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Soutenance de thèse

Puits quantiques ultra-minces de GaN en géométrie cœur-coquille pour une émission UV-C efficace

Mardi 08 octobre 2024 à 10:00, Amphithéâtre du CNRS, ​25 Avenue des Martyrs, Grenoble
Publié le 8 octobre 2024

​Par Lucie Valéra
NanoPhysique et SemiConducteurs (NPSC)

Ce travail présente la croissance et la caractérisation d’émetteurs UV-C à partir de nanofils de GaN et d’AlN, fabriqués par épitaxie en phase vapeur aux organométalliques (MOVPE).
Dans un premier temps, la croissance MOVPE d’AlN cœur-coquille a été optimisée sur des nanofils de GaN. Le flux de NH3 a été identifié comme un paramètre clé de la croissance, un flux élevé favorisant de bonnes propriétés morphologiques et optiques. Des hétérostructures GaN/AlN ont été crûes sur des nanofils de GaN et une émission UV-C à 278 nm a été démontrée.
Dans un second temps, la rugosité anisotrope de surface de l’AlN a été étudiée. Il a été mis en évidence que la température de croissance et la contrainte l’influencent significativement. Ces résultats ont permis la croissance d’hétérostructures GaN/AlN d’une épaisseur de seulement deux monocouches. Cette hétérostructure a ensuite été intégrée comme région active d’une LED UV émettant à 310 nm. Pour réduire la formation de défauts et l’absorption de lumière par le cœur de GaN de nos nanofils, une méthode de fabrication alliant gravure de couches planaires d’AlN et recroissance par MOVPE a été développée, menant à la fabrication de réseaux de nanofils d’AlN. Après gravure, une relaxation des contraintes a été mise en évidence par des mesures de CL et de spectroscopie Raman. Un modèle pour décrire les mécanismes de croissance au sein d’un réseau organisé a également été élaborée. De plus, les propriétés optiques de l’AlN orienté a sont supérieures par rapport à l’AlN orientém, phénomène attribué à des différences d’incorporation de défauts ponctuels entre les deux plans.
Enfin, j’ai fait la croissance d’hétérostructures cœur-coquille GaN/AlN sur des nanofils d’AlN, ce qui a permis de démontrer une émission UV-C sub-240 nm. Il a été mis en évidence que les propriétés optiques et morphologiques des nanofils sont dépendantes des paramètres du réseau tels que l’espacement, leur diamètre initial et leur orientation a ou m). Une étude approfondie de l’efficacité de ces émetteurs a ensuite été menée. Notamment, des évolutions inhabituelles en fonction de la température ont été mesurés en CL et en CL résolue en temps. Ces mesures ont conduit au développement d’un modèle décrivant les dynamiques de recombinaison. En conséquence, une efficacité quantique interne (IQE) de 10% a été calculée. Après des mesures utilisant une sphère d’intégration, une efficacité quantique externe (EQE) de 0,2% a également été calculée.​