Arséno-nitrure de gallium-indium
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L'arséno-nitrure de gallium-indium est un composé chimique de l'arsenic, de l'azote, du gallium et de l'indium, de formule GaInxAsNy. C'est un alliage quaternaire semi-conducteur III-V (Ga et In appartiennent à la colonne III du tableau de Mendeleïev, As et N à la colonne V). Il est utilisé en microélectronique et en opto-électronique pour la fabrication de composants, grâce à ses propriétés remarquables pour l'ingénierie de bandes.
GaInAsN a la structure blende, tout comme l'arséniure de gallium et la plupart des composés III-V[1].
Il est possible de faire varier le paramètre de maille de GaInAsN en modifiant la concentration de l'indium et de l'azote dans l'alliage. Les atomes d'indium étant plus gros que ceux de gallium et d'arsenic, l'ajout d'indium augmente le paramètre de maille, tandis que l'ajout d'azote, de petite taille, le diminue. En faisant varier la concentration d'indium et d'azote dans l'alliage, il est possible de choisir son paramètre de maille[2]. En particulier, certaines compositions permettent à GaInAsN de conserver le même paramètre de maille que GaAs[3]. Cette propriété, remarquable pour un semiconducteur III-V, permet de limiter le nombre de défauts (dislocations) à l'intérieur des structures fabriquées par hétéroépitaxie, et donc d'améliorer leur efficacité[4].
Structure de bandes
Si les propriétés électroniques de InxGaAs ne varient que de manière monotone avec la concentration d'indium x[5], GaInxAsNy dilué en azote (y < 10 %) présente une structure de bandes fortement modifiée par l'introduction de défauts dus aux atomes d'azote en substitution dans les sites de l'arsenic, résonnant avec la bande de conduction de la matrice d'arséniure de gallium-indium[6].
Cette interaction a plusieurs conséquences majeures :
- une interaction semblable à un anticroisement de bandes qui sépare la bande de conduction de InGaAs en deux niveaux, celui de plus faible énergie devenant la nouvelle bande de conduction de l'alliage, et fait diminuer drastiquement l'énergie de bande interdite du composé par rapport à GaAs et InxGaAs[7] ;
- une diminution de la mobilité des électrons en raison de cette interaction[8] ;
- une augmentation de la masse effective des électrons[9].
