Silicon diffusion and n-type doping in AlN

Diffusion de silicium et dopage de type n dans le AlN Dans cette thèse, nous menons une étude approfondie de la diffusion du silicium (Si) dans le nitrure d'aluminium (AlN) massif et dans de l'AlN épitaxé sur substrat saphir.Nous introduisons le Si dans l'AlN à partir d'une couche de de Si1-xNx amorphe déposée par pulvérisation réactive. Notre étude concerne des recuits thermiques effectués à des températures comprises entre 1500 et 1700°C, avec des durées variant de 1 à 4 heures. En utilisant des techniques analytiques avancées telles que la spectrométrie de masse à ions secondaires (SIMS), la spectroscopie de rayons X à dispersion d'énergie (EDX) et la microscopie électronique à transmission (TEM), nous étudions les changements structuraux et de composition induits par les recuits à haute température, ce qui permet de comprendre les mécanismes de diffusion du Si dans l'AlN.L'étude des paramètres de diffusion fondamentaux est rendue possible grâce à une analyse de la diffusion du Si dans des cristaux d'AlN massifs à faible densité de dislocation. Nos expériences révèlent des profils de diffusion convexes sous forme de boite, caractérisés par un coefficient de diffusion dépendant de la concentration. En intégrant nos résultats expérimentaux aux modèles théoriques existants, nous établissons que la diffusion du Si dans l'AlN se fait par l'intermédiaire de paires dopant-lacunes chargées négativement. Le coefficient de diffusion intrinsèque présente un comportement dépendant de la température avec une enthalpie d'activation de 10.34 eV.Dans la deuxième partie de ce travail, nous nous concentrons sur l'étude de l'impact de la diffusion des impuretés de Si et d'oxygène (O) dans les couches d'AlN épitaxiées sur substrat saphir. Notre étude montre la formation d'inversions de polarité dans l'AlN suite aux recuits haute température. L'inclusion d'impuretés Si et O s'avère essentielle pour leur formation et leur stabilisation. Selon le modèle que nous proposons, une forte concentration de complexes impureté-lacune affecte la stabilité du réseau cristallin, ce qui conduit aux inversions de polarité observées après recuit. Notre hypothèse est que la présence d'impuretés Si facilite la formation d'accepteurs tels que des lacunes de N, favorisant la précipitation d'O et permettant ainsi la formation des inversions de polarité.