Par Anh My Nhat QUACH
Laboratoire PHotonique ELectronique et Ingénierie QuantiqueS (PHELIQS)/ Equipe NPSC
Laboratoire Modélisation et Exploration des Matériaux (MEM) / Equipe LEMMA
La technologie MicroLED est confrontée à des défis tels que l'obtention d'une plus grande luminosité pour une utilisation en extérieur, l'amélioration de l'efficacité pour les appareils portables et une plus grande résolution pour les applications de réalité augmentée/virtuelle (AR/VR). Pour répondre à ces exigences, il faut miniaturiser les diodes électroluminescentes (DEL) à l'échelle du micromètre. Les hétérostructures de nanofils de nitrure d'indium gallium/nitrure de gallium (InGaN/GaN) sont prometteuses en raison de leur efficacité de luminescence élevée et de leur longueur d'onde d'émission accordable, mais la miniaturisation introduit des défauts qui ont un impact négatif sur l'efficacité. Cette thèse étudie les puits quantiques en nitrure d'indium et de gallium/nitrure de gallium (InGaN/GaN) obtenus par épitaxie par jets moléculaires assistée par plasma (PA-MBE) sur des piliers en nitrure de gallium (GaN) fabriqués par épitaxie en phase vapeur aux organométalliques (MOVPE). Alors que la morphologie des nanofils facilite la relaxation de la contrainte et l'incorporation de l'In, les défauts ponctuels et étendus, qui agissent comme des centres de recombinaison non radiative, restent des défis importants. Pour supprimer les défauts ponctuels générés dans les piliers de GaN crûs à haute température par MOVPE et améliorer l'efficacité de la luminescence des hétérostructures à nanofils, une sous-couche d'InGaN (UL) est insérée avant la croissance de la région active d'InGaN. Cependant, l'incorporation de défauts ponctuels intrinsèques et/ou extrinsèques peut toujours se produire pendant la croissance de la région active par PA-MBE. Afin de mieux comprendre les variations de l'intensité de la cathodo luminescence (CL) attribuées aux défauts ponctuels, une méthodologie statistique analysant l'intensité de la CL de centaines de nanofils émettant à différentes longueurs d'onde a été développée. Le nombre de défauts ponctuels incorporés pendant la croissance de la région active est déterminé quantitativement, en supposant que l'incorporation de défauts ponctuels est distribuée de manière aléatoire et suit la statistique de Poisson. Les méthodes statistiques révèlent que si l'incorporation de défauts ponctuels suit généralement la statistique de Poisson, des écarts apparaissent en raison de la présence de défauts étendus tels que des dislocations traversantes et des défauts d'empilement conduisant à la formation de dislocations partielles observées par microscopie électronique à transmission à balayage (STEM) à haute résolution, avec l'appui de l'analyse de phase géométrique (GPA). Ces résultats mettent en évidence la validité de la méthodologie consistant à utiliser la cartographie CL et la statistique de Poisson pour quantifier les défauts ponctuels au sein d'un grand ensemble de nanofils.