Après un master spécialisé en nanosciences et nanotechnologies, Lou Denaix effectue ensuite un doctorat au CEA-Leti, rattaché à L'Université Grenoble Alpes. En parallèle de ses études, elle excelle dans la course d'orientation à VTT, participant régulièrement aux championnats du monde et compétitions internationales, où elle a décroché plusieurs podiums. Ses recherches portent sur l'amélioration de la fabrication des LEDs émettant dans l'ultraviolet (UV) et dans le visible à base de
matériaux semi-conducteurs III-N : Nitrure d'aluminium (AlN), Nitrure de Gallium (GaN), Nitrure d'Indium (InN) et alliages de ces matériaux. Cette technologie a de nombreuses applications, notamment dans la stérilisation médicale, alimentaire et la purification de l'eau pour l'UV.
Une des contraintes majeures de l'utilisation des matériaux semi-conducteurs III-N est liée à la présence d'importants champs électriques internes, qui limitent l'efficacité quantique des LEDs. Cette contrainte peut diminuer le rendement. Il est donc important d'avoir des méthodes pour gérer ces champs électriques et une technique pour les caractériser. La méthode proposée ici est d'utiliser le delta-dopage pour réduire les effets des champs de polarisation, voire d'inverser localement le champ électrique. Pour caractériser l'effet du dopage sur les champs électrostatiques, Lou utilise une technique de caractérisation peu commune : l'holographie électronique, effectuée dans un microscope électronique en transmission (TEM).
Le plus grand défi pour Lou fut de maîtriser la manipulation TEM et de reproduire les résultats observés de delta-dopage pour contrôler de manière fine, le champ électrique dans les semi-conducteurs nitrures du groupe III.
« Présenter mes recherches à Fukuoka, au Japon, a été une expérience enrichissante à plusieurs niveaux. Mais l'un des moments forts de ce voyage a été sans aucun doute la rencontre fortuite avec un samouraï au sein de la conférence ».
Frédéric Barbier est titulaire d'un diplôme en mesures physiques. Il a réalisé un an d'études en histoire de l'art afin de faire le lien entre art et physique, ce qui lui a permis d'analyser une partie de la grotte de Lascaux au synchrotron (ESRF) à Grenoble.
Après quelques années dans l'industrie, il rejoint le CEA-Liten à l'INES, puis le CEA-Leti afin de travailler sur la production de microLEDs émettant dans le rouge. Un défi dans le domaine des micro displays aujourd'hui intégrés dans la plupart des dispositifs embarqués et de la réalité augmentée.
Les éléments constitutifs de ces microdisplays sont des microLEDs réalisées par épitaxie MOCVD à base de nitrure de gallium (GaN). L'empilement des matériaux InGaN/GaN ou InGaN/InGaN, composant la zone active de ces LEDs, permet une émission de lumière grâce à une stimulation électrique.
Afin de réaliser des pixels de différentes couleurs (RGB), la concentration en Indium de la zone active doit être adaptée. L'efficacité de LEDs bleues et vertes est aujourd'hui suffisante, du fait de leur faible concentration en Indium, et peuvent être utilisées pour l'émission native de ces dispositifs.
La production de lumière rouge pure représente quant à elle, un plus grand défi. Afin d'obtenir une émission lumineuse d'environ 630 nm, une très forte concentration en indium est nécessaire, ce qui engendre une forte dégradation du matériau et donc réduit l'efficacité de ce type de LED. En effet, la différence des paramètres de maille du GaN et de l'InGaN engendre de nombreux défauts lors de l'épitaxie et une limitation de la concentration en Indium dans la zone active de la LED.
Pour pallier ce problème, Frédéric et son équipe ont élaboré un nouveau substrat d'InGaN relaxé, réalisé via une micro structuration d'une couche d'InGaN planaire (2D) préalablement épitaxiée sur GaN lui-même sur [NK1] un substrat saphir. Cette structuration en îlots d'InGaN permet une relaxation de ce matériau et donc une plus grande compatibilité à l'incorporation d'Indium dans la zone active.
Un des défis de ces micro structurations était leur caractérisation à température ambiante et d'anticiper leur comportement à haute température, lors de l'épitaxie de la zone active de la LED.
La caractérisation de ces îlots en température jusqu'à 700 °C a révélé un second phénomène de relaxation survenant lors de leur recuit. Le prochain défi est donc de mieux comprendre ce phénomène ainsi que sa répartition au sein de ces ilots. La même étude est également en cours pour les micro-LEDs réalisées sur un substrat silicium.
Participer à cette conférence spécialisée dans les nitrures et présenter les résultats de mon équipe a été en soit une expérience pour moi. Nos matériaux étant novateurs, pouvoir échanger autour de nos résultats au sein de la confrérie des nitrures a été très enrichissant !
Résultats et suite
Tandis que Lou continue d'enrichir la compréhension sur les propriétés électrostatiques des III-N et l'utilisation du delta dopage pour en faciliter sa reproductibilité, Frédéric souhaite pouvoir améliorer l'efficacité de ses LEDs rouges.
Remerciements
Florian Castioni, Matthew Bryan, David Cooper, Eva Monroe, Jing LI