Caractérisation électronique et optique des ions de transition 3 d et 4 d dans InP : interprétation des sections efficaces absolues de photoionisation des ions de transition 3d

= Electrical and optical characterization of 3d and 4d transition metal ions en inp : the absolute photoionization cross section of the 3d transition metal ions

• Auteur / Autrice : Georges Brémond
• Direction : Alain Nouailhat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance en 1988
• Etablissement(s) : Lyon, INSA en cotutelle avec Lyon 1
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LPM - Laboratoire de Physique de la Matière (1961-2007)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Phosphure d'indium

Photoionisation

Éléments de transition

Résumé

Ce travail s'intéresse aux propriétés électroniques et optiques des niveaux profonds introduits par les ions des métaux de transition 3d et 4d dans le phosphure d'indium. Un ensemble de caractérisation électro-optique basé sur les méthodes de mesures capacitives a été développé. La DLOS ( Deep Level Optical Spectroscopy) que nous avons rendue quantitative, nous a permis de mesurer les sections efficaces absolues de photoionisation des niveaux déterminés par DLTS (Deep Level Transient Spectroscopy). Par ce travail de métrologie physique nous avons eu accès à la signature optique complète des ions de transition dans la fenêtre énergétique du gap du semi-conducteur. Les résultats saillants sont les suivants : 1) Nous avons identifié, pour la première fois dans InP, les niveaux simples donneurs du Ti (Ti4+/3+ à Ec - 0,56 eV), du V (V4+/3+ à Ev + 0,21 eV), du Cr (Cr4+/3+ à Ev +0,57 eV) et confirmé l'identification du niveau simple accepteur du Cr (Cr3+/2+ à Ec- 0,40 eV). Ces résultats décisifs pour la connaissance des structures électroniques des ions de transition dans les semi-conducteurs III-V, résultent principalement de l'analyse des spectres de sections efficaces absolues de photo-ionisation obtenues à partir de ces niveaux. Un fait remarquable est l'observation sur ces spectres, de bandes de résonance qui sont attribuées à la présence d'états excités en résonance avec BC pour le Ti et le Cr et avec BV pour le V. Nous montrons leur corrélation directe aux transitions internes d'absorption 2E →2T2 pour les états de charges Ti3+ et v4+ et 5T2 4 5E pour le Cr2+. D'autre part, deux résultats décisifs mettent en valeur toute l'originalité de la technique DLOS : a) la mise en évidence pour v~+/3+ d'une résonance de trou dans BV correspondant à la première observation, d'une transition interne pour l'état de charge donneur d'un métal de transition, b) la démonstration de l'existence de plusieurs états de charge du Cr dans le gap de InP· 2) A partir de l'identification des niveaux introduits par les 3d et 4d dans InP, et dans le cadre des recherches d'un ion dopant pour obtenir des substrats semi-isolants de très bonne qualité (résistivité élevée et faible diffusité thermique) nous conluons que : a) le vanadium ne créant pas de centre profond proche du mi-gap ne peut être employé, b) les niveaux donneurs du Ti et du Cr peuvent être utilisés pour réaliser de l’InP-SI en compensant les trous libres apportés lors d'un co-dopage par un accepteur superficiel. C) dans l'état actuel des recherches, les 4d ne conduisent pas à des défauts profonds à mi-gap. 3) Nous avons réalisé l'étude et l'interprétation des spectres de sections efficaces absolues de photoionisation relatives aux niveaux simples donneurs da Ti,V,Cr et simples accepteurs du Cr, Mn, Fe, Co et CuA. L'interêt d'un tel travail systèmatique et original a été de suivre, par une analyse détaillée et une comparaison théorique des spectres de section efficaces absolues de photoionisation, les tendances des propriétés électroniques de la série 3d dans InP. Les récents calculs théoriques concernant les section efficaces de photoionisation permettent une discussion quantitative et une compréhension définitive de la physique associée à ces défauts.