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Accueil > Groupes scientifiques > Groupe Electrons Photons Surfaces > Transport et recombinaison dans les nitrures semi-conducteurs

Structure de la bande de conduction du GaN

par Rowe Alistair - publié le

Bien que la filière nitrure ait déjà permis l’essor d’une technologie et d’une industrie florissante, les propriétés électroniques fondamentales des composés III-N sont encore mal connues. En particulier, des paramètres de la structure de bande comme la position en énergie des vallées latérales de la bande de conduction, qui jouent un rôle crucial dans le transport d’électrons chauds, n’ont pas été déterminés. Dans le GaN, les valeurs rapportées dans la littérature pour la séparation entre la vallée centrale Γ et la première vallée secondaire L varient de 0.29 eV à 2.2 eV.

Contacts : Jacques Peretti ou Lucio Martinelli

Nous avons récemment abordé ce problème par les techniques de photoémission en affinité négative que nous avons développées depuis de nombreuses années et qui nous ont permis dans le passé d’étudier la structure de la bande de conduction d’autres semi-conducteurs (GaAs, InP, Si). Dans ces expériences, la surface d’un échantillon de GaN de type p fortement dopé est activée par dépôt d’une couche atomique de césium, éventuellement complété par l’adsorption d’oxygène pour stabiliser la couche dipolaire de surface. Ce procédé permet d’atteindre l’état d’affinité électronique apparente négative où le niveau du vide se situe en-dessous du minimum de la bande de conduction dans le volume du cristal. Les électrons photoexcités par une lumière d’énergie proche du gap peuvent alors être émis dans le vide. Si l’énergie d’excitation est suffisante pour peupler différents minima de la bande de conduction, ces minima jouent le rôle de points d’accumulation et vont chacun donner lieu à une contribution spécifique, fixe en énergie, dans le spectre de photoémission. La séparation entre ces contributions fixes permet de déterminer directement la séparation entre les différentes vallées de conduction.

Dérivées des spectres de photoémission d’une photocathode en GaN activée en affinité négative mesurées pour différentes énergies d’excitation allant de 3.1 eV à 5.39 eV.

Les dérivées des spectres de photoémission obtenus pour différentes énergies d’excitation font apparaître deux points d’accumulation. L’un correspond à l’émission depuis la vallée centrale Γ, le second correspond à l’émission depuis la première vallée latérale de la bande de conduction que nous appelons L. La séparation entre les vallées Γ et L que nous déduisons de ces expériences est de 0.9 eV. Cette valeur est compatible avec différentes estimations expérimentales basées sur des mesures indirectes mais diffère de plus d’1 eV des valeurs prédites par les calculs ab initio. Cette expérience montre l’importance d’étudier en détail les propriétés fondamentales des composés III-N.