Ce travail est consacré à la réalisation de diodes électroluminescentes visibles à base de fils de GaN crûs sur Si(111) par épitaxie en phase vapeur de précurseurs organo-métalliques. Nous cherchons en particulier à comprendre les mécanismes de croissance des fils de GaN et les propriétés structurales et optiques de puits quantiques InGaN/GaN cœur/coquille déposés autour de ceux-ci. La croissance de fils orientés le long de l'axe -c sur saphir est dans un premier temps détaillée et expliquée. Nous montrons que l'injection de silane pendant la croissance des fils permet de former une couche de passivation de SiNx autour de ceux-ci. L'arrêt de l'injection de silane après quelques dizaines de secondes ne modifie pas la géométrie fil et ce procédé peut donc être utilisé pour contrôler le positionnement le long du fil de la zone de dépôts des puits quantiques InGaN/GaN. Ce procédé est ensuite transféré sur substrat Si(111) grâce au dépôt préalable d'une fine couche tampon d'AlN sur le substrat. Le dépôt de puits quantiques InGaN/GaN sur les facettes non-polaires m de ces fils et l'influence de différents paramètres de croissance sur leur émission de lumière sont étudiés. Nous montrons notamment l'existence de plusieurs familles des puits quantiques dans les fils dont les longueurs d'onde d'émission ont pu être indexées à l'aide de cartographies de cathodoluminescence. La concentration en indium des puits quantiques déposés a été estimée en comparant les énergies d'émissions des puits à des simulations utilisant la théorie k.p dans l'approximations 8 bandes pour les électrons et les trous et est comprise entre 8 et 24%. Enfin, des structures LED complètes ont été déposées sur les fils de GaN par MOVPE et une électroluminescence bleue à 450 nm à température ambiante est mesurée sur des fils uniques et sur des assemblées de fils sur silicium. / This work reports on the realization by metal organic vapor phase epitaxy of visible light emitting diodes based on GaN wires grown on Si(111) with a focus on understanding the wires growth mechanisms and the properties of InGaN/GaN core/shell heterostructures grown around them. First we report the MOVPE growth of –c oriented GaN wires on sapphire. We demonstrate that the injection of silane during the growth induces the formation of a SiNx passivation layer around the GaN wires, preventing the lateral expansion. The silane flow can be stopped after a certain time without modifying the wire geometry. This phenomenon is used to control the position of the InGaN/GaN multiple quantum well shells along the wires. The wire growth on sapphire has then been transferred to silicon substrate thanks to the deposition of a thin AlN buffer layer prior to the wire growth. The deposition of InGaN/GaN core/shell heterostructures on the non-polar m-plane side facets of the wires and the influence of different growth parameters on the light emission properties of the quantum wells are then studied. Several types of quantum wells grown on different facets of the wire surface are observed. These different families emit light at different wavelengths that have been indexed thanks to cathodoluminescence mapping. The indium concentration in the quantum wells deposited is estimated between 8 and 24 %, depending on the growth conditions. This estimation has been made by comparing the emission wavelength of the quantum well to the recombination energy of electrons and wells simulated using the 8x8 band k.p theory for electron and hole masses. Finally, complete LED structures have been deposited on GaN wires by MOVPE and blue electroluminescence at 450 nm has been measured on single wires and assemblies of wires on Si(111).

