Academic literature on the topic 'Nitrure d'aluminium gallium'

L'endommagement par l'implantation ionique d'ions lourds de terre rares à 300 kV dans les seminconducteurs GaN et AlN de structure wurtzite a été étudié. En effet, des résultats sur la nature de l'endommagement de GaN à température ambiante montraient des divergences vis-à-vis du comportement conventionnel. L’objectif de ce travail été de contribuer à la compréhension du mécanisme d'endommagement de GaN. L'évolution en fonction de la fluence de la nature et de la distribution des défauts a été caractérisée par microscopie électronique en transmission. Le comportement de l'AlN a été étudié en parallèle. L'étude a montré qu'à partir d'une fluence seuil, une couche de structure nanocristalline est formée depuis la surface de GaN, tandis qu'une amorphisation se produit dans le volume pour AlN. Ces comportements différents ont été corrélés aux distributions des fautes d'empilement basales et prismatiques générées dans les deux matériaux. Nous avons aussi abordé l’étude de procédés destinés à éviter la formation de la couche nanocristalline qui se décompose très rapidement lors de recuits thermiques (~500°C) pourtant nécessaires à l’activation des dopants. L'application d'une température élevée pendant l'implantation réduit la densité des fautes d'empilement mais conduit à une érosion de surface. L'implantation à travers une couche ultramince d'AlN épitaxiée à la surface du GaN permet de repousser la fluence seuil d'un ordre de grandeur. Cette couche ultramince constitue également une protection de la surface de GaN et elle permet d’envisager un recuit thermique post-implantation aux hautes températures nécessaires (≥1300°C) pour espérer réaliser des dispositifs luminescents
This PhD dissertation has been devoted to the investigation of the structural damage formed by medium energy rare earth heavy ions implanted in wurtite GaN and AlN semiconductors. Indeed, contradictory results about the nature of the damage formed in GaN at room temperature had reported discrepancies with the conventional behaviour. The aim of this present work was to contribute to understand the damage formation mechanism in GaN during such ion implantations. To this end, the evolution of the nature and distribution of defects versus rare earth ion fluence was analyzed by transmission electron microscopy. The behaviour of AlN was studied for comparison. From a threshold fluence, a nanocristalline layer appeared from the GaN surface while in AlN, amorphization took place from the bulk. These behaviours were correlated to the different distributions of basal and prismatic stacking faults distributions that were generated in the two materials during the ion implantation. Subsequently, this research has also dealt with procedures which may be used to avoiding the formation of the nanocristalline GaN surface layer which rapidly decomposed at attempts to annealing, even at low temperatures (~500°C). Implantation at high temperature led to a decrease of the stacking faults density but erosion from the surface took place. Implanting through a thin AlN cap epitaxially grown on GaN surface allowed to increase the nanocristallization threshold fluence by an order of magnitude. The AlN cap was shown to protect the GaN surface from decomposition with the aim of carrying out high temperature annealing (≥1300°C) required for rare earth activation and luminescent devices fabrication

Les nitrures de gallium et d'aluminium ont ete elabores par epitaxie par jets moleculaires (mbe) sur des substrats de silicium. La phase cubique de ces nitrures a ete obtenue sur le si(001). Elle est initiee par une carburation de la surface du silicium precedante a la croissance des nitrures: cette carburation permet de recouvrir completement la surface des substrats par des cristallites de sic cubique. La phase hexagonale du gan et de l'ain a ete observee sur le si(111). Pour la croissance du gan hexagonal, des couches tampons d'ain ont ete utilisees. Le nitrure d'aluminium a ete caracterise structuralement (par rheed, diffraction x et microscopie electronique). Pour le nitrure de gallium, semiconducteur a grand gap (3. 4 ev) qui constituait le but principal de notre travail, une etude structurale detaillee ainsi qu'une etude optique (par photoluminescence et cathodoluminescence) ont ete realisees. L'azote reactif pour la croissance des nitrures a ete obtenu par deux methodes differentes: par la creation d'un plasma d'azote par resonance cyclotron-electronique (ecr-mbe) ou par la decomposition de l'ammoniac sur la surface de l'echantillon (gas-source-mbe). Pour travailler en ecr-mbe, une source de plasma a ete developpee et caracterisee: elle est concue telle que le rapport ions/atomes neutres d'azote soit faible pour minimiser l'endommagement eventuel des nitrures par des ions energetiques

