La caractérisation optique et structurale des structures à boîtes quantiques d'InAs/InP par cathodoluminescence à faible énergie

Abstract

L’objet de ce mémoire est l’étude des propriétés optiques et structurales par la technique de cathodoluminescence (CL) de deux types de structures à boîtes quantiques d’InAs/InP fabriquées au CNRC à Ottawa. Il s’agit, en premier, des structures à BQs d’InAs/InP dont la croissance est effectuée par auto-assemblage sur un substrat planaire d’InP. L’autre type d’échantillons est une structure à BQs d’InAs/InP dont la croissance est effectuée sur des nanomésas de différentes tailles fabriqués par des techniques de nanolithographie et gravure. Dans cette étude nous avons montré que la CL à faible énergie présente un grand avantage pour la réalisation des images CL de haute résolution spatiale. Couplée à un microscope électronique à effet de champ (FESEM) qui assure un travail à faible énergie la CL nous a permis d’atteindre une résolution spatiale de 130 nm. Des mesures CL en fonction de la température ont été réalisées afin de comprendre le comportement thermique des porteurs à l’intérieur des BQs. Les mesures de l’intensité CL en fonction de l’énergie du faisceau d’électrons sont en bon accord avec les simulations de Monté Carlo. Nous avons montré qu’en minimisant l’épaisseur de la couche d’encapsulation (capping), de façon à ce que les BQs soient plus proches de la surface, il était possible d’améliorer la résolution spatiale des images CL. Le système d’imagerie par CL a été largement exploité pour examiner la qualité structurale et optique de nos différentes structures à BQs. Sur les structures à substrat planaire, les images CL ont révélé l’existence de différentes familles de BQs dont la taille ou la forme varie. Sur les nanomésas, nous avons réussi à montrer la luminescence du WL situé sur les facettes (110) et sur le sommet (001) des mésas, ainsi que la luminescence des boîtes localisées au sommet des mésas. On a remarqué une non-uniformité de la luminescence des BQs au sommet de certaines mésas, ce qui montre l’existence des inhomogénéités dans la distribution, la taille ou la forme des boîtes.