Centre d’Élaboration de Matériaux et d’Etudes Structurales (UPR 8011)


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Fils ou boites en croissance Stranski-Krastanov ? Une question d’énergie de surface.

par Evelyne Prevots - publié le

La fréquente formation de fils lors de la croissance Stranski-Krastanov d’InAs sur substrat InP(001) était attribuée à l’anisotropie de diffusion de surface de l’indium. Nous proposons un modèle intégrant l’anisotropie de l’énergie de surface d’InAs. Sans faire appel à un mécanisme cinétique, notre modèle prédit une transition fils-boites à des tailles de nanostructures cohérentes avec les expériences.

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Forme d’équilibre (longueur LES, largeur wES et hauteur hES) en fonction du volume de la nanostructure InAs en croissance sur substrat InP, déterminée pour les densités d’énergies de surface d’InAs indiquées. Les images expérimentales AFM font 300 nm x 300 nm.

Pour élucider la formation de fils et la transition de forme fils-boites observées lors du dépôt d’InAs sur substrat InP(001), nous avons combiné une étude expérimentale et une analyse par un modèle de forme d’équilibre.

Du fait du désaccord paramétrique de 3.2%, le mode de croissance par épitaxie par jets moléculaires (MBE) est du type Stranski-Krastanov (SK), avec formation de nanostructures InAs. Cependant lors des premiers stades de croissance SK, la formation de fils allongés plutôt que d’îlots est fréquemment observée. Elle était attribuée à un phénomène cinétique, l’anisotropie de diffusion de surface des atomes d’indium.

Notre hypothèse est que la forme d’équilibre elle-même varie de fil à boite en fonction du volume de la nanostructure, du fait de l’anisotropie de l’énergie de surface des facettes latérales formant les nanostructures dans les composés III-V cubiques (il existe des facettes de type A ou B parallèles à [-110] et [110] respectivement). Cette anisotropie d’énergie de surface est prise en compte pour déterminer la forme d’équilibre de la nanostructure, à partir de la compétition entre le gain en énergie élastique (calculée par éléments finis) et le coût en énergie de surface (calculée par la théorie de la fonctionnelle de la densité ou DFT). Pour de petits volumes d’InAs, la forme d’équilibre est du type fil, alors que pour des volumes plus importants, elle est du type boite. Les dimensions pour lesquelles la forme transite de fil à boite sont en bon accord avec nos observations expérimentales. Le relativement faible misfit et l’existence dans InAs d’une facette de type (114)A particulièrement stable (énergie de surface de l’ordre de 41 meV/A2 selon nos calculs DFT) favorisent l’existence des fils dans le système InAs/InP.

Collaboration avec FOTON, INSA Rennes.

 

 

Références

Shape transition in InAs nanostructures formed by Stranski-Krastanow growth mode on InP (001) substrate
A. Ponchet, L. Pedesseau, A. Le Corre, C. Cornet and N. Bertru.
Appl. Phys. Lett. 114, 173102 (2019)
https://doi.org/10.1063/1.5091058

 

Contacts

 

Anne Ponchet, CEMES-CNRS

Nicolas Bertru, FOTON-INSA