​​De nouvelles diodes électroluminescentes (LED) capables d’émettre dans l’UV sont commercialisées depuis seulement quelques années et sont employées pour diverses applications, comme la fluorescence, la polymérisation, la catalyse, le traitement des maladies de peau ou encore la désinfection UV. Les chercheurs de Pheliqs ont récemment réussi à miniaturiser ce type de LED à l’échelle du micromètre pour réaliser une microLED-UV, sous la forme d’un nanofil d’un diamètre 100 fois plus petit d’un cheveu. Ce nouveau dispositif ouvre la voie à de nouvelles applications, comme des écrans à pixel UV pour la détection biologique et la photolithographie à la demande ou la réalisation de LED-UV flexibles.
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Les chercheurs, en collaboration avec​ l’Institut Néel, ont développé une approche alternative à nanofils pour réaliser des microLED UV. Cette approche « nanofils » a l’avantage de limiter drastiquement l’impact des dislocations présentes dans le matériau, d’augmenter la surface émissive UV et d’améliorer l’extraction de la lumière UV. A partir d’un nanofil de GaN, la structure de LED-UV intégrant une source UV insérée dans une diode en AlGaN (jonction p-n) est synthétisée par épitaxie en géométrie cœur/coquille. Deux types de structures actives capables d’émettre dans l’UV-B ont été réalisées avec succès : (1) des puits quantiques de GaN d’une épaisseur de seulement 0,7 nm, c’est à dire 3-4 plans atomiques (monocouches) de GaN, ou (2) un super-réseau GaN/AlGaN pour moduler la composition du cristal à l'échelle de seulement 2 monocouches d’épaisseur (appelé alliage digital). Pour ces deux structures actives, un contact électrique a été établi à l'échelle du nanofil unique pour réaliser des microLED. En appliquant une tension électrique, on obtient alors une émission intense dans l’UV-B à 310 nm !

Dans le domaine des semiconducteurs, ces travaux pionniers sur le développement de LED-UV miniaturisées à nanofil cœur-coquille représentent un progrès significatif dans le monde des sources de lumière UV et de la nanophotonique. Aujourd'hui, les chercheurs de l'IRIG ont pour objectif de concevoir des LED UV-C à nanofils et espèrent fabriquer des LED UV flexibles sur de grandes surfaces à partir d’un ensemble de ces nanofils. Les tout premiers résultats sur les LED UV flexibles semblent particulièrement prometteurs et seront bientôt présentés lors de la 14e conférence ICNS.

Figure : (a) Image TEM d’un nanofil avec une structure LED UV en cœur-coquille. (b) Image TEM de la zone active UV composée d’un super-réseau GaN/AlGaN (D.A. pour digital Alloys), où chaque couche est d’une épaisseur de 2 monocouches atomiques. (c) Emission à 310 nm de la LED-UV à nanofils polarisée entre 10 et 16 V.