Ce travail concerne l'étude de la nucléation d'AlN sur Si(111), première étape nécessaire à la croissance de GaN sur ce substrat. En effet, les détails de la réalisation de cette étape, en particulier l'ordre de l'exposition de la surface Si(111) à Al et à NH3, jouent un rôle déterminant sur les propriétés finales des couches épitaxiales de GaN. Sur la base d'un dispositif expérimental couplant sous ultra-vide un microscope à effet tunnel (STM) et un réacteur d'épitaxie par jets moléculaires, l'objectif de cette thèse était d'identifier et de comprendre les différents mécanismes mis en jeu dans la nucléation d'AlN sur Si(111). Dans un premier temps, nous avons mené une étude détaillée des différentes phases pouvant résulter de l'adsorption d'Al sur Si(111) et dressé un diagramme de phases d'Al sur Si(111). Dans un second temps, nous avons identifié les différents types de surfaces pouvant résulter de la nitruration de Si(111) par NH3. Nous avons finalement montré que l'exposition d'une surface de type Al sur Si(111) à NH3 conduit à la formation d'AlN amorphe alors que le dépôt d'Al sur une surface Si(111) nitrurée conduit à la formation d'une couche épitaxiale d'AlN par un mécanisme de réduction de la surface nitrurée par Al
This work deals with the study of AlN nucleation on Si(111), the needed first stage for the growth of GaN on this substrate. Indeed, details of the realization of this stage, in particular the exposure sequence of Si(111) to Al and NH3, play a key role on final properties of GaN epitaxial layers. Based on an experimental setup coupling under ultra-high vacuum a scanning tunnelling microscope (STM) and a molecular beam epitaxy chamber, the purpose of this thesis was to identify and understand the mechanisms at work in AlN nucleation on Si(111). At first, we studied in details the different phases resulting of Al adsorption on Si(111) and we established a phase diagram of Al on Si(111). Subsequently, we identified the different types of surfaces which can result from Si(111) nitridation by NH3. Finally, it is demonstrated that NH3 exposure on an “Al on Si(111)” type surface leads to amorphous AlN formation while Al exposure on a Si(111) nitrided surface leads to epitaxial AlN formation by a reduction mechanism of the nitrided surface by Al

La microstructure des couches de nitrure de gallium epitaxiees par jets moleculaires sur la face silicium (0001) du carbure de silicium avec ou sans couche tampon de nitrure d'aluminium a ete analysee. Ces couches contiennent une grande densite de defauts : dislocations, fautes d'empilement et domaines prismatiques. Les vecteurs de burgers des dislocations sont 1/3<-2110>, 1/3<-2113> et minoritairement 0001. L'arrangement de leurs lignes forme des sous-joints mixtes. Afin de connaitre l'influence de la difference de polytype entre le substrat (6h) et le depot (2h) sur la formation des defauts, une methode d'analyse systematique des marches d'interface a pour cela ete etablie, assimilant celles-ci a des fautes d'empilement de la phase deposee et leur attribuant, de ce fait, un caractere de dislocation partielle. Sur les trois types de marches predits, seuls deux ont ete observes. L'un d'eux conduit a la formation d'une faute d'empilement -2110 dont la structure atomique a ete clairement identifiee par microscopie electronique haute resolution. Dans une couche de nitrure de gallium deposee sans couche tampon, des domaines prismatiques 01-10, a proximite de l'interface, ont ete identifies a des zones non cristallisees. La nature de ces differents defauts et leurs interactions sont liees a un mode de croissance tridimensionnel. La polarite du depot, etablie par diffraction electronique en faisceau convergent et microscopie haute resolution, est uniforme, identique a celle du substrat, et semble conditionnee par la formation preferentielle de liaisons du type si-n, al-c ou ga-c a l'interface substrat/depot.

