# Mesures in-situ combinées en Épitaxie par jet moléculaire : Cas de l'AlGaAs à température de croissance

Pierre Gadras, Karim Ben Saddik, Léo Bourdon, Quentin Gravelier, Alexandre Arnoult, Guilhem Almuneau

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Pierre Gadras, Karim Ben Saddik, Léo Bourdon, Quentin Gravelier, Alexandre Arnoult, et al. Mesures in-situ combinées en Épitaxie par jet moléculaire : Cas de l'AlGaAs à température de croissance. Journées Nationales de Micro- et Optoélectronique, Oct 2024, Sète (FR), France. hal-04768600

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Submitted on 9 Jul 2025

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# MESURES IN-SITU COMBINEES EN EPITAXIE PAR JET MOLECULAIRE : CAS DE L'AlₓGa₁₋ₓAs A TEMPERATURE DE CROISSANCE

P. Gadras, K. Ben Saddik, L. Bourdon, Q. Gravelier, A. Arnoult, G. Almuneau

LAAS-CNRS, Université de Toulouse, INSA, CNRS, Toulouse, France

*E-mail: pierre.gadras@laas.fr, almuneau@laas.fr

## RESUME

La mesure in-situ et en temps réel des vitesses de croissance et des propriétés optique, électronique et structurale des matériaux semi-conducteurs est un élément clé pour contrôler plus précisément l'épitaxie de structures multicouches complexes, tels que les lasers à cavité verticales (VCSEL) ou les cellules solaires à multi-jonction (MJSC). Cependant, aucun outil générique et efficace n'a été mis en œuvre à ce jour pour contrôler ces épitaxies d'hétérostructures en temps réel [1–3].

## 1. INTRODUCTION

Dans ce travail en cours, nous développons une méthodologie pour extraire les vitesses de croissance et les constantes optiques à haute température (500-600°C) à partir des mesures de réflectance spectrale in-situ dans le cas d'un d'une couche mince réalisée par épitaxie par jets moléculaires (EJM). La réflectance est mesurée sur une large bande spectrale (390 - 1700 nm), permettant la mesure d'une grande variété de matériaux avec différentes propriétés optiques, tels que les alliages épitaxiés sur GaAs comme l'AlGaAs ou l'InGaAsN.

## 2. DESCRIPTION DE L'ETUDE

En comparant un modèle optique analytique à la mesure de réflectance au cours du temps, nous pouvons déduire la vitesse de croissance de la couche en temps réel. Afin d'améliorer la précision et la reproductibilité, il est nécessaire de mesurer simultanément la température et la composition, respectivement via la mesure de l'énergie de bande interdite [4] et l'évolution de la courbure du substrat [5]. Par ailleurs, pour pouvoir déterminer la vitesse de croissance, il est impératif d'avoir un modèle d'indice de réfraction optique précis aux températures de croissance.

## 3. RESULTATS

Afin de confirmer l'exactitude de la méthode, les indices de réfraction complexes pour différentes compositions d'AlₓGa₁₋ₓAs seront déduits à partir des mesures de reflectance in-situ, illustré figure 1, en les combinant aux mesures ex-situ de diffraction des rayons X. Les épaisseurs pourront être confirmés par l'analyse au microscope électronique à balayage.

Par la suite, nous nous baserons sur cette base de données des indices optiques pour différentes compositions de AlₓGa₁₋ₓAs pour contrôler en temps réel la croissance d'hétérostructures complexes comme celles des VCSELs.

<figure><img src="image_1.png" /><figcaption>Figure 1 : 
a) Mesure de réflectance spectrale in-situ durant la croissance,
b) Dispersion spectrale de *n* et *k* de l'AlAs à 600°C déduite de la figure 1a) et comparaison avec les données de la littérature [3][6].</figcaption></figure>

## REMERCIEMENTS

Cette étude a bénéficié du soutien technique de la plateforme technologique du LAAS-CNRS, centrale du réseau RENATECH. Ce projet est réalisé et financé dans le cadre du laboratoire commun EPICENTRE entre RIBER et le LAAS-CNRS.

## 4. REFERENCES

[1] J.H. Neave, B.A. Joyce, P.J. Dobson, N. Norton, Appl. Phys. A, 31 (1), 1–8, 1983 doi.org/10.1007/BF00617180

[2] W.G. Breiland, K.P. Killeen, J. Appl. Phys, 78 (11), 6726–6736. doi.org/10.1063/1.360496

[3] V. Bardinal, Thèse de Doctorat, INSA de Toulouse, 1995. theses.hal.science/tel-00147274
[4] S. Johnson, C.-H. Kuo, M. Boonzaayer, W. Braun, U. Koelle, Y.-H. Zhang, J. Roth, J. Vac. Sci. Technol. B 16 (3), 1502–1506, 1998 doi.org/10.1116/1.589975

[5] A. Arnoult et J. Colin, Sci Rep, 11 (1), 2021, doi: 10.1038/s41598-021-88722-6.

[6] C. H. Kuo, S. Anand, H. Fathollahnejad, R. Ramamurti, R. Droopad, et G. N. Maracas, J. Vac. Sci. Technol. B, 13, (2), p. 681-684, 1995, doi: 10.1116/1.587941.