Elaboration, cristallogénèse et caractérisation des nitrures des éléments de la colonne IIIA et en particulier de GaN

Abstract

Le nitrure de gallium est un semi-conducteur à large gap qui présente un intérêt considérable pour de nombreuses applications en opto et microélectronique. Cependant le développement de tels dispositifs est très limité du fait du manque de substrats adaptés pour leur réalisation. L’élaboration de monocristaux de GaN est donc devenue un enjeu mondial et constitue le cadre de cette étude. Nous avons transposé dans ce but deux procédés de cristallogenèse existants : d’une part la cristallogenèse hydrothermale du quartz-α (le solvant choisi étant NH3) et d’autre part la cristallogenèse du diamant à haute pression (le solvant choisi étant LiNH2 fondu). Dans les deux cas nous avons utilisé un corps mère plus ionique que GaN afin de faciliter l’étape de dissolution : nous avons alors élaboré le nitrure mixte Li3GaN2 par voie solvothermale. Dans le cadre de la première approche, des études par XPS et AES ont montré la faisabilité du transport et du dépôt de GaN par la voie ammonothermale sur divers substrats à températures et pressions modérées via un mécanisme en trois étapes : solubilisation de Li3GaN2 et formation de l’espèce GaN2-3, transport de cette entité jusqu’au substrat et précipitation de GaN sur celui-ci. Dans le cas du deuxième procédé, nous avons étudié la nucléation de GaN, en mettant en évidence, par diffraction de rayons X, les influences antagonistes de la pression et de la température et par microscopie électronique et microsonde de Castaing la morphologie des grains micrométriques de GaN précipités.