La demande croissante en énergie exige la création d'infrastructures nouvelles et adaptées, et le développement de l'électronique de puissance joue un rôle clé dans cette quête. L'utilisation de semi-conducteurs à large bande interdite, en raison de leurs propriétés physiques supérieures au silicium, s'avère être la voie la plus prometteuse pour concevoir des composants plus performants. Bien que les transistors à haute mobilité électronique (HEMT) à base de GaN sur silicium soient déjà commercialisés, leur tension de fonctionnement est limitée à 650 V et ils montrent une nette dégradation de leurs performances à des températures élevées. Les HEMT à canal AlGaN sur silicium offrent la possibilité de repousser ces limites tout en proposant des coûts de fabrication moindres par rapport aux composants SiC.Dans un premier temps, une hétérostructure AlGaN/GaN/AlN avec un canal très mince a été étudiée. L'objectif est d'accroître le champ de claquage de la structure en minimisant l'impact du canal GaN sur celle-ci. L’analyse des propriétés de transport dans cette hétérostructure par effet Hall a révélé une mobilité électronique relativement faible, associée à une anisotropie en fonction de l'orientation cristalline. Cette constatation a été appuyée par une analyse structurelle de l’empilement de couches, ainsi que par la détection de défauts électriquement actifs, renforçant ainsi les conclusions obtenues par effet Hall. De plus, les modèles de diffusion des porteurs de charge ont montré que la rugosité d’interface constituait le principal mécanisme limitant la mobilité électronique.Par la suite, une analyse détaillée des hétérostructures à canal AlGaN sur silicium a été effectuée. Une étude des défauts par spectroscopie de transitoire de niveaux profonds (DLTS) dans la couche d'AlN épitaxiée sur le substrat Si (111) a été réalisée pour évaluer la qualité de cette couche qui influence la qualité globale de l’hétérostructure. Sur la base de modèles physiques, une étude des propriétés de transport dans ces hétérostructures à canal AlGaN a ensuite permis de déterminer les compositions optimales en Al pour les couches d'AlGaN. L'impact de la fraction d'aluminium dans le canal AlGaN sur la mobilité électronique a été étudié expérimentalement par des mesures d’effet Hall. Ces résultats expérimentaux ont été comparés aux modèles de diffusion des porteurs de charge et à des simulations pour identifier les facteurs limitants de la mobilité. Bien que le désordre d'alliage soit le principal mécanisme limitant dans ces structures, son impact est moins prononcé que ce qui est attendu. Les observations indiquent également une dégradation des propriétés de transport moins sévère par rapport aux hétérostructures à canal GaN, démontrant ainsi une stabilité thermique supérieure.Enfin, la dégradation des performances des transistors en fonction de la température a été évaluée selon la fraction d'Al du canal AlGaN ainsi qu’en fonction du substrat (Si et AlN) et de la structure de grille. Si l'augmentation de la fraction d'Al dans le canal induit une réduction du courant à l'état passant, cela permet aussi de réduire le courant à l’état bloquant et d’obtenir une meilleure stabilité en température des performances. Les mécanismes responsables des courants de fuite de grille ont été identifiés en comparant les modèles aux résultats expérimentaux. Il apparait que l’augmentation de la fraction d’Al permet en effet de réduire l’intensité de ces mécanismes.En conclusion, les HEMT à canal AlGaN présentent une stabilité thermique des performances à l’état passant supérieure ainsi qu’une amélioration significative de l’état bloquant. Ces composants possèdent donc un excellent potentiel pour les applications à haute tension et haute température
The increasing demand for energy requires the development of new and suitable infrastructure, and the advancement of power electronics plays a pivotal role in addressing this need. Utilizing wide-bandgap semiconductors, due to their superior physical properties compared to silicon, emerges as the most promising avenue for designing high-performance components. While high electron mobility transistors (HEMT) based on GaN on silicon are already commercialized, their operating voltage is limited to 650 V, and they exhibit substantial performance degradation at elevated temperatures. HEMTs with AlGaN channels on silicon offer the potential to overcome these limitations while also offering lower production costs compared to SiC devices.Initially, an AlGaN/GaN/AlN heterostructure with an