Elaboration et caractérisation de couches de nitrure d'aluminium AlN par CVD haute température en chimie chlorée

Growth and characterization of aluminium nitride layers by high temperature chloride CVD

• Auteur / Autrice : Arnaud Claudel
• Direction : Elisabeth Blanquet, Didier Chaussende
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, mécanique, génie civil, électrochimie
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Grenoble INPG

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nitrure d'aluminium

Thermodynamique

Dépôt chimique en phase vapeur

Épitaxie

Résumé

En optoélectronique, l'avènement des technologies basées sur les nitrures du groupe III permettront une diminution de la consommation d'électricité dédiée à l'éclairage. Le nitrure d'aluminium, AlN, est particulièrement attractif pour la fabrication de diodes électroluminescentes UV. L’objectif de ce travail de thèse est d’étudier la faisabilité d'un procédé de croissance de monocristaux d'AlN à haute température à partir d'une phase gazeuse chlorée (HTCVD). Les dépôts d’AlN sont réalisés à partir de NH3 et AlCl3 synthétisé in-situ par chloruration de l’aluminium métallique par le chlore. Une étude thermodynamique préliminaire du système Al-N-Cl-H est réalisée afin de mettre en évidence les possibilités d'utilisation des matériaux, de montrer les mécanismes chimiques globaux et certains paramètres propices à l’élaboration d'AlN par CVD. Des conditions propices à l'élaboration de couches épitaxiées sont recherchées. Les dépôts polycristallins et épitaxiés réalisés sont étudiés structuralement et leurs propriétés sont caractérisées.

In optoelectronics, group III nitride semiconductors technologies will allow to reduce the electrical energy required for lighting. Aluminium nitride, AlN, is a very attractive substrate for UV LEDs manufacturing. The goal of this PhD thesis is to study the development of a growth process toi produce AlN single crystals at high temperature from a chloride gas-phase (HTCVD). AlN layers are deposited using NH3 and AlCl3 which is synthetized by the in situ reaction between aluminium and chlorine. A preliminary thermodynamic study is carried out in order to investigate materials incompatibilities at high temperature, the global chemical mechanisms and the optimized parameters useful for the development of AlN growth by CVD. An experimental parametric study is performed in order to understand the influence of operating conditions on AlN growth rate, surface morphology and crystalline state. Optimized conditions to achieve epitaxial growth are also investigated. Both, polycrystalline and epitaxial layers are structurally studied and their properties are investigated.