Préparation de surfaces structurées et reprise d'épitaxie par jets moléculaires : réalisation de micro et nano structures sur GaAs

par Olivier Desplats

Thèse de doctorat en Nanophysique

Sous la direction de Chantal Fontaine.

Soutenue en 2008

à Toulouse 3 .

mots clés

• Semiconducteurs III-V
• EPITAXIe par jets moléculaires
• Structuration de surface
• Lithographie
• Nettoyage de surface
• Plasmas
• Boîtes quantiques
• Optoélectronique
• Épitaxie par faisceaux moléculaires
• Lithographie par faisceau d'électrons
• Jets de plasma
• Plasmas microondes
• Plasmas froids
• Surfaces (technologie)
• Nanostructures
• Semiconducteurs
• Puits quantiques
• Semiconducteurs -- Effets des plasmas

Résumé

La structuration de surface et la reprise d'épitaxie sont des technologies clé pour le développement des (nano)dispositifs optoélectroniques avancés. Nos travaux de thèse ont visé la préparation de surfaces GaAs micro et nanostructurées pour l'épitaxie et l'étude de la croissance dirigée de boîtes quantiques InAs sur ces surfaces. La lithographie électronique a été retenue pour structurer la résine en surface et une attaque chimique pour le transfert du motif dans le semiconducteur. La décontamination de la surface par plasma micro-onde O2 : SF6 a été démontrée. Sa rugosité a été supprimée par désoxydation in-situ à basse température avec un plasma d'hydrogène. L'influence de l'orientation et de l'échelle des motifs sur l'épitaxie de GaAs a été précisée. Des boîtes quantiques d'InAs ont été réalisées sur ces surfaces recouvertes d'un puits de GaInAs et leur organisation obtenue. Cette méthode de préparation convient aussi pour l'épitaxie sélective de GaAs sur des surfaces structurées par des motifs de Si3N4.

Titre traduit

Preparation of patterned surfaces and molecular beam epitaxial regrowth : micro and nanostructure Growth on GaAs

Résumé

Surface patterning and epitaxial regrowth are key technologies for novel optoelectronic (nano) devices. The aim of this thesis has been to develop a preparation of GaAs micro- and nanopatterned surfaces suited for regrowth and to study the organization of InAs quantum dots on these surfaces. The patterns have been achieved by electronic lithography in a cap resist and transferred into GaAs by chemical etching. Surface decontamination by a O2: SF6 micro-wave plasma has been demonstrated. Roughening upon in situ deoxidization has been prevented thanks to a low temperature H plasma treatment. Molecular beam epitaxy on these patterned surfaces has been studied. InAs quantum dots have been grown and lateral ordering has been attained. This preparation method has been shown to be efficient for GaAs selective regrowth on Si3N4/GaAs patterned surfaces.