Électroluminescence en avalanche des jonctions p-n à base de silicium et d'arséniure de gallium, et effet d'irradiation

• Main Author: Aboujja, Sidi
• Other Authors: Carlone, Cosmo
• Language: French
• Published: Université de Sherbrooke 2000
• Online Access: http://savoirs.usherbrooke.ca/handle/11143/4996

Dans ce travail de thèse nous étudions l'électroluminescence (EL) des jonctions à base de silicium (Si) et d'arséniures de gallium (GaAs), polarisées en avalanche. Dans le cas des jonctions p-n à base de Si (semi-conducteur à gap indirect), la polarisation en direct est accompagnée d'une émission de lumière dans l'infrarouge. Cette émission est due à la recombinaison des électrons-trous à travers le gap indirect appelée recombinaison interbande. La polarisation en avalanche est accompagnée d'une émission de lumière dans le visible. Cette émission fait l'objet de controverses depuis sa découverte en 1955. Il n'y a pas encore un accord définitif sur son origine. Une des causes du désaccord est la forme spectrale du signal qui apparaît non reproductible. Souvent les spectres sont présentés sans correction par la réponse du système de détection. La plupart des modèles proposés pour expliquer cette émission en avalanche se basent sur les transitions entre la bande de conduction et la bande de valence appelés modèles interbandes. Pour vérifier sa validité, nous avons exposé les jonctions aux irradiations dans le but d'introduire des défauts dans la bande interdite et nous avons fait varier la température afin de changer le gap et la population des porteurs. Nous avons observé que l'EL dans le mode de polarisation directe chute suite aux irradiations et à la baisse de température, comme prévu. Mais l'EL en avalanche est insensible à ces deux perturbations. Par conséquent nous avons rejeté le mécanisme de recombinaison interbande. Pour expliquer l'émission en avalanche nous proposons des transitions entre d'autres niveaux excités appelés sous-bandes de conduction. La mesure de durée de vie qui s'est révélée courte suggère des transitions directes entre sous-bandes de conduction. La confrontation de la structure de bandes d'énergie et l'expérience nous a permis d'attribuer cette émission en avalanche à des transitions entre les sous-bandes de conduction [gamma][indice inférieur 1] et [gamma]'[indice inférieur 1] et/ou entre les extrema des sous bandes associées aux niveaux [gamma]'[indices inférieurs 12] - [gamma]'[indice inférieur 2]. Pour mieux comprendre cette émission en avalanche nous avons étudié l'EL des jonctions à base de GaAs, car ce matériau a un coefficient d'absorption différent de celui de Si à cause de son gap direct. Contrairement au Si, le spectre d'EL des jonctions à base de GaAs polarisées en avalanche contient deux transitions séparées, une première à 1.44 eV et une deuxième à 1.95 eV. La première est voisine de l'énergie du gap de GaAs (1.43 eV) et a la même origine interbande que l'émission dans le mode de polarisation directe, la deuxième dont l'origine est controversée a une énergie plus grande que celle du gap. En résumé, ce travail montre que dans les jonctions à base de Si et de GaAs polarisées en avalanche, la lumière est émise entre deux niveaux excités sans impliquer la bande de valence.