intermédiaire est

carac-térisée ici _par des variations brutales de

_{compositions,}

sur des distances de l’ordre du

micron,

telles _{que :}

et

On en déduit _que le tellure se substitue à l’antimoine et

que

le zinc se substitue au

gallium

et à l’aluminium.

Près de cette zone

_{d’interface,}

on note une

augmen-tation de la concentration en

_aluminium,

d’où un

léger pic qui

tend à

disparaître quand

le _pourcentage

en AlSb

_augmente,

et dont la

valeur,

déterminée

d’après

le

_rapport

_Al/Ga

=

x/1 -

x,

correspond

à

celle déduite du

diagramme

de

_phases

du

_système

Fig. 3. - Profils de concentration

en éléments Ga, Al, Sb, Zn, Te,

à l’interface substrat-dépôt d’une _épitaxie réalisée avec L1 = 20 _{°C ;} R = 74 OC/h;

Xkl

= 0,026 fr. _at. Les courbes en _pointillés

corres-pondent aux endroits où le volume d’excitation de l’élément analysé

pénètre à la fois dans le _dépôt et dans le substrat Les points et

trian-gles sont relatifs à des mesures de concentration effectuées sonde fixe

et déterminées à _partir du programme de corrections MAGIC [26].

[Concentration profiles of Ga, Al, Sb, Zn, Te elements at the

subs-trate-deposited layer interface of an _{epitaxy performed} with :

d = 20 °C ; R = 74 I-C/h; XÂ1= 0.026 _at. fr. Dashed _{curves are} in

the _place where the excitation volume of the _analysed element enters

both into the substrate and the deposited layer. Rounds and triangles

are the results of _{quantitative measurements.}

[26].]

Fig. 4. - Profils de concentration _en éléments à l’interface

substrat-dépôt d’une épitaxie réalisée avec L1 = 15 °C ; R = 74 °C/h ;

XÂ1=

0,007 fr. at.

[Concentration

profiles of elements at the substrate-deposite

inter-face of an _{epitaxy performed} with : L1 = 15 °C ; R = _{74 °C/h ;}

212

Ga-Al-Sb

_{[19, 22].}

On a donc

_probablement

dans la

zone d’interface un

_alliage

_quinaire

du _{type :}

(Ga1-xAlx)1_yZnySb

1-z Tez.

3.2 COMPOSITION DU DÉPÔT. - La

composition

du

_dépôt,

hors de la zone

_{d’interface,}

varie faiblement

le

_long

de

_{l’épaisseur}

du

_{dépôt (Figs}

5 et

_6).

La

_présence

de zinc et de tellure a été mise en évidence dans la couche

_épitaxiée.

Les

_quantités

introduites sont

fonction de la sursaturation initiale L1. Les

_dépôts

obtenus avec L1 = 3 °C contiennent _un

peu de zinc

(

1 at.

_%)

et

_plusieurs

at.

_%

de tellure

_(2-5

at.

_%).

Avec ceux obtenus à

_partir

de L1 = 15

°C,

la teneur _en

zinc n’est

_plus

mesurable à

_{3 03BC}

de

_{l’interface,}

mais le tellure reste

_présent

avec une forte concentration

(0,5-1

at.

_%).

Ce résultat

_indique

que la dissolution du substrat de ZnTe est

réduite,

mais _pas

_{complètement}

éliminée

_{lorsque l’épitaxie}

se réalise avec des

sursa-turations considérées comme

_{optimales (10-15 °C),}

et d’autre

_part,

_que le coefficient de

_{ségrégation}

du tellure est

_plus

élevé que celui du zinc. Les

analyses

quantitatives

montrent _que la

_composition

du

_dépôt

est donnée _{par :}

_{Ga 1 - xAlxSb}

_{1 - z Tez.}

3.3 ZONE DIFFUSÉE DU SUBSTRAT. - Une

analyse

de la

_répartition

des divers éléments a été effectuée

avec une sonde

_ionique,

_pour une structure

ZnTe/Gao,4Alo,6Sb

élaborée avec une sursaturation initiale de 15 OC. Deux cratères différents ont été

Fig. 5. - Profils de

composition d’une couche _épitaxiée dans les conditions _{indiquées figure} 3. La couche contient du tellure. Le zinc n’est _plus décelé à la sonde _{électronique.}

[Composition profiles of an _epilayer obtained under the same condi-tions as indicated _figure 3. The layer contains a few _Te, but Zn is

not detected by electron _microprobe

_analysiez

Fig. 6. - Profils de composition d’une couche _épitaxiée avec

Li = 3 °C ; R = _{40 °C/h ;} Xgi = _{0,007 fr. at. Les}

quantités

impor-tantes de Zn et Te présentes dans la couche _proviennent de la disso-lution initiale du substrat de ZnTe.

