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Damien Salomon

Croissance, propriétés optiques et intégration d'hétérostructures radiales InGaN/GaN autour de fils auto-assemblés de GaN crûs sur saphir et silicium

Publié le 15 novembre 2013


Thèse soutenue le 15 novembre 2013 pour obtenir le grade de docteur de l'Université de Grenoble - Spécialité : Physique

Résumé :
Ce travail est consacré à la réalisation de diodes électroluminescentes visibles à base de fils de GaN crûs sur Si(111) par épitaxie en phase vapeur de précurseurs organo-métalliques. Nous cherchons en particulier à comprendre les mécanismes de croissance des fils de GaN et les propriétés structurales et optiques de puits quantiques InGaN/GaN cœur/coquille déposés autour de ceux-ci. La croissance de fils orientés le long de l'axe -c sur saphir est dans un premier temps détaillée et expliquée. Nous montrons que l'injection de silane pendant la croissance des fils permet de former une couche de passivation de SiNx autour de ceux-ci. L'arrêt de l'injection de silane après quelques dizaines de secondes ne modifie pas la géométrie fil et ce procédé peut donc être utilisé pour contrôler le positionnement le long du fil de la zone de dépôts des puits quantiques InGaN/GaN. Ce procédé est ensuite transféré sur substrat Si(111) grâce au dépôt préalable d'une fine couche tampon d'AlN sur le substrat. Le dépôt de puits quantiques InGaN/GaN sur les facettes non-polaires m de ces fils et l'influence de différents paramètres de croissance sur leur émission de lumière sont étudiés. Nous montrons notamment l'existence de plusieurs familles des puits quantiques dans les fils dont les longueurs d'onde d'émission ont pu être indexées à l'aide de cartographies de cathodoluminescence. La concentration en indium des puits quantiques déposés a été estimée en comparant les énergies d'émissions des puits à des simulations utilisant la théorie k.p dans l'approximations 8 bandes pour les électrons et les trous et est comprise entre 8 et 24%. Enfin, des structures LED complètes ont été déposées sur les fils de GaN par MOVPE et une électroluminescence bleue à 450 nm à température ambiante est mesurée sur des fils uniques et sur des assemblées de fils sur silicium.

Jury :
Président : Étienne Bustarret
Rapporteur : Olivier Durand
Rapporteur : Evelyne Gil
Examinateur : Raphael Butte
Examinateur : Pierre Ferret
Examinateur : Gilles Patriarche
Directeur de thèse : Joël Eymery
Co-directeur de thèse : Christophe Durand

Mots clés :
GaN, nanofils, Croissance, Optique, Composant, Diodes électroluminescentes