Développement de nouveaux substrats compliants pour l'hétérroepitaxie de semiconducteurs

Development of new compliant substrate for the heteroepitaxies of semiconductors

• Auteur / Autrice : Damien Bordel
• Direction : Geneviève Grenet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux et des surfaces
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectrométrie de masse de désorption de plasmas

Épitaxie

Faisceaux moléculaires

Mots clés libres

Compliance

Collage moléculaire

Résumé

Cette thèse montre comment utiliser un matériau visqueux ou élastique pour fabriquer des pseudosubstrats permettant l'épitaxie de matériaux semiconducteurs impossibles à obtenir sans défauts sur les substrats standard. Elle explicite la technique du double report pour réaliser des pseudosubtrats. Une trimembrane InGasAs/InAsP/InGaAs contrainte est obtenue par EJM. Cette tri-membrane est reportée sur un substrat hôte par collage hydrophile - hydrophobe sur une couche épaissede polydimethylsiloxane (PDMS) pour y être relaxée élastiquement. Comme la croissance des semiconducteurs III-V se fait à des températures incompatibles avec la stabilité du PDMS, un second report sur un support hôte est nécéssaire. Les spectres de photoluminescence obtenus pour une couche de InGaAs témoignent de la qualité optoélectronique des reprises d'épitaxie obtenues sur les pseudosubstrats ainsi fabriqués. Deux autres approches sont également explorées. L'une concerne le remplacement du PDMS par une couche de molécule autoassemblée qui sert à la fois d'adhésif et de couche compliante. La seconde approche s'intéresse à un verre, le borophosphosilicate (BPSG) comme couche compliante. Ce verre est compatible avec l'épitaxie des semiconducteurs et à la faculté de fluer à ces températures ce qui permet donc de s'affranchir du second report. Cette étude a clairement démontré l'importance dune part des interfaces de collage qui permettent de répartir la contrainte entre la couche mince et le substrat et d'autre part du rapport d'échelle entre la couche germe fine et la couche compliante épaisse.

This work showed how employed a viscous or elastic material in order to make a pseudosubstrate. This allowed to epitaxy new semiconductors that couldn't be obtain without defaults on the standart substrate. We explained the double bonding technic in order to obtain pseudosubstrates. A puedomorphic layer of InGasAs/InAsP/InGaAs strained in compressive was epi-grown onto substrate. This was bonded onto a thick PDMS substrate by hydrophobic-hydrphilic bonding. The PDMS thanks to its great elsticity allowed the relaxation of the epilayer strain. Like the epi-grown of III-V semiconductors was dont to incompatible temperature with the PDMS stability a second bonding on host sunstrate was used. The InGaAs epilayer photolumijnescnce spectrum showed the optoelectronic quality of the re-epitaxy. Others materials were also explored. Once used a self assembled molecular layer in place of PDMS. This layer was used both like adhesif and compliant layer. The second material was a glass, the borophosphosilicate glass (BPSG) that was compatible with III-V semiconductors epi-grown. This allowed to free from double bonding. This study showed the importance of both bonding interface, who permit to divide the strain up between the thin layer and the substrate, and the different thick between the epi-grown layer and the thick compliant layer.