[Composition profiles of a _{layer epitaxied} with : Li = 3 °C ;

R = _{40 °C/h ;} Xl. = _{0.007 at. fr. The}

great content of Zn and Te in the _layer are due to the initial dissolution of the ZnTe

_substrate.]

formés,

le

_premier

_pour

_Ga:9

et

_Znt4’

le second _pour

AI+ , Te128

et

_{Sb 21. L’analyse}

confirme les résultats obtenus à la microsonde

_{électronique,}

à savoir un

dépôt

à

_composition

relativement uniforme contenant

les éléments

Ga,

Al,

Sb et

_Te,

et une zone d’interface

B

dont

_{l’épaisseur}

a été

évaluée,

selon le

cratère,

entre

1,5

et

_{3 03BC.}

Côté

_substrat,

on observe une zone

_perturbée

montrant un

_{appauvrissement}

en Zn et Te sur environ 4 03BC. Dans cette zone on

_enregistre

la

_présence

des trois

éléments du

_dépôt

_Ga,

Al et Sb. Au-delà

(jusqu’à

plus

de 10

_y)

ces éléments existent en

_{beaucoup plus}

faible concentration. Il _y a donc eu diffusion des

éléments

_Ga,

Al et Sb en cours

_{d’épitaxie.}

Cette diffusion a _pour effet de modifier la

lumines-cence

_classique

de bord de bande du ZnTe

dopé

phosphore qui

de _verte, devient

jaune-rouge

au

voisi-nage de

l’interface,

sur une dizaine de microns. On

sait _que le ZnTe

_dopé

Al émet dans

_{le jaune}

et le ZnTe

dopé

Ga émet dans le rouge.

4.

_{Caractéristiques électriques}

des

_{hétérojonctions.}

- 4.1 RÉSULTATS. - Les substrats de ZnTe sont

dopés

au

_phosphore

_(NA

=

1018

at. cm- 3)

_ce

qui

donne à 300 K une concentration en

_porteurs

une mobilité de Hall _{03BCH ~ 70}

cm2 V-1 s-1

et une

résistivité p = 1 O.cm. A 77

_K,

_ces valeurs

_passent

respectivement

à _

1015 cm2 . V-1. s-1

et 5Q.cm. Les couches

_épitaxiées

de

_{Ga 1 _ xAlxSb}

sont de

type

n, et par suite de la dissolution du

substrat,

tellure

_(0,5

à 1 at.

_{%). Les}

mesures d’effet Hall et de

résistivité,

effectuées _par la méthode de Van Der Paw

ont fourni à 300 K :

et

Ces

valeur§évoluent

_peu à 77 K.

La

_longueur

de diffusion des

_porteurs

minoritaires

a été déterminée de

_chaque

côté de la

_jonction

_par la méthode E.B.I.C. On a trouvé Ln ~

_{Lp N}

0,5

li.

Les valeurs de

_Lp

sont

_{indépendantes}

de la

composi-tion de la couche

_épitaxiée.

Des mesures de courant-tension à l’obscurité et

sous

_{éclairement,}

de

_capacité

tension et de

_réponses

spectrales,

ont été

_pratiquées

sur des

_jonctions

_p-n

de

15 mm’ de surface obtenues _par

_clivage

de la

pastille initiale;

les côtés non clivés sont rodés à l’aide d’alumine.

_Après

un

_nettoyage

au

trichloré-thylène

chaud et à l’acétone

_chaud,

la surface de

GaAlSb étant

_protégée

avec un vernis

_qui

résiste

parfaitement

à l’alcool

_bromé,

on

décape

la surface

de ZnTe au brome méthanol. Aussitôt

_après,

on

réalise deux

dépôts

de

_platine

_par

_électrolyse

d’une solution de

_platine

sur la surface de ZnTe. On

_dégage

ensuite la surface de GaAlSb avec de l’acétone

bouil-lant. Puis on fixe des fils d’or ou de

platine

avec des

billes d’indium du côté de GaAlSb et sur les

_dépôts

de

_platine

côté ZnTe à l’aide d’un fer à souder de faible

_puissance.

_Ensuite,

l’ohmicité des contacts est vérifiée à l’aide d’un

_diodoscope.

Un

_exemple

_type

de variation de la

capacité

des

hétérojonctions

en fonction de la tension de

polari-sation est donné

_figure

7. La

_capacité

varie _peu avec

la tension de

_{polarisation.}

Ce _genre de variation est

caractéristique

d’une couche intermédiaire semi-iso-lante. En

effet,

la diffusion des éléments de la

Fig. 7. - Variation de la capacité _en fonction de la tension de

polarisation.

