Sujet de Doctorats 2013 - IEMN

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Titre : Co-intégration de nano-dispositifs électroniques hautes fréquences et faible consommation sursiliciumFinancement prévu : Université des Sciences et Technologies de Lille1Cofinancement éventuel : Région Nord-Pas de Calais(Co) Directeur de thèse : Xavier WALLARTE-mail : xavier.wallart@iemn.univ-lille1.frCo-directeur de thèse :E-mail :Laboratoire : IEMNGroupe de recherche : Epitaxie et Physique des hétérostructures (EPIPHY)Descriptif :Ce sujet de thèse propose de mettre en œuvre la technique émergente de nanoépitaxie associée à unréseau interfacial de dislocations pour réaliser la co-intégration d’hétérostructures de semiconducteursIII-V, qui sont la base de nano-dispositifs électroniques basse consommation d’énergie, sur substratsilicium.La croissance monolithique de semiconducteurs III-V sur substrat silicium conduit le plus souvent àune grande densité de défauts émergents altérant les qualités structurale, optique et électrique descouches épitaxiées. Nous avons récemment démontré que la croissance d’un film d’InAs sur siliciumprésentant une très bonne mobilité électronique était possible grâce à une couche d’accommodation enGaSb/GaP. La couche de GaP permet l’élimination des domaines d’antiphase tandis que celle de GaSbconduit à l’adaptation du paramètre de maille grâce à la formation d’un réseau de dislocationsnanopériodiques à l’interface GaSb/GaP. Néanmoins, la longueur de cohérence de ce réseau dedislocations étant limitée, une quantité de défauts émergents encore rédhibitoire pour les applicationssubsiste.C’est pourquoi nous désirons coupler ce mode de relaxation particulier à la croissance sélective degermes nanométriques (‘nanoépitaxie’) de dimensions inférieures à la longueur de cohérence desréseaux de dislocations d’interface. Ces germes nanométriques organisés permettront ensuite, parcoalescence, la croissance de nanorubans et de couches bidimensionnelles de haute qualitécristallographique, qui serviront de base à la réalisation de nano-dispositifs électroniques.Abstract :This PhD work will be devoted to the emerging technique of nanoepitaxy, coupled to an interfacialdislocation network to insure the co-integration of low power nanodevices based on III-Vsemiconductor heterostructures on silicon.The monolithic integration of III-V semiconductors on silicon most often leads to a high density ofthreading defects and hence to rather poor structural, electrical and electrical properties of the activelayers. We have recently demonstrated the epitaxial growth of a high electronic mobility InAs layer onsilicon, using a GaSb/GaP accommodation layer. The GaP layer allows the suppression of the antiphasedomains whereas the GaSb one leads to the accommodation of the lattice parameter thanks to a48
nanopriodic dislocation network at the GaSb/GaP interface. Nevertheless, the coherent length of thisnetwork is small and a high density of threading defects remains.That is the reason why we would like to associate this particular relaxation mode to the selectivegrowth of nanometric seeds (nanoepitaxy), with dimensions smaller than the coherent length of thedislocation network. These seeds will then allow, upon coalescence, the growth of high structuralquality ribbons and 2D layers for the fabrication of electronic nanodevices.49
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