Etude par diffraction des rayons X et microscopie électronique en transmission de couches GaInAs déposées sur substrat {111} vicinal : relation entre contraintes, structure et composition chimique

Study by X-ray diffraction and Transmission Electron Microscopy of GaInAs layers grown on GaAs {111} off-cut substrates : relation between stress, structure and chemical composition

• Auteur / Autrice : Hélène Varlet
• Direction : Bernard Pichaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microscopie électronique en transmission

Rayons X -- Diffraction

Dislocations dans les cristaux

Dislocations dans les semiconducteurs

Relaxation des contraintes

Couches minces

Gallium -- Alliages

Résumé

Le travail présenté dans ce mémoire vise à mieux comprendre les mécanismes mis en jeu lors de la relaxation de couches épitaxiées GaInAs déposées sur substrat GaAs vicinal {111}. L'angle de coupe, nécessaire pour garantir une croissance bidimensionnelle de la couche, est à l'origine d'une forte anisotropie de relaxation. Une méthode de caractérisation par diffraction des rayons X, ne nécessitant aucune hypothèse préalable sur l'état de contrainte, a été développée pour déterminer précisément la composition chimique et l'état de relaxation des couches. Elle a permis de montrer, pour des couches d'épaisseur de l'ordre du micromètre, qu'il existe une importante rotation des plans cristallins de la couche et que la relaxation se produit très majoritairement suivant la direction de l'angle de coupe. Les observations fournies par la microscopie électronique viennent confirmer ce résultat. La relaxation plastique se produit par génération de fautes d'empilement intrinsèques bordées par des dislocations partielles. Pour expliquer les mécanismes ayant conduit à cette anisotropie, l'effet des bords de marches et la nature des défauts sont considérés.

The aim of this work is to provide a better understanding of the relaxation mechanisms of GaInAs layers grown on GaAs off-cut {111} substrates. The miscut angle, which is essential to achieve a 2D growth of the layer, leads to an anisotropic relaxation. A method, based on high resolution X-ray measurements was developed. It requires no assumption about the stress existing in the layer to determine the chemical composition and the relaxation state. In the case of 1 µm-thick layers, this method has shown that there is an important rotation of crystallographic planes and that the relaxation mainly occurs in the miscut direction. TEM results are in good agreement with the measured anisotropy. Plastic relaxation occurs by generation of intrinsic stacking faults with partials dislocations at both sides. In order to explain the anisotropy, mechanisms based on the effects of the substrate steps and nature of the defects are proposed