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1 LEM - ONERA - CNRS - Laboratoire d-étude des microstructures 2 NPSC - Laboratoire Nanophysique des Semiconducteurs INAC - Institut Nanosciences et Cryogénie, PHELIQS - PHotonique, ELectronique et Ingénierie QuantiqueS : DSM-INAC-PHELIQS

Abstract : This work focuses on structural and optical properties of III-nitrides wide-band gap semiconductors AlxGa1-xN et h-BN, emitting in the ultraviolet range 4-6 eV. Nano-objects properties being modified by dimensional reduction, this work was mostly focused on the study of nanostructures of these materials AlN and AlxGa1-xN nanowires, BN nanotubes and nanosheets. Careful search for correlation between their structure and luminescence has also been carried out. Concerning AlxGa1-xN materials, nanowires have been grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy. The use of GaN nanowires bases has allowed us to promote the growth of non-coalesced 1D AlxGa1-xN nanostructures. We have shown that the incorporation of gallium is very temperature-dependent, giving rise to nanowires made of a highly inhomogeneous alloy at several scales from nanometer to a hundred nanometers. These inhomogeneities strongly influence the optical properties, dominated by localized states. Altogether these results allow us to propose a growth mechanism of these nanowires. Concerning BN materials, comparison of the properties of nanostructures with those of the bulk material hexagonal BN has been carried out. After that h-BN bulk has been further investigated, we have revealed that nanosheets with more than 6 monolayers present a luminescence similar to h-BN. This indicates a low influence of dimensional reduction in h-BN, contrary to the case of nanowires made of other nitrides. Finally we have shown that the main nanotubes investigated in this work, which are multiwall, have a complex structure that is micro-faceted, and that the defects are likely responsible of the observed luminescence.

Résumé : Ce travail de thèse s-intéresse aux propriétés structurales et optiques de semiconducteurs à grand gap de nitrure d-éléments III AlxGa1-xN et h-BN, émettant dans l-ultraviolet 4-6 eV. Les propriétés des nano-objets étant modifiées par la réduction de dimensionnalité, un point central de ce travail a consisté à étudier des nanostructures de ces matériaux nanofils d-AlN et d-AlxGa1-xN, nanotubes et nanofeuillets de BN. Un soin particulier a aussi été apporté à la corrélation à l-échelle nanométrique, entre la structure et la luminescence. Dans un premier temps, les nanofils d-AlxGa1-xN ont été synthétisés par épitaxie par jets moléculaires, sur des nanofils de GaN afin de promouvoir la croissance de nanostructures 1D non coalescées. Nous montrons que le gallium s-incorpore difficilement, aboutissant à des nanofils d-un alliage fortement inhomogène à plusieurs échelles de l-unité à la centaine de nanomètre. Ces inhomogénéités influencent grandement les propriétés optiques, dominées par des états localisés. L-ensemble des résultats nous a permis de proposer un mécanisme de croissance de ces nanofils. Dans un deuxième temps, les propriétés des nanostructures de BN ont été comparées à celles du matériau massif le BN hexagonal. Nous montrons que jusqu-à 6 couches les nanofeuillets présentent une luminescence similaire au h-BN. Cela indique une faible influence de la réduction de dimensionnalité dans le h-BN, contrairement aux nanostructures de GaN ou d-AlN. Enfin, nous montrons que les principaux nanotubes étudiés dans ce travail, multiparois, présentent une structure complexe, micro-facettée, et que les défauts sont probablement responsables de la luminescence observée.

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keyword : NANOWIRES NANOTUBES NITRIDE SEMICONDUCTOR MOLECULAR BEAM EPITAXY LUMINESCENCE ELECTRON MICROSCOPY

Mots-clés : NANOFILS NANOTUBE SEMICONDUCTEUR NITRURE ALGAN BN EPITAXIE JET MOLECULAIRE PHOTOLUMINESCENCE CATHODOLUMINESCENCE MICROSCOPIE ELECTRONIQUE





Autor: A. Pierret -

Fuente: https://hal.archives-ouvertes.fr/



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