Cartographie de paramètres physique et électriques de semiconducteurs III-V par photoluminescence à balayage

New scanning photoluminescence technique for mapping electrical and physical parameters of iii-v compound semiconductors

• Auteur / Autrice : Malek-Farzad Nuban
• Direction : Stanislaw Krawczyk
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences. Dispositifs de l'électronique intégrée
• Date : Soutenance en 1996
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électronique, optoélectronique et microsystèmes (Ecully, Rhône)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes de balayage

Épitaxie

Photoluminescence

Semiconducteurs

Résumé

Les semi-conducteurs iii-v utilises lors de la fabrication des composants micro et optoelectroniques doivent posseder des proprietes precises pour assurer leurs hautes performances. Lors de ce travail, nous proposons et validons de nouvelles techniques de mesures cartographiques de la duree de vie des porteurs et du dopage dans le cas des substrats et des structures epitaxiees, de la composition et de l'epaisseur dans le cas des structures a puits quantique. Ces techniques utilisent les cartographies a temperature ambiante de photoluminescence (pl) integree et resolue en longueur d'onde. Elles sont non-destructives, rapides et beneficient d'une haute resolution spatiale (environ un micrometre) du systeme d'imagerie de pl developpe au sein de notre equipe. La technique d'extraction des parametres electriques est basee sur les mesures cartographiques de l'intensite de pl a differents niveaux d'excitation. Grace aux modeles analytiques et numeriques developpes, nous avons introduit, valide et applique des nouvelles methodes de caracterisation de differentes structures: substrat (inp), simple couche epitaxiale (inp/inp(fe)) et double heterostructures (inp/ingaas/inp). Dans tous les cas, nous avons obtenu un tres bon accord entre nos resultats et ceux obtenus par la pl resolue temporellement. Grace a la haute resolution de celui-ci, nous avons mis en evidence les variations des parametres electriques autour des dislocations. Nous avons aussi optimise les conditions de desorption de la couche d'oxyde natif de substrats d'inp pret a l'emploi. L'exploitation de l'influence de recombinaison auger sur la duree de vie nous a permis d'adapter et d'appliquer notre methode au cas des couches d'ingaas fortement dopees au carbone frequemment utilisees dans la base des transistors hbt. La technique d'extraction de proprietes physiques (composition, epaisseur) est fondee sur les mesures cartographiques de la pl resolue en longueur d'onde. Par la comparaison des caracteristiques des pics de pl avec un modele theorique et la resolution de l'equation de schrodinger, nous accedons aux valeurs de ces parametres dans le cas des puits quantiques. Nous avons applique cette methode a l'etude de l'uniformite laterale des puits quantiques ingaas/inp realises par epitaxie localisee gsmbe sous differentes conditions de croissance (debit d'arsine, temperature) et en fonction de la largeur et de l'espacement de fenetres ouvertes dans le masque d'isolant. Nous avons mis ainsi en evidence l'augmentation de l'epaisseur, l'enrichissement en in et la presence des defauts a proximite des bords des fenetres. Nous avons montre le role important des conditions de croissance sur l'ampleur de ces non-uniformites et deduit les conditions optimales de croissance