Epitaxie van der Waals de GaN sur graphène pour des applications en photonique

De par ses proprietes physiques remarquables, le GaN est un materiau tres attrayant pour la fabrication de composants photoniques. Sa synthese est en revanche tres complexe et reste un obstacle a son utilisation. L’heteroepitaxie est, pour l’heure, la technique de synthese la plus employee mais l’absence de substrats cristallins aux proprietes proches de celles du GaN conduit a l’elaboration de couches minces epitaxiees tres defectueuses. Bien que les dispositifs a base de GaN soient d’ores et deja fonctionnels, une augmentation de la qualite cristalline du materiau permettra une amelioration de leurs performances.L’epitaxie Van der Waals (VdW) est une alternative qui se differencie de l’epitaxie classique par la nature de l’interaction a l’interface entre substrat et materiau depose. Cette derniere n’est alors plus regie par des forces fortes (liaisons covalente, ionique, etc) mais par des forces faibles, de type VdW. L’heteroepitaxie VdW qui prone une interface de croissance compliante, apparait ainsi comme une methode de synthese alternative judicieuse pour l’amelioration de la qualite cristalline des couches epitaxiees. Ces travaux de these proposent d’explorer, en detail, la faisabilite de l’epitaxie VdW dans le cas particulier de la croissance de GaN sur graphene par EPVOM.L’utilisation d’un nouveau type de surface de tres basse energie pour supporter l’epitaxie du GaN necessite le developpement d’une nouvelle strategie de croissance. Dans ce travail, un procede en trois etapes a ete mis en place pour la germination du GaN sur le graphene. Les cristaux microniques qui en resultent presentent une qualite cristalline remarquable, sont entierement relaxes et adoptent une orientation cristallographique commune. Une relation d’epitaxie peut ainsi etre mise en place a travers une interface faible qui est alors une interface d’epitaxie compliante. La faisabilite et les atouts de l’epitaxie VdW de GaN sur graphene sont donc demontres experimentalement. Plus precisement, nous avons demontre le role du substrat sous-jacent au graphene dans larelation d’epitaxie. Son caractere polaire, en particulier, semble indispensable pour qu’une relation d’epitaxie a distance puisse exister a travers le graphene.Cette etude exploratoire a a la fois permis d’illustrer tout le potentiel de l’epitaxie VdW de materiaux 3D sur 2D, d’en identifier certaines limites mais aussi de demontrer les possibilites liees a la creation de nouvelles interfaces d’epitaxie 3D / 2D.