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Monocouches de GaN pour l’émission UV-profonde


English Web Page. Master pouvant se prolonger par une thèse.
Publié le 21 septembre 2020
Les semiconducteurs nitrures (GaN, AlN, InN) sont connus pour leurs propriétés exceptionnelles d'émission de lumière. Aujourd'hui, ces semiconducteurs sont utilisés pour l’éclairage (LED bleue et blanche) depuis 20 ans, grâce à l’utilisation de puits quantiques en InGaN qui émettent une lumière intense dans le bleu avec d’excellents rendements (>80%). Au contraire, les LED UV sont commercialisées depuis seulement quelques années et utilisent des puits quantiques en AlxGa1-xN donnant un très faible rendement (<10%). Ainsi, le nouveau défi des nitrures vise à produire des LED UV capables d’émettre jusque dans l’UV profond (280-220 nm) de manière efficace pour développer des applications bactéricides performantes (traitement de l’eau, Covid...).

Récemment, un nouveau concept vient d’émerger pour émettre de l’UV: une croissance de GaN de quelques monocouches atomiques. Ce confinement extrême du GaN permet: 1) une émission dans l’UV-profond (jusqu’à 220 nm !) et 2) des rendements d’émission très élevés grâce au comportement excitonique des paires électrons-trous jusqu’à température ambiante. Il est possible en utilisant la croissance MOCVD (metal-organic chemical vapor deposition) d’obtenir des conditions d’autolimitation qui permettent d’obtenir une seule monocouche de GaN [1]. Le projet vise à développer la croissance de monocouche de GaN sur des substrats d’AlN et ensuite sur des nanofils AlN avec l’objectif d’obtenir de l’émission dans l’UV profond avec des hauts rendements. L’équipe d’accueil travaille depuis plusieurs années sur l’émission visible et UV à partir de nanofils de GaN. De l’émission UV jusqu’à 280 nm a été obtenue avec des puits ultrafins de GaN (0,7 nm). Ainsi, nous souhaitons poursuivre nos efforts jusqu’à atteindre la monocouche atomique [2].


Le travail est essentiellement expérimental (épitaxie, caractérisations structurales et optiques avancées). Il sera réalisé en collaboration avec le LTM (laboratoire des Technologies de la microélectronique) pour la réalisation des nanostructures d’AlN par lithographie-gravure et avec l’Institut Néel pour la caractérisation optique par cathodoluminescence.

[1] Kobayashi et al., Adv. Optical Mater. 1900860 (2019)
[2] Grenier et al., accepted in Appl. Mater. Interfaces (2020)

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