Thèse soutenue le 05 avril 2017 pour obtenir le grade de docteur de l'Université Grenoble Alpes - Spécialité : Nanophysique

Résumé :
Les nanostructures de nitrures d’éléments III sont considérées comme des candidats prometteurs visant à la réalisation de divers dispositifs innovants. Depuis quelques années, l'intérêt croissant des nano-LED basés sur l’InGaN a été relevé dans le domaine de l'éclairage et de l'affichage. Ce travail de thèse porte sur la croissance par épitaxie par jets moléculaires assistée plasma (PA-MBE) et sur la caractérisation d'hétérostructures InGaN/GaN à base de nanofils.
Tout d'abord, un modèle de croissance cinétique de nanofils de nitrures d’éléments III a été établi, en vue d'une analyse en profondeur et d'un meilleur contrôle des processus cinétiques atomiques impliqués dans la croissance MBE. Ce travail de modélisation construit la base théorique et guide l'interprétation expérimentale dans cette thèse.
Ensuite, les propriétés morphologiques, structurelles, compositionnelles et optiques des hétérostructures de nanofils GaN/InGaN/GaN axiaux ont été étudiées à nano-échelle par une combinaison de microscopie électronique (SEM / STEM / TEM), photoluminescence (PL), nano-cathodoluminescence (nano-CL), spectroscopie de rayons-X à énergie dispersive (EDX). Sur la base des résultats expérimentaux, nous avons obtenu une description statistique du paysage morphologique pour tous les NW InGaN/GaN sous différentes conditions thermodynamiques et de flux atomiques. De plus, la corrélation entre les caractéristiques morphologiques & compositionnelles et les propriétés électroniques & optiques des NWs InGaN/GaN a été établie.
En outre, divers types de superstructures InGaN à base de nanofils ont été étudiés. On constate que tant le taux de croissance axiale que la composition réelle d’Indium vont diminuer dans le cas de l'excès d'Indium, en raison de l'effet surfactant de l’Indium et d'un flux effectif d’azote réduit. En même temps, un élargissement spectaculaire des sections de l'InGaN a été observé sous des conditions riches en azote, suggérant que la condition riche en métal n'est pas nécessaire pour l'élargissement de l'InGaN. En conséquence, nous proposons le mécanisme de la croissance d’InGaN, pour lequel la croissance axiale est un processus cinétique déterminé par le flux et l'élargissement latéral est principalement induit par la contrainte.
Enfin, nous avons étudié l'influence du processus de recuit pour l'efficacité de la luminescence et proposé nos recettes de croissance de plaques LED, visant à aborder la fabrication de plaques LED développées par MBE.

Jury :
Président : Etienne Gheeraert
Rapporteur : Michel Gendry
Rapporteure : Yamina André
Examinateur : Benjamin Damilano
Directeur de thèse : Bruno Daudin
Co-directeur de thèse : Bruno Gayral

Mots clés :
Épitaxie par jets moléculaires, nanofils, cinétique de croissance, hétérostructure InGaN/GaN, Superstructures InGaN à base de nanofils, fluctuation de la composition, composés semiconducteurs, épitaxie par faisceaux moléculaires