Caractérisations structurales d'hétérostructures de semi-conducteurs par diffusion des rayons X
Antoine Letoublon, Laboratoire FOTON - Insa de Rennes
Résumé :
La diffusion des
rayons X offre des outils de métrologie des couches minces, non destructifs,
fiables et faciles à mettre en oeuvre. Des exemples simples seront présentés (mesures
de paramètres de maille, mesures d’épaisseurs ou de périodes de super réseaux)
utilisant balayages simples, cartographies de l’espace réciproque, détecteurs ponctuels
ou multi-canaux... Une étude plus avancée sur la détection des défauts dans des
couches minces de GaP(20nm)/Si sera ensuite présentée. Cette étude est au cœur
d’un des projets du laboratoire qui vise à intégrer des dispositifs
optoélectroniques et photovoltaïques III-V (fort potentiel en émission ou
absorption de lumière) sur substrats de silicium. Le substrat Si est choisi pour son faible coût et sa
maîtrise technologique. GaP est
choisi car c’est un semiconducteur III-V et il présente un faible désaccord de
maille avec Si (interface sans
dislocations). La détection et la prévention de la formation de défauts
(centres de recombinaison des porteurs…) sont donc primordiales pour la
réalisation de futurs dispositifs actifs sur ces couches de bases. La diffusion
des rayons X permet une détection efficace, en complément des méthodes locales
(TEM, STM…), de manière non destructive et sans préparation de l’échantillon. Dans
le cas des couches épitaxiées, la perfection cristalline induite par le
substrat oblige à analyser les choses bien au-delà de l’étude des largeurs à
mi-maximum des profils de raie, avec des analyses haute résolution et étendues
autour de plusieurs raies de Bragg et en dehors des postions nominales. Notre
étude a permis de mettre en évidence la présence de domaines d’antiphases
(typiques de la croissance d’un matériau polaire sur un non polaire) et des
micro-macles. L’étude a été menée sur dispositifs de laboratoire et en
rayonnement synchrotron.
