Étude des propriétés électroniques et structurelles d'impuretés, de défauts ponctuels et de boîtes quantiques auto-assemblées présents dans un cristal d'arséniure de gallium par microscopie à effet tunnel

Study of the electronic and structural properties of impurities, point defects and self-organized quantum boxes in a gallium arsenide crystal by scanning tunneling microscopy

• Auteur / Autrice : Gautier Mahieu
• Direction : Didier Stiévenard, Bruno Grandidier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Lille 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Impuretés interstitielles

Semiconducteurs magnétiques

Défauts ponctuels

Semiconducteurs -- Dopage

Structure électronique

Spectroscopie tunnel

Arséniure de gallium

Microscopie tunnel à balayage

Mots clés libres

Impuretés magnétiques

Boîtes quantiques -- Autoassemblage

Résumé

La miniaturisation constante des composants électroniques à base de semi-conducteurs III-V impose de tenir compte de l'influence d'éléments actifs (impuretés, défauts et nano-structures) de manière individuelle. Depuis sa création par Binnig et Rohrer en 1981, le microscope à effet tunnel (STM) s'est avéré être un outil capable de caractériser de tels, éléments à l'échelle atomique. Ce travail concerne l'étude à l'aide d'un microscope à effet tunnel des propriétés électroniques et morphologiques d'impuretés, de défauts ponctuels et de boîtes quàntiques dans du GaAs. Tout d'abord, après une description détaillée des méthodes de préparation des sondes STM et des échantillons III-V, la sensibilité de la technique est illustrée avec l'influence des états de surface sur les images STM à la résolution atomique d'une surface (011) de GaAs sans défaut. Nous nous sommes ensuite particulièrement intéressés au cas des surfaces dopées type p, Nos résultats spectroscopiquesà basse température ont prouvé l'influence de la symétrie cubique du GaAs sur la symétrie des fonctions d'onde associées aux premiers états excités des accepteurs pris individuellement. Nous avons alors appliqué ces mesures spectroscopiques (à 300 K) au cas d'un semi-conducteur magnétique dilué (DMS) qui contient à la fois des accepteurs et des défauts ponctuels : le GaMnAs. Une étude spectroscopique du GaMnAs pour différentes concentrations d'ions Mn a mis en évidence la présence d'atomes Mn interstitiels compensant les porteurs de charge et ayant un rôle limitant sur les propriétés électroniques et magnétiques de ce DMS. Enfin, nous avons étudié les propriétés électroniques de boîtes quantiques d'lnAs dans une matrice de GaAs. En faisant varier les conditions de croissance, des paires contenant des boîtes quantiques de tailles semblables ont pu être réalisées. Des études spectroscopiques montrent toutefois une absence de couplage électronique au sein des paires de boîtes.