Effets de l'irradiation sur l'arséniure de gallium dopé au silicium de type n : observation optique de la lacune de gallium

Abstract

Dans ce travail, nous présentons l'étude de l'effet de l'irradiation sur l'arséniure de gallium (GaAs) en fonction de la nature et de l'énergie de la particule irradiante. A cette fin, nous avons irradié des échantillons de GaAs dopé au silicium de type n obtenus par la méthode d'épitaxie en phase vapeur des organométaliques (MOCVD). Les types d'irradiations que nous avons utilisés sont les rayons γ (⁶⁰Co), les électrons de 7 MeV, les neutrons de fusion (14 MeV) et de fission (1 MeV), les protons (0,6 à 200 MeV), les deutérons (1 à 10 MeV), les particules α (2,5 à 10 MeV), les ions de lithium (5 à 20 MeV) et les ions d'oxygène (10 à 30 MeV). Les méthodes d'analyses que nous avons utilisées pour caractériser l'effet de l'irradiation sont la photoluminescence (PL) et les mesures de transport (effet Hall). Pour les irradiations aux neutrons de 1 MeV et aux électrons de 7 MeV, deux régimes de fluances ont été observés. Le régime d'amélioration, associé aux basses fluances, où le signal PL et la mobilité de Hall dans le GaAs augmentent après irradiation. Le régime de détérioration, associé aux hautes fluances, où ces propriétés se dégradent. Nous avons attribué le régime d'amélioration à un état plus ordonné du cristal et le régime de détérioration aux défauts ponctuels et complexes introduits par l'irradiation. Cependant, pour les autres types d'irradiations, nous n'avons observé que le régime de détérioration. Le recuit à 550 °C de ces échantillons fortement irradiés a permis la restauration à 60 % de ces propriétés détériorées par l'irradiation. Dans le régime de détérioration, les mesures PL montrent que l'irradiation introduit dans le GaAs la lacune de gallium (VGa)et l'impureté du silicium accepteur (SiAs) qui indique le transfert de l'impureté de silicium du site Ga au site As. Nous avons relié la dégradation de la mobilité de Hall dans le GaAs irradié aux neutrons de 1 MeV à l'introduction du VGa et du SiAs. Le taux d'introduction relatif (b) de ces dommages microscopiques de déplacement dépend de la concentration du dopant et du type d'irradiation. Le comportement de b en fonction de l'énergie (E) des protons est similaire à celui prévue par la théorie de diffusion de Rutherford, le calcul du NIEL (énergie perdue pour produire des dommages de déplacement) et les simulations par le programme TRIM (transport ionique dans la matière) pour des E ≤ 10 MeV. Cependant, ce taux d'introduction dans le cas des protons d'énergie E > 10 MeV semble être plus important que celui prévu par la théorie de Rutherford et par le TRIM. Nous avons attribué cette différence aux collisions secondaires qui deviennent importantes à ces énergies. Pour ce même domaine d'énergie des protons, nous trouvons que le NIEL semble surestimer la valeur de b. Les valeurs de b mesurées à partir de l'irradiation aux électrons sont en bon accord avec celles prévues par le calcul du NIEL. En ce qui concerne l'irradiation avec les ions lourds, la théorie de diffusion de Rutherford décrit assez bien le comportement de b en fonction de E. Pour les irradiations avec les neutrons que nous avons utilisés, les valeurs de b mesurées sont indépendantes de l'énergie. Et finalement, nous trouvons que les électrons de Compton produits dans le GaAs par les particules γ introduisent aussi les dommages de déplacement.