Thèse soutenue le 16 décembre 2015 pour obtenir le grade de docteur de l'Université Grenoble Alpes - Spécialité : Nanophysique

Résumé :
Cette thèse porte sur la réalisation de composants photoniques à base de fils de nitrures III-V. Les fils de GaN non-catalysés ont été élaborés de manière auto-assemblée par épitaxie en phase vapeur aux organométalliques (MOVPE) sur saphir. Un des axes de ce travail a porté sur la croissance organisée de ces fils à travers un réseau d’ouvertures défini par lithographie et gravure d’une couche de SiN_x. Nous avons étudié en particulier l’influence des paramètres de croissance (température, pression, ratio V/III) et du motif sur l’homogénéité de la croissance sélective. Ces fils ont servi de substrat pour la croissance d’hétérostructures radiales cœur-coquille InGaN/GaN.
D’autre part, la croissance, la fabrication et les propriétés physiques de trois types de composant ont pu être étudiées :
- Des cellules solaires à fils uniques. Nous avons comparé l’efficacité de conversion de deux types d’hétérostructures : des coquilles épaisses d’In_0.1Ga_0.9N et des coquilles à 15 et 30 puits quantiques In_0.18Ga_0.82N/GaN. Après optimisation du contact électrique sur la coquille p-GaN, un rendement maximal de 0,33 % a été obtenu avec des fils à 30 puits quantiques sous éclairement équivalent à 1 soleil (AM1.5G). Le seuil d’absorption mesuré par spectroscopie de photocourant varie entre 400 et 440 nm.
- Une plate-forme émetteur-détecteur. Le système, qui fonctionne à 400 nm, comprend deux fils de GaN à hétérostructure radiale InGaN/GaN positionnés sur le même substrat et couplés par un guide d’onde en SiN_x. La caractérisation électrique du dispositif a mis en évidence une durée de commutation inférieure à 0,25 s sans photocourant persistant.
- Des diodes électroluminescentes (LED) flexibles. Ces diodes qui émettant dans le visible (400-470 nm) ont été réalisées en se basant sur une approche hybride organique/inorganique. Les fils émetteurs à puits quantiques InGaN/GaN sont encapsulés dans une matrice organique de PDMS puis détachés de leur substrat de croissance. Les contacts sont réalisés à partir de nanofils d’argent qui présentent l’avantage d’être à la fois flexibles, transparents et conducteurs. A partir de ce procédé, une LED bicolore flexible a été réalisée en combinant des émetteurs bleus et « verts ».

Jury :
Présidente : Mme Anna Fontcuberta I Morral
Rapporteur : M. Jean-Christophe Harmand
Rapporteur : M. Pere Roca I Cabarrocas
Examinateur : M. Julien Pernot
Encadrant de thèse - Invité : M. Christophe Durand
Encadrante de thèse - Invitée : Mme Maria Tchernycheva
Invité : M. Jean-Yves Duboz
Directeur de thèse : M. Joël Eymery
Co-directeur de thèse : M. François Julien

Mots clés :
Nanofils, Nitrures, Photonique, Photovoltaïque, Diode électroluminescente, Croissance sélective

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