Dynamique de réseau de nanostructures à base de nitrures d'éléments III à grande bande interdite : effets de l'anisotropie de la structure wurtzite

par Jérôme Gleize

Thèse de doctorat en Physique des solides

Sous la direction de Marie-Andrée Renucci et de Jean Frandon.

Soutenue en 2001

à Toulouse 3 .

mots clés

• Gan
• Ain
• Semiconducteurs
• Nitrures
• Wurtzite
• Nanostructure
• Phonon
• Piézoélectrique
• Raman
• Contraintes
• Nitrures
• Anisotropie
• Nanostructures
• Piézoélectricité

Résumé

Les nitrures d'éléments III (GaN, AIN, InN et leurs alliages) sont à la base de dispositifs optolélectriques fonctionnant dans une gamme d'énergies s'étendant du visible au proche ultra-violet. Ces composés ioniques cristalisent dans la structure wurtzite, qui leur confère une anisotropie structurelle, ainsi que des propriétés de piézoélectricité. Ce dernier point revêt une importance particulière dans les nanostructures contraintes (puits quantiques et super-réseaux, boîtes quantiques) à base de nitrures, qui sont le siège de champs électriques intenses. L'influence de ces champs sur l'état d'équilibre de super-réseaux GaN/AIN contraints a été étudié dans le cadre d'un formalisme macroscopique phénoménologique, adaptant la théorie linéaire de l'élasticité aux cristaux piézoélectriques. L'anisotropie des nitrures se manifeste, quant à elle, dans la dynamique de réseau des hétérostructures à base de GaN, AIN et AIGaN, donnant naissance à des modes de vibration sans équivalents dans les structures à base de composés III-V de structure cubique. Ces effets nouveaux ont été étudiés à l'aide d'un modèle de continuum diélectrique, qui nous a permis de déterminer les relations de dispersion des modes optiques polaires dans des structures à puits quantiques et des super-réseaux de type GaN/AIGaN. La mesure des potentiels de déformation des phonons de l'AIN hexagonal a par ailleurs permis de confronter ces résultats théoriques avec nos mesures expérimentales. L'étude par spectroscopie Raman d'un super-réseau GaN/AIN contraint a ainsi débouché sur la première mesure de la dispersion angulaire des phonons optiques polaires dans un tel système. Cette technique a en outre été appliquée à des systèmes constitués de boîtes quantiques de GaN, dont l'état de contrainte a pu être signé dans des mesures non résonnantes, et en conditions de résonnance.

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