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Robert Köster

Croissance auto-assemblée de fils de GaN sans catalyseur par épitaxie en phase vapeur d'organo-métalliques

Publié le 28 juin 2010


Thèse soutenue le 28 juin 2010 pour obtenir le grade de docteur de l'Université de Grenoble - Spécialité : Physique

Résumé :
Une méthode originale de croissance non catalysée a été développée pour faire croître des fils auto-assemblés de GaN sur des substrats de saphir par épitaxie en phase gazeuse d'organo-métalliques (MOVPE). Cette approche, basée sur le dépôt et le perçage, in situ, d'une fine couche de SiNx (~2 nm), permet la croissance épitaxiale de fils orientés le long de l'axe c sur des substrats de saphir. L'étude détaillée des mécanismes de croissances montre qu'une combinaison de paramètres clés est nécessaire pour obtenir la croissance verticale des fils. En particulier, la durée du dépôt de SiNx avant la croissance des fils est critique pour contrôler l'épitaxie avec le substrat. Le temps de nucléation des germes de GaN détermine la taille moyenne et la qualité structurale, enfin une forte concentration de dopant Si permet d'obtenir la croissance verticale. Les fils obtenus ont une émission UV centrée sur environ 350 nm et une faible bande jaune de défaut (~550 nm) à basse température. Cette approche fournit une méthode rapide et reproductible pour faire croître des fils de GaN en MOVPE et a permis d'explorer les paramètres de croissance sans avoir à préparer spécifiquement les surfaces comme c'est le cas dans les croissances sélectives. La croissance d'hétérostructures dopées longitudinales de type n-u et n-p a été démontrée en utilisant des précurseurs de Si et de Mg. De plus les fils ont été utilisés comme gabarits pour faire croître des structures cœur/coquille de puits quantiques InGaN/GaN. Ces structures ont été étudiées par cathodo- et photo-luminescence pour avoir une caractérisation spatiale et spectrale de l'émission lumineuse. Cette croissance se fait notamment sur les plans m non-polaires ce qui modifie les contributions des champs électriques sur l'émission de lumière. Les briques technologiques pour obtenir une diode électroluminescente bleue à base de fils ont donc été démontrées. La réalisation de composants nécessite un contrôle plus poussé de la qualité du matériau et des contacts pour une injection électrique.

Jury :
Président : M. Renevier Hubert
Rapporteur : M. Ougazzaden Abdallah
Rapporteur : M. Zúñiga-Pérez Jesus
Examinateur : M. Harmand, Jean-Christophe
Examinateur : M. Gendry Michel
Directeur de thèse : M. Eymery Joël
Co-directeur de thèse : M. Durand Christophe

Mots clés :
nanofils, GaN, MOVPE, croissance, optique, hétérostructures, puits quantiques

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