Etude des facettes par RHEED

Les ´etudes par TEM nous ont permis d’avoir acc`es aux coupes des nanostructures, de d´eterminer les angles des facettes et le sens de +~c. Les ´etudes par MEB et par AFM ont, quant `

a elles, mis en ´evidence la forme en vue plane des nanostructures et l’asym´etrie des fils selon la direction [1120]. Ainsi, l’´etude de clich´es RHEED de plans de fils ou de boˆıtes de 5MC de GaN devrait nous permettre ´egalement de confirmer les angles des facettes obtenus par TEM, mais surtout d’orienter les fils selon la direction [1120].

6.5.4.1 Le cas des fils

Comme nous l’avons vu dans la section 6.2.1, les diagrammes RHEED obtenus lorsque la couche tampon d’AlN a une ´epaisseur e = 70nm sont dits quasi-2D, deux types de facettes sont alors visibles selon l’azimut < 1120 > (figure 6.12). Ce genre de diagramme de diffraction RHEED, combinaison d’une tige et de chevrons (en fait des facettes), a d´ej`a ´et´e observ´e de nombreuses fois, notamment pour des boˆıtes d’InAs r´ealis´ees par EJM sur GaAs (001) [Lee04]. Dans notre cas, les chevrons sont pr´esents mais ne sont pas sym´etriques par rapport `a la tige (figure 6.12 (a) et (b)) et font un angle de (35 ± 5)° et (15±5)° avec les tiges de diffraction, ce qui correspond `a des plans d’inclinaison diff´erente selon la direction [0001], comme ce qui a ´et´e observ´e par TEM. Il est remarquable de constater que, dans les cas de fils quantiques, les facettes sont particuli`erement marqu´ees pour le premier plan r´ealis´e (figure 6.12 (a)) tandis que pour le second plan de fils, le nombre de facettes visibles se r´eduit (figure 6.12 (b)), mˆeme si nous avons d´emontr´e pr´ec´edemment que nous obtenions toujours des fils (section 6.2.2). La figure 6.12 (c) est le clich´e RHEED obtenu selon l’azimut < 1120 >. Seule la facette dont l’angle est de (35 ± 5)° avec la tige horizontale est identifiable.

Selon l’azimut < 0001 > (figure 6.12 (d)), aucune facette vraiment marqu´ee ne ressort alors que nous sommes bien en pr´esence de fils facett´es, comme constat´e pr´ec´edemment par TEM (figure 6.8). Ce r´esultat peut ˆetre li´e plus `a une distribution de facettes [Mir95], qu’`a une r´eelle absence, ce qui serait d’ailleurs coh´erent avec les observations faites pr´ec´edemment par TEM, MEB et AFM super-pointe dans le cas des fils.

(a) (b) (d) (c) 15° 35° 15° 35° 35° 35° 15°

Fig. 6.12: Clich´es RHEED de fils quantiques de GaN (5MC et e = 70nm) pris selon l’azimut < 1120 > pour (a) le premier plan

r´ealis´eS2540 (b) pour le deuxi`eme planS2500, (c) pris selon l’azimut < 1120 >S2564 et (d)S2500 pris selon

l’azimut < 0001 >.

6.5.4.2 Le cas des boˆıtes

En ce qui concerne les boˆıtes quantiques de GaN plan m, selon l’azimut < 1120 >, les mˆemes chevrons (figure 6.13 (a)) que dans le cas des fils (figure 6.12 (b)) sont observ´ees sur le diagramme RHEED. Il est `a noter cependant que la seconde facette, dont l’angle avec la tige principale est de 15° (visible sur la figure 6.12 (b)), n’est que tr`es peu visible `a l’´ecran dans le cas des boˆıtes. Ceci peut s’expliquer par le fait qu’en pr´esence de boˆıtes, les clich´es RHEED pris selon l’azimut < 1120 > pr´esentent des taches de diffraction dans lesquelles sont noy´ees les tiges des facettes dont l’angle est trop faible (ici 15°). On peut toutefois l´egitimement penser que nous avons affaire aux mˆemes types de facettes pour les boˆıtes que pour les fils.

