Spectroscopies X et diffraction anomale de boîtes quantiques GaN et d'hétéro-structure III-N : inter-diffusion et ordre à courte distance

X-rays spectroscopies and anomalous diffraction of GaN quantum dots and III-N hetero-structures : inter-diffusion and short range order

• Auteur / Autrice : Cédric Leclere
• Direction : Hubert Renevier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, mécanique, génie civil, électrochimie
• Date : Soutenance le 06/06/2013
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des matériaux et du génie physique (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Thomas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hubert Renevier, Bruno Daudin, Gema Martinez Criado
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : René Guinebretière, Federico Boscherini

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayons X -- Diffraction

Spectroscopie des rayons X

Mots clés libres

Structures fines de diffraction anomale

Diffraction anomale à plusieurs longueurs d'onde

Spectroscopies d'absorption X

Diffraction X résonante

Hétérostructures de nitrures semiconductrices

Nanofils coeur-coquille

Diffraction anomalous fine ftructure

Multiwavelenght anomalous diffraction

X-Ray absorption spectroscopies

Resonant X-Ray diffraction

Nitrides semiconductor hétérostructures

Core-Shell nanowires

Résumé

Le travail illustré par ce manuscrit de thèse présente l'étude structurale d'hétéro-structures semi-conductrices à base de nitrures d'éléments III avec l'un des outils les plus puissants de la recherche scientifique: le rayonnement synchrotron. La cartographie haute résolution de l'espace réciproque, la diffraction anomale multi-longueur d'onde, la spectroscopie d'absorption X et la spectroscopie en condition de diffraction nous ont permis de caractériser la structure à l'échelle atomique de différentes régions d'un même système. Dans un premier temps, nous montrons que les nanofils GaN sur Si(111) ont une polarité N et proposons un mécanisme de nucléation. Dans un second temps, nous mettons en évidence un phénomène d'inter-diffusion stimulée par la contrainte dans les boîtes quantiques GaN / AlN recuites à haute température. Enfin, nous observons la présence d'un ordre local à courte distance dans les nanofils coeur-coquille InGaN / GaN. Cette organisation atomique pourrait être induite par la présence de contrainte, nous avons initié une étude de l'anisotropie de l'ordre à courte distance pour explorer cette hypothèse.

The work presented in this manuscript deals with the structural investigation of III-nitrides semiconductor heterostructures with one of the most powerful tools of materials science: the synchrotron radiation. We used high resolution reciprocal space mapping, multi-wavelenght anomalous diffraction, x-rays absorption spectroscopy and diffraction anomalous fine structure to characterize the structure at the atomic scale of complex nano-structured systems. First, we show that GaN nanowires on Si(111) are N-polar and we suggest a nucleation mecanism. Then, we highlight a strain assited inter-diffusion phenomenon in the GaN / AlN quantum dots annealed at high temperature. Finally, we observe the presence of short-range order in InGaN / GaN core-shell nanowires. This atomic organization could be induced by the presence of stress and we have begun a study of the anisotropic ordering to explore this hypothesis.