Dislocation et relaxation des contraintes aux interfaces entre semiconducteurs III-V à large différence de paramètres de maille

In this work, we have carried out an extensive TEM investigation of misfit dislocations and strain relaxation in Sb-based III-V epitaxial layers on the GaAs and GaP substrates. On GaAs, we have investigated the influence of AlSb interlayer thickness and substrate surface treatment on the strain relaxation and threading dislocation density inside GaSb layers. Similarly, we studied the growth parameters, such as substrate surface treatment, growth rate, and growth temperature on the strain relaxation of 10 MLs GaSb on GaP. With the optimized GaSb buffer layers (600 nm), high mobility AlSb/InAs hetero-structures with room temperature mobility of 30000 cm2V-1s-1 (25500 cm2V-1s-1) on GaAs (GaP) substrates have been achieved. A growth mode dependence of the misfit dislocation has been observed: a 2D growth of GaSb promotes the generation of Lomer dislocations; in contrast 60o dislocations and closely spaced 60o pairs are predominantly generated in 3D growth mode. Consequently, a 60° dislocation glide model in combination with surface effects is able to account for the formation of Lomer, 60o, and 60o dislocation pairs at these hetero-interfaces. The core structures of the misfit dislocations and their stability have been investigated by atomic resolution HAADF and molecular dynamic simulation. The dislocation density tensor analysis was next used to quantify the burgers vector of the misfit dislocations. This precise measurement revealed the misfit dislocation formation mechanism in agreement with our proposed model.Au cours de ce travail, nous avons procédé à une analyse extensive des dislocations d'interface et de la relaxation des contraintes dans les couches épitaxiales de GaSb sur GaAs (ou GaP) par microscopie électronique en transmission. Sur le substrat de GaAs, nous avons étudié le rôle de l'épaisseur de couches intermédiaires AlSb et le traitement de surface du substrat sur la relaxation des contraintes et la densité de dislocations émergeantes de la couche GaSb. Pareillement, nous avons étudié les effets des paramètres de croissance, tels que, le traitement de surface du substrat, la vitesse et la température de croissance sur la relaxation des contraintes des premières monocouches de GaSb sur la GaP. Avec ces paramètres de croissance optimisés, nous avons pu réaliser une couche de GaSb tampon (600 nm) et des hétérostructures AlSb/InAs avec une mobilité température ambiante de 30000 cm2V-1s-1 et 25500 cm2V-1s-1 sur la GaAs et GaP, respectivement. De plus nous avons mis en évidence, une dépendance du type de dislocation d'interface au mode de croissance: une croissance 2D de GaSb favorise la génération de dislocations de Lomer; alors que des dislocations 60o et des paires de 60o sont principalement générées en mode de croissance 3D. Nous avons aussi déterminé de façon quantitative le mécanisme général de formation des dislocations d'interface: l'interaction d'une dislocation 60o qui se forme en surface et glisse sous interaction avec celle qui se trouve déjà dans l'interface, mais aussi la tension de surface, permettent de déterminer la direction de son vecteur de Burger et donc la configuration de la dislocation résultante à l'interface. Les structures des dislocations et leur stabilité ont été étudiées par HAADF avec résolution atomique et modélisation par dynamique moléculaire. L'étude quantitative des vecteurs de Burger par analyse fine des images a confirmé le mécanisme de formation des dislocations d'interface en accord avec notre modèle