Ce projet de maîtrise consiste à l'asservissement et la mise en marche d'un réacteur d'épitaxie par jets chimiques au Laboratoire d'Épitaxie Avancée de l'Université de Sherbrooke. Le réacteur sert à la croissance dans l'ultravide de matériaux semi-conducteurs tels que l'arséniure de gallium (GaAs) et le phosphure d'indium-gallium (GalnP). La programmation LabVIEW™ et du matériel informatique de National Instruments sont utilisés pour asservir le réacteur. Le contrôle de la température de l'échantillon et de la pression de contrôle des réactifs de croissance dans le réacteur est assuré par des boucles de rétroaction. Ainsi, la température de l'échantillon est stabilisée à ±0,4 °C, alors que les pressions de contrôle de gaz peuvent être modulées sur un ordre de grandeur en 2 à 4 secondes, et stabilisées à ±0,002 Torr. Le système de pompage du réacteur a été amélioré suite à des mesures de vitesse de pompage d'une pompe cryogénique. Ces mesures révèlent une dégradation sur plus d'un ordre de grandeur de son pompage d'hydrogène avec l'opération à long terme. Le remplacement de la pompe cryogénique par une pompe turbo-moléculaire comme pompe principale a permis d'améliorer la fiabilité du système de pompage du système sous vide. D'autre part, la conductance du système d'acheminement de gaz et d'injection a été augmentée afin de réduire un effet mémoire des sources le système et faciliter la croissance de matériaux ternaires. Ainsi, des croissances de GaAs (100) sur substrat de même nature ont été effectuées et ont révélé un matériau de bonne qualité. Sa rugosité moyenne de 0,17 nm, mesurée par microscopie à force atomique, est très faible selon la littérature. De plus, une mobilité élevée des porteurs est obtenue à fort dopage au silicium, au tellure et au carbone, notamment une mobilité de 42 ± 9 cm2V_1s_1 des porteurs majoritaires "(trous) lors du dopage au carbone à 1,5 • 1019 cm-3, en accord avec la courbe théorique. La croissance du matériau ternaire GalnP a aussi été réalisée en accord de maille avec le substrat de GaAs, et avec une rugosité de 0,96 nm. Ceci constitue un premier pas dans la croissance d'alliages ternaires au laboratoire. Finalement, la mise eh marche du réacteur d'épitaxie par jets chimiques permet maintenant à cinq étudiants gradués de faire progresser des projets reliés directement à la croissance épitaxiale au Laboratoire d'Épitaxie Avancée de l'Université de Sherbrooke. [symboles non conformes]

Semiconductor lasers based on gallium arsenide and relatedmaterials are widely used in applications such as opticalcommunication systems, sensing, compact disc players, distancemeasurement, etc. The performance of these lasers can beimproved using a buried heterostructure offering lateralcarrier and optical confinement. In particular, if theconfinement (burying) layer is implemented by epitaxialregrowth of an appropriate aluminium-free semi-insulating (SI)material, passivation of etched surfaces, reduced tendency tooxidation, low capacitance and integration feasibility areadditional advantages. The major impediment in the fabrication of GaAs/AlGaAsburied-heterostructure lasers is the spontaneous oxidation ofaluminium on the etched walls of the structure. Al-oxide actsas a mask and makes the regrowth process extremely challenging.In this work, a HCl gas-basedin-situcleaning technique is employed successfully toremove Al-oxide prior to regrowth of SI-GaInP:Fe and SI-GaAs:Fearound Al-containing laser mesas by Hydride Vapour PhaseEpitaxy. Excellent regrowth interfaces, without voids, areobtained, even around AlAs layers. Consequences of usinginadequate cleaning treatments are also presented. Regrowthmorphology aspects are discussed in terms of different growthmechanisms. Time-resolved photoluminescence characterisation indicates auniform Fe trap distribution throughout the regrown GaInP:Fe.Scanning capacitance microscopy measurements demonstrate thesemi-insulating nature of the regrown GaInP:Fe layer. Thepresence of EL2 defects in regrown GaAs:Fe makes more difficultthe interpretation of the characterisation results in the nearvicinity of the laser mesa. GaAs/AlGaAs buried-heterostructure lasers, both in-planelasers and vertical-cavity surface-emitting lasers, withGaInP:Fe as burying layer are demonstrated for the first time.The lasers exhibit good performance demonstrating thatSI-GaInP:Fe is an appropriate material to be used for thispurpose and the suitability of our cleaning and regrowth methodfor the fabrication of this type of semiconductor lasers.Device characterisation indicates negligible leakage currentalong the etched mesa sidewalls confirming a smooth regrowthinterface. Nevertheless, experimental and simulation resultsreveal that a significant part of the injected current is lostas leakage through the burying material. This is attributed todouble carrier injection into the SI-GaInP:Fe layer.Simulations also predict that the function of GaInP:Fe ascurrent blocking layer should be markedly improved in the caseof GaAs-based longer wavelength lasers. <b>Keywords:</b>semiconductor lasers, in-plane lasers, VCSELs,GaAs, GaInP, semi-insulating materials, hydride vapour phaseepitaxy, regrowth, buried heterostructure, leakage current,simulation.

