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Xiaojun Chen

Croissance de nanostructures de composés III-nitrures en épitaxie en phase vapeur d'organo-métalliques : de la croissance auto-assemblée à la croissance sélective

Publié le 27 octobre 2008


Thèse soutenue le 27 octobre 2008 pour obtenir le grade de docteur de l'Université de Grenoble - Spécialité : Nanophysique

Résumé :
Ce travail est consacré à l'épitaxie en phase gazeuse d'organométallique de nanostructures de nitrures en forme de fil et de pyramide, pour lesquelles nous cherchons à comprendre les mécanismes de croissance mis en jeu. Une étude paramétrique complète est présentée pour optimiser et mieux appréhender la croissance de nanofils GaN auto-assemblés non-catalysés. Nous démontrons notamment que l'injection de silane est un paramètre-clé pour la croissance des nanofils grâce à la formation d'une couche SiNx de passivation sur les facettes latérales qui joue le rôle d'un masque favorisant ainsi la croissance verticale. Un nouveau procédé de croissance de nanofils sans silane est aussi proposé dans ce travail en utilisant de très faibles flux de précurseurs qui favorise la formation de facettes verticales. De tels nanofils présentent d'excellentes propriétés structurales et optiques grâce à l'absence de silicium. Par ailleurs, nous montrons que la polarité joue un rôle crucial sur la croissance des nanostructures de GaN puisque la forme des nanostructures peut être simplement déterminée par l'orientation de la polarité : une polarité N résulte en fils alors qu'une polarité Ga en pyramides. Par conséquent, la forme fil/pyramide des nanostructures peut être directement choisie en contrôlant la polarité sur des substrats de saphir ou de GaN. Nous avons justement exploité cette méthode pour obtenir des réseaux ordonnés de fils et de pyramides de GaN en utilisant la croissance sélective à travers un masque nanostructuré par lithographie. De telles nanostructures ont été utilisées pour la croissance d'hétérostructures InGaN/GaN pour obtenir soit des puits quantiques non-polaires sur les flans des nanofils, soit des boîtes quantiques d'InGaN aux sommets des pyramides.

Jury :
Président : M. Jöel Cibert
Rapporteur : M. Jean-Christophe Harmand
Rapporteur : M. Nicolas Grandjean
Examinateur : Mme Marie-Antoinette poisson
Examinateur : M. Jöel Eymery
Examinateur : M. Christophe Durand
Directeur de thèse : M. Jöel Eymery
Co-directeur de thèse : M. Christophe Durand

Mots clés :
Hétérostructures photonique, Nanofils, Nitrures, Sélective, Croissance cristalline, MOCVD

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