Croissance par épitaxie par jets moléculaires et caractérisation optique d'hétérostructures de nanofils GaN/AlGaN émettant dans l'ultraviolet

Dans des conditions de croissance specifiques, des sections nanofilaires d’AlGaN peuvent croitre en epitaxie sur des bases nanofilaires de GaN. De telles croissances, effectuees par epitaxie par jets moleculaires dans le cadre dans le cas present, permettent la caracterisation ulterieure de petits volumes d’AlGaN exempt de defauts etendus communement observes dans les couches planaires. Cette absence de defauts rend ces fils prometteurs pour les dispositifs optoelectroniques emettant dans l’ultraviolet. Cependant, la realisation de tels composants necessite de mieux comprendre les proprietes fondamentales des fils.La question des inhomogeneites d’alliage a l’echelle nanometrique reste notamment a eclaircir. Afin d’y voir plus clair, ces dernieres ont ete dans un premier temps etudiees dans cette these. Pour nos experiences, des nanofils d’AlGaN non-intentionnellement dopes (NID) ont ete crus dans des conditions variees afin d’ajuster potentiellement les fluctuations de composition de l’alliage et ainsi sonder eventuellement des centres de localisation de porteurs de taille et composition differentes. Il a premierement ete observe au moyen de methodes de caracterisation structurale que la longueur des sections plus riches Al qui nucleent preferentiellement au sommet des fils de GaN peut etre ajustee en variant les parametres cinetiques de croissance, mettant en lumiere un mecanisme de croissance gouverne par la cinetique. Des etudes optiques ont ensuite demontre que les fluctuations de composition induisent de la localisation et presentent un comportement de type boite quantique. Ce dernier a ete observe quel que soit les conditions de croissance explorees dans ce travail. Il est ensuite demontre que les regions plus riches Ga spontanement formes durant la synthese de l’AlGaN partagent des proprietes µ-optiques similaires sur une plage de longueur d’onde d’emission donnee, pour toutes les conditions de croissance utilisees dans cette etude. De telles regions, emettrices de photons uniques, sont presentes a tres petite echelle, puisque elles ont ete egalement mises en evidence dans des nanodisques quantiques d’AlGaN tres fins.En outre, le dopage des nanofils d’AlGaN, surtout de type p, est loin d’etre totalement compris. En particulier, En particulier, le probleme de l’incorporation ainsi que de l’activation optique et electrique dans les fils demeure nebuleux. Cette question a ete etudiee pour des jonctions pn nanofilaires d’AlGaN dopees avec des atomes Mg et Si. Premierement, des signatures propres a l’incorporation des dopants dans les nanofils ont ete mises en exergue au travers de techniques de caracterisation structurale, avant que des jonctions pn AlGaN soient mises en evidence electriquement. De plus, des analyses optiques ont mis en lumiere des dopants de type n et p optiquement actifs. Neanmoins, les dopants Mg ne sont que partiellement actifs electriquement en raison de la passivation par l’hydrogene mise en evidence par l’observation de complexes Mg-H. Pour resoudre ce probleme, des recuits post-croissance ont ete effectues. En parallele, des jonctions pn nanofilaires d’AlN ont ete preliminairement examinees et presentent des caracteristiques morphologiques interessantes. En effet, des creux profonds ont ete observes dans les fils et associes au dopage Mg effectue a basse temperature de croissance. La morphologie des fils peut etre ajustee en jouant sur les parametres cinetiques de croissance et sur l’effet surfactant des atomes Mg. En augmentant la temperature, les creux disparaissent tandis que la forme du sommet des fils, usuellement hexagonale, change pour devenir « etoilee », mettant en exergue des conditions de croissance tres eloignees de l’equilibre thermodynamique. L’activation electrique des dopants n’a pas ete observee jusqu’a present dans ces jonctions pn d’AlN.