Développement de nouvelles structures de μDELs UV à effet de champ

New field effect UV μLEDs development

• Auteur / Autrice : Jean Rottner
• Direction : Léa Di Cioccio, Helge Haas, Christophe Largeron
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique appliquée
• Date : Soutenance le 21/09/2020
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électronique et de technologie de l'information (Grenoble ; 1967-....)
• Jury : Président / Présidente : Julien Pernot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Maria Tchernycheva
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Georges Brémond, Julien Brault

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transistors à effet de champ

Diodes électroluminescentes

Mots clés libres

Effet de champ

Uv

Del

Field effect

Uv

Led

Résumé

L’UV profond a un pouvoir germicide, utilisé notamment dans des centres de purification de l’eau via l’emploi de lampes à mercure. L’utilisation du mercure est cependant de plus en plus controversée et en voie d’être complètement interdite. De nouveaux systèmes de désinfection sont à l’étude tels que les DELs-UV (diode électroluminescente émettant dans l’ultraviolet). Pour créer une DEL émettant à une longueur d’onde proche de 265 nm, où le pouvoir germicide est optimal, il faut utiliser un matériau ternaire l’AlxGa1−xN avec une forte concentration d’