RESUME : Les Transistors Bipolaires à Hétérojonction fonctionnent

RESUME : Les Transistors Bipolaires à Hétérojonction fonctionnent à hautes fréquences sous
des tensions d’environ 5V, en particulier dans le système de matériaux InP/InGaAs. Il est souhaitable
d’obtenir ces performances non pas sur InP mais sur GaAs, substrat plus robuste, disponible en taille
supérieure et préféré en industrie. Un buffer métamorphique GaAs → InP est alors requis pour relaxer
la contrainte due au désaccord de paramètre de maille. Cette thèse porte sur la croissance par Epitaxie
par Jets Moléculaires de tels buffers et de TBH InP/InGaAs à base fortement dopée au béryllium. Les
buffers sont évalués via un protocole expérimental dédié au TBH, associant des caractérisations
« matériaux » (photoluminescence, Double Diffraction des rayons X, microscopies optique et à force
atomique AFM) et électriques (diodes métamorphiques). Nous comparons ainsi les deux processus de
relaxation possibles : avec introduction progressive de la contrainte sur buffer graduel In(Ga)AlAs,
abrupte sur buffer uniforme InP. Le rôle de la cinétique des adatomes III en front de croissance sur le
processus graduel est démontré. Les performances des TBH métamorphiques InP/InGaAs épitaxiés sur
GaAs via un buffer graduel InGaAlAs sont au final proches de celles des TBH de référence sur InP.
Mots Clés :
Epitaxie par Jets Moléculaires ( III-V )
Cinétique des adatomes III
Buffer métamorphique GaAs → InP
Front de croissance, tilt, cross-hatch
Transistor Bipolaire à Hétérojonction
Fort dopage d’InGaAs au béryllium
SUMMARY : Heterojunction Bipolar Transistors currently operate at high frequencies under
voltage of approximately 5V, in particular in the InP/InGaAs materials system. It is desirable to obtain
these performances on GaAs rather than on InP substrates, because GaAs ones are more reliable,
available in higher size and preferred in industry. A GaAs → InP metamorphic buffer is then required
to relax the strain due to the lattice mismatch. This thesis deals with the growth by Molecular Beam
Epitaxy of such buffers and of InP/InGaAs HBT with highly beryllium doped base. The buffers are
evaluated thanks to an experimental protocol dedicated to HBT, which associates materials
(photoluminescence, Double axis X-Ray Diffraction, optical and atomic force AFM microscopy) and
electrical characterizations (metamorphic diodes). We thus compare the two possible relaxation
processes : progressive strain introduction on InGaAlAs graded buffer and abrupt strain introduction
on InP uniform buffer. The dependency of the graded process on the III adatoms kinetic on the growth
front is demonstrated. The performances of metamorphic InP/InGaAs HBT grown on GaAs via an
InGaAlAs graded buffer are finally close to those of the reference HBT on InP.
Key Words :
Molecular Beam Epitaxy ( III-V )
Kinetics of the III adatoms
GaAs → InP metamorphic buffer
Growth front, tilt, cross-hatch
Heterojunction Bipolar Transistor
High beryllium doping of InGaAs