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Thèse Année : 2006

Contribution to study of large scale molecular beam epitaxy of phosphorous compounds

Contribution à l'étude de l'épitaxie par jets moléculaires à grande échelle de semi-conducteurs phosphorés

Résumé

The increase of the components frequencies strengthens the interest for phosphorus containing semiconductors. The development of phosphorus solid sources with valve and cracker enables to consider industrial prospects for Molecular Beam Epitaxy (MBE), which is competed by chemical vapour deposition. It is the objective of the joint laboratory “P-Taxy” between Riber and IEMN, in which this work has been prepared.
Several aspects of MBE of phosphides have been studied in a large volume reactor. Phosphide on arsenide interfaces have been characterized by the mean of an interface sensitive HEMT structure. Electrical properties are comparable to those measured on structures realized in a research MBE system. Arsenic memory effect is low, and good quality interfaces are achieved for short or even no growth interruption. Heavily “p” doped InGaAs layers, crucial point for Heterojunction Bipolar Transistors, have been grown by the means of a CBr4 source. Carbon diffusion is low and p-n junction is nearly ideal.
MBE cell fluxes have been modeled by Monte-Carlo method. Conical cells lead to a good uniformity with variations less than +/- 1% across the platen but suffer from a strong flux decrease when the cell empties. Cylindrical cells with a conical insert enable to achieve good intensity stability but flux becomes more directive when the filling decreases.
La montée en fréquence des composants renforce l'intérêt pour les semi-conducteurs phosphorés. Le développement des cellules à source solide de phosphore avec vanne et craqueur permet d'envisager des perspectives industrielles pour l'Epitaxie par Jets Moléculaires (EJM), face à la concurrence du dépôt chimique en phase vapeur. C'est l'objectif du laboratoire commun P-Taxy entre Riber et l'IEMN, au sein duquel s'est déroulée cette thèse.
Plusieurs aspects de l'EJM de composés phosphorés ont été étudiés dans un bâti de grand volume. Les interfaces phosphures sur arséniures ont été caractérisées au moyen d'une structure HEMT sensible à la qualité de l'interface. Les propriétés électriques de ces structures sont comparables à celles mesurées sur des couches élaborées dans un bâti d'EJM de recherche. L'effet mémoire du bâti est faible, et des interfaces de bonne qualité peuvent être obtenues pour des arrêts de croissance courts voire nuls. Le fort dopage « p » de l'InGaAs, point important de la réalisation des transistors bipolaires à hétérojonction, a été réalisé au moyen d'une source de CBr4. La diffusion des dopants est faible et la jonction p-n obtenue est proche de l'idéalité.
Les flux de cellules d'EJM ont été modélisés par la méthode de Monte Carlo. Les cellules coniques permettent d'obtenir une bonne uniformité avec des variations inférieures à +/- 1% sur l'ensemble du plateau porte-substrats mais souffrent d'une chute rapide du flux lorsque le remplissage diminue. Les cellules cylindriques munies d'un insert permettent d'atteindre une bonne stabilité du flux en intensité mais le flux devient plus directif à mesure que le niveau baisse.
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Dates et versions

tel-00087202 , version 1 (21-07-2006)
tel-00087202 , version 2 (12-09-2006)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00087202 , version 2

Citer

Sébastien Dhellemmes. Contribution à l'étude de l'épitaxie par jets moléculaires à grande échelle de semi-conducteurs phosphorés. Matière Condensée [cond-mat]. Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I, 2006. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00087202v2⟩
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