Croissance d'hétérostructures GAN/AIN à champ électrique interne réduit

Growth of GaN/AIN heterostructures with reduced internal electric field

• Auteur / Autrice : Sébastien Founta
• Direction : Henri Mariette
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble, Isère, France ; 1971-2015)

Mots clés

Mots clés libres

Gan

Boites quantiques

Croissance par epitaxie

Semiconducteurs

Puits quantiques

Champ electrique

Proprietes optiques

Résumé

Ce travail a porté sur l'étude de la Croissance et des propnétés optiques d'hétérostructures GaN/AIN à champ électrique interne réduit déposées sur SiC. Nous avons d'abord étudié les propriétés de couches d'AIN et de GaN déposées sur SiC plan a. L'AIN présente une morphologie de surface anisotrope, que l'on a reliée à l'anisotropie de désaccord de maille avec le substrat. Alors que le GaN développe une rugosité isotrope. Dans les deux cas, la qualité de surface est optimale en conditions d'excès d'azote, à l'inverse de l'orientation (0001). La croissance du GaN sur l'AIN en conditions d'excès de Ga pennet de fonner des boîtes quantiques de GaN par le mode Stranski-Krastanow. Ces boîtes ont une fonne asymétrique influencée par la polarité chimique du matériau. Elles présentent un ordre partiel dans le plan qui a pour origine l'anisotropie de la couche tampon-d'AIN sous-jacente. Des conditions d'excès d'azote pennettent ta formation de puits quantiques. Leur morphologie anisotrope est influencée par celle de l'AIN, et leur rugosité par la polarité de la couche. L'étude optique de ces deux types de structures a montré une forte réduction du champ électrique interne par rapport à t'orientation (000 1 ). Nous avons ensuite étudié les propriétés des nitrures cubiques, en commençant par l'optimisation des substrats de SiC. L quantité de Ga adsQrbée sur une surface de GaN a ensuite été évaluée J)3{ RHEED. Le travail a ensuite porté sur la détennination des paramètres pennettant de contrôler la fonnation des boîtes quantiques de GaN, en insistant sur le rôle de la rugosité de l'AIN. Enfin, des études optiques ont révélé une polarisation de la photoluminescence à température ambiante.

This work reports on the growth and the opticat properties of GaN/ AtN heterostructures with reduced internaI electric fi~ld d~posiwd on SiC. We have fU'St studied the properties of AtN and GaN tayers deposited on a-plane SiC substrates. AIN exhibits an anisotropic surface morphology that we correlated to the anisotropy of its in-plane lattice mismatch with the substrate, whereas GaN shows an isotropie roughness. Ln bath cases, the optimal surface quality is achieved in N-rich conditions, unIike what is observed on the (0001) orientation. Growth orGaN on AIN in Ga-rlch conditions leads to the fonnation on GaN quantum dots through the StranskiKrastanow growth mode. They present an asymmetric morphotogy influenced by the chemical polarity of the material. They are partially ordered on the growth plane, a feature arising trom the AIN buffer tayer anisotropy. Growth in N-rich conditions enables the formation of quantum wells. Their anisotropic morphology i& influenced by that of AIN, and their rougbness is influÇIlcçd by the layçr polarity. Both ~ of structures have ~vealçd a strong reduction of the internal electric field with respect to the (0001) orientation. We have then examined the properties of cubic nitrides, beginning by the optimisation of the SiC substrates. The Ga quantity adsorbed on GaN was then evaluated by RHEED. We detennined the parameters enabling to control the fonnation of GaN quantum dots and focused on the role of the AIN roughness. Finally, opticat studies revealed a photoluminescence polarisation up to ambient temperature.