Study of GaN/sapphire and GaN-MOVPE selective area growth by HVPE. Application to the growth of periodic structures of low dimensionality
Etude de l'épitaxie sélective de GaN/saphir et GaN/GaN-MOVPE par HVPE. Application à la croissance de structure périodiques de faible dimensionnalité
Résumé
Gallium nitride (GaN) is a booming material since the 1990s for optoelectronic applications such as blue and white light-emitting diodes (LEDs), blue laser diodes (LDs) or ultraviolet detectors. The activity of GaN epitaxy, by HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) growth process, was born at LASMEA in 1998. The first experimental and modeling studies conducted for samples of small dimension (area of about 1 to 3 cm2) led to the highlight of growth mechanisms and the control of the process. The development of this material on industrial scale required to work on surfaces slightly larger than 2 inches wide. A new HVPE experimental reactor was designed for this purpose, installed in the laboratory and the process was validated. Further investigations were conducted in the study of selective epitaxy of GaN to create periodic structures of low dimensionality with controlled morphologies. Beam and pyramidal GaN structures from 1 to 2 μm wide were grown by HVPE process. A systematic analysis of the variation of growth conditions is performed to control all the parameters influencing the morphologies and dimensions of the structures. Such study is related to the understanding of the growth mechanisms involved during the selective epitaxy of GaN.
Le nitrure de gallium (GaN) est un matériau en plein essor depuis le début des années 1990 pour des applications dans le domaine de l'optoélectronique telles que les diodes électroluminescentes (DELs) bleues ou blanches, les diodes lasers (DLs) bleues ou les détecteurs ultra-violets. L'activité épitaxie de GaN par la technique de croissance HVPE (Epitaxie en phase vapeur par la méthode aux hydrures), a vu le jour au LASMEA en 1998. Les premières études expérimentales et de modélisation réalisées sur des échantillons de faibles dimensions (surface d'environ 1 à 3 cm2) ont conduit à la mise en évidence des mécanismes de croissance et à la maîtrise du procédé. Le développement de ce matériau à l'échelle industrielle a nécessité de travailler sur des surfaces de dimension plus grandes de l'ordre de deux pouces. Un nouveau dispositif expérimantal HVPE a été conçu dans ce sens, mis en place au sein du laboratoire et le procédé a été validé. De nouvelles investigations ont été menées sur l'étude de l'épitaxie sélective de GaN pour la réalisation de structures périodiques de faible dimensionnalité à morphologies contrôlées. Des structures de morphologies poutres et pyramidales de GaN de 1 à 2 µm de large ont ainsi pu être épitaxiées par la technique HVPE. Une analyse systématique de la variation des conditions de croissance est effectuée, visant à maîtriser l'ensemble des paramètres qui influent sur les morphologies et les dimensions des structures. Cette étude est couplée à la compréhension des mécanismes de croissance mis en jeu au cours de l'épitaxie sélective de GaN.