ultrathin channel was investigated. The objective was to enhance the breakdown voltage of the structure by minimizing the impact of the GaN channel. An analysis of the transport properties in this heterostructure using Hall effect measurements revealed relatively low electron mobility, coupled with anisotropy depending on the crystal orientation. This finding was substantiated by a structural analysis of the layer stack and the detection of electrically active defects, further supporting the conclusions drawn from the Hall effect measurements. Furthermore, charge carrier diffusion models indicated that interface roughness constituted the primary limiting mechanism for electron mobility.Subsequently, a detailed analysis of AlGaN channel heterostructures on silicon was conducted. Deep-level transient spectroscopy (DLTS) was used to study defects in the AlN layer epitaxially grown on the Si (111) substrate, which influences the overall quality of the heterostructure. Based on physical models, a study of the transport properties in these AlGaN channel heterostructures was then performed to determine the optimal Al compositions in the AlGaN layers. The impact of the aluminum fraction in the AlGaN channel on electronic mobility has been studied experimentally by Hall effect measurements. These experimental results were compared to charge carrier diffusion models and simulations to identify mobility-limiting factors. While alloy disorder was identified as the primary limiting mechanism in these structures, its impact was less pronounced than expected. Observations also indicated a less severe degradation of transport properties compared to GaN channel heterostructures, demonstrating superior thermal stability.Finally, the degradation of transistor performance with temperature was assessed based on the aluminum fraction in the AlGaN channel, substrate choice (Si and AlN), and gate structure. Increasing the aluminum fraction in the channel not only led to a reduction in on-state current but also reduced off-state leakage current, resulting in improved thermal stability of performance. The mechanisms responsible for gate leakage currents were identified by comparing models with experimental results, revealing that increasing the aluminum fraction effectively reduces the intensity of these mechanisms.In conclusion, AlGaN channel HEMTs exhibit superior thermal stability of on-state performance and a significant enhancement of off-state blocking characteristics. These devices thus hold excellent potential for high-voltage and high-temperature applications

Les Transistors à Haute Mobilité Electronique (HEMTs) à base de GaN sont les composants les plus prometteurs pour des applications de puissance en gamme d’ondes micrométriques et millimétriques grâce à leurs très bonnes propriétés physiques comme leur grande largeur de bande interdite (3.4eV), induisant un champ de claquage élevé (>106 V/cm) mais également une vitesse de saturation des électrons élevée (>107 cm/s). Dans ce travail, nous avons étudié les effets de canaux courts pour des transistors réalisés sur des hétérostructures AlGaN/GaN et InAlN/GaN. Des grilles de longueur (Lg=75nm) ont été fabriquées permettant d’atteindre des fréquences de coupure du gain en courant et en puissance respectives de 113GHz et 200GHz. Ces performances sont à l’état de l’art de la filière InAlN/GaN sur substrat saphir. En ce qui concerne les hétérostructures AlGaN/GaN, les pièges liés aux états de surface ont été stabilisés grâce à une étape de passivation optimisée consistant en un prétraitement N20 et un dépôt de bicouche SiN/SiO2. Cette dernière a permis de limiter les chutes de courant du transistor en régime dynamique. A partir d’une topologie adaptée, des résultats de puissance hyperfréquence à 40GHz ont été obtenus. Une densité de puissance au niveau de l’art de 1.5W/mm a été mesurée sur un HEMT AlGaN/GaN sur substrat Si(111). Pour une hétérostructure InAlN/GaN sur substrat saphir, les résultats de puissance hyperfréquence sont également à l’état de l’art de la filière avec une densité de puissance en sortie du transistor de 2W/mm et un rendement en puissance ajoutée de 13%
