Etude thermodynamique et spectroscopique des systèmes gazeux Ga-Cl, Ga-As-Cl et Ga-As-H-Cl

Abstract

Notre travail a aboutit des avancés significatives dans deux directions. D’une part en ce qui concerne l’utilisation de la spectrométrie Raman en tant que méthode d’analyse "in situ" de phases gazeuses à haute température. D’autre part, pour ce qui relève de la définition du système gazeux gallium-chlore dont le rôle dans l’épitaxie de GaAs en phase vapeur est primordial. Nous avons déterminé les pressions partielles de GaCl₃ et As à partir de leur bande Raman la plus intense en procédant à des étalonnages préalables pour tenir compte de la superposition de la bande correspondant au mode de vibration γl de As₄ avec la branche Q de GaCl. Sur la base des résultats acquis en réacteur fermé, un dispositif a été réalisé en vue du dosage de ces espèces au sein d’un réacteur d’épitaxie. Nous avons défini avec précision le système gazeux gallium-chlore en mettant en cohérence, les résultats expérimentaux obtenus avec trois techniques : spectrométrie Raman, spectrométrie de masse et tensimétrie. L’existence de Ga₂Cl₄ a été confirmée et celle de Ga₂Cl₂ a été prouvée par spectrométrie de masse. Les spectres Raman de Ga₂Cl₆, GaCl₃ et GaCl ont été attribués et les fréquences retenues utilisées pour des calculs d’entropie et de capacité calorifique. Les analyses par spectrométrie Raman, pour lesquelles nous avons du mettre au point une méthode de la simulation du profil spectral de GaCl en fonction de la température, nous ont permis de préciser l’enthalpie de formation de GaCl. Ce résultat a été encore affiné par les exploitations de mesures tensimétriques réalisées sur des mélanges de chlore et de gallium, riches en gallium. En conclusion, nous avons retenu un nouvel ensemble cohérent d’enthalpies de formation des chlorures de gallium. Comparativement aux valeurs sélectionnées dans les compilations les plus récentes, celles que nous retenons sont identiques pour Ga₂Cl₆ et GaCl₃, plus précise pour GaCl et supérieures pour Ga₂Cl₄, Ga₂Cl₂ et GaCl₂.