<p>Semiconductor lasers based on gallium arsenide and relatedmaterials are widely used in applications such as opticalcommunication systems, sensing, compact disc players, distancemeasurement, etc. The performance of these lasers can beimproved using a buried heterostructure offering lateralcarrier and optical confinement. In particular, if theconfinement (burying) layer is implemented by epitaxialregrowth of an appropriate aluminium-free semi-insulating (SI)material, passivation of etched surfaces, reduced tendency tooxidation, low capacitance and integration feasibility areadditional advantages.</p><p>The major impediment in the fabrication of GaAs/AlGaAsburied-heterostructure lasers is the spontaneous oxidation ofaluminium on the etched walls of the structure. Al-oxide actsas a mask and makes the regrowth process extremely challenging.In this work, a HCl gas-based<i>in-situ</i>cleaning technique is employed successfully toremove Al-oxide prior to regrowth of SI-GaInP:Fe and SI-GaAs:Fearound Al-containing laser mesas by Hydride Vapour PhaseEpitaxy. Excellent regrowth interfaces, without voids, areobtained, even around AlAs layers. Consequences of usinginadequate cleaning treatments are also presented. Regrowthmorphology aspects are discussed in terms of different growthmechanisms.</p><p>Time-resolved photoluminescence characterisation indicates auniform Fe trap distribution throughout the regrown GaInP:Fe.Scanning capacitance microscopy measurements demonstrate thesemi-insulating nature of the regrown GaInP:Fe layer. Thepresence of EL2 defects in regrown GaAs:Fe makes more difficultthe interpretation of the characterisation results in the nearvicinity of the laser mesa.</p><p>GaAs/AlGaAs buried-heterostructure lasers, both in-planelasers and vertical-cavity surface-emitting lasers, withGaInP:Fe as burying layer are demonstrated for the first time.The lasers exhibit good performance demonstrating thatSI-GaInP:Fe is an appropriate material to be used for thispurpose and the suitability of our cleaning and regrowth methodfor the fabrication of this type of semiconductor lasers.Device characterisation indicates negligible leakage currentalong the etched mesa sidewalls confirming a smooth regrowthinterface. Nevertheless, experimental and simulation resultsreveal that a significant part of the injected current is lostas leakage through the burying material. This is attributed todouble carrier injection into the SI-GaInP:Fe layer.Simulations also predict that the function of GaInP:Fe ascurrent blocking layer should be markedly improved in the caseof GaAs-based longer wavelength lasers.</p><p><b>Keywords:</b>semiconductor lasers, in-plane lasers, VCSELs,GaAs, GaInP, semi-insulating materials, hydride vapour phaseepitaxy, regrowth, buried heterostructure, leakage current,simulation.</p>

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