[Variation of the capacitance versus the _{junction bias.]}

colonne III dans le ZnTe donne naissance à une

_région

compensée

de très

_grande

résistivité

[25].

L’épaisseur

de cette couche semi-isolante a été évaluée _pour la

plupart

des échantillons entre 10 et

_{15 g,}

à

_partir

de la valeur de c à tension nulle et la constante

diélec-trique

du ZnTe

_(E

=

10,3

eo).

Un tel résultat a été obtenu avec des

hétérojonctions

du _type

ZnTe/(III-V)

élaborées par E.P.L.

[11]

ou d’autres

_techniques

_[7,

_8,

9].

La formation de cette couche semi-isolante a été

interprétée

par suite de la diffusion de l’élément III dans le substrat.

Les

_{caractéristiques}

courant-tension des

hétéro-jonctions

ont été déterminées à différentes

tempé-ratures. Elles sont _peu liées à la

_composition

du

_dépôt.

La

_figure

2 montre l’évolution des courbes I-V sous

polarisation

directe en fonction de la

_{température.}

On

_distingue

trois

_{régions :}

-

pour de faibles courants, les

caractéristiques

I-V-T suivent une loi

_ohmique;

-

pour des courants

élevés,

les

caractéristiques

I V T sont dominées _par la résistance série du substrat

(épaisseur

de l’ordre du

_mm)

et de la

_{couche ;}

-

une

_région

intermédiaire où

I(V)

_peut

être

représenté

par

l’expression :

Le facteur d’idéalité n

_augmente

avec la

_température

comme

_indiqué

sur le tableau I ce

qui

traduit un

comportement

plus complexe

qu’un

phénomène

de recombinaison dans une barrière

_symétrique.

Nous

avons trouvé _que l’inverse de n suit une loi linéaire

en T :

avec

Les valeurs

_{de fi}

sont

_également

_portées

dans le tableau 1.

Tableau 1. - Variations

de fi

et du

_facteur

de

_qualité

n avec la

_{température.}

L’évolution des

_{caractéristique}

I-V en

_polarisation

inverse est

_précisée

_figure

9 en fonction de la

tempé-rature. Elle est de la forme I = AVn. Pour de faibles

courants, n = 1. Cette

région

ohmique

_peut être

attribuée,

comme en

_polarisation

directe,

à un courant

214

Fig. 8. -

Caractéristiques courant-tension en _polarisation directe

pour différentes températures.

,[Direct I-V characteristics at different _{temperatures.]}

Fig. 9. - Caractéristiques courant-tension _en polarisation inverse

pour différentes températures.

[Reverse I V characteristics at different _{temperatures.]}

caractéristiques

deviennent

_{indépendantes}

de la

tem-pérature.

4.2 DISCUSSION. -

L’analyse

des

_{caractéristiques}

courant tension _permet de

_préciser

les mécanismes de conduction à l’obscurité.

_{L’extrapolation}

des

_parties

droites des

_{caractéristiques}

_I(V)

de la

_figure

8 donne la valeur de

7s

à

_chaque

_{température ;}

ces valeurs

sont

_reportées

en fonction de l’inverse de la

tempéra-ture sur la

_figure

10. La

dépendance

de

_7g

vis-à-vis de la

température

est :

où Ea

est

_l’énergie

d’activation associée au mécanisme de conduction en

_polarisation

_directe;

on trouve

Ea

=

0,92

eV.

Fig. 10. - Variation du courant de saturation en fonction de l’inverse de la _{température.}

[Variation of the saturation current versus T - 1.]

Par

ailleurs,

la valeur

_théorique

maximale de

_Is

peut

être estimée à

_partir

de la relation

exprimant

le courant d’émission

thermo-ionique

au-dessus d’une barrière

_{q~Bn, A}

étant la constante de Richardson modifiée. En

_prenant

A = 60

A/cm2/K2

et _qqJBn =

0,9

eV,

_nous trouvons _un courant de

1,3

x

10-9

_A/cm2

à

_température

ambiante du même ordre de

_grandeur

que la valeur

expérimentale

7s

à

température

ambiante _{( ~ 10- 9}

_A/cm2).

Nous

Fig. 11. -

Réponse spectrale typique d’une hétérojonction. [Typical spectral response of an _{heterojunction.]}

porteurs

au-dessus d’une barrière de hauteur

0,92

eV. Ces données

_permettent

de _proposer la structure de bandes

_d’énergie

_{représentée}

sur la

_figure

12. A

l’inter-face

_GaAISb/ZnTe,

les discontinuités entre les bandes de valence et les bandes de conduction ont été fixées de manière

_classique

_d’après

les différences d’affinités

électroniques

et de

_largeurs

de bande interdite. La barrière de hauteur

0,92

eV déterminée ci-dessus doit donc

_apparaître

du côté ZnTe entre la base conduc-trice et la couche intermédiaire isolante. La

_charge

d’espace développée

dans ZnTe est

_équilibrée

_par la

Fig. 12. - Exemple de structure de bandes d’énergies

pour une

hétérojonction (p) ZnTe/(n) Gao,40AI0,6oSb préparée par Epitaxie

en Phase Liquide.

