Intégration des matériaux III-V antimoniures sur substrat de silicium

par Karine Madiomanana

Thèse de doctorat en Électronique

Sous la direction de Eric Tournié.

Soutenue le 14-12-2015

à Montpellier , dans le cadre de École Doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015) , en partenariat avec IES - Institut d'Electronique et des Systèmes (laboratoire) et de Institut d’Electronique et des Systèmes / IES (laboratoire) .

Le président du jury était Thierry Taliercio.

Le jury était composé de Eric Tournié, Thierry Taliercio, Guilhem Almuneau, Charles Cornet, Jean Baptiste Rodriguez, Gilles Patriarche.

Les rapporteurs étaient Guilhem Almuneau, Charles Cornet.


  • Résumé

    Ce travail de thèse porte sur l'intégration par Epitaxie par Jets Moléculaires (EJM) de matériaux III-Sb sur substrat de silicium. Une étude bibliographique très détaillée a tout d'abord été menée afin de comprendre les enjeux et d'évaluer les différentes approches permettant de diminuer la densité de défauts dans les couches III-V épitaxiées sur Si. Dans la deuxième partie, je détaille les travaux réalisés pour mettre au point une technique de préparation de la surface du substrat de silicium reproductible, efficace et robuste, et je montre son impact sur les propriétés d'hétérostructures III-Sb épitaxiées sur Si. Dans la dernière partie, je présente les différentes études menées pour évaluer l'impact de la désorientation du substrat et de l'épaisseur d'une couche tampon GaSb sur la qualité des hétérostructures épitaxiées sur Si, ces deux paramètres étant importants dans une perspective d'intégration photonique/microélectronique. Ensuite, je présente l'étude complète de l'optimisation des conditions de croissance d'une couche de nucléation AlSb ou Al. Je montre que les meilleures propriétés des hétérostructures sont obtenues pour une couche de nucléation de 4 monocouches (MC) AlSb réalisée à 450°C ou 1 MC Al déposée entre 450 et 500°C. Enfin, je propose des pistes d'optimisation.

  • Titre traduit

    Integration of III-V antimonides based material on Si substrate


  • Résumé

    This thesis deals with the integration of III-Sb based material on silicon substrate by Molecular Beam Epitaxy (MBE). A first bibliographic study has been led in order to understand the stakes and to evaluate the different approaches to decrease the defects density in the III-V epitaxial layers. In the second chapter, I give the details of the work done to realize a reproducible, efficient and robust silicon substrate surface preparation and I show its impact on the III-Sb heterostructures epitaxially grown on Si. In the last part of this thesis, I first present the studies led to evaluate the impact of the substrate miscut and of the GaSb buffer, these two parameters being very important in a photonic/microelectronic integration perspective. Then, I describe the complete optimization study of the growth conditions of AlSb or Al nucleation layers. I show that the best heterostructures properties are obtained for a nucleation layer of 4 monolayers (ML) of AlSb epitaxially grown at 450°C or 1 ML of Al deposited between 450 and 500°C. Finally, I propose some ways for optimization.


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