Croissance par épitaxie par jets moléculaires et caractérisation du système AlGaInA sur InP et application aux transistors bipolaires à hétérojonction

Molecular beam epitaxy and characterization of algainas films on inp and application to heterojunction bipolar transistor

• Auteur / Autrice : Jean-Pierre Praseuth
• Direction : Maurice Quillec
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1987
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Alexandre Revcolevschi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Maurice Quillec, Alexandre Revcolevschi, E. Constant, Dominique Huet, Huguette Launois

Mots clés

Mots clés contrôlés

Épitaxie par faisceaux moléculaires

Télécommunications -- Matériaux

Optoélectronique

Semiconducteurs

Mots clés libres

Condensation faisceau moléculaire

Diffraction rx

Photoluminescence

Substrat InP

Transistor à héterojonction

Aluminium gallium indium arséniure mixte

Résumé

Ce travail présente l'élaboration par épitaxie par jets moléculaires et la caractérisation des matériaux semi-conducteurs du système AlGainAs à l'ac­cord de maille sur InP et la valorisation de cette étude par la réalisation de transistors bipolaires à hétérojonction. L'intérêt de cette famille de matériaux est d'ouvrir un champ d'application en intégration sur un même substrat de fonctions micro-électroniques et optoélectroniques pour les télécommunications. Peu de données fiables sont disponibles dans la littérature jusqu'à présent. Nous avons comparé la qualité cristalline et optique de A1₀,₄₈In₀,₅₂AS, en fonction des conditions de croissance par l'exploitation des analyses effectuées par les équipes spécialisées : diffraction X, microscopie électronique à transmission et photoluminescence. Nous avons pu montrer qu'il est possible d'obtenir Alin As avec une qualité acceptable en travaillant dans les conditions inhabituelles dites de "surface stabilisée Al-In". Nous avons aussi mis en évidence un phénomène de ségrégation et d'accumulation du silicium à fort niveau de dopage (au-delà de n≽7. 3 10¹⁸cm⁻³). Une méthode originale de croissance des matériaux quaternaires AlGainAs a été développée. D'une part, l'utilisation de deux cellules d'indium permet la croissance superposée de l’A1₀. ₄₈ In₀. ₅₂As and Ga₀. ₄₇In₀. ₅₃, l'accord de maille est donc obtenu ipso-facto ; d'autre part, l’ajustement de la vitesse de croissance respective des deux ternaires permet d'obtenir l'alliage quaternaire (A1₀. 48In₀. ₅₂As)z(Ga₀. ₄₇In₀. ₅₃As)₁₋z) pour toutes les compositions désirées( O≼ z ≼ 1). L'étude systématique des propriétés électriques, cristallines et optiques en fonction de la composition a montré que ce système quaternaire présente une excellente qualité pour z≼ 0,60. Avec la composition z = 0,40, nous avons réalisé pour la première fois un transistor bipolaire à double hétérojonction dans ce système de quaternaire. Les caractéristiques obtenues sont intéressantes avec en particulier un gain en courant β allant jusqu'à 1200.

We present a complete investigation of electrical, optical and crystalline properties of quaternary AlGainAs grown lattice-matched to InP by molecular beam epitaxy. Fabrications of Heterojunction Bipolar Transistor have been undertaken as to valorize high quality layers. Only partial or questionable data have been published so far on this potentially important system. We have studied the quality of A1 ₀,₄₈In₀,₅₂ AS as a function of growth conditions by using X-ray diffraction, transmission electronmicroscopy and photoluminescence. We showed that good quality AlInAs can be grown under "Al-In" rich surface conditions. However, TEM micrographs show a tendancy to decomposition. High silicon doping layers (n≽7. 3 10¹⁸cm⁻³) exhibited the segregation and accumulation of Si towards the surface. We have developed a method to grow quaternary AlGainAs layers by using two indium cells. On the one hand, the growth is the superimposition of the two end-ternaries A1₀. ₄₈ In₀. ₅₂As and Ga₀. ₄₇In₀. ₅₃. As, the lattice-matchin is thus obtained ipso-facto; on the other hand, by adjusting the respective growth rate of the ternaries, we obtain quaternary layers that we can write as (A1₀. 48In₀. ₅₂As) z (Ga₀. ₄₇ In₀. ₅₃As)₁₋z at the desired composition (O≼ z ≼ 1). A systematic study of this system show that for z≼ 0. 60, excellent layers can be obtained. By using the layer with z = 0. 40, we have fabricated for the first time in this sytem a double heterojunction bipolar transistor with a current gain up to β = 1200.