L'effet de la technique d'interdiffusion sur les propriétés optiques des boîtes quantiques InAs/GaAs

Abstract

Ce travail rend compte d'une étude des modifications des propriétés optiques d'un ensemble de boîtes quantiques (BQs) InAs induites par une technique d'interdiffusion. La technique consiste à introduire des lacunes par implantation de protons et à faire diffuser celles-ci jusque dans la région des BQs à l'aide d'un traitement de recuit thermique rapide. Ces lacunes favorisent l'interdiffusion des éléments In/Ga à l'interface InAs/GaAs. Cette technique, développée dans les salles blanches de microélectronique de l'Université de Sherbrooke, permet de décaler vers le bleu les raies d'émission des boîtes quantiques tout en minimisant le nombre de défauts non-radiatifs introduits en proximité du plan de BQs. Les propriétés optiques et électroniques des boîtes quantiques ont été caractérisées par une technique de photoluminescence (PL) en continue. Un montage de cartographie de la PL a permis d'étudier l'uniformité des propriétés optiques de l'échantillon tel que crû sur une surface typique de 10 cm[indice supérieur 2]. Nos résultats de caractérisation montrent que la distribution en taille et en composition de nos BQs est faible et comparable à celle des meilleurs échantillons possibles pour cette famille de matériaux élaborés par croissance épitaxiale par jets moléculaires. Toutefois on note d'importantes fluctuations en densité locale de BQs. L'influence du procédé d'interdiffusion sur la longueur d'onde d'émission, la largeur à mi-hauteur et l'intensité intégrée de la raie d'émission a été analysée. Les résultats obtenus sur une structure à BQs non-dopées montrent que l'interdiffusion permet d'obtenir de forts décalage vers le bleu, jusqu'à 110 nm, avec peu de création de centres de recombinaison non radiative. L'interdiffusion démarre à des doses d'implantation aussi faible que 2x10[indice supérieur 10] cm[indice supérieur -2] et on note une faible dépendance des propriétés optiques des BQs avec la dose d'implantation. Des défauts intrinsèques à la structure semblent jouer un rôle sur le fort degré d'interdiffusion observé à faible dose d'implantation. L'apparition d'une bande d'émission à faible énergie est corrélée au fort degré d'interdiffusion observé pour certains échantillons implantés et recuit. Cette bande est associée à la recombinaison de porteurs dans des agrégats de quelques BQs formés à la suite du procédé d'interdiffusion. Pour les structures à boîtes quantiques dopées de type N, nos résultats indiquent que le procédé d'interdiffusion des BQs est moins efficace dans ce cas. Le décalage en longueur d'onde est limité à environ 30 nm. Il semble que le plan de delta-dopage freine la diffusion des lacunes qui ne peuvent atteindre les BQs et participer à l'interdiffusion. Pour les énergies des ions d'implantation choisies (20 keV et 40 keV), il semble que la position du plan de dopants (au-dessus ou en-dessous du plan de BQs) ait peu d'influence sur la limite de décalage des raies d'émission et sur les propriétés des BQs interdiffusées.