De mˆeme, si nous observons le diagramme RHEED des boˆıtes quantiques selon l’azimut < 1120 >, la mˆeme facette que celle obtenue dans le cas des fils est observ´ee, mais l’intensit´e des tiges du clich´e est une nouvelle fois tr`es faible. Selon l’azimut < 0001 >, aucune facette vraiment marqu´ee ne ressort. Dans le cas des boˆıtes, il est ici plus difficile de justifier cette absence de facettes sur les clich´es RHEED pris selon l’azimut < 0001 >, car leur forme semble, au prime abord, plus r´eguli`ere que celle des fils. Ceci viendrait confirmer le fait que, mˆeme pour les boˆıtes, nous avons une distribution de formes non n´egligeable selon la direction [1120]. Une autre hypoth`ese peut ˆetre avanc´ee en consid´erant que la rugosit´e et que les modulations d’amplitude des boˆıtes (et des fils) sont, vis `a vis du RHEED, n´egligeables par rapport `a celles des couches d’AlN.

(a) (b)

(c)

35° 35°

Fig. 6.13: Clich´es RHEED pris selon les azimut (a) < 1120 >, (b)

< 1120 > et (c) < 0001 > pour des boˆıtes quantiques de GaN (5MC) r´ealis´ees sur des couches tampon d’AlN de 300nmS2486 d’´epaisseur.

6.5.4.3 D´etermination de l’origine de l’asym´etrie des fils selon [1120]

Nous avons vu dans les sections pr´ec´edentes, que les fils ´etaient allong´es et asym´etriques selon la direction [1120], les fils ressemblant souvent en vue plane `a des ´etoiles filantes avec une partie arrondie et une partie effil´ee, et `a une sorte de triangle rectangle lorsqu’ils sont observ´es selon [0001] en vue transverse. Etant donn´e que cristallographiquement, il n’y a pas de diff´erence entre la direction [1120] et la direction [1120], la question se pose maintenant de comprendre cette asym´etrie des fils. R´ecapitulons bri`evement les r´esultats obtenus sur l’asym´etrie des fils et les diff´erentes directions :

1. Les images TEM ont permis de d´eterminer l’orientation de l’axe polaire et de le corr´eler avec un type de facettes donn´e : +~c pointe en effet en direction de la facette dont l’angle avec le plan de base est le plus faible (15°).

2. Par RHEED, une diff´erence d’intensit´e est toujours pr´esente selon que l’on se place suivant l’azimut [1120] ou [1120] du SiC. Cette diff´erence est attribu´ee `a la vicinalit´e des substrats, qui dans notre cas, est toujours autour de c.

3. Lors de la croissance de fils ou de boˆıtes de GaN, le mˆeme type de diff´erence d’intensit´e est observ´e entre les deux azimuts [1120] et [1120]. Dans le cas des fils, l’azimut dont l’intensit´e est la plus ´elev´ee correspond `a un faisceau RHEED qui p´en`etre dans la partie la plus effil´ee et ressort par la partie la plus large. Sur un mˆeme ´echantillon, l’asym´etrie des fils est toujours dans la mˆeme direction.

marqu´ee (35°) pouvait ˆere orient´ee de deux mani`eres diff´erentes (figure 6.14 (a) et (b)), donc que les fils pouvaient s’allonger selon [1120] ou selon [1120], et ce, suivant le substrat de SiC utilis´e3_.

5. Il n’y a donc pas de corr´elation entre la direction +~c et la partie effil´ee.

Pour le v´erifier, des ´etudes par XRD de la vicinalit´e du substrat de SiC ont ´et´e r´ealis´ees. Elles ont permis de corr´eler le sens de cette vicinalit´e au sens d’allongement des fils. Les figures 6.14 (a) et (b) sch´ematisent le parcours du faisceau RHEED `a travers les deux types de fils et les clich´es correspondants. Le sch´ema de la figure 6.14 (c) pr´esentant les deux types de fils vus selon la direction c, fait le lien entre leur asym´etrie et la vicinalit´e du substrat.