Croissance de Ge/Si et investigation de la contrainte thermique dans un substrat virtuel à base de nano-cavités

L’intégration des matériaux III-V sur silicium (Si), est une voie prometteuse de développement des composants optoélectroniques III-V à hautes performances et à faible coût. Cependant les différences entre les propriétés intrinsèques des matériaux III-V et le Si (paramètre de maille, différence de coefficient d’expansion thermique, polarité, etc.), favorisent l’apparition de défauts lors de la croissance de ces matériaux III-V par épitaxie sur un substrat de Si. Une approche envisagée est d’intégrer du germanium (Ge), dont les propriétés intrinsèques sont proches de celles des matériaux III-V, sur un substrat de Si afin de développer un substrat virtuel permettant l’intégration de ces matériaux. L’inconvénient majeur de cette approche provient du fait que la croissance de Ge sur Si génère une densité de dislocations émergentes (ou vis) avec une densité élevée de 108/cm2, réduisant les performances de tous les types de composants optoélectroniques qui pourraient être fabriqués sur un substrat de Ge/Si. Récemment, une nouvelle approche prometteuse a été démontrée au 3IT permettant de réduire les défauts générés. Cette méthode, peu coûteuse, repose sur l’application d’une gravure électrochimique du Ge sur le substrat de Si. Ce processus de gravure permet de créer des pores à travers les dislocations. Cette étape est alors suivie d’un recuit thermique permettant la création de cavités, qui vont annihiler ou délocaliser les dislocations vis réduisant ainsi leur densité de 108/cm2 à 104/cm2. Bien que de nombreuses recherches se sont concentrées à réduire la densité de dislocations, certains défis restent à investiguer en particulier la différence de dilation thermique. Cette différence va induire une contrainte provoquant l’apparition de microfissures qui s’ajouteront aux dislocations, augmentant les effets néfastes pour les dispositifs optoélectroniques, rendant leur fabrication impossible. Dans le cadre de cette maîtrise, nous proposons les substrats virtuels à base de nanocavités comme une solution possible permettent de réduire la déformation/fissures des couches liées à la différence de coefficient d’expansion thermique entre les matériaux épitaxiés et le substrat. Pour mettre en lumière ce phénomène, du Ge sur Si a été cru par croissance épitaxiale. Une gravure électrochimique a été appliquée afin de créer une couche poreuse à la surface du Ge. Une reprise d’épitaxie directe sur le substrat de Ge/Si poreux par croissance d’une couche de Ge à basse température combinée à une étape de recuit a permis d’obtenir une forte densité de nano-cavités. Ce processus a permis d’éviter la migration vers la surface des cavités obtenues lors du recuit. Enfin, notre approche a démontré, lors de la croissance d’une couche d’arséniure de gallium (GaAs), une diminution de la contrainte thermique afin de réduire la probabilité d’obtenir des microfissures.

Name thesis:degree_name

M. Sc. A.

Level thesis:degree_level

Maîtrise

Discipline thesis:degree_discipline

Génie mécanique

Grantor dc:publisher

Université de Sherbrooke

Year dc:date.issued

2023

Author dc:creator

• Henriques, Jonathan

Advisors dc:contributor.advisor

• Boucherif, Abderraouf
• Arès, Richard

• Hétéroépitaxie
• Ge/Si
• Porosification
• Nano-cavités
• Croissance
• Contrainte thermique
• Croissances épitaxiales
• Semi-conducteurs III-V

Language dc:language.iso

fr, en

Handle dc:identifier.uri

http://hdl.handle.net/11143/20524

OAI identifier oai:identifier

oai:usherbrooke.scholaris.ca:11143/20524