Growth by HVPE and characterizations of III-As nanowires - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Growth by HVPE and characterizations of III-As nanowires

Croissance par procédé HVPE et caractérisations de nanofils III-As

Gabin Grégoire
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Résumé

In this work, we have performed for the first time the catalyst-free growth of III-As by hydride vapor phase epitaxy (HVPE). We first studied the self-assembled growth of InAs nanowires on Si(111) and the effect of the growth conditions on InAs nanowire growth. A kinetic model has been developed demonstrating that growth occurs through a direct condensation of gaseous InCl and As4 species on the substrate. Then, we studied the selective growth of InAs and GaAs on GaAs and Si substrates. The capability of the HVPE process to easily control the morphology of the nanostructures by simply modifying the growth parameters is highlighted. FTIR measurements performed on nanowires arrays have demonstrated the potential of InAs nanowires arrays for multi-spectral phototedetection in the infrared range. Photoluminescence characterizations are performed to study the optoelectronic properties of GaAs and InAs nanostructures. We demonstrated the selective growth (SAG) of InGaAs nanowires on GaAs and Si substrates. A preliminary study of the experimental parameters effect on the composition and morphology of the nanostructures has been conducted. We have shown that the ternary alloy composition can be controlled by varying the partial pressures of InCl and GaCl. Finally, a theoretical model, which links the vapor phase composition to the solid composition, is introduced.
Dans ce travail, nous avons pour la première fois démontré la croissance sans catalyseur de nanofils III-As par épitaxie en phase vapeur par la méthode aux hydrures (HVPE). Dans un premier temps, nous avons réalisé la croissance auto-organisée de nanofils InAs sur substrats silicium ainsi que l'étude de l'effet des paramètres expérimentaux sur la croissance. Un modèle théorique a été développé démontrant que la croissance a lieu par condensation directe des espèces InCl et As4 sur la surface des substrats. Par la suite, nous avons étudié la croissance sélective d'InAs et de GaAs sur substrats GaAs et Si. Il est démontré que la HVPE permet de facilement contrôler la morphologie du matériau en modifiant les conditions de croissance aux échelles submicrométriques et nanométriques. Les mesures FTIR réalisées sur des réseaux de nanofils démontrent le potentiel des nanofils InAs pour la réalisation de détecteurs multi-spectraux dans le domaine de l’infrarouge. Des caractérisations par photoluminescence sont réalisées afin d'étudier les propriétés optoélectroniques des nanostructures GaAs et InAs. Finalement, nous avons démontré la croissance sélective (SAG) de nanofils InGaAs sur substrat GaAs et Si. Une étude préliminaire de l'effet des paramètres expérimentaux sur la composition et la morphologie des nanostructures est présentée. Nous avons montré que la composition de l'alliage ternaire (InGaAs) peut être contrôlée en variant les pressions partielles d'InCl et GaCl. Un modèle théorique permettant de relier la composition de la phase vapeur à la composition du solide est introduit.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03663765 , version 1 (10-05-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03663765 , version 1

Citer

Gabin Grégoire. Growth by HVPE and characterizations of III-As nanowires. Materials Science [cond-mat.mtrl-sci]. Université Clermont Auvergne, 2021. English. ⟨NNT : 2021UCFAC084⟩. ⟨tel-03663765⟩
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