Quantitative transmission electron microscopy study of III-Nitride semiconductor nanostructures

par Maxim Korytov

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Philippe Vennéguès.

Soutenue en 2010

à Nice .

  • Titre traduit

    Étude de nanostructures de semi-conducteurs nitrures d'éléments-III par microscopie électronique en transmission quantitative


  • Résumé

    La partie théorique de cette thèse concerne l'adaptation des conditions d'acquisition des images de microscopie électronique en transmission haute résolution (METHR) pour l'étude des matériaux à base de GaN. Tout d’abord, le moyen d'évaluation de la composition chimique par la mesure des contraintes de la maille atomique à partir d’images METHR est décrit. Ensuite, une comparaison de deux techniques de mesure de contrainte est présentée. Enfin, les effets des conditions d'imagerie sur les mesures de contrainte ont été étudiés. La partie expérimentale de cette thèse est de��diée à l’étude de boîtes quantiques (BQs) GaN réalisées sur une couche épaisse d’Al0. 5Ga0. 5N. Plusieurs phénomènes originaux pour les nitrures d’éléments-III ont été révélés dans cette étude. Un changement de forme des BQs de surface de pyramides parfaites à pyramides tronquées avec l'augmentation de l'épaisseur nominale de GaN déposé a été observé. Le recouvrement des BQs par une couche d’AlGaN mène à une modification de leur forme de pyramide parfaite à pyramide tronquée. Dans le même temps, le volume moyen des BQs augmente. En plus, une séparation de phase a été observée dans les barrières AlGaN recouvrant les BQs avec formation de zones riches en Al au-dessus des BQs et de régions riches en Ga placées autour des zones riches en Al. La concentration en Al dans les zones riches en Al est d'environ 70%. Pour expliquer les phénomènes observés, différents modèles basés sur le principe de minimisation de l'énergie totale des BQs ont été élaborés. Plusieurs voies, basées sur les résultats de cette étude et en vue de l’amélioration des propriétés des dispositifs optoélectroniques sont proposées.


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    The theoretical part of this thesis is dedicated to the adaptation of high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) for the study of GaN-based materials. First, the principle of heterostructure composition evaluation by means of the relative atomic displacement measurement is stated. The comparison of two strain measurement techniques, geometric phase analysis and projection method, is then presented. Finally, the effects of acquisition conditions on strain measurements were studied. The experimental part of this thesis is dedicated to the characterization of GaN quantum dots (QDs) realized on Al0. 5Ga0. 5N templates. This study revealed several phenomena original for nitride semiconductors. The surface QD shape changes from perfect pyramidal to truncated pyramidal with the increase of the nominal thickness of the deposited GaN layer. The capping of QDs having a perfect pyramidal shape leads to a QD shape truncation and a QD volume increase. Moreover, a phase separation was found in the AlGaN barriers with Al-rich zones formed above the QDs and Ga-rich regions placed around the Al-rich zones. The Al concentration into the Al-rich zones is about 70% and it decreases as the distance from the QD increases. To explain the observed phenomena, various models founded on the principle of total energy minimization have been developed. Several approaches, based on the results of this study and aimed for the improvement of the optoelectronic devices properties, are proposed.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (180 p.)
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres. Résumés en français

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  • Bibliothèque : Université Nice Sophia Antipolis. Service commun de la documentation. Section Sciences.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 10NICE4015
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