Ce travail traite de la croissance épitaxiale et de la caractérisation d’hétérostructures àbase de multi-puits quantiques (MPQ) pour des applications dans le photovoltaïque. Leséchantillons ont été obtenus par la technique d’épitaxie en phase vapeur aux organométalliques(EPVOM) sur des substrats de saphir (0001). La caractérisation structurale etoptique est réalisée par diffraction de rayons X, microscopie électronique en transmission,spectroscopie de photoluminescence et de transmission. Pour étudier la présence de l’effetphotovoltaïque et pour estimer la performance électrique des échantillons, les MPQ ont étéintégrés dans la géométrie de cellules solaires en utilisant de la photolithographie, desattaques réactives ioniques assistées par plasma inductif et des métallisations pour contacterles parties dopées n et p.Nous avons étudié l’influence de différents designs des régions actives InGaN/GaN surles propriétés optiques et électriques des échantillons, c’est-à-dire le nombre de puitsquantiques InGaN, les épaisseurs des puits et des barrières et la composition en indium dansles puits. Deux mécanismes principaux doivent être pris en compte pour une optimisationefficace de composants photovoltaïques: l’absorption des photons et la collections desporteurs. Nous avons montré qu’une augmentation du nombre de MPQ, de leur épaisseur etde la composition d’In améliorait l’absorption, mais causait aussi des pertes dans l’efficacitéde collection du fait de l’augmentation de l’épaisseur de la couche active (champ électriqueplus faible), de la difficulté des porteurs pour s’échapper de puits plus profonds et derelaxation des contraintes (création de défauts structuraux). La décroissance de l’épaisseur desbarrières peut résoudre les deux premiers points, mais le problème de la relaxation de lacontrainte reste entier. Pour notre meilleur design, nous obtenons une efficacité de conversionde 2 % pour des couches 15×In0.18Ga0.82N/GaN qui ont une réponse spectrale qui s’étendjusqu’à 465 nm. / In this work we report on epitaxial growth and characterization of InGaN/GaN multiquantumwells (MQWs) heterostructures for application in photovoltaic devices. The sampleswere grown by metal-organic vapor phase epitaxy (MOVPE) on (0001) sapphire substrate.The structural and optical characterization is performed by X-ray diffraction, transmissionelectron microscopy, photoluminescence spectroscopy and transmission measurements. Toinvestigate the presence of photovoltaic effect and estimate the electrical performance of thesamples, they were processed into solar cells by means of the photolithography, inductivelycoupled plasma reactive-ion etching and metallization to manage n and p contacts.We studied the influence of different InGaN/GaN active region designs on thestructural, optical and electrical properties of the samples, i.e. number of InGaN quantumwells, QW and quantum barrier thicknesses and indium composition in the wells. Two mainmechanisms have to be taken into account for an efficient optimization of photovoltaicdevices: photon absorption and carrier collection. We showed that an increase of the MQWsnumber, their thickness and the In-content allows absorption improvement, but causes lossesin the carrier collection efficiency due to: the increase of the active region thickness (lowerelectric field), the difficulty of the carrier to escape from deeper QWs and the strain relaxation(structural defect creation). The decrease of the barrier thickness can solve the first two issues,but the problem with strain relaxation remains. In the best design, we report the value of2.00% of conversion efficiency for 15×In0.18Ga0.82N/GaN samples with spectral responseextending to 465 nm.

Ce travail de thèse est une contribution à l'étude de la dynamique de spin des porteurs dans des structures semiconductrices III-V en vue d’applications possibles dans le domaine émergent de la spintronique dans les semiconducteurs. Deux approches différentes on été envisagées afin de pouvoir obtenir une polarisation en spin des porteurs longue et robuste : i) le confinement spatial dans des nano-structures 0D (boîtes quantiques), ii) l’ingénierie des centres paramagnétiques dans des couches massives.Pour la première approche, nous avons étudié les propriétés de polarisation de spin d’excitons confinés dans des boîtes quantiques de GaN/AlN insérées dans des nano-fils. Nous avons d’abord mis en évidence un taux important de polarisation de la photoluminescence (15 %) à basse température sous excitation quasi-résonante et nous avons démontré que cette polarisation est temporellement constante pendant la durée de vie des excitons. Grâce à des mesures en température, nous avons aussi démontré que cette polarisation n’est aucunement affectée jusqu’à 300 K. Nous avons aussi développé un modèle détaillé basé sur la matrice densité pour décrire le dégré de polarisation de la photoluminescence et sa dépendance angulaire.Pour la deuxième approche, nous avons réalisé un dispositif prototype de filtrage de spin basé sur l’implantation de centres paramagnétiques dans des couches massives de InGaAs. Le principe repose sur la création de défauts interstitiels paramagnétiques comme précédemment démontré dans notre groupe pour les nitrures dilués tels que GaAsN. Le but de ce travail a été le développement d’un procédé de création de ces défauts qui puisse surmonter les inconvénients liés à l’insertion de l’azote dans les semiconducteurs de type GaAs : a) la dépendance de l’efficacité du filtrage de spin avec de l’énergie de photoluminescence, b) l’impossibilité de créer des zones actives avec des motifs spécifiques.Dans ce travail, nous démontrons que des régions actives de filtre à spin peuvent être créées par implantation