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Fait marquant

Synchrotron : la vision optique et cristallographique d’un fil de GaN



​L'analyse synchrotron combinant photo-émission et fluorescence X est un outil d'exception pour étudier des multipuits quantiques InGaN/ GaN intégrés à des LED bleues à fils de GaN. Grâce à cette approche, nous avons notamment mieux compris comment optimiser et contrôler les conditions de croissance des multipuits autour des fils de GaN.

Publié le 21 juillet 2018
Les cristaux monodimensionnels non-centrosymétriques sont des structures cristallographiques intéressantes car leurs « polarités » offrent des degrés de liberté supplémentaires pour construire des dispositifs nanométriques. C'est le cas pour les fils de GaN réalisés à l'Inac où les physiciens favorisent une des deux polarités cristallographiques en jouant sur l'injection de silane (SiH4) au cours de leur fabrication (Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy). Cela leur permet d'élaborer des structures originales de fils « longs » qui servent de support à d'autres hétérostructures semi-conductrices utilisées en émission ou détection de lumière ou pour leurs propriétés piezoélectriques. En combinant fluorescence X et luminescence optique excitée par rayons X, ils observent que le silane renforce la polarité de type azote au sein de GaN, avec une incorporation plus forte du silicium (dopant donneur d'électrons) que dans les domaines de polarité gallium.

Des multipuits quantiques InGaN/GaN sont incorporés à la surface des fils de GaN, parallèlement et perpendiculairement à leur axe. En focalisant un faisceau de rayons X de haute énergie sur 60 x 60 nm2, les chercheurs ont pu ainsi corréler, pour des fils individuels, les cartographies de polarité cristallographique et les défauts de structure de bandes électroniques. Ils ont pu également observer la diffusion de porteurs de charges sans contact électrique. Ces analyses synchrotron à l'échelle nanométrique permettent notamment de mieux comprendre le lien entre émission optique et composition élémentaire.

De plus, la photoluminescence excitée par rayons X et l'analyse spectrale (visible et proche UV) peuvent être complétées par la spectroscopie d'absorption et à la diffraction µLaue pour étudier d'autres hétéro-structures semi-conductrices, optoélectroniques ou photovoltaïques.

(a) Géométrie de l'excitation des fils InGaN / GaN (b) avec des rayons X nanobeam pour collecter la lumière émise et la fluorescence X (d). (c) définition de la polarité Ga dans le cristal GaN non centrosymétrique et (e) spectres d'émission.

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