Développement de nanostructures à base d'AlGaN pour la fabrication de composants émetteurs de lumière UV à pompage électronique

par Anjali Harikumar

Projet de thèse en Nanophysique

Sous la direction de Eva Monroy.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de Physique , en partenariat avec PHotonique, ELectronique et Ingéniérie QuantiqueS (laboratoire) depuis le 25-04-2019 .


  • Résumé

    Ce projet contribue au développement de lampes UV à haute brillance, sans mercure, 100% recyclables et très brillantes. La désinfection par rayons UV est généralement effectuée à l'aide de lampes à décharge contenant de grandes quantités de mercure, une substance hautement toxique strictement réglementée par les directives de l'UE. L'alternative actuellement explorée consiste en des diodes électroluminescentes UV (LED UV) basées sur des semi-conducteurs AlGaN. Cependant, après plus de 15 ans de R & D, la technologie des LED UV progresse très lentement et des études comparatives montrent qu'elle est encore loin de rivaliser avec la lampe au mercure. Les performances des LED UV restent limitées par deux problèmes majeurs: la forte énergie d'activation des dopants dans l'AlGaN et la longueur de diffusion des trous de ces matériaux, extrêmement inférieure à celle des électrons. Pour contourner les problèmes associés à la technologie UV LED, nous proposons de pomper une région active à base de nanostructures AlGaN avec un faisceau d'électrons. Dans une telle configuration, des électrons et des trous sont générés dans tout le milieu actif avec la même distribution spatiale, sans besoin de dopage ni de contacts électriques. Dans le cadre de ce projet, l'étudiant sera responsable de (i) la fabrication de nanofils à base d'AlGaN émettant dans les gammes UV-B et UV-C, (ii) de la structuration optique et structurelle, (iii) de la comparaison des résultats avec les résultats théoriques. calculs utilisant un logiciel commercial, et (iv) comparaison des performances de telles structures à nanofils avec des puits quantiques et des points quantiques (disponibles dans notre laboratoire). Le stagiaire sera formé à l'utilisation de l'épitaxie par jet moléculaire, de la microscopie électronique à balayage, de la photoluminescence, de la cathodoluminescence et de la modélisation de la structure électronique à l'aide du logiciel commercial Nextnano.

  • Titre traduit

    Development of AlGaN nanostructures for the fabrication of electron-pumpled UV emitters


  • Résumé

    This project is a contribution to the development of high-brightness, mercury-free, 100% recyclable and high-gloss UV lamps. UV disinfection is usually carried out using discharge lamps containing large quantities of mercury, a highly toxic substance strictly regulated by EU directives. The currently explored alternative consists of UV (LED UV) light emitting diodes based on AlGaN semiconductors. However, after more than 15 years of R&D, the UV LED technology is progressing very slowly, and comparative studies show that it is still far from rivaling the mercury lamp. The performance of UV LEDs remains limited by two major problems: the high activation energy of the dopants in the AlGaN and the diffusion length of the holes in these materials, extremely smaller than that of the electrons. To circumvent the problems associated to the UV LED technology, we propose to pump an active region based on AlGaN nanostructures with an electron beam. In such a configuration, electrons and holes are generated throughout the active medium with the same spatial distribution, without the need for doping or electrical contacts. Within this project, the master student will be in charge of (i) fabrication of AlGaN-based nanowires emitting in the UV-B and UV-C ranges, (ii) structural and optical charterization, (iii) comparison of the results with theoretical calculations using a commercial software, and (iv) comparison of the performance of such nanowire structures with quantum wells and quantum dots (available in our laboratory). The strudent will be trained in the use of molecular-beam epitaxy, scanning electron microscopy, photoluminescence, cathodoluminescence and modeling of the electronic structure using the Nextnano commercial software.