Augmentation de l'efficacité d'émission de micro-LEDs visibles et LEDs UV par optimisation de l'étape de passivation

par Corentin Le Maoult

Projet de thèse en Nano electronique et nano technologies

Sous la direction de Etienne Gheeraert et de David Vaufrey.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble) , en partenariat avec CEA/LETI (laboratoire) depuis le 23-04-2018 .


  • Résumé

    Le nitrure de gallium permet de réaliser des LED émettant dans le visible avec des puits quantiques en InGaN, qui servent pour les applications d'éclairage et dont le succès commercial n'est plus à démontrer. L'efficacité élevée des LED GaN émettant dans le visible encourage à les employer dans une nouvelle génération de micro-écrans composés de micro-LED. De plus, en introduisant de l'Aluminium dans le GaN, il est possible de décaler l'émission lumineuse jusque dans l'ultraviolet ce qui permettrait de réaliser des dispositifs de désinfection de l'air ou de l'eau sans utiliser des lampes à mercure. Ces deux types de LED, micro-LED visible et LED UV, souffrent d'une efficacité réduite pour des raisons différentes mais liées aux effets de bord sur les flancs des LED qu'il n'est plus possible de négliger. En effet, les recombinaisons non radiatives de surface induites, par exemple par le procédé de fabrication de la LED, ponctionnent une part du courant de porteurs injectés dans la LED dont on souhaiterait au contraire qu'il contribue exclusivement à l'émission de photons. Pour limiter ce phénomène parasite, il devient indispensable de passiver les flancs des LED par introduction d'une couche d'un matériau diélectrique. Le stagiaire M2 procèdera à des caractérisations de µLED visant à mettre en évidence l'importance de ces recombinaisons de surface non radiatives parasites, c'est-à-dire identifier leur signature électro-optique. Idéalement, le stagiaire complexifiera le modèle empirique ABC pour implémenter ces recombinaisons parasites. De préférence, ce stage se poursuivra par une thèse sur la même thématique mais avec l'objectif de proposer des procédés technologiques prévenant cet effet parasite limitant l'efficacité des LED. En conséquence, le thésard devra qualifier et quantifier les causes spécifiques de ces effets de bords et proposer une solution de passivation permettant d'atteindre des efficacités de LED compatibles avec les applications visées. Pour ce faire, l'étudiant intègrera le Laboratoire des Composants Emissifs (LCEM) du département Optoélectronique (DOPT) du CEA (Commissariat à l'Energie Atomique) de Grenoble (http://www.leti-cea.fr/cea-tech/leti) qui dispose d'importants moyens depuis la conception des LED jusqu'à la caractérisation. L'étudiant retenu devra disposer de compétences en optoélectronique et en physique des semi-conducteurs, de préférence en technologie des couches minces et présenter un intérêt pour la simulation et la caractérisation. Cette thèse sera financée par le CEA de Grenoble sous l'encadrement de David Vaufrey (CEA/LETI/DOPT) et François Martin (CEA/LETI/DTSi), sous la direction de Etienne Gheeraert (Institut Néel). Le poste est à pourvoir au plus tôt.

  • Titre traduit

    Increasing the emission efficiency of visible micro-LEDs and UV LEDs in optimizing the passivation process


  • Résumé

    Gallium nitride is a well-known semiconductor able to emit blue light with InGaN quantum wells and which is commonly used in lighting LED. Due to their high efficiency, GaN based LED arouses industrial interest who wish implement them in new generation micro displays. By introducing Aluminium in GaN semiconductor, the photon emission can be shifted in ultraviolet spectrum which open up the disinfection market, for air and water purification with free mercury UV light source. These two kind of applications, visible micro LED and UV LED, suffer from an efficiency lowering induced by different reasons but both related to surface states. Indeed, for small surface LED as micro-LED, since the ratio perimeter/surface of a micro LED is high, the current flowing on the LED sidewall becomes significantly equivalent to the current flowing in the LED bulk. Since surface non radiative recombination mainly occurs on LED sidewall, a great part of the total current flowing through the LED is wasted in non-radiative process, while, in contrary, we expect current leads to radiative recombinations. To prevent this parasitic phenomena, sidewall LED passivation is mandatory. The PhD student should first recognizes and analyses the effects and/or causes of theses surface states and second proposes passivation solution allowing to meet LED efficiency requirements for the 2 above-mentioned applications. The selected student will work at the « Laboratoire des Composants Emissifs » (LCEM) of CEA (Commissariat à l'Energie Atomique) at Grenoble in France.(http://www.leti-cea.fr/cea-tech/leti) which have major resources at its disposal from conception to characterization. The successful student will have competences for optoelectronics, semiconductor physics, thin film technology and might be relevant in modelling and characterization. This thesis is financed by a research grant awarded by the Grenoble CEA supervised by Pr. Etienne Gheeraret (Institut Néel). This vacant position should be staffed as soon as possible.