Microscale characterisation of epitaxial semiconducting homolayers. - I. Cathodoluminescence

A model of the cathodoluminescence (CL) intensity originated from Gallium Arsenide epitaxial layers is developed. The dependence of the CL intensity on the electron beam voltage is investigated in the particular case of a structure which resembles field effect transistors:, an n type uppermost layer grown on a acceptor doped ([NA] ≃ 10^15 cm-3) layer, the substrate being semi-insulating. The influence of the parameters on which the CL intensity depends is detailed. The surface and interface recombination velocities and the minority carrier diffusion length can be determined in regions of the order of one micron3. As an illustration of the proposed method of characterisation, experiments were performed at room temperature, in a scanning electron microscope, on GaAs homojunctions grown by molecular epitaxy with an uppermost layer silicon doping level of 4 x 10^17 and 2 x 10^18 cm-3. The minority carrier diffusion length is found to decrease from about 1 µm to 0.5 µm when increasing the doping level. The surface and interfaces recombination velocities are estimated to be as high as 10^6 cm/s.Nous avons developpé un modèle décrivant la variation de l'intensité de cathodoluminescence (CL) avec la tension d'accélération des électrons incidents. Nous avons étudié spécifiquement le cas d'homostructures semblables à celles utilisées dans la fabrication des transistors à effet de champ. La première couche, de type n, est évaporée sur une couche tampon ([NA] ≃ 10^15 cm-3) le substrat est semi-isolant. Nous décrivons l'influence des divers paramètres sur les courbes d'intensité CL. Les vitesses de recombinaison à la surface et aux interfaces, ainsi que la longueur de diffusion des porteurs minoritaires peuvent être déterminés à l'échelle du micron3. Nous proposons comme illustration de cette méthode, la caractérisation, dans un microscope électronique à balayage, d'homojonctions d'arséniure de gallium préparées par la technique de jet moléculaire. La couche supérieure est dans un cas dopée avec 4 x 10^17/cm3 atomes de silicium, et dans l'autre avec 2 x 10^18/cm3. Les expériences sont réalisées à température ambiante. La longueur de diffusion diminue d'environ 1 µm à 0,5 µm lorsque le niveau de dopage augmente, et les vitesses de recombinaison à la surface et aux interfaces sont de l'ordre de 10^6 cm/s

Continuité documentaire « lycée-université » dans l'académie de Lille : un dispositif expérimental généralisable ?

International audienc