Thèse soutenue le 04 juin 2020 pour obtenir le grade de docteur de la Communauté Université Grenoble Alpes - Spécialité : Nanophysique

Résumé :
Les hétérostructures planaires à base de puits quantiques InGaN/GaN sont désormais largement utilisées dans les diodes électroluminescentes (LED). Les LED bleues et les LED blanches à phosphores sont largement commercialisées avec des rendements d’émission de lumière très élevés. Néanmoins, il reste encore des problèmes à résoudre avec ce type de dispositifs : l’émission à plus grande longueur d'onde (rouge) avec de bonnes efficacités, le problème du la chute du rendement à forte puissance (« droop efficiency ») et l’amélioration de l’extraction de la lumière. Ce travail de thèse présente l'utilisation de fils GaN ayant une hétérostructure radiale InGaN/GaN qui peut s’avérer un choix intéressant pour le développement de nouvelles LED visibles grâce à plusieurs avantages-clés : un encombrement réduit, un rapport d'aspect élevé et une grande qualité cristalline avec de faible densité de défauts. Les fils permettent également de fabriquer des LED flexibles intéressantes pour de nouvelles applications comme les écrans enroulables, les dispositifs médicaux de petite taille et flexibles, etc. Ce travail est consacré à une étude complète qui part de la croissance auto-assemblée de fils à hétérostructures InGaN/GaN radiale plan-m par la méthode d’épitaxie en phase vapeur d’organiques métalliques, jusqu’à l’intégration des fils dans des dispositifs flexibles, en étudiant en particulier des hétérostructures émettant dans le vert. L'influence d'une sous-couche InGaN et d'un espaceur GaN est spécifiquement étudiée pour améliorer l'efficacité d’émission d'un puits quantique (PQ) unique émettant dans le bleu. On constate que la présence de l’espaceur GaN est nécessaire pour obtenir une émission efficace du PQ dans le plan-m des fils de GaN, alors qu'aucun changement n'est observé en ajoutant une sous-couche d’InGaN. De plus, des LED flexibles avec différentes longueurs d'onde telles que l'émission bleue, verte et bicolore ont été réalisées en ajustant la teneur en indium à l'intérieur des hétérostructures à puits quantiques InGaN/GaN. Cette étude approfondie corrèlent les propriétés structurelles, optiques et électriques. L'utilisation de la croissance sélective est également abordée pour essayer d’améliorer les performances des LED flexibles à nanofils mais la maitrise de la reproductibilité reste difficile à contrôler. Pour obtenir un dispositif LED flexible émettant une lumière blanche, une étude d'optimisation des phosphores combinés à la LED bleue a également été réalisée.

Jury :
Président : Dr Thierry Baron
Rapporteur : Pr Peter James Parbrook
Rapporteur : Pr Jean-Paul Salvestrini
Examinatrice : Pr Agnès Trassoudaine
Examinatrice : Dr Maria Tchernycheva
Examinateur : Dr Benjamin Damilano
Directeur de thèse : Joël Eymery
Co-directeur de thèse : Christophe Durand

Mots clés :
InGaN/GaN, dispositifs flexibles, phosphores

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