Croissance sélective HVPE et VLS-HVPE d'objets et de structures GaAs à morphologie contrôlée à l'échelle sub-micrométrique et nanométrique

We proposed to study the potential of the HVPE (Hydride Vapour Phase Epitaxy) epitaxial tool for the shaping of semiconductor objects with controlled morphology at submicrometer scale. A 3-inch HVPE reactor was first designed and installed. The growth of GaAs (100) was calibrated and modeled thermodynamically and kinetically. Grating lines were synthesized by selective growth at micrometer and sub-micrometer scale, exhibiting the highest aspect ratio ever observed for the bottom-up approach. GaAs:Zn tips were grown for spin injection. We have finally demonstrated the feasibility of Au-assisted VLS (Vapour Liquid Solid) growth in a HVPE environment. GaAs nanowires were grown by VLS-HVPE with a constant cylinder shape over unusual length (40 μm in average). This study allows to consider the prospects of application related to long nanowires for the III-V, which were already addressed for silicon. All results are explained from the physics of HVPE which implements chloride growth precursors. High decomposition kinetics of these precursors allows to play with the intrinsic growth anisotropy of the crystals in order to control various 3D morphologies. This work shows that in the context of Nanoscience, the fast growth HVPE tool paradoxically deserves a wider audience and may register as an effective complementary tool to the MOVPE and MBE processes for the bottom-up synthesis of nanometer objects.Nous avons proposé d'étudier le potentiel de l'outil d'épitaxie HVPE ( Hydride Vapour Phase Epitaxy) au façonnage d'objets semiconducteurs à l'échelle sub-micrométrique par croissance à morphologie contrôlée. Un bâti HVPE 3 pouces a tout d'abord été conçu et installé. La croissance de GaAs (100) a été calibrée et modélisée thermodynamiquement et cinématiquement. La croissance sélective de réseaux de bandes a été ensuite validée à l'échelle micrométrique et sub-micrométrique par le façonnage de "grating lines", avec des rapports de formes inégalés dans la littérature par l'approche bottom-up. Des pointes GaAs dopées Zn ont été synthétisées pour l'injection de spin. Nous avons enfin démontré la faisabilité par VLS-HVPE, de nanofils de GaAs de diamètre constant sur des longueurs inégalées (40 µm en moyenne), et présentant une remarquable qualité cristallographique. Cette dernière étude permet d'envisager des perspectives d'application liées aux nanofils longs pour les III-V, jusque là exploitées uniquement pour le silicium. Tous les résultats sont expliqués à partir de la physique de la croissance HVPE qui met en oeuvre des précurseurs gazeux chlorés. On décrit comment la cinétique de décomposition rapide de ces précurseurs permet de jouer de l'anisotropie de croissance intrinsèque des cristaux pour le contrôle des morphologies. Ces travaux montrent que dans le contexte des nanosciences, la HVPE, outil épitaxial des fortes vitesses de croissance, mérite paradoxalement une audience élargie, et pourrait s'inscrire comme un outil complémentaire efficace MOVPE et MBE pour la synthèse ascendante de certain type d'objets nanométrique