Long-range ordering of self-assembled III-V semiconductor nanostructures on gallium arsenide substrate by means of a shallowly buried dislocation network
Organisation à longue distance par un réseau de dislocations faiblement enterré de nanostructures de semiconducteurs III-V auto-assemblées sur substrat d'arséniure de gallium
Résumé
Self-assembled nanostructures are particularly interesting for optoelectronic and photonic applications, especially on GaAs substrate. Nevertheless, their long-range spatial distribution is random, their density is difficult to control, their size distribution can be large and their shapes can be different. By overcoming these drawbacks, it should be possible to improve the performances of existing devices or to fabricate new ones. This work studies the possibility to order on a long-range self-assembled nanostructures on GaAs substrate, by means of the elastic fields induced at the surface by shallowly buried periodic dislocation networks (DNs). These DNs form at the crystalline interface between a thin GaAs layer and a GaAs substrate (joined together by <>) in order to accommodate crystalline misorientations between their crystallographic planes. We showed by means of a transmission electron microscopy study that the misorientations can be chosen so that the dislocations form a periodic hexagonal network, which possesses characteristics favorable to the two-dimensional long-range ordering of nanostructures. We demonstrated experimentally such an ordering for GaAs and InGaAs self-assembled nanostructures.
Les nanostructures auto-assemblées sont particulièrement intéressantes pour des applications en opto-électronique et en photonique, notamment sur substrat de GaAs. Néanmoins, leur répartition spatiale à longue distance est aléatoire, leur densité est difficile à contrôler, leur distribution en taille peut être large et leurs formes peuvent êtres différentes. En palliant ces limitations, on devrait pouvoir améliorer les performances de dispositifs existants ou d'en fabriquer de nouveaux. Ce travail étudie la possibilité d'organiser à longue distance des nanostructures auto-assemblées sur substrat de GaAs, grâce aux champs élastiques produits en surface par des réseaux de dislocations (RDs) périodiques faiblement enterrés. Ces RDs se forment à l'interface cristalline entre une fine couche de GaAs et un substrat de GaAs (joints par <>) pour accommoder des désorientations entre leurs plans cristallins. Nous avons montré par l'intermédiaire d'une étude de microscopie électronique en transmission que les désorientations peuvent être choisies de sorte que les dislocations forment un réseau hexagonal périodique présentant des caractéristiques favorables à l'organisation bidimensionnelle à longue distance de nanostructures. Nous avons démontré expérimentalement une telle organisation pour des nanostructures auto-assemblées de GaAs et d'InGaAs.