GaN based High Electron Mobility Transistors (HEMTs) represent the most promising devices for microwave and millimeter-wave power applications. One key advantage of GaN is the superior physical properties such as a wide band gap (3.4eV) leading to high breakdown fields (>106 V/cm) and a high saturation electron drift velocity (>107 cm/s).In practice, physical limitations appear and avoid reaching expected performances in terms of frequency and microwave power. Short channel effects appear with the decrease of the transistor gate length. In large signal conditions, traps related to surface states of the semiconductor lead to drain current drops. In this work, we have studied short channel effects for transistors fabricated on AlGaN/GaN and InAlN/GaN heterostructures. Devices with 75nm-T-shaped-gates exhibit a current gain cut-off frequency and a power gain cutoff frequency of 113GHz and 200GHz respectively. To the author knowledge, these cut-off frequencies are the highest reported values for InAlN/GaN HEMTs grown on sapphire substrate. For AlGaN/GaN HEMTs, traps related to surface states were neutralized thanks to optimized passivation steps, permitting to mitigate DC to RF dispersion. It consists of a N2O pretreatment followed by a SiN/SiO2 bilayer deposition. From an appropriate transistor topology, microwave power measurements were performed at 40GHz. An output power density of 1.5W/mm, very closed to the state of the art, was measured for AlGaN/GaN HEMTs grown on Si(111) substrate. For InAlN/GaN HEMTs grown on sapphire substrate, state of the art output power density of 2W/mm was achieved with an associated power added efficiency of 13%

Les semi-conducteurs nitrures d'éléments III type GaN, AlN sont des matériaux extrêmement intéressants pour la photonique intégrée sur silicium. Ils sont transparents sur une gamme très étendue et possèdent des susceptibilités non linéaires non nulles, ce qui rend possible les expériences non linéaires d'ordre deux et d'ordre trois. Dans ce contexte, cette thèse a été consacrée à l'étude de circuits photoniques avec des micro-résonateurs tels que les cristaux photoniques et les microdisques en matériau GaN/AlN épitaxiés sur Si. Le dessin des microcavités et des procédés de fabrication ont été optimisés afin d’obtenir un mode résonant dans le proche infrarouge avec un facteur de qualité jusqu'à 34000 pour les cristaux photoniques et 80000 pour les microdisques. J’ai étudié sur ces circuits photoniques les propriétés de conversion harmonique telles que la génération de seconde harmonique (SHG) et la génération de troisième harmonique (THG). En utilisant les propriétés de la THG, en combinant simplement un objectif optique et une caméra CCD, j'ai effectué l'imagerie des modes de cristaux photoniques du proche infrarouge avec une résolution spatiale sub-longueur d'onde (300 nm). J'ai également effectué l'imagerie de SHG sur des microdisques avec une excitation optique en résonance avec un mode de galerie pour le laser pompe. La dernière partie porte sur l'étude de la SHG en accord de phase entre les modes TM-0-0-X et TM-0-2-2X en variant le diamètre du disque avec un pas extrêmement faible (8 nm). Cela a été effectué pour des modes résonants de facteurs de qualité autour de 10000. Ces résultats montrent le potentiel des semi-conducteurs de III-nitrures pour la réalisation de circuits optiques sur silicium à deux dimensions
Nitride semiconductors are extremely interesting for integrated photonics on silicon. They have a large transparent window and dispose of non zero nonlinear susceptibilities which enable second and third order nonlinear experiments. In this context, this thesis has been devoted to integrated photonic circuits with microresonators such as photonic crystals and microdisks. The microcavity design and the fabrication process have been optimized in order to obtain a near infrared resonant mode with a quality factor up to 34000 for photonic crystals and 80000 for microdisks. I carried out harmonic conversion experiments such as second harmonic generation (SHG) and third harmonic generation (THG). With THG, by combining simply an optical objective and a CCD camera, I carried out near infrared photonic crystal modes imaging with a subwavelength spatial resolution (300 nm). I also did SHG imaging on microdisks with an optical excitation in resonance with the gallery mode for the pump laser. The last part of the work is dedicated to the demonstration of phase-matched SHG in microdisk photonic circuits between the TM-0-0-X and TM-0-2-2X modes by varying the microdisk diameter with a very small step (8 nm). These experiments have been done for resonant modes with quality factors around 10000.These demonstrations show the potential of III-nitride semiconductors for the realization of two dimensional optical circuits on silicon

