Caractérisation électrique et optique de couches GaAs hétéroépitaxiees sur substrat InP et analyse des dispositifs MESFETs fabriques sur ces couches
par Abdeslem Ben Hamida
Thèse de doctorat en Electronique
Sous la direction de Georges Brémond.
Soutenue en 1995
à Lyon, INSA , dans le cadre de Ecole Doctorale Mecanique, Energetique, Genie Civil, Acoustique (MEGA) (Villeurbanne) , en partenariat avec LPM - Laboratoire de Physique de la Matière (laboratoire) .
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Résumé
Sa simplicité d'élaboration et ses performances élevées font du MESFET GaAs/lnP un composant tout à fait adapté à une utilisation dans les circuits optoélectroniques intégré monolithiques fabriqués sur substrat lnP. Ce travail a pour objectif essentiel l'étude des défauts électriquement actifs dans les couches GaAs hétéro-épitaxiées sur lnP et la compréhension de l'influence de ceux-ci sur les caractéristiques de fonctionnement des transistors MESFETs fabriqués sur ce matériau. L'interprétation du mécanisme qui induit une surcompensation des couches GaAs/lnP par rapport à celles de GaAs/GaAs a pu être mieux expliquée grâce à ne caractérisation complète par spectroscopie d'admittance (DLTS : Deep Level Transfert Spectroscopy), de photoluminescence, d'absorption dans l'infrarouge et de photoréflectance. Nous avons pu montrer que le caractère disloqué de ces hétérostructures induit une compensation partielle des porteurs non seulement par les centres profonds créés mais aussi par l'incorporation du silicium dans des sites cristallins complexés autres que donneurs. Grâce à une caractérisation électrique détaillée des caractenstiques du composant MESFET et des défauts électriquement actifs présents dans ce transistor nous avons été en mesure d’interpréter l'Influence des niveaux profonds de l' hetero-epitaxie sur ses performances. En particulier, une optimisation de l'épaisseur de la couche tampon et des traitements thermiques appliqués a pu être suivie et corrélée à l'action des défauts profonds.
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Titre traduit
= Electrical and optical characterization of GaAs Layers grown by MOCVD on lnP semi insulating substrates and application to MESFET devices
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Résumé
Optoelectronic integrated circuits (OEICs) are presently developed for law cost and high performance devices in the 1. 3 μm - 1. 55 μm wavelength fiber communication systems. The very mature technology of gallium arsenide makes it highly attractive to combine GaAs electronic devices with lnP optical components on the same chip. The aim of this work is essentially the study of electrical defects influence on GaAs layers grown on lnP and their impact on MESFET devices performances. By using a complete variety of optical and electrical spectroscopy techniques (Photo -luminescence Photo-reflectance, lnfrared absorption and deep level transient sprectroscopy), we were able to give an explanation of the donor compensation mechanism observed on the GaAs/lnP layers if compared to the GaAs/GaAs layers. The compensation effect was shown to be partially due to complex defects involving silicon in acceptor sites. We also emphasized on the correlation between lattice – mismatch dislocations and electrical defects present in the GaAs layers. A detailed electrical characterization of MESFET devices showed the influence of the electrical active defects due to the lattice mismatch on the device performances. We also correlated the concentration of these defects to the buffer layer thickness optimization and to different heat treatments.
