Croissance sélective et caractérisation de nanostructures de matériaux III-V élaborées par épitaxie par jets moléculaires

Que ce soit pour la fabrication de transistors ultimes fonctionnant a haute frequence et faible consommation d’energie ou pour celle de composants quantiques exploitant le transport balistique d’electrons, l’elaboration de nanostructures de semiconducteurs III-V a faible masse effective electronique est aujourd’hui un enjeu majeur. Differentes approches existent pour atteindre des dimensions caracteristiques largement sub-100nm. Les nanostructures peuvent etre definies par une approche descendante en combinant gravure seche anisotrope et amincissement chimique digital d’une couche semiconductrice ou par une approche ascendante en elaborant directement les nanostructures desirees. Dans le deuxieme cas, la croissance de nanofils catalysee par une bille metallique nanometrique a connu un engouement important ces quinze dernieres annees. La fabrication de composants utilisant ce procede reste cependant tres compliquee et necessite souvent le report des nanofils sur un substrat hote rendant extremement difficile la realisation de circuits complexes. L’approche par croissance selective dans les ouvertures d’un masque dielectrique offre au contraire des perspectives plus interessantes. Si l’epitaxie a base d’organometalliques en phase vapeur a demontre son efficacite pour ce type de croissance, l’epitaxie par jets moleculaires peut permettre d’ameliorer encore la purete des nanostructures. C’est dans ce contexte que nous avons etudie les proprietes electriques de nanostructures III-V epitaxiees selectivement sur substrat InP. L’utilisation d’un flux d’hydrogene atomique pendant la croissance permet d’obtenir une bonne selectivite de croissance. Son impact sur les proprietes optiques et electriques du semiconducteur a d’abord ete etudie puis l’utilisation de procedes de nanofabrication a permis l’elaboration et la caracterisation electrique de nanostructures. Des composants en InGaAs de type TLM, multi-branches ou MOSFET ont demontre la qualite des materiaux epitaxies puisque des mobilites effectives a l’etat de l’art pour ce type de materiau ont ete obtenues. Grâce a l’utilisation de croissances selectives multiples, nous avons pu elaborer des heterostructures originales telles que des nanofils planaires a cœur InGaAs et coquille InP ou des heterojonctions InGaAs/GaSb radiales ou axiales. Pour ces dernieres, l’obtention de caracteristiques courant-tension presentant une resistance differentielle negative montre une bonne qualite d’interface, offrant des perspectives interessantes pour la fabrication de nano-heterojonctions tunnel.