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Zhihua Fang

Nanofils de GaN dopés de type n et de type p : de la croissance aux propriétés électriques

Publié le 15 mars 2017


Thèse soutenue le 15 mars 2017 pour obtenir le grade de docteur de la Communauté Université Grenoble Alpes - Spécialité : Nanophysique

Résumé :
Les nanostructures à base de nitrures d’éléments III suscitent un intérêt croissant, en raison de leurs propriétés singulières et de leurs applications technologiques potentielles, dans les diodes électroluminescentes (LED) notamment. La maîtrise et le contrôle du dopage de ces nanostructures est un enjeu crucial, mais difficile. A ce sujet, cette thèse apporte une contribution nouvelle, en explorant le processus de dopage de type n et p des nanofils (NF) de GaN crus par épitaxie par jets moléculaires (EJM). En particulier, les propriétés électriques de ces structures ont été caractérisées par une approche multi-technique, à l’échelle du NF unique. Tout d'abord, les propriétés structurales et électriques d'une série de NF de GaN dopés au Si (type n) ont été étudiées. Des mesures de spectroscopie de rayons X à haute résolution sur des NF individuels ont mis en évidence une incorporation de Si plus élevée dans les NF que dans les couches minces épitaxiées, ainsi qu’une migration du Si à la surface du NF pour le fil ayant le niveau de dopage le plus élevé. Des mesures de transport sur des NF uniques (quatre contacts avec une température allant de 300 K jusqu’à 5 K) ont démontré un contrôle du dopage, avec une résistivité allant de 102 à 10-3 Ω.cm et une concentration de porteurs comprise entre 1017 et 1020 cm-3. Des mesures réalisées sur des transistors à effet de champ à NF uniques non intentionnellement dopés ont démontré qu’ils sont de type n avec une mobilité de porteurs élevée. Parallèlement à cela, les conditions de croissance de NF de GaN dopés au Mg (p-type) et de jonctions p-n ont été déterminées afin d’obtenir une incorporation significative en Mg. Les propriétés électriques de jonctions p-n axiale à base de NF de GaN posées sur un substrat de SiO2 et contactés avec de l’oxyde d’indium-étain (ITO) ont été étudiées en utilisant la technique du courant induit par faisceau électronique (EBIC). L’analyse EBIC a permis de localiser la jonction p-n le long du fil et de clairement montrer son bon fonctionnement en polarisation directe ou inverse. L'analyse EBIC a démontré que le GaN de type p est hautement résistif, confirmant ainsi les difficultés à réaliser des mesures de transport sur ce matériau. Cette étude originale a permis de décrire les propriétés électriques et de dopage de ces NF de GaN à une échelle nanoscopique, facilitant ainsi la fabrication des futurs dispositifs incorporant des nanostructures à base de GaN.

Jury :
Présidente : Mme Ana Cros
Rapporteur : M. Jean-Christophe Harmand
Rapporteur : M. Martin Eickhoff
Examinatrice : Mme Maria Tchernycheva
Examinateur : M. Christophe Durand
Directeur de thèse : M. Bruno Daudin
Co-directeur de thèse : M. Julien Pernot

Mots clés :
Épitaxie par jets moléculaires, Nanofils, Dopage de type n et type p, Jonction p-N axiale, Courant induit par faisceau électronique

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