Propriétés des hétérostructures unidimensionnelles
Composants à hétérostructures : applications en nanoélectronique et nanophotonique

2.1 Hétérostructures simples

Associer des matériaux différents et assurer une bonne qualité d’interface reste un défi technologique majeur. Il est connu depuis longtemps qu’un contact métallique sur GaAs est de bien meilleure qualité que sur silicium, d’où le développement des transistors MESFET puis HEMT sur matériaux III-V. Maîtriser de la même manière des hétéro-interfaces semi-conducteur-oxyde fut la priorité pour les transistors MOS, problématique qui revient à l’ordre du jour suite à l’introduction, au niveau des grilles, de nouveaux diélectriques à forte permittivité pour poursuivre la miniaturisation de ces transistors. De plus, au sein des composants, les hétérostructures semi-conductrices sont devenues incontournables pour optimiser les performances et poursuivre la course aux hautes fréquences.

• Ce sont, au premier ordre, les propriétés cristallines qui font la qualité d’une hétérostructure. L’accord de maille entre matériaux constitutifs est le gage d’une bonne hétéro-interface. Néanmoins, si l’on se limite à ce paramètre, en matériau III-V, le choix d’hétérostructures possibles reste limité : GaAs/Al_xGa_{1 - x} As sur substrat GaAs ou In_0,53Ga_0,47As/Al_0,48In_0,52As sur substrat InP. Fort heureusement, comme généralement les dimensions des zones actives de composants diminuent, de légers désaccords de maille, de l’ordre du pour-cent, peuvent être supportés ; on parle alors d’hétérostructures « pseudo-morphiques ». L’un des semi-conducteurs est alors soit en tension, soit en compression mais, sur une épaisseur limitée (appelée longueur critique), l’ensemble conserve de bonnes propriétés électroniques.

  Sur cette base, le choix de telle ou telle hétérostructure se fera sur les discontinuités de bande (conduction ou valence) que l’on peut obtenir et sur le type d’arrangement obtenu comme l’illustre la figure ...