Cette thèse expose les travaux effectués au sein du laboratoire central de l’IEMN. La finalité de ce travail est de participer a l’optimisation des transistors HEMTs de la filière AlGaN/GaN sur substrat Si(111), au niveau de leur fabrication et de leurs propriétés électroniques, qui seront a terme intégrés dans des dispositifs de puissance hyperfréquence. Ce manuscrit expose dans un premier chapitre les principales propriétés physiques, électriques et mécaniques des matériaux choisis, ainsi que le principe de fonctionnement du HEMT. Ensuite, toutes les étapes technologiques permettant la conception et la fabrication du HEMT seront décrites dans le deuxième chapitre, parmi lesquelles ont été menées plusieurs études sur leur optimisation. Une attention particulière sera portée sur les verrous technologiques rencontrés durant cette thèse. Le troisième chapitre présente l’ensemble des études effectuées sur les composants fabriqués au laboratoire. Elles s’appuient sur l’analyse des caractéristiques électriques en régime statique, pulsé, et hyperfréquence. Le dernier chapitre concerne l’étude de la fiabilité de HEMT AlGaN/GaN sur substrat SiC de même topologie. Les défauts induits par l’utilisation prolongée de ces transistors seront mis en exergue
This thesis describes the work performed within iemn laboratory. The design, fabrication and improvement of AlGaN/GaN HEMTs on Si(111) substrate is the main goal of this work, as these transistors are aimed to be integrated in devices for microwave power applications. In the first chapter, this manuscript shows the worthwhile physical, electrical and mechanical properties of the used materials. HEMT working principle is also exposed in this part. Next, every step of the HEMT manufacturing process are described in the second chapter, including several optimization studies. Particular attention will be paid to bottlenecks encountered during the device making. The third chapter presents the whole studies done on these electronic components. Each study relies on electrical characterization in DC, pulsed and microwave modes. The final chapter regards reliability studies of AlGaN/GaN HEMT on SiC substrate having the same topology. Defects induced during more than 3000h ageing in high operating temperature will be highlighted

Ce travail de thèse a consisté à faire une étude théorique et expérimentale des transistors HEMTs Al(In,Ga)N/GaN . Il a été réalisé au sein du groupe Composants et Dispositifs Micro-ondes de Puissance à L’IEMN. Il s’articule autour de quatre chapitres qui permettent d’abord d’évoquer les principales propriétés physiques des matériaux nitrurés, de présenter les principes de fonctionnement des HEMTs Al(In,Ga)N/GaN et d’exposer à travers l’état de l’art, leurs performances en termes de puissances hyperfréquences. Ensuite l’analyse des contacts de type Schottky et ohmique a été réalisée notamment à températures cryogéniques dans le but d’identifier les différents modes de conduction qui s’opèrent en leur sein. Puis les caractéristiques statique et hyperfréquence de transistors HEMTs Al(In, Ga)N/GaN fabriqués pour les besoins de cette thèse ont été étudiées et présentées. Celles-ci ont permis d’étudier les performances fréquentielles de ces transistors au travers d’une étude originale basée sur le temps de transit. Enfin les effets de pièges d’interfaces qui constituent l’une des limites fondamentales inhérentes à ce type de composants ont été caractérisés et quantifiés par différentes méthodes de spectroscopies de défauts (méthode de la pente sous le seuil, de la conductance, haute fréquence - basse fréquence …)
This PhD work consisted in a theoretical and experimental study of Al(In, Ga)N/GaN HEMTs (High Electron Mobility Transistor). It was carried out in Microwave Power Devices group at IEMN (Institut d’électronique de Microélectronique et de Nanotechnologie). The manuscript is shared in four chapters: The first chapter deals with the main physical properties of nitride materials. It presents the main specificities of Al(In,Ga)N/GaN HEMTs and exposes through the state of art, their performance in terms of microwave power. The second part describes Schottky and Ohmic contacts analysis based in particular to cryogenic temperatures measurement in order to identify the different conduction modes occurring within. In the third chapters, we studied static and microwave characteristics of Al(In,Ga)N/GaN HEMTs manufactured for the purposes of this thesis. They are used to examine the frequency performance of these transistors through an original study based on transit time. And finally, the last chapter explains the effects of traps interfaces that constitute one of the fundamental limitations inherent to this type of components. They are characterized and quantified by several defects spectroscopy methods such as subthreshold slope method, conductance method, high frequency - low frequency method

