GROWTH ANISOTROPY AND REACTIONS MECHANISMS IN METAL ORGANICS VAPOR PHASE EPITAXY OF GaAs

Metal Organics Vapor Phase Epitaxy (MOVPE) is one of the major epitaxial growth methods for III-V semiconductors. Very high purity GaAs can be obtained from Ga(CH3)3, and AsH3. However, the reactions occuring in the gas phase and at the growing interface are not fully understood. A large body of experimental data on the decomposition of AsH3 and Ga(CH3)3 was brought by mass spectroscopty, IR and Raman, deuterium labeling. It has been shown that Ga(CH3)3 decomposes before reaching the growing interface leaving CH3 radicals, whereas AsH3 undergoes an homolytic dissociation into AsH. Besides, decomposition of AsH3 is catalyzed by GaAs surface. Henceforth, it is assumed that GaCH3 and AsH are the molecular species reaching the growing interface. Even though MOVPE occurs under high supersaturation, growth rate was found to be anisotropic. This was experimemtally demonstrated under non-planar GaAs surfaces, in lateral growth experiments and on GaAs spheres. Low index faces {100} and {111}Ga were found to be low growing planes whereas [122] and {1[MATH]0} are the fast ones. However, no anisotropy was evidenced when substrates with different orientations are placed side by side in the growth zone. To explain these features, it is assumed that molecular species (GaCH3 and AsH) diffuse to some extend on the surface until they are preferentially incorporated into crystallographic sites which provide the lowest Gibbs energy. Since growth occurs under excess arsenic, on {100} faces As-H bonds are present at the surface. GaCH3 is chemisorbed. diffuses towards [1[MATH]0] steps, then at a kink along this step where it forms with AsH either an activaled complex or a surface adduci. CH4 is then eliminaled, leaving a free bond at a Ga atom for the further adsorption of AsH. This is a slow process. On the other hand, on a {1[MATH]1}As surface, GaCH3 are chemisorbed and lies perpendicular to the surface, diffusion towards step is not required for the elimination of CH4. But, this CH4 elimination is not so efficient compared to {100} faces, and growth on {1[MATH]1}As gives poor surface morphology and a high level of carbon incorporation.L'épitaxie en phase vapeur par pyrolyse d'organométalliques (EPVOM) est l'une des principales méthodes d'épitaxie des semiconducteurs III-V.GaAs de très haute pureté a pu être obtenu à partie de Ga(CH3)3 et AsH3. Toutefois, les réactions intervenant dans la phase gazeuse et à l'interface de croissance sont encore mal comprises. De nombreuses données expérimentales sur la décomposition de Ga(CH3)3 at AsH3 existent, elles résultent d'études par spectrométrie de masse, par spectroscopie Raman et IR et par marquage utilisant le deutérium. Il a été montré que Ga(CH3)3 se décompose avant d'atteindre l'interface de croissance, en libérant des radicaux CH3, tandis que AsH3 subit une décomposition homolytique en AsH. Par ailleurs la décomposition de AsH3 est catalysée par la surface de GaAs. On admet désormais que GaCH3 et AsH sont les espèces moléculaires qui interviennent à l'interface de croissance. Bien qu'intervenant à sursaturation très élevée, l'EPVOM conduit à une croissance anisotrope. Ceci a été montré expérimentalement sur des surfaces de GaAs non-planes, ou lors de la croissance latérale ou encore sur des sphères monocristallines. Les faces de bas indices {100} et {111}Ga correspondent à des plans de croissance lente, tandis que {122} et {1[MATH]0} sont de croissance rapide. Il faut cependant noter qu'aucune anisotropie n'est observée quand plusieurs substrats d'orientations différentes sont placés côte-à-côte sur le suscepteur. Pour analyser ces faits expérimentaux, on suppose que les espèces moléculaires GaCH3 et AsH diffusent à la surface de GaAs jusqu'à ce qu'ils soient préférentiellement incorporés en un site qui minimise l'enthalpie libre. La croissance intervenant sous excès d'arsenic, sur les faces {100}, des liaisons As-H sont présentes à la surface. GaCH3 est chimisorbé puis diffuse vers les marches [1[MATH]0], puis vers un décrochement le long de ces marches où il forme avec AsH soit un complexe activé, soit un adduit de surface. CH4 s'élimine, laissant une liaison libre sur un atome de Ga pour l'adsorption ultérieure de AsH ; c'est un processus lent. Par contre, sur une surface {1[MATH]0}As, GaCH3 est chimisorbé et la liason Ga-CH3 est perpendiculaire à la surface, la diffusion de GaCH3 vers un marche n'est plus nécessaire pour l'élimination d'un CH4, c'est un processus rapide. Mais, cette élimination de CH4 n'est pas aussi efficace que sur une surface {100}, c'est pourquoi la croissance sur une face {1[MATH]1}As conduit à une mauvaise morphologie de surface et à une incorporation de carbone élévée

