Synthèse et caractérisation structurale d'épicouches hétérogènes semi-conductrices/ferromagnétiques : le cas d'agrégats de MnP encastrés dans une matrice de GaP

L'intégration de matériaux magnétiques dans des couches semi-conductrices permet d'envisager le développement de nouveaux dispositifs intégrés très performants. Dans ce contexte, les couches épitaxiales hétérogènes semi-conductrices/ferromagnétiques sont des matériaux très prometteurs. Ces couches sont constituées d'agrégats ferromagnétiques de tailles nanométriques encastrés dans une matrice d'un semi-conducteur III-V. Elles sont ferromagnétiques à la température de la pièce et possèdent plusieurs fonctionnalités magnétiques intéressantes (magnétorésistance géante, effets magnéto-optiques et des effets de polarisation des spins). Les études montrent que les fonctionnalités magnétiques dépendent fortement de la structure des agrégats, en particulier l'alliage, la taille, la densité, la distribution spatiale et la texture (i.e. distribution statistique de l'orientation cristalline des grains). Par conséquent, l'exploitation des fonctionnalités magnétiques des couches hétérogènes dans de futures applications nécessite une régulation des propriétés structurales des agrégats et une meilleure compréhension des mécanismes de croissance des agrégats. L'objectif général de la présente thèse est d'apporter une meilleure compréhension des mécanismes de croissance et de l'influence des paramètres de croissance sur les propriétés microstructurales des couches hétérogènes semi-conductrices/ferromagnétiques. Pour se faire, nous avons entrepris une étude détaillée des propriétés structurales de couches hétérogènes de GaP:MnP (agrégats de MnP encastrés dans une matrice épitaxiale de GaP) fabriquées par épitaxie en phase vapeur aux organométalliques (MOVPE). Nous avons séparé notre travail en trois objectifs spécifiques : (1) réaliser la croissance de couches hétérogènes épitaxiales de GaP:MnP; (2) Établir l'influence des paramètres de croissance sur la microstructure des agrégats et de la matrice; (3) Obtenir une caractérisation détaillée de la texture des agrégats en fonction des paramètres de croissance. Nous avons réalisé des couches hétérogènes de GaP:MnP épitaxiales, sans défauts et cohérentes avec le substrat à des températures de croissance de 650 °C. Les agrégats sont majoritairement de la phase MnP, fortement texturés, distribués uniformément dans la couche, de taille de 15 à 50 nm et occupent 3 à 8 % du volume. Nos mesures montrent qu'une diminution ou une augmentation de la température de croissance modifie la microstructure de la matrice. Lorsque la température de croissance est augmentée à 700 °C, la couche devient très rugueuse et