Thèse soutenue le 25 octobre 2013 pour obtenir le grade de docteur de l'Université Pierre et Marie Curie - Spécialité : Physique et Chimie des Matériaux
Résumé : Ce travail de thèse s'intéresse aux propriétés structurales et optiques de semiconducteurs à grand gap de nitrure d'éléments III (Al
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1-xN et h-BN), émettant dans l'ultraviolet (4-6 eV). Les propriétés des nano-objets étant modifiées par la réduction de dimensionnalité, un point central de ce travail a consisté à étudier des nanostructures de ces matériaux (nanofils d'AlN et d'Al
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1-xN, nanotubes et nanofeuillets de BN). Un soin particulier a aussi été apporté à la corrélation à l'échelle nanométrique, entre la structure et la luminescence. Dans un premier temps, les nanofils d'Al
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1-xN ont été synthétisés par épitaxie par jets moléculaires sur des nanofils de GaN afin de promouvoir la croissance de nanostructures 1D non coalescées. Nous montrons que le gallium s'incorpore difficilement, aboutissant à des nanofils d'un alliage fortement inhomogène à plusieurs échelles (de l'unité à la centaine de nanomètre). Ces inhomogénéités influencent grandement les propriétés optiques, dominées par des états localisés. L'ensemble des résultats nous a permis de proposer un mécanisme de croissance de ces nanofils. Dans un deuxième temps, les propriétés des nanostructures de BN ont été comparées à celles du matériau massif (le BN hexagonal). Nous montrons que jusqu'à 6 couches les nanofeuillets présentent une luminescence similaire au h-BN. Cela indique une faible influence de la réduction de dimensionnalité dans le h-BN, contrairement aux nanostructures de GaN ou d'AlN. Enfin, nous montrons que les principaux nanotubes étudiés dans ce travail, multiparois, présentent une structure complexe, micro-facettée, et que les défauts sont probablement responsables de la luminescence observée.
Jury : Président : M. Christiophe Voisin
Rapporteur : M. Bernard Gil
Rapportrice : Mme Agnès Trassoudaine
Examinateur : M. Gilles Patriarche
Examinateur : M. Ludger Wirtz
Directrice de thèse : Mme Annick Loiseau
Co-directeur de thèse : M. Bruno Daudin
Mots clés : Nanofils, Nanotube, Semiconducteur nitrure, Algan, BN, Épitaxie jet moléculaire, Photoluminescene, Cathodoluminescence, Microscopie électronique
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