Relations between structural parameters and physical properties in CdTe and Cd0.96Zn0.04Te alloys

Electrical measurements and photoluminescence experiments were performed on several CdTe and Cd0.96Zn0.04Te crystals with dislocation density in the range 5 x 104 - 6 × 105 cm-2. The observed variation in electron mobility has been interpreted in terms of scattering on space charge regions surrounding dislocations, a related reduction in the effective volume of the crystals, and excess scattering due to a non ideal alloy behaviour. The linewidth of the acceptor-bound exciton recombination line includes contributions due to alloy disorder and dislocations, the latter being enhanced in the alloys.Des mesures électriques et des expériences de photoluminescence ont été réalisées sur des cristaux de CdTe et de Cd0,96Zn0,04Te, de densité de dislocations variant entre 5 x 104 et 6 x 10 5 cm-2. La variation de la mobilité électronique a été interprétée en termes de : diffusion sur les régions de charge d'espace entourant les dislocations, réduction correspondante du volume effectif des cristaux, diffusion en excès dans les alliages due à leur caractère non idéal. La largeur de raie de recombinaison d'excitons liés à des accepteurs neutres se décompose en contributions associées au désordre d'alliage et aux dislocations, cette demière étant augmentée dans les alliages

Solid State Recrystallization of II-VI Semiconductors : Application to Cadmium Telluride, Cadmium Selenide and Zinc Selenide

Solid state recrystallization (SSR) has been very rarely used for semiconductors. It has nevertheless been proposed, and industrially used, for the single crystal growth of cadmium mercury telluride according to a quench-anneal process. The reasons of the interest of this process, in specific cases of II-VI semiconductors crystal growth, will be analyzed (particular phase diagrams, phase transitions in the solid state close to the melting point, high temperature contaminations..etc.. make the use of traditional melt growth techniques unfavourable) and illustrated refering to CdHgTe literature. Original results related to the binary compounds CdTe, CdSe and ZnSe will be presented

Metal organics vapour phase epitaxy of GaAs : Raman studies of complexes formation

The use of trimethylarsenic(TMAs) in place of arsine in metal organics vapour phase epitaxy (MOVPE) of GaAs gives samples with high residual doping (∼ 1017 cm-3). Raman spectroscopy shows that a rather stable solid is formed between trimethylgallium (TMG) and AsH3, whereas no adduct is formed between TMG and TMAs. This feature could explain the high density of residual carbon when using TMAs in MOVPE of GaAs.Le remplacement de l'arsine par le triméthylarsenic (TMAs) lors de l'épitaxie en phase vapeur à partir d'organométalliques (EPVOM) de GaAs conduit à des matériaux ayant un résiduel élevé (∼ 1017 cm-3). La spectroscopie Raman montre qu'il se forme un solide relativement stable entre le triméthylgallium (TMG) et l'arsine, alors qu'il ne s'en forme pas entre TMG et TMAs. Ce fait pourrait expliquer l'incorporation élevée de carbone lors de l'EPVOM de GaAs en utilisant TMAs

Analyse de couches ou multicouches par SIMS : interprétation du profil aux interfaces

Secondary ion mass spectrometry (SIMS) is a well adapted analytical method for the chemical characterization of concentration profiles in layered or multilayered materials, particularly concerning the more or less abrupt interfaces bounding those layers. It is known that the fiability and accuracy of the interface characterization may be affected by methodological factors, which alter the depth resolution such as: macroscopical or microscopical initial roughness of the substrate and/or of the layers, ion-induced roughening, effects of differential sputtering of the various elements, transitory stage of the primary ion beam implantation, ion beam induced accelerated diffusion, balistic mixing or segregation; etc... This communication describes several examples of SIMS analysis performed on metal multilayers (Co/Cu) and on epitaxial semiconductor layers (CdTe/GaAs), focussing the interest on the particular analytical problems raised by the initial roughness and the ion induced roughening effect. The interpretation of the measured profiles, the influence of analytical parameters (such as the nature of the primary ion beam, sputtering conditions, detected ion species), and the limitations of profilometry roughness measurements, are discussed. Solutions are proposed in order to improve the depth resolution of interface characterization, including a tentative modelization of roughness effect