[Exempleofanenergybanddiagramofa(p)ZnTe/(n)Gao.4oAlo.6oSb

heterojunction prepared by Liquid Phase

_Epitaxy.]

charge positive apparaissant

dans GaAlSb

_dopé

au

sein de la barrière de hauteur

_0,4

eV. Le mécanisme limitant le courant en

_polarisation

directe est ainsi l’excitation

thermique

de trous libres à

_partir

de ZnTe. Ces trous se recombinent ensuite

rapidement

au sein de la couche isolante avec des électrons

pro-venant de GaAISb. La

_{répartition complexe}

et non

connue du

potentiel appliqué

au sein de la structure est

à

_l’origine

des valeurs du facteur d’idéalité n variant

avec la

température

et différant de la valeur

_théorique

n = 2.

5.

_Réponse

_spectrale

des

_{hétérojonctions.}

- Une’

réponse

spectrale typique

des

_{hétérojonctions}

_ZnTe/

GaAISb est

_{représentée}

sur la

_figure

11. Elle a été

obtenue _par illumination du côté ZnTe. On constate

qu’elle

se limite à un

_pic

centré à

_2,21

eV. Aucune

réponse n’apparaît

en

_particulier

au

_voisinage

de

l’énergie

de la bande interdite de

_l’alliage

( ‘

1,34

eV).

Ainsi,

les

_{photoporteurs}

créés dans GaAISb ne sont

pas collectés. Seuls sont recueillis les électrons du ZnTe. Plusieurs

_hypothèses

_peuvent être avancées :

- la

présence

du

_spike

dans la bande de valence

qui empêche

le _passage des trous ;

-

présence

de

_pièges

à l’interface.

Par

_ailleurs,

la

_composition

_{superficielle}

en Al est

généralement

inférieure à la

_composition

interfa-ciale,

ce

qui

favorise la création d’un

_gradient

de

bande interdite

_qui

tend à entraîner les trous dans le

GaAISb vers la surface.

6. Conclusion. - Les résultats obtenus

avec les

hétérojonctions

ZnTe/Gal _xAlxSb

préparées

par

Epi-taxie en Phase

_Liquide

sont dans leur ensemble

comparables

à ceux fournis _par d’autres _types

d’hété-rojonctions ZnTe/(III-V).

Il _y a formation d’une

zone d’interface entre le substrat de ZnTe et le

_dépôt

de

Gal _ xAlxSb, qui

est une solution solide du

_{type :}

Le

_dépôt

est lui-même fortement

_dopé

en tellure

(0,5-1

at.

_%),

_par suite de la dissolution inévitable du substrat

_qui

se

_produit

dès l’introduction de celui-ci

dans la solution

_liquide.

Par

ailleurs,

une diffusion

des éléments du

_dépôt

Ga,

Al et Sb dans ZnTe a été

décelée à la sonde

_ionique

_pour un

_couple

Cette

diffusion crée une

_région

_compensée

de forte

résistivité dans ZnTe. Son

épaisseur

a été estimée

par mesure C- V à une dizaine de microns.

La

_position

de la

_jonction

a été visualisée au M.E.B,

Elle est située dans la zone d’interface

substrat-dépôt.

L’analyse

des

_{caractéristiques}

I V à

l’obscurité,

à différentes

_{températures,}

montre _que le courant direct

est limité _par l’excitation de trous libres dans la

_région

216

ensuite avec les électrons en _provenance de GaAISb.

L’analyse

des

_{réponses spectrales}

montre que seuls les _porteurs minoritaires du côté ZnTe

_participent

à la création du

photocourant.

Sur la

_figure

12 est

_présentée

une structure

_possible

de bandes

_d’énergie

_pour une

hétérojonction

ZnTe/Gao,4oAlo,6oSb,

compatible

avec les

princi-pales

caractérisations effectuées.

Remerciements. - Nous tenons à remercier

M. M. Schneider _pour la fourniture des substrats de

ZnTe,

Mme C.

_Grattepain

_pour les

_analyses

de sonde

ionique

et M. R. L. Aulombard _pour la caractérisation

électrique

des couches

_{épitaxiées.}

Nous adressons aussi nos remerciements à M. Y.

_Marfaing

_pour les discussions fructueuses _que nous avons

_partagées

avec lui.

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