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R. Planel
au bord de la ZB dans la direction [ 1 1 11. La raison en est sans doute que les états de grands k
font intervenir des interférences subtiles entre les influences des seconds voisins. Par contre,
on comprendra aisément qu'un extremum de bande se situe volontiers en un point de haute
symétrie de la zone de Brillouin, en r ou, à défaut, en X ou L, avec donc plusieurs vallées
dégénérées. Dans ces derniers cas, chacune de ces vallées sera caractérisée par une masse
effective très anisotrope.
2.3.2 Le second critère de classification important du point de vue de l'optique est bien
entendu la valeur du gap, qui fixe le domaine de longueur d'onde d'intérêt principal du
matériau. De plus (Cf. parag. 3.3.2), la valeur du gap direct n'est pas sans relation avec la
masse effective de conduction en cet endroit, et donc avec l'énergie de liaison excitonique,
une quantité importante pour beaucoup de phénomènes optiques. En pratique, on se
préoccupera peu des phénomènes excitoniques dans les semi-conducteurs à petit gap,
typiquement inférieur à 0,5 eV.
2.3.3 Un troisième critère est l'ionicité. De façon générale, elle accroît la valeur du gap par
rapport à la liaison covalente. Elle accroît aussi l'interaction "de Frohlich" entre électron et
phonon optique longitudinal (LO), qui est médiatisé par le champ électrique. Ce n'est pas sans
importance pour la relaxation des porteurs [YC p.1251.
Ce critère d'ionicité est en partie relié à la "famille" à laquelle se rattache le semiconducteur au regard des colonnes du tableau de Mendeleiev (III-V, II-VI...) Mais l'intérêt de
cette classification, la plus utilisée, repose surtout sur les contraintes de la technologie et de la
fabrication. D'une part, les problèmes métallurgiques sont voisins au sein dune même
famille ; et aussi, ne l'oublions pas, les composants dune famille sont en général des dopants
pour l'autre, donc actifs à l'état de trace. D'autre part, les possibilités d'ingénierie offertes par
les alliages et les hétérostructures s'expriment pour l'essentiel au sein dune même famille, si
l'on veut rester dans le cadre confortable de la "physique des semi-conducteurs", où beaucoup
de notions communes restent pertinentes. Cet aspect des choses a pris récemment tant
d'importance qu'on parle aujourd'hui de la famille des semi-conducteurs IV-IV, pour évoquer
la filière Si/Ge/C.
La famille des semi-conducteurs élémentaires comprend certes phosphore, soufre,
sélénium et tellure, mais elle est dominée par les éléments IV, le silicium s'étant finalement
affirmé hégémonique avec le développement de la microélectronique, probablement pour des
raisons technologiques (l'oxyde Si02 étant un isolant et un passivant extraordinaire) et aussi
économiques. L e germanium a été également beaucoup étudié. Tous deux sont restés pendant
des décennies des paradigmes de la physique des semi-conducteurs, bien qu'ils soient des
matériaux à gap indirect, à une époque où les propriétés optiques étaient plutôt négligées. Ils
cristallisent dans la structure "diamant", formée de deux sous-réseaux cubiques à faces
centrées (Cf. fig. 2. I). Paradoxalement, dans le domaine des alliages et de l'hétéroépitaxie, la
Nature n'a pas été aussi bienveillante pour la filière IV-IV /Si que pour les III-V : les idées
furent nombreuses, mais les succès plus rares et, aujourd'hui encore, ces études restent,
relativement, peu développées.
Les semi-conducteurs composés III-V ont souvent un gap direct, mais pas toujours, en
particulier du côté des grands gaps (AIAs, GaP). Leur structure cristalline est le plus souvent
cubique zinc-blende, dérivée donc de la structure "diamant". Ils ont acquis ces dernières
R. Planel
au bord de la ZB dans la direction [ 1 1 11. La raison en est sans doute que les états de grands k
font intervenir des interférences subtiles entre les influences des seconds voisins. Par contre,
on comprendra aisément qu'un extremum de bande se situe volontiers en un point de haute
symétrie de la zone de Brillouin, en r ou, à défaut, en X ou L, avec donc plusieurs vallées
dégénérées. Dans ces derniers cas, chacune de ces vallées sera caractérisée par une masse
effective très anisotrope.
2.3.2 Le second critère de classification important du point de vue de l'optique est bien
entendu la valeur du gap, qui fixe le domaine de longueur d'onde d'intérêt principal du
matériau. De plus (Cf. parag. 3.3.2), la valeur du gap direct n'est pas sans relation avec la
masse effective de conduction en cet endroit, et donc avec l'énergie de liaison excitonique,
une quantité importante pour beaucoup de phénomènes optiques. En pratique, on se
préoccupera peu des phénomènes excitoniques dans les semi-conducteurs à petit gap,
typiquement inférieur à 0,5 eV.
2.3.3 Un troisième critère est l'ionicité. De façon générale, elle accroît la valeur du gap par
rapport à la liaison covalente. Elle accroît aussi l'interaction "de Frohlich" entre électron et
phonon optique longitudinal (LO), qui est médiatisé par le champ électrique. Ce n'est pas sans
importance pour la relaxation des porteurs [YC p.1251.
Ce critère d'ionicité est en partie relié à la "famille" à laquelle se rattache le semiconducteur au regard des colonnes du tableau de Mendeleiev (III-V, II-VI...) Mais l'intérêt de
cette classification, la plus utilisée, repose surtout sur les contraintes de la technologie et de la
fabrication. D'une part, les problèmes métallurgiques sont voisins au sein dune même
famille ; et aussi, ne l'oublions pas, les composants dune famille sont en général des dopants
pour l'autre, donc actifs à l'état de trace. D'autre part, les possibilités d'ingénierie offertes par
les alliages et les hétérostructures s'expriment pour l'essentiel au sein dune même famille, si
l'on veut rester dans le cadre confortable de la "physique des semi-conducteurs", où beaucoup
de notions communes restent pertinentes. Cet aspect des choses a pris récemment tant
d'importance qu'on parle aujourd'hui de la famille des semi-conducteurs IV-IV, pour évoquer
la filière Si/Ge/C.
La famille des semi-conducteurs élémentaires comprend certes phosphore, soufre,
sélénium et tellure, mais elle est dominée par les éléments IV, le silicium s'étant finalement
affirmé hégémonique avec le développement de la microélectronique, probablement pour des
raisons technologiques (l'oxyde Si02 étant un isolant et un passivant extraordinaire) et aussi
économiques. L e germanium a été également beaucoup étudié. Tous deux sont restés pendant
des décennies des paradigmes de la physique des semi-conducteurs, bien qu'ils soient des
matériaux à gap indirect, à une époque où les propriétés optiques étaient plutôt négligées. Ils
cristallisent dans la structure "diamant", formée de deux sous-réseaux cubiques à faces
centrées (Cf. fig. 2. I). Paradoxalement, dans le domaine des alliages et de l'hétéroépitaxie, la
Nature n'a pas été aussi bienveillante pour la filière IV-IV /Si que pour les III-V : les idées
furent nombreuses, mais les succès plus rares et, aujourd'hui encore, ces études restent,
relativement, peu développées.
Les semi-conducteurs composés III-V ont souvent un gap direct, mais pas toujours, en
particulier du côté des grands gaps (AIAs, GaP). Leur structure cristalline est le plus souvent
cubique zinc-blende, dérivée donc de la structure "diamant". Ils ont acquis ces dernières