EFFET DU CONFINEMENT QUANTIQUE SUR LES PROPRIETES OPTOELECTRONIQUES DU COMPOSE GaN NANOSTRUCTURE

Abstract

Les objectifs que nous nous étions fixés dans le cadre de ce mémoire de magister ont été largement atteints. En effet, nous avons examiné l’effet du confinement quantique sur les propriétés optoélectroniques du nitrure de gallium (GaN) nanostructuré dans la phase zinc blende. Nous avons étudié la variation de ces propriétés avec la taille des nanocristaux et nous avons déterminé le seuil (rayon de Bohr) en deçà duquel les effets du confinement quantique se montrèrent appréciables. Cette étude a été menée dans le cadre de la méthode empirique du pseudopotentiel. Il est vrai que cette approche ne peut remplacer les méthodes du premier principe, cependant elle présente l’avantage de donner des résultats plus précis sans demander des temps de calculs aussi long que ceux des méthodes ab initio. Les principaux résultats de notre travail se résument ainsi : Dans la structure des bandes du GaN nanostructuré, toutes les bandes sont affectées tout en conservant leur forme générale. Ces bandes sont généralement décalées mais avec des valeurs différentes. Le minimum de la bande de conduction est toujours au point G et le gap demeure direct. On note que les trois gaps EG-G, EG-X et EG-L diminuent rapidement et de façon monotone lorsque le diamètre du nanocristal augmente puis deviennent La largeur de la bande de valence de notre nanocristal de GaN augmente d’abord très rapidement puis présente un aspect de saturation lorsque la taille du nanocristal avoisine les 5nm. Les effets du confinement quantique réduisent alors la largeur de la bande de valence. Ceci est une indication du changement de l’ionicité du cristal. Les masses effectives des électrons et des trous lourds diminuent très rapidement lorsque la taille du nanocristal augmente de 1 à »5 nm puis demeurent pratiquement inchangées entre 5 et 11 nm. Le gap antisymétrique dans le GaN nanostructuré augmente non linéairement lorsque la taille du nanocristal augmente indiquant par conséquent une augmentation de l'ionicité du nanocristal. L’ionicité présente une augmentation non linéaire avec l'augmentation de la taille du nanocristal. Ainsi, le caractère ionique de notre matériau augmente à mesure que la taille du nanocristal augmente. Un tel comportement a été déjà prédit par l'étude du gap antisymétrique. L’indice de réfraction augmente d’abord très rapidement entre 1 et 5 nm puis reste pratiquement inchangé entre 5 et 11 nm. On peut donc affirmer que toute augmentation de la taille du nanocristal entre 1 et 5 nm réduit considérablement le gap d'énergie et augmente sensiblement l'indice de réfraction. Les constantes diélectriques statique et de haute fréquence augmentent de façon notable entre 1 et 5 nm puis deviennent pratiquement constantes et valent respectivement 5 et 7 en accord avec ce que l’on trouve pour le GaN massif. Etant donné que les constantes diélectriques du matériau nanocristallin sont plus faibles que leurs homologues du matériau massif, l’on peut affirmer la diminution de l’aptitude du nanocristal à emmagasiner l’énergie électromagnétique. La charge effective transverse augmente d’abord rapidement lorsque le diamètre du nanocristal augmente jusqu’à environ 5 nm puis se stabilise pratiquement. Le confinement dans le GaN conduit par conséquent à une réduction de cette charge effective transverse. Nos résultats concernant l’effet du confinement quantiques sur les propriétés optoélectroniques du GaN nanostructuré sont généralement en bon accord avec la tendance globale des données expérimentales et/ou théoriques disponibles dans la littérature pour d’autres nanomatériaux tels que le GaAs, l’AlN ou le CdS, et peuvent servir de référence vu le manque de données sur le GaN nanostructuré. Finalement, il serait très intéressant, comme perspective du présent travail de procéder à la synthèse des nanocristaux de GaN pour d’éventuelles applications optoélectroniques telles que les lasers ou les cellules photovoltaïques de troisième génération. pratiquement constants à partir d’une valeur de diamètre avoisinant les 5 nm.