HVPE-Grown GaAs Nanowires : Growth Modeling, Passivation and Transport Properties
Croissance de Nanofils GaAs par HVPE : modélisation, passivation et propriétés de transport
Résumé
Au-catalyzed growth of GaAs nanowires by HVPE technique has been demonstrated in Institut Pascal many years ago on GaAs substrates. However, the current trend is to integrate these nanowires on silicon substrates, which appears to be very useful for some applications. It is the subject of the present work to develop such process using HVPE which an exceptional length along with very good crystalline quality of nanowires. This manuscript is organized into three chapters. Chapter I is devoted to present the experimental process allowing to obtain such nanowires on Si(111) substrates by Au-catalyzed. It contains also a study of the dewetting of ultra-thin gold films on oxidized Si(111) substrates as function of different parameters, in which we show also by in-situ LEEM and LEED experiments how these droplets remove the SiO2 from the surface and pump silicon atoms from the substrate. The influence of these silicon atoms on the nucleation of GaAs nanowires is presented in chapter II through a thermodynamic model. Another model is also presented in the same chapter in which we study the incorporation of the amphoteric silicon atoms in the solid phase as function of different growth parameters. Chapter III consists in an investigation of charge and spin transport using a polarized µPL experiment on ultra-long GaAs nanowires produced by HVPE. We study the effect of the surface passivation of these nanowires by hydrazine solution and N2-palsma. We report record diffusion lengths for both charge and spin.
Alors que la croissance par HVPE de nanofils GaAs est bien maitrisée à l'Institut Pascal sur substrat de GaAs, quant à elle, la croissance sur substrats de silicium reste un sujet à développer. Dans ce travail, nous proposons dans le chapitre I un procédés expérimental permettant d'obtenir des nanofils de GaAs sur substrat de Si(111) par la voie VLS catalysée Au, accompagnés de structures larges appelées écailles. Ce procédé doit être optimiser si un rapport nanofils/écailles plus élevé est souhaité. Nous avons démontré par in-situ LEEM et LEED que les gouttelettes catalyseurs d'Au désoxydent la surface du substrat de Si(111) à haute températures (700 °C) et pompent des atomes de silicium du substrat. L'influence de ces atomes sur la nucléation des nanofils GaAs est étudiée par un modèle thermodynamique présenté dans le chapitre II. Aussi dans le même chapitre, nous présentons une étude de l'incorporation de ces atomes amphotériques de silicium dans le solide GaAs en fonction des paramètres de croissance. Le chapitre III consiste en une investigation du transport de charge et de spin par µPL polarisée dans les nanofils obtenus. Nous avons trouvé des longueurs de diffusion record à basse température dans des nanofils passivés à l'hydrazine et par N2-plasma.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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