Les semi-conducteurs III-V à base d’azote et leurs alliages possèdent des propriétés remarquables et sont largement étudiés depuis les années 90. En comparaison à d'autres semi-conducteurs III-V, Les alliages de type ; AlGaN, InGaN et AlInN, ont leurs bandes interdites, directes, du lointain ultra-violet au proche infrarouge. Ainsi, ils sont appropriés pour de nombreuses applications dans des domaines tant civils que militaires tout en montrant de meilleures performances. De plus, l'alliage quaternaire AlGaInN montre des propriétés intéressantes car il peut être épitaxié soit avec un paramètre de maille ou une polarisation ou une bande interdite accordé au GaN. De plus, avec AlInN, ces deux alliages pourraient, à terme, remplacer les barrières conventionnelles AlGaN/GaN pour les applications aux Transistors à Haute Mobilité Électroniques (HEMT) grâce à des performances supérieures prouvées théoriquement.Dans ce travail, nous avons étudié les alliages AlInN et AlGaInN dont la croissance a été faite par épitaxie en phase vapeur d’organométalliques (MOVPE). Pour cela, la microscopie électronique en transmission a été notre principal outil de caractérisation. Le but était de caractériser les défauts et les mécanismes de croissance pendant la MOVPE. Dans cette optique, l'incorporation de gallium dans la barrière en raison de la géométrie de la chambre de croissance menant à un alliage quaternaire a été étudiée. Le contrôle du taux de gallium est réalisé soit par un processus de nettoyage entre les épitaxies soit par les conditions de croissance. Les défauts ont été ensuite différenciés comme extrinsèques et intrinsèques. En effet, les dislocations et les domaines d'inversion dans le GaN produisent des défauts extrinsèques, tandis que, les « pinholes » non connectés aux dislocations et les « hillocks » responsables de la rugosité de surface sont définis comme intrinsèques. Les origines des défauts intrinsèques dépendent fortement des propriétés physiques des composés parents binaires. Ces dégradations systématiques sont observées même lorsque les conditions de croissance sont optimisées et quand la composition du film mince est changée ou son épaisseur augmentée.Notre travail propose des mécanismes différents pour expliquer les processus de dégradation pour les différents défauts observés et constitue donc un pas en avant pour la réalisation de HEMT à base de AlInN et AlGaInN de meilleure qualité
Group III-Nitrides and their alloys exhibit outstanding properties and are being extensively investigated since the 90’s. In comparison to other III-V semiconductors, III-nitrides (AlGaN, InGaN, and AlInN) cover from deep ultraviolet (UV) to near infrared (IR) across the visible range of wavelengths. Thus, they are suitable for numerous applications both in civilian and military fields showing higher performances. Moreover, the quaternary alloy AlGaInN shows versatile properties as it can grow either lattice or polarization or bandgap matched to GaN. Alongside to AlInN, these two alloys are expected to replace conventional AlGaN/GaN High Electron Mobility Transistors (HEMT) barriers as higher performances have been theoretically demonstrated.In this work, we have studied AlInN and AlGaInN grown by metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) using mainly TEM. The aim was to characterize defects and the MOVPE growth alloying process. In this instance, the gallium incorporation in the barrier due to the geometry of the growth chamber leading to a quaternary alloy was studied. The control of the gallium content is achieved by a cleaning process between runs or by the growth condition. Defects were then differentiated as extrinsic and intrinsic. In this way, dislocations and inversion domains from the GaN buffer layer generate extrinsic defects, while, pinhole not connected to dislocations and individual hillocks responsible of surface roughening are termed as intrinsic. The origins of the latter defects depend strongly on the physical mismatches of the end-binary compound. These systematic degradations happen also with optimized growth conditions as soon as the nominal composition is changed and/or the thickness is increased.Our work proposes different mechanisms to explain defects generation processes which constitutes a forward step for higher quality HEMTs