Growth and characterization of nitride-based semiconductor materials : application to high-speed photodiodes

par Aurélien Gauthier-Brun

Thèse de doctorat en Micro et nanotechnologies, acoustique et télécommunications

Sous la direction de Elhadj Dogheche et de Didier Decoster.

  • Titre traduit

    Croissance et caractérisation de matériaux semiconducteurs à base de nitrure : applications à des photodiodes ultra-rapides


  • Résumé

    L’alliage ternaire InGaN reçoit beaucoup d’attention grâce à son énergie de bande interdite ajustable qui varie entre l’infrarouge et l’ultraviolet. Les matériaux GaN et InGaN sont largement utilisés dans de nombreuses applications telles que des cellules photovoltaïques à haute efficacité, des diodes électroluminescentes ou des diodes laser à forte luminosité allant du bleu au vert ou encore la génération de lumière blanche directe. L’ensemble des propriétés de ce matériau en fait aussi un candidat sérieux pour un certain nombre d’autres applications. Pour concevoir des composants à base d’InGaN, il est cependant vital de déterminer au préalable les propriétés optiques du matériau aux fréquences d’intérêt et il n’existe que très peu voire aucune communication sur les indices du GaN ou de l’InxGa1-xN pour x>0.07. Nous étudions dans cette thèse la croissance par metalorganic chemical vapor deposition et la caractérisation des indices optiques de GaN, d’InN et d’InxGa1-xN avec une concentration en indium variant jusqu’à x=0.14 dans les domaines de fréquence visible et térahertz et discutons la conception et le procédé de fabrication d’une photodiode térahertz ultrarapide.


  • Résumé

    The InGaN compound is a promising ternary alloy system that receives a lot of attentions thanks to its tunable bandgap that varies from the near infrared region to the near ultraviolet region. InGaN/GaN materials have been widely used in various applications like high efficiency solar cells, high-brightness blue to green light emitting diodes or laser diodes as well as non-phosphor based direct white light generation. The unique set of properties of this material also makes it a suitable candidate for a number of other new applications. However, to design efficient InGaN-based devices, it is a prerequisite to know the optical properties of InGaN films at the frequencies of interest and there is currently very little information on the index of GaN and InxGa1-xN with x>0.07. In this thesis, we study and characterize the optical indices of GaN, InN and InxGa1-xN thin films grown by metalorganic chemical vapor deposition with indium concentration varying up to x=0.14. We discuss the design and fabrication process of an InGaN-based ultrafast terahertz photodiode.


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