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Thèse Année : 2024

Synthesis and modeling of III-As nanowires by SAG-HVPE : towards infrared and energy conversion devices

Synthèse et modélisation de nanofils III-As par SAG-HVPE : vers des dispositifs pour l'infrarouge et la conversion d'énergie

Emmanuel Chereau
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1392119
  • IdRef : 27884443X

Résumé

This work focuses on the selective area growth (SAG) of III-As nanowires (NWs) by hydride vapor-phase epitaxy (HVPE). First, we have studied the SAG of GaAs NWs on GaAs substrates. Systematic studies according to growth conditions have demonstrated a growth suppression effect under arsenic-rich atmosphere. These observations were supported by a kinetic model which, for the first time in HVPE, takes into account the diffusion of Ga adatoms on the NWs side facets. Then, a preliminary study of the doping of NWs was carried out, as well as the growth of p-i-n junctions in NWs. The results are encouraging regarding the fabrication of NW-based devices by HVPE. Secondly, we have studied the SAG of InAs and InGaAs on GaAs and Si substrates. It turned out that growth suppression also occurs for InAs NWs. As for InGaAs, NW arrays with various compositions have been successfully obtained. A growth model was developed revealing that the NWs composition is controlled by growth kinetics rather than thermodynamic factors. This greatly simplifies the control of the composition across a wide range of HVPE parameters. These results show the capability of HVPE for the fabrication of homogeneous InGaAs NW arrays with widely tunable compositions.
Ce travail porte sur la croissance sélective (SAG) de nanofils (NFs) III-As par épitaxie en phase vapeur par la méthode aux hydrures (HVPE). Dans un premier temps, nous avons étudié la SAG de NFs de GaAs sur des substrats de GaAs. Des études systématiques portant sur les conditions de croissance ont mis en évidence une suppression de la croissance sous atmosphère riche en arsenic. Ces observations ont été appuyées par un modèle cinétique qui, pour la première fois en HVPE, prend en compte la diffusion des adatomes de Ga sur les facettes latérales des NFs. Puis, une étude préliminaire du dopage des NFs a été conduite, ainsi que des croissances de jonctions p-i-n dans des NFs. Les résultats sont encourageants quant à la réalisation de dispositifs à base de NFs par HVPE. Dans un second temps, nous avons étudié la SAG de NFs d’InAs et d’InGaAs sur des substrats de GaAs et Si. Il s’est avéré que la suppression de la croissance se produit également pour les NFs d’InAs. Concernant l’InGaAs, des réseaux de NFs de compositions variées ont été obtenus avec succès. Un modèle de croissance a été développé révélant que la composition des NFs est contrôlée par la cinétique de croissance plutôt que par des facteurs thermodynamiques. Cela simplifie considérablement le contrôle de la composition dans une large gamme de paramètres HVPE. Ces résultats montrent la capacité de la HVPE pour la fabrication de réseaux de NFs d’InGaAs homogènes avec des compositions facilement ajustables.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04611778 , version 1 (14-06-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04611778 , version 1

Citer

Emmanuel Chereau. Synthesis and modeling of III-As nanowires by SAG-HVPE : towards infrared and energy conversion devices. Micro and nanotechnologies/Microelectronics. Université Clermont Auvergne, 2024. English. ⟨NNT : 2024UCFA0020⟩. ⟨tel-04611778⟩
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