Croissance VLS-MBE auto-catalysée de nanofils d’InP sur silicium

La croissance épitaxiale en mode VLS (vapeur-liquide-solide) auto-catalysée, à l’aide de gouttelettes d’éléments III, de nanofils III-V sur silicium fait l’objet d’études intensives afin de s’affranchir de l’or qui certes est le catalyseur le plus efficace, mais qui représente aussi le « poison » le plus craint dans les fonderies silicium de par les pièges profonds qui lui sont associés. Si la croissance VLS-CVD auto-catalysée a déjà donné de bons résultats, elle apparait plus délicate en VLS-MBE certainement en raison de son principe même qui met en cause la diffusion d’adatomes pour alimenter et sursaturer les gouttelettes du catalyseur, en particulier en éléments V, pour conduire à la croissance des nanofils. La croissance VLS-MBE auto-catalysée de nanofils de GaAs ou d’InP sur substrats de GaAs ou d’InP nécessite ainsi une étape d’oxydation contrôlée du substrat pour favoriser la diffusion des adatomes mais formant aussi un oxyde suffisamment fin pour qu’il puisse être « percé » par la gouttelette d’élément III jusqu’au substrat afin que la croissance du nanofil soit en relation d’épitaxie avec ce substrat et donc orienté par celui-ci. Cette étape d’oxydation semble plus délicate à contrôler sur substrat de silicium. Il a cependant été réalisé des nanofils de GaAs, d’InAs, voire d’InAsP par VLS-MBE sur silicium mais jamais encore de nanofils d’InP, les mécanismes à mettre en œuvre étant certainement plus délicats avec le phosphore qu’avec l’arsenic.

 

Dans le cadre du projet ANR-P2N INSCOOP, l’équipe H&N avait en autre la tâche d’étudier et de développer la croissance VLS-MBE auto-catalysée de nanofils d’InP sur substrats Si(001) et Si(111). Avec une étape de préparation/oxydation adaptée des substrats de Si et un contrôle de la taille et la densité des gouttelettes d’indium, nous avons pu faire croître des nanofils d’InP auto-catalysés et verticaux sur Si(111) -voir image MEB Figure a-. Les conditions de croissance ont conduit à des nanofils de type Zinc-Blende contenant cependant un très grand nombre de fautes d’empilement, de macles et de segments Wurzite -voir image TEM Figure b- et les propriétés de photoluminescence sont encore très médiocres comparativement à celles des nanofils d’InP pure Wurzite qui ont crûs avec de l’or comme catalyseur. Leur longueur est aussi limitée à quelques centaines de nanomètres en raison de la consommation des gouttelettes d’indium au cours de la croissance.

 

Ce résultat représente cependant un premier pas vers l’objectif fixé et nous travaillons maintenant sur les conditions de croissance pour améliorer les propriétés structurales des nanofils d’InP obtenus par croissance VLS-MBE auto-catalysée sur Si(111). Des études sont menées en parallèle sur Si(001) qui apparait plus délicat à traiter.

 

Légende:

Nanofils d’InP sur Si(111) par croissance VLS-MBE auto-catalysée : a) image MEB, b) image HRTEM (G. Patriarche-LPN).


Contact:

Michel GENDRY – 

 

Collaborations:

N. Chauvin, Equipe S&N-INL site INSA et G. Patriarche, LPN Marcoussis

 

Travaux réalisés dans le cadre de la thèse de JB. Barakat financée par le projet ANR P2N 2011 “INSCOOP”.

INL CNRS
/* */ //