ionique de défauts paramagnétiques avec une densité et des motifs spatiaux prédéfinis. Grâce à des études par photoluminescence, nous avons d’une part mis en évidence des taux de recombinaison dépendant en spin pouvant aller jusqu’à 240 % dans les zones implantées. D’autre part, nous avons déterminé la dose d’implantation la plus favorable grâce à une étude systématique sur différents échantillons implantés avec des densités ioniques étendues sur quatre ordres de grandeurs. Nous avons également observé que l’application d’un champ magnétique externe produit une augmentation significative du taux de recombinaison dépendant en spin due à la polarisation en spin des noyaux implantés / This thesis work is a contribution to the investigation by photoluminescence spectroscopy of the spin properties of III-V semiconductors with possible applications to the emerging semiconductor spintronics field. Two approaches have been explored in this work to achieve a long and robust spin polarization: i) Spatial confinement of the carriers in 0D nanostructured systems (quantum dots). ii) Defect engineering of paramagnetic centres in a bulk systems. Concerning the first approach, we have investigated the polarization properties of excitons in nanowire-embedded GaN/AlN quantum dots. We first evidence a low temperature sizeable linear polarization degree of the photoluminescence (~15 %) under quasi-resonant excitation with no temporal decay during the exciton lifetime. Moreover, we demonstrate that this stable exciton spin polarization is unaffected by the temperature up to 300 K. A detailed theoretical model based on the density matrix approach has also been developed to account for the observed polarization degree and its angular dependence.Regarding the second approach, we have demonstrated a proof-of-concept of conduction band spin-filtering device based on the implantation of paramagnetic centres in InGaAs epilayers. The principle relies on the creation of Ga interstitial defects as previously demonstrated in our group in dilute nitride GaAsN compounds. The driving force behind this work has been to overcome the limitations inherent to the introduction of N in the compounds: a) The dependence of the photoluminescence energy on the spin-filtering efficiency. b) The lack of spatial patterning of the active regions.In this work we show how the spin-filtering defects can be created by ion implantation creating a chosen density and spatial distribution of gallium paramagnetic centers in N-free epilayers. We demonstrate by photoluminescence spectroscopy that spin-dependent recombination (SDR) ratios as high as 240 % can be achieved in the implanted areas. The optimum implantation conditions for the most efficient SDR are also determined by the systematic analysis of different ion doses spanning four orders of magnitude. We finally show how the application of a weak external magnetic field leads to a sizable enhancement of the SDR ratio from the spin polarization of the implanted nuclei

Certains domaines d'applications tels que l'aérospatial, l'automobile ou le forage de haute profondeur peuvent nécessiter la visualisation de certains paramètres physiques dans des environnements hostiles. Les capteurs microélectroniques basés sur le silicium y atteignent souvent leurs limites, qui sont qualifiées de conditions « sévères ». Ce travail se base principalement sur l'étude de solutions de capteurs mécaniques fonctionnant en conditions sévères. Le principe de ces capteurs repose sur l'exploitation de transistors de mesures HEMT à base de nitrures III-V (III-N), à la fois piézoélectriques et semiconducteurs, qui reste stable en conditions sévères. La compréhension des interactions entre physique des semiconducteurs et physique des matériaux ainsi que la caractérisation de structures possibles pour la détection mécanique représentent les principaux enjeux de ce sujet de thèse. La modélisation mécanique analytique et numérique des structures étudiées a permis d'appréhender le comportement de structures piézoélectriques multicouches. Le couplage de ce modèle électromécanique avec un modèle électronique du capteur a permis d'établir la faisabilité du principe de détection ainsi que la linéarité de la réponse du capteur. La caractérisation des prototypes réalisés en cours de thèse ont corroboré la linéarité du capteur tout en faisant apparaître l'influence de nombreux effets parasites réduisant sa sensibilité à savoir les effets de résistance parasites et de piézorésistances variables. / Some industrial areas as oil, automotive and aerospace industries, require electromechanical systems working in harsh environments. An elegant solution is to use III–V materials alloys having semiconductor, piezoelectric and pyroelectric properties. These materials, particularly nitrides such as GaN or AlN, enable design of advanced devices suitable for harsh environment. By using free-standing structure coupled with sensing HEMT transistors that are stable at high temperatures, it is possible to obtain mechanical sensors suitable for harsh environments. This PhD thesis focuses on a cantilever-based strain sensor and a drumskin-based pressure sensor. Analytical models of both sensors have been developed and establish the feasibility of the sensing principle as well as its response linearity. The characterization tests of fabricated prototypes validate the possibility of measuring external mechanical load with both sensors. The linearity of the response has also been confirmed by experimental measurements. The experimental sensitivity is smaller than the theoretical one due to several parasitic effects not included in the model such as parasitic resistance and variable piezoresisitive effects.

Cette thèse présente les résultats expérimentaux relatifs à l'étude des couches de GaN et de CuO déposées par la technique PLD (dépôt par laser à impulsions) sur des substrats de saphir, SrTiO3, quartz et MgO. Nous avons étudié les effets de plusieurs paramètres qui jouent sur la cristallisation et la morphologie des surfaces des films déposés, à savoir, la température du substrat, la pression au fond, la distance entre le substrat et la cible, la densité d'énergie du laser et la position du substrat. Les couches ont été caractérisées par XRD, microscopie à force atomique et Le microscope électronique à balayage, RHEED et RAMAN. Les résultats montrent que la rugosité et la qualité de la surface des films déposés par PLD dépendent de l'énergie cinétique de déposition des espèces chimiques. L'épaisseur du film, la cristallinité, l'homogénéité et la rugosité sont étroitement liés aux conditions de dépôt / The thesis presents experimental results related to the Pulsed Laser Deposition (PLD) of GaN and CuO thin films using sapphire, SrTiO3, quartz and MgO substrates. The evolution of crystallization and surface morphology of the as-deposited films were studied to investigate the influence of the process conditions such as: substrate heating, background pressure, target-substrate distance, laser energy density, and substrate location, which were systematically varied. The as-deposited films were characterized by X-ray diffraction, atomic force microscopy and scanning electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, RHEED and RAMAN techniques. The results convincingly demonstrate that the enhancement in film growth quality - the reduction in roughness and the delay of epitaxial breakdown - is related to the control of PLD species kinetics. The films thickness, crystallinity, homogeneity and surface roughness are strongly dependent on deposition conditions

Cette thèse s’inscrit dans le domaine de l’amplification de puissance microonde linéaire et haut rendement en technologie GaN. Le premier chapitre décrit le contexte général de l’émission de signaux microondes de puissance pour les télécommunications sans fil, avec un focus particulier apporté sur l’amplificateur de puissance RF. Les différents critères de linéarité et d’efficacité énergétique sont introduits.Le second chapitre présente plus particulièrement la technologie GaN et le transistor de puissance comme brique de base pour l’amplification de puissance microonde. Une revue synthétique des différentes architectures relevées dans la littérature relative à l’amplification à haut rendement est faite.En troisième chapitre, le banc de mesure temporelle d’enveloppe développé et servant de support expérimental à cette étude est présenté. Les procédures d’étalonnage et de synchronisation sont décrites. En illustration, une nouvelle méthode de mesure du NPR large bande est présentée, et validée expérimentalement.Une solution d’amplification adaptative innovante est étudiée dans le quatrième chapitre, et constitue le cœur de ce mémoire. Celle-ci se base sur le contrôle dynamique de la polarisation de grille autour du point de pincement, au rythme de l’enveloppe de modulation. Un démonstrateur d’amplification 10W GaN en bande S (2.5GHz) est développé. Comparativement à la classe B fixe, une forte amélioration de la linéarité est obtenue, sans impact notable sur le rendement moyen de l’amplificateur RF. Finalement, une investigation de la technique proposée pour l’amélioration du rendement du modulateur dans l’architecture d’envelope tracking de drain est menée. / This work deals with linear and high efficiency microwave power amplification in GaN technology.The first chapter is dedicated to the general context of wireless telecommunication with a special emphasis on the RF power amplifier. The most representative figures of merit in terms of linearity and power efficiency are introduced.The second chapter deals more specifically with the GaN technology and GaN-based transistor for microwave power amplification. A description of the principal architectures found in the literature related to high efficiency and linear amplification is summarized.In the third chapter, the developed envelope time-domain test bench is presented. Time-synchronization and envelope calibration procedures are discussed. As an illustration, a new specific wideband NPR measurement is presented and experimentally validated.An innovative power amplifier architecture is presented in the fourth chapter. It is based on a specific dynamic gate biasing technique of the power amplifier biased close to the pinch-off point. A 10W GaN S-band demonstrator has been developed. Compared to fixed class-B conditions, a linearity improvement has been reported without any prohibitive efficiency degradation of the RF power amplifier. Finally, an investigation of the proposed technique for the efficiency improvement in the drain envelope tracking technique is proposed.

Les travaux de thèse visent à optimiser la linéarité des HEMT GaN et intervenir dans la mise en oeuvre d’un banc load-pull multi-tons (MTLP). L’optimisation repose sur la simulation électrique d’un modèle du transistor et la quantification des effets des non-linéarités du modèle, les effets des parasites basses-fréquences soustraits au préalable. La mesure MTLP unifie potentiellement les caractérisations en linéarité traditionnelles. La réalisation de l’environnement de simulation permettant de simuler un modèle et la configuration MTLP accompagnent ces travaux. La modélisation considère un développement 8x0.25x75μm² et un point de repos (30V, 60mA). La caractéristique intrinsèque Id(Vgs, Vds) est identifiée de façon relativement rigoureuse et l’interprétation selon laquelle deux cadences d’émission (longue/rapide) et un seuil d’activation en Vds caractérisant les pièges longs est renforcée. Les modèles petit-signal et thermique sur Cgd sont directement extraits de paramètres [S] BF. L’émulation télécom est réalisé avec un signal à 8 raies pures irrégulièrement espacées satisfaisant aux conditions : PAPR=8.5 dB et loi gaussienne des composantes I,Q(t). Le choix des fréquences nous prémunit de l’interférence parmi IM3,5 (intermodulation d’ordre 3,5) et raies principales et l’acquisition (amplitude/phase) couvrent raies principales et d’IM3 de de relation fi + fj-fk et 2 fi-fj. Le critère de linéarité est celui du C/13 (taux d'intermodulation d'ordre3). Les signaux mono-/bi-porteuses sont parallèlement mis en oeuvre pour mesurer et comparer la linéarité de technologies GH25, GH50 et concurrente à 2 et 4 GHz. La nonlinéarité parasite est quantifiée sur la puissance disponible à l’entrée ( 1/2|a1|2 ) et l’analyse conjointe des caractéristiques temporelles d’enveloppe est proposée. / The PhD aims at optimizing the linearity of GaN HEMT in addition to the development and exploitation of a multi-tone load-pull bench (MTLP). The optimization is commonly based on electrical simulations implementing a model of the transistor and telecom signal and consists of identifying the influence of each non-linearity while annihilating low-frequency parasitics effects (models). The MTLP experiment has some capability to unify the classical linearity characterizations. The electrical simulation consistent with MTLP data is also suggested. The modelling focus on a 8x0.25x75μm² HEMT GaN sample and a (30V, 60mA) quiescent bias. The intrinsic Id(Vgs,Vds) characteristic is more accurately evaluated and more consistent look the interpretation that two types of emission time-scale (fast and long) plus a Vds trigger threshold (15V) characterizing the ‘long’ trap. The small-signal and the thermal model related to Cgd are straightforwardly extracted from low-frequency [S] parameters. A signal composed of unequally-spaced 8 tones has a PAPR=8.5 dB and Gaussian statistical rule of its I,Q(t) components (telecom properties). The frequency set implies no interferences among IM3,5 (3rd,5th order intermodulation ratio) and main tones. Power-wave acquisition cover the main tones and IM3 satisfying fi + fj-fk and 2 fi-fj. The C/I3 (3rd order carrier-to-intermodulation ratio) is the main linearity criterion. CW (Continuous Wave) and two-tone signals are also put into operation to survey and compare the linearity performances of GH25, GH50 and acompetitor. The parasitic non-linearity is quantified ( 1/2|a1|2 ) and the time-domain analysis give rise to interpretation about how trap effect may interact with linearity.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The stability and electronic properties of antisities, vacancies and substitutional Si and C impurities in GaN nanotubes are studied using spin-polarized density functional theory within the local density approximation (LDA) to the exchange-correlation functional. We investigated these defects in both nanotubes the zigzag (10,0)and the armchair (6,6), which have 10.4 and 11.2 Å in diameter, respectively. These nanotubes are semiconductors and energetically metastable with respect to the GaN bulk phase, the zigzag have a direct band gap while the armchair an indirect one. Our results show that antisities have lower formation energies in nanotubes as compared with the bulk GaN. For both chiralities, the NGa antisities introduce an occupied level and GaN antisities an empty and two occupied levels within the band gap. For nitrogen vacancies (VN), in the equilibrium geometry, two Ga atoms have their bonds reconstructed forming a pentagon and the other Ga atom remain with a dangling bond. In the minimum energy configuration, the gallium vacancy (VGa) have a more complex reconstruction: two N atoms have their bonds reconstructed forming a N −N dimer and the other N atom bonds to a Ga atom nearest neighbor to the VGa site that moves in direction to the empty site (vacancy). Vacancies are energeticaly less favorable as compared with antisities and the defective level into the band gap present a spin splitting giving rise to a net magnectic moment of 1 μB. Substitutional C and Si impurities have the lowest formation energy between the studied defects, being negative for Si in a Ga site. For the impurities in a N site (SiN and CN) a deep acceptor level with a spin splitting around 0.8 eV is observed. The impurities in a Ga site (SiGa and CGa) exhibit donor properties, suggesting the formation of defect-induced n-type GaN nanotubes. / Usando o formalismo do funcional da densidade com polarização de spin e a aproximação da densidade local para o termo de troca-correlação, estudamos a estabilidade e as propriedades eletrônicas de defeitos do tipo antisítios, vacâncias e impureza substitucional de C e Si em nanotubos de GaN. Investigamos esses defeitos em dois nanotubos; no nanotubo zigzag (10,0) com diâmetro de 10,4 Å e no nanotubo armchair (6,6) com diâmetro de 11,2 Å. Os cálculos de energia total apresentam que estes nanotubos são energeticamente metaestáveis, com respeito a fase cristalina do GaN. Os cálculos de estrutura eletrônica apresentam que são semicondutores, onde o nanotubo zigzag possui gap direto e o armchair indireto. Obtivemos que os antisítios possuem energia de formação mais baixa em nanotubos com relação aos respectivos defeitos no cristal de GaN e observamos que para ambas as quiralidades o antisítio NGa origina um nível ocupado no gap e o antisítio GaN um vazio e dois ocupados. Para a vacância de nitrogênio (VN) na geometria de equilíbrio duas das três ligações pendentes recombinam-se formando um pentágono e um átomo permanece com uma ligação pendente. Na configuração de mínima energia para a vacância de gálio (VGa) obtivemos que dois átomos de N formam um dímero N − N enquanto que o terceiro liga-se a um átomo de Ga segundo vizinho ao átomo que foi removido, que passa a ficar tetracoordenado. Energeticamente as vacâncias são menos favoráveis que os antisítios (energia de formação mais alta) e com relação as propriedades eletrônicas, os níveis de defeito apresentam um desdobramento de spin dando origem a um momento magnético de 1μB. Impurezas apresentam as menores energia de formação em relação aos defeitos estudados e os resultados da estrutura eletrônica apresentam que quando as impurezas estão substitucionais a um átomo de N (SiN e CN) temos um nível aceitador e profundo, apresentando uma separação de spin em torno de 0,8 eV. No caso da impureza estar substitucional a um átomo de Ga (SiGa e CGa) temos a formação de um nível doador e raso, indicando a possibilidade de obtermos semicondutores do tipo n através de dopagem.

Les nanofils nitrures, de par leurs propriétés mécaniques et piézoélectriques exceptionnelles, sont des nanomatériaux très prometteurs pour la réalisation de dispositifs piézogénérateurs ultra-compacts et de haute efficacité. Les nanofils de GaN étudiés dans cette thèse sont synthétisés par épitaxie par jets moléculaires assistée par plasma. Grâce à des caractérisations employant un AFM résiscope spécialement adapté, nous démontrons le fort potentiel des nanofils de GaN dopés de type-n et dopés de type-p pour convertir une énergie mécanique en énergie électrique. Nous confirmons la corrélation entre la polarité des nanofils, leurs dopages et l'établissement du potentiel piézoélectrique dans les nanostructures. Nous étudions également la capacité de récupération de l'énergie générée par les nanofils, qui se fait au travers d'une diode Schottky de dimension nanométrique. De ce nanocontact, résulte une conduction à l'interface métal/semi-conducteur accrue et donc une meilleure collection de l'énergie piézogénérée par les nanofils de GaN. Enfin, en nous basant sur les mécanismes de piézoconversion mis en évidence, nous fabriquons un piézogénérateur intégrant un réseau de nanofils verticaux de GaN et fonctionnant sous compression. Le prototype délivre une densité de puissance de l'ordre de 12,7 mW/cm3, ce qui le place à l'état de l'art des piézogénérateurs à base de nanofils nitrures. / Nitride nanowires are a promising material for the fabrication of efficient and compact piezogenerators. Their tremendous piezoelectric and mechanical properties give them the ability to convert efficiently mechanical energy into electrical energy. The piezoelectric material studied in this thesis is GaN, synthetised as nanowires by PA-MBE. Thanks to an adapted AFM résiscope, we show the great potential of nitride nanowires for piezogeneration and the correlation between the polarity of the nanostructure, its deformation and the establishment of the piezopotential. We also study the harvesting efficiency of the nanostructures’ polarization, through a nanometric Schottky contact. Due to scale effects, this Schottky nanocontact shows a reduced barrier height and resistance, which lead to an enhanced conduction and thus to a better harvesting of the piezoelectric energy generated by the GaN nanowires. Based on the understanding of those mechanisms, we have built a piezogenerator integrating a vertical array of p-type GaN nanowires, embedded in HSQ resist and with their top connected by a Pt metallic electrode, leading to a Schottky contact. This prototype delivered a power density of about 12,7 mW.cm-3, which is the state of the art for GaN nanowires based piezogenerator.

L'objet de cette thèse vise à montrer expérimentalement l'amplification dans le domaine terahertz d'échantillons à base de puits quantiques en nitrure de gallium (GaN), maintenus à basses températures (< 100 K), grâce au mécanisme physique de "résonance du temps de transit des phonons optiques". Po ur ce faire, un banc expérimental permettant de mesurer le spectre en transmission des échantillons dans différentes gammes de fréquences (0.220-0.325, 0.843-1.100 et 0.7-1.7 THz suivant la source utilisée), et sous différentes conditions (température, orientation, champ électrique appliqué) a été développé. Un deuxième banc, servant à mesurer les caractéristiques courant-tension en régime continu ou pulsé a également été réalisé en vue de l'étude électrique des composants à basses températures. Les résultats montrent l'existence d'un effet conséquent sur le spectre de transmission au fur et à mesure que le champ électrique appliqué augmente. / The objective of this thesis is to experimentally demonstrate the amplification in the terahertz frequency domain by quantum wells of gallium nitride (GaN), maintained at low temperatures (< 100 K), thanks to the so called "optical phonon transit time resonance" mechanism. To achieve that goal, an experimental setup have been developed to measure the transmission spectra of the samples under study in different frequency bands (0.220-0.325, 0.843-1.100, and 0.7-1.7 THz depending on the source), and under different experimental conditions (temperature, orientation, applied electric field). Besides this first setup, another bench have been developed to measure the DC and pulsed current-voltage characteristics at low temperatures. The results show a significant enhancement on the transmission spectra as the applied electric field is increased.