Développement de procédés de gravure plasma de fils d'AlN à fort facteur de forme pour la fabrication de nanosources UV

Plasma etching processes of high aspect ratio AlN nanowires for the fabrication of UV nanosources

• Auteur / Autrice : Saron Rosy Sales de mello
• Direction : Erwine Pargon
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Nano électronique et Nano technologies
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Technologies de la Microélectronique

Mots clés

Mots clés libres

Procédés de gravure plasma

III-N semiconduceur

Cathodoluminescence

Plasma pulsé

Uv led

Plasma etching process

III-N semiconductor

Cathodoluminescence

Pulsed plasma

Uv led

Résumé

Les diodes électroluminescentes (LED) à base de semi-conducteur nitrure (III-N) sont une alternative prometteuse aux lampes à vapeur de mercure pour fabriquer des sources UV écologiques. Aujourd'hui, les LED UV à base de puits quantiques en AlxGa1-xN présentent des rendements nettement inférieurs à ceux des LED bleues actuelles, et notamment lorsqu'une émission dans l'UV profond (<280nm), qui nécessite d'augmenter d'avantage l'incorporation d'Al (x>50%), est visée. Pour augmenter les efficacités d'émission, il a été montré que la structuration 3D du GaN ou AlN en réseaux organisés de nanofils à fort Facteur de Forme (FF>10) sur lesquels on fait croître radialement des puits quantiques UV en géométrie cœur/coquille est une approche prometteuse comparée à l'approche planaire. Quasiment toutes les recherches autour des nanofils GaN ou AlN pour l'émission UV sont réalisées par une approche bottom-up utilisant l'Épitaxie par Faisceau Moléculaire (MBE) ou l'Épitaxie en Phase Vapeur Organométallique (MOVPE), mais ces techniques restent limitées pour obtenir des réseaux organisés de fils à fort FF de manière maitrisée. Ainsi, l'approche top-down, combinant des étapes de lithographie et gravure s'avère la voie technologique la plus prometteuse. La problématique est que les semi-conducteurs III-N et tout particulièrement l'AlN sont des matériaux difficiles à graver, et que les technologies plasma conventionnelles basées sur des réacteurs à source inductive (ICP) montrent des limitations intrinsèques pour structurer ces matériaux avec de fort FF. Dans ce projet, il sera utilisé un réacteur ICP de dernière génération équipé de technologies de plasma pulsé avancées qui ont le potentiel de résoudre les problèmes de sélectivité et de contrôle dimensionnel rencontrés lors de la structuration des matériaux avec de forts FF. Le project vise à frabriquer des sources de lumière à nanofils organisés de GaN et d'AlN, émettant dans l'UV avec des efficacités surpassant les approches planaires et cela en proposant des procédés innovants de fabrication transférables à l'industrie.

Nitride (III-N) semiconductor light-emitting diodes (LEDs) are a promising alternative to mercury vapor lamps for environmentally friendly UV sources. Today, UV LEDs based on AlxGa1-xN quantum wells show significantly lower efficiencies than current blue LEDs, especially when deep UV emission (<280nm), which requires further increase of Al incorporation (x>50%), is targeted. To increase the emission efficiencies, it has been shown that the 3D structuring of GaN or AlN in organized arrays of high Form Factor (FF>10) nanowires on which UV quantum wells are radially grown in core/shell geometry is a promising approach compared to the planar approach. Almost all the researches around GaN or AlN nanowires for UV emission are performed by a bottom-up approach using Molecular-Beam Epitaxy (MBE) or Metalorganic Vapor Phase Epitaxy (MOVPE), but these techniques remain limited to obtain organized arrays of high FF wires in a controlled way. Thus, the top-down approach, combining lithography and etching steps, appears to be the most promising technological path. The problem is that III-N semiconductors and especially AlN are difficult materials to etch, and that conventional plasma technologies based on inductive source reactors (ICP) show intrinsic limitations to structure these materials with high FF. In this project, it will be used a new generation ICP reactor equipped with advanced pulsed plasma technologies that have the potential to solve the selectivity and dimensional control problems encountered during the structuring of materials with high FF. It is aimed to fabricate UV emitting GaN and AlN organized nanowire light sources with efficiencies surpassing planar approaches by proposing innovative fabrication processes transferable to industry.