Croissance par HVPE et étude des propriétés optiques de microfils de GaN et de nanofils d'InxGa1-xN en vue de la réalisation de diodes électroluminescentes

HVPE growth and optical spectroscopy of GaN microwires and InxGa1-xN nanowires for LED application

• Auteur / Autrice : Elissa Roche
• Direction : Joël Leymarie, Agnès Trassoudaine, Yamina André
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des Matériaux
• Date : Soutenance le 10/11/2016
• Etablissement(s) : Clermont-Ferrand 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences fondamentales (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pascal (Aubière, Puy-de-Dôme) - Institut Pascal - Clermont Auvergne / IP
• Jury : Président / Présidente : Jean-Paul Salvestrini
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Joël Leymarie, Agnès Trassoudaine, Yamina André, François Médard, Benjamin Damilano
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Maria Tchernycheva, Bruno Daudin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diodes électroluminescentes

Mots clés libres

HVPE

Spectroscopie optique

Microfils

Nanofils

InGaN

GaN

DEL

Effet laser

Thermodynamique

HVPE

Optical spectroscopy

Microwires

Nanowires

InGaN

GaN

LED

Lasing effect

Thermodynamics

Résumé

Ce manuscrit est consacré à la croissance par HVPE et à la spectroscopie optique de nanofils d'InxGa1-xN et de microfils de GaN en vue de la réalisation de diodes électroluminescentes. Les microfils de GaN, épitaxiés par SAG-HVPE, ont été étudiés par micro-réflectivité et micro-photoluminescence. Un lien entre les différences de polarités au sein des fils et leurs propriétés optiques a été mis en évidence. De plus, il a été démontré que les microfils agissent comme des résonateurs optiques dans lesquels une émission stimulée de lumière a été observée. Des reprises de croissance par MOCVD ont permis de révéler le potentiel des microfils pour la réalisation de DELs sous forme d'hétérostructures coeur - coquille. Les nanofils d'InxGa1-xN ont été obtenus pour la première fois à l'Institut Pascal grâce à une étude thermodynamique et une étude expérimentale utilisant GaCl et InCl3 comme précurseurs en éléments III. Une variation de composition en indium de 0 à 100 % le long d'un unique échantillon a été rapportée dans un premier temps. L'optimisation du positionnement des échantillons par rapport à l'arrivée du flux d'indium associée à une étude systématique de l’influence des différents paramètres de croissance a permis de déterminer les facteurs contrôlant la composition et la morphologie des fils. Une étude par spectroscopie optique en fonction de la température a finalement montré une faible diminution de l'intensité de photoluminescence entre 20 K et 300 K.

This work is devoted to the HVPE growth and to the optical spectroscopy of InxGa1-xN nanowires and GaN microwires in order to realize light-emitting diodes.The GaN microwires, grown by SAG-HVPE, were studied by micro-reflectivity and micro-photoluminescence. A link between the polarity differences within wires and their optical properties has been highlighted. In addition, microwires have been shown to act as optical resonators in which stimulated light emission has been observed. Regrowth by MOCVD revealed the potential of microwires for LEDs realization with a core - shell structure.The InxGa1-xN nanowires were obtained for the first time at Institut Pascal thanks to a both thermodynamical and experimental investigations using GaCl and InCl3 as III element precursors. An indium composition variation from 0 to 100 % along a single sample was first reported. The optimization of the sample positioning regarding the indium flux arrival associated with a systematic study of the influence of growth parameters have allowed to determine influential factors on the composition and the morphology of wires. A temperature dependent optical analysis has finally shown a slight decrease of luminescence intensity between 20 K and 300 K.