Structural and optical characterization of SiC

par Georgios Zoulis

Thèse de doctorat en Milieux denses et matériaux

Sous la direction de Jean Camassel et de Efstathios Polychroniadis.

Le président du jury était Patrick Soukiassian.

Le jury était composé de Jean Camassel, Efstathios Polychroniadis, Patrick Soukiassian, Didier Chaussende, Rositza Yakimova, Sandrine Juillaguet.

Les rapporteurs étaient Didier Chaussende, Gabrielle Regula.

  • Titre traduit

    Caractérisation structurale et optique de carbure silicium


  • Résumé

    Ce travail porte sur la caractérisation structurale et optique d'échantillons de SiC. Les échantillons étudiés ont été répartis en trois groupes : des échantillons massifs, des couches épitaxiales épaisses et enfin des couches minces. La croissance des échantillons massifs a été réalisée avec la technique CF-PVT, utilisant une géométrie « d'étranglement ». L'objectif était de filtrer les défauts afin de créer des germes de 3C de haute pureté. La croissance de des couches épaisses par sublimation avait comme objectif la maitrise d'un dopage résiduel faible de type n et p pour des applications composants. Enfin, dans le but de réaliser des composants de type LED blanche des impuretés Ga ont été introduites dans des couches minces épitaxiées par VLS afin de créer des échantillons fortement dopé de type p. Tous ces échantillons ont été étudiés par photoluminescence, micro-Raman, SIMS et microscopie électronique à transmission. Il a été possible de déterminer la concentration d'impuretés et d'identifier le caractère n ou p de ces échantillons. L'analyse des échantillons a été faite en utilisant à la fois l'observation des défauts structurels et les informations obtenues à partir des techniques de caractérisation optique. Nous avons pu obtenir des informations sur les paramètres physiques de 3C-SiC, comme l'énergie de liaison de Ga et Al, la structure fine des excitons liés à l'Al et celle des paires donneurs accepteurs Al-N et Ga-N. Enfin l'apparition d'un nouveau défaut de structure appelée le « fourfold twin » a été observée.


  • Résumé

    The main topic of this thesis is the structural and optical characterization of SiC samples. The samples were divided in three groups: bulk, thick and thin epilayers. The bulk samples were grown with the CF-PVT technique and used a modified crystal holder geometry. The objective was to filter the defects to and create high purity and quality seeds of 3C-SiC. The thick epilayers were grown with the sublimation epitaxy technique, trying to demonstrate the creation of low impurity n and p type layers for device applications. Finally the thin epilayers were grown with the vapour-liquid-solid technique and doped with Ga impurities in an effort to create either heavily p-type doped samples and components for white LED applications. The samples were studied with low temperature photoluminescence, micro-Raman, SIMS and transmission electron microscopy. With the help of these techniques it was possible to determine the impurity concentration and identif y the n or p character of these samples. A qualitative analysis of the quality of the samples was done using both the observation of the structural defects and the information from the optical characterization techniques. We were able to acquire information about physical parameters of 3C-SiC like the binding energy of Ga and Al, the Al bound exciton fine structure and the Al-N and Ga-N donor acceptor pair fine structure. The appearance of a new structural defect called the fourfold twin was observed and presented.


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