Electron microscopy and III-nitride nanostructures

par Eirini Sarigiannidou

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jean-Luc Rouvière.

Soutenue en 2004

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble) .

    mots clés mots clés


  • Résumé

    Ce mémoire de thèse présente une étude structurale de puits et de boîtes quantiques GaN/AIN élaborés par épitaxie par jets moléculaires. La technique d'investigation est la microscopie électronique à transmission, utilisée en modes (i) haute résolution, (ii) imagerie filtrée,(iii) conventionnel et (iv) faisceau convergent. Un chapitre est consacré à l'analyse quantitative des images haute résolution par la méthode de projection et l'analyse de la phase géométrique. Ces méthodes sont analysées et optimisées (par exemple utilisation d'images "off-axis"). Dans les super-réseaux (SL) de puits quantiques GaN/AIN les polarités Ga et N sont analysées. Nous démontrons la supériorité de la qualité structurale des faces Ga: interfaces plus abruptes et uniformes, absence de domaines d'inversion et contraintes moins importantes. Nous analysons aussi l'évolution des nanostructures (puits ou boîtes) durant le processus d'encapsulation et nous prouvons que la croissance de l'AIN induit un amincissement des puits quantiques et une réduction isotrope de la taille des boîtes quantiques. Ce phénomène est attribué à un mécanisme d'échange entre les deux métaux et dépend de la relaxation des couches de GaN. Dans un SL de boîtes quantiques GaN/AIN nous examinons la distribution des contraintes et nous démontrons en combinant des analyses haute résolution, des calculs théoriques et de la diffraction X que l'alignement vertical des boîtes est du à une différence de l'état de contrainte de la couche d'AIN. Enfin, nous prouvons que le dopage au Mg à fortes concentrations d'une couche de GaN face N favorise la conversion de la structure de wurtzite à zinc-blende.


  • Pas de résumé disponible.

  • Titre traduit

    Microscopie électronique et nanostructures des nitrures


  • Résumé

    In this thesis we present the structural characterization of GaN/AIN quantum wells (QWs) and quantum dots (QDs) grown by plasma assisted molecular beam epitaxy. The technique we use is the transmission electron microscopy in (i) high resolution, (ii) energy filtered, (Hi) conventional and (iv) convergent beam modes. The quantitative analysis of our nanostructures is realized using a projection method and the geometric phase analysis. In order to obtain the most accurate results those methods are optimized and specific experimental conditions, like off-axis HRTEM images, are applied. A comparison study between a Ga-face and a N-face GaN/AIN superlattice (SL) is presented and the higher structural quality (the Ga-face SL is proven: abrupt and uniform interfaces, absence of inversion domain boundaries and partially strained QWs. We also analyze the effects of AIN overgrowth on the structural quality of GaN nanostructures. We show that the overgrowth process implies a thinning of the GaN QWs and an isotropic reduction of the GaN QDs size. The phenomenon is attributed to an exchange mechanism between AI atoms from the cap layer and Ga atoms in the nanostructures. We investigate the strain distribution in a GaN/AIN QD superlattice. Using HRTEM, theoretical calculations and X-ray diffraction experiments we demonstrate that the vertical alignment of the QDs is due to a modulation of the strain state of the AIN layers. Finally, we examine the polytype conversion of a GaN film from N-face wurtzite to zinc-blende structure due to Mg high doping.

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Informations

  • Détails : viii-iv-212 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres

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  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TS04/GRE1/0245
  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS04/GRE1/0245/D
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