Les nanofils (NWs) semi-conducteurs offrent des perspectives prometteuses pour les photodétecteurs ultraviolets. Leur géométrie permet de découpler la zone optiquement active (responsivité) de la section électrique (temps de réponse). Toutefois, l’optimisation de l’architecture des dispositifs et la compréhension de leurs performances — en particulier la distinction entre les effets liés à la fabrication et ceux liés à la géométrie — nécessitent des recherches supplémentaires. En termes de fabrication, des nanofils verticalement alignés peuvent être obtenus soit par croissance (bottom-up), soit par gravure (top-down) à partir de couches planes. Cette dernière offre un meilleur contrôle de la taille, du dopage, de la composition et de la position dans le plan. Dans ce travail, nous comparons des photodétecteurs à base de GaN contenant une jonction p-n ou p-i-n, fabriqués par croissance (BUNWs) ou par gravure (TDNWs).Cette étude présente une analyse détaillée de la fabrication par gravure, depuis la croissance des couches planes, en passant par la lithographie par nanosphères, jusqu’à la fabrication de nanofils individuels. Je me suis d’abord concentré sur la croissance plane de GaN dopé au Mg par PAMBE, qui est sujette à une inversion de polarité à fort flux de Mg. J’ai développé une méthode in situ basée sur les transitoires d’intensité RHEED lors de la désorption du Ga, permettant d’identifier le seuil d’inversion. Les résultats montrent que le Mg perturbe la couche mouillante de Ga nécessaire au maintien de la croissance plane, rendant un excès de Ga à haute température indispensable pour un dopage p efficace.Ensuite, j’ai optimisé la lithographie par nanosphères en utilisant des sphères de polystyrène pour définir un masque de SiO₂ sur GaN. La gravure ICP-RIE du GaN avec une chimie Cl₂, suivi d’une gravure humide à base de KOH, permet d’obtenir soit des NWs verticaux à facettes m-plane, soit des profils effilés selon la taille des sphères.Enfin, j’ai comparé les photodétecteurs à nanofil unique BUNW et TDNW en termes de structure, de qualité de jonction et de performances. Les BUNWs comprenaient des jonctions p-n et p-i-n ; les TDNWs incluaient des jonctions p-n, p-n avec jonction tunnel (TJ), p-i-n avec TJ, et p-i-n avec points quantiques InGaN et TJ. Des mesures de KPFM ont confirmé l’intégrité des jonctions et l’identification des TJs. Les analyses I-V ont révélé un comportement redresseur et un transport limité par charge d’espace dans tous les dispositifs. En général, les structures p-i-n ont montré une meilleure linéarité et une responsivité légèrement supérieure à celles à jonction p-n, aussi bien pour les BUNWs que les TDNWs. Nous démontrons ainsi que les deux approches offrent des performances comparables, malgré des procédés de fabrication différents.
Elçin Akar (Mon,) studied this question.