Preparation par Epitaxie par jets moleculaires d'alliages III-V a base de thallium

par Francisco Sanchez-Almazan

Thèse de doctorat en Physique de la matière

Sous la direction de Guy Hollinger.


  • Résumé

    Les alliages Ill-V à base de thallium, GainTlP et GainTlAs, offrent potentiellement de fantastiques perspectives d'applications pour la photodétection infrarouge car, en permettant théoriquement de couvrir une gamme de longueurs d'onde de 1 à 10) μm, ils pourraient combiner les avantages des deux filières industrielles InGaAs (λ-l. 5μm) et HgCdTe (λ>2. 5μm) et bénéficier de la maturité de la filière télécom GalnAsP/lnP. Le projet visait d'abord à évaluer la faisabilité de préparer des alliages GainTlP ou GainTlAs par épitaxie par jets moléculaires (MBE) et à caractériser leurs propriétés optoélectroniques. Après un balayage systématique des paramètres de croissance, nous n'avons obtenu aucune incorporation notable de thallium dans les matériaux épitaxiés en utilisant des températures de croissance standard (350- 5000C), aussi bien pour les matrices InP, GainP que GainAs. Cela s'est révélé être en accord avec les travaux menés parallèlement par plusieurs autres laboratoires aux Etats Unis. En revanche une incorporation allant jusqu'à 40% a été obtenue a basse température (l80°C<T<260°C) avec de fortes pressions d'arsenic dans des matrices de GainAs, mais les couches obtenues sont alors structuralement très défectueuses (polycristallines) et ne présentent pas d'intérêt pour les applications optoélectroniques visées dans ce projet. Après une étude approfondie du rôle de chaque paramètre de croissance, nous avons réussi à trouver des conditions, très pointues, pour lesquelles il est possible de préparer des alliages monocristallins GainTlAs avec des concentrations de thallium inférieures ou égales à 4%. Pour les compositions supérieures, 8 et 12%, les échantillons deviennent maclés. En accord avec les prédictions théoriques, l'effet de l'insertion du thallium dans la matrice zinc blende en GainAs se traduit par une diminution du gap qui a été vérifiée à partir de mesures de transmission optique et de photoluminescence.

  • Titre traduit

    = Growth of III-V thallium alloys by Molecular Bearn Epitaxy


  • Résumé

    As and P based ternary or quaternary thallium alloys have been recently proposed as new infrared materials for long wavelength operation. Growth of GaInTlAs alloys on InP(001) has been attempted by solid source molecular bearn epitaxy (SSMBE). Thallium incorporation into Ga1-xInxAs matrices was studied as a function of substrate temperature, arsenic overpressure, matrix composition and growth rate. At high temperatures (> 350°C) evaporates whereas at intermediary temperatures (270°C - 350°C) thallium segregates into droplets on the surface. Only in the low temperature range ( 180°C - 20°C) can thallium be incorporated in sorne conditions, leading to mirror like surfaces. Up to 18 % Tl content was incorporated into a Gao. 70In0. 30As matrix and up to 40 % Tl into a GaAs matrix. For these high Tl concentrations, Tl droplets •are avoided and Tl incorporation is achieved only when using high arsenic pressures. However, this limits surface adatom diffusion and leads to amorphous, polycristalline or twinned materials. Finally, a narrow window for single-crystal growth has been found for low Tl contents (4%) using optimized growth conditions with low V/III pressure ratios and high growth rates. Various qualitative and quantitative analytical methods have been used to actually evaluate the Tl incorporation and the crystalline quality of the so-obtained TI III-V based alloys. Low temperature photoluminescence and optical transmission measurements revealed a reduction in band gap upon thallium incorporation, in agreement with theoretical predictions

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Informations

  • Détails : 1 vol. (206 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr.P.208

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