L'imagerie de photoluminescence appliquée au contrôle de l'homogénéité des propriétés physiques et électriques de semiconducteurs III-V

Abstract

La présence des défauts et des inhomogénéités de leur distribution dans les substrats semi-conducteurs affectent les caractéristiques électroniques et optoélectroniques des composants réalisés sur ces substrats. Par sa sensibilité à la présence des défauts non radiatifs, électriquement actifs ou non, la technique de l’imagerie de photoluminescence à la température ambiante permet, de manière rapide et non destructive, de juger effectivement des inhomogénéités observées dans les semi-conducteurs. L’application de cette technique aux substrats semi-isolants de GaAs et d’InP, de croissance LEC, nous a permis de mettre en évidence les morphologies spécifiques des images de photoluminescence de ces substrats, par exemple la structure cellulaire des dislocations décorées par les précipités de fer dans les substrats semi-isolants d’InP. L’étude de l’influence des recuits thermiques à hautes températures, sur les morphologies observées, nous a permis de définir ensuite le rôle de l’histoire thermique des substrats sur la formation des défauts et des inhomogénéités détectées. Le second objectif de ce travail concerne la mise au point d’une nouvelle technique d’analyse quantitative de la distribution de la durée de vie des porteurs dans le volume, de la vitesse de recombinaison en surface et du dopage. Notre technique est fondée sur des mesures de photoluminescence à différents niveaux d’excitation et en utilisant deux lasers qui émettent à deux longueurs d’onde différente. Cette nouvelle technique a été appliquée sur des substrats de GaAs et d’InP, puis validée grâce à des mesures comparatives par photoluminescence transitoire réalisées au CENT (Bagneux). La présence des dislocations et des défauts ponctuels modifie, non seulement l’intensité du signal de photoluminescence, mais affecte également son spectre. Dans ce cadre, nous avons introduit une nouvelle approche, fondée sur l’imagerie de photoluminescence spectrale à la température ambiante, permettant la cartographie de la contrainte-déformation, résiduelle dans les substrats des semi-conducteurs. La technique développée a été appliquée sur des substrats semi-isolants de GaAs et d’InP de croissance LEC. Les résultats obtenus sont comparés avec les distributions de l’intensité de photoluminescence et de la densité des dislocations ; puis validés par des mesures de double diffraction de rayon X (DDX).