Corrélation luminescence/défauts étendus dans les structures à puits quantique InGaAs épitaxiées sélectivement sur substrats Si

Les semi-conducteurs III-V presentent des proprietes remarquables de mobilite electronique et d’emission optique. La croissance de ces materiaux par MOCVD sur substrat silicium (001) en 300 mm offre l’opportunite de realiser les composants bas cout, et d’apporter de nouvelles fonctionnalites a la microelectronique silicium par l’integration de composants electroniques et optiques. De ce fait, la croissance de semi-conducteurs III-V sur silicium a connu un engouement important au cours de ces dernieres annees. De telles integrations monolithiques impliquent de developper des couches III-V de tres bonne qualite epitaxiees sur silicium. Actuellement, le principal enjeu reside dans la reduction des densites de defauts cristallins tels que les fautes d’empilement, parois d’antiphase et dislocations. L’impact de ces defauts structuraux sur ces proprietes reste encore aujourd’hui principalement etudie a l’echelle micrometrique (effet Hall, photoluminescence,…) ne presentant pas de resolution spatiale suffisante permettant pas de dissocier les differents parametres physico-chimiques. Ces developpements necessitent en consequence des moyens adaptes de caracterisation pour controler et connaitre les proprietes physico-chimique de ces couches III-V epitaxiee sur Si.Le travail de cette these porte sur le developpement d’une methode destinee a correler spatialement a l’echelle nanometrique les proprietes optiques et les caracteristiques morphologiques de couches III-As crues par MOCVD sur Si (001) en 300mm. Elle a permis d’etudier des puits quantiques d’InGaAs epitaxies sur buffer GaAs et sur substrat Si avec pour methode de reduction des defauts emergeants l’utilisation de couches tampons a base de GaAs et la croissance localisee entre murs d’oxydes (aspect ratio trapping (ART)). L’etude s’est appuyee sur deux techniques de caracterisation: La cathodoluminescence (CL) permettant d’observer spatialement sur l’echantillon bulk l’energie d’emission et l’intensite correspondantes d’un puits quantique d’InGaAs, et la microscopie electronique en transmission (STEM/TEM) en lame mince donnant des informations quantitatives sur la morphologie de la structure (epaisseurs des couches, position des defauts, stoechiometrie…). Nous avons developpe une methode qui permet de correler spatialement les resultats de ces deux techniques de caracterisation. La methode consiste en plusieurs marquages specifiques realises par faisceau d’electron pour reperer et extraire precisement les zones d’interet observes en cathodoluminescence. Des mesures de deformation (N-PED) sur lame mince ont egalement ete realisees.Cette methode de caracterisation correlee a permis de mettre en evidence des modifications des proprietes physico-chimique de puits quantiques d’InGaAs a l’echelle nanometrique directement liees aux conditions de croissance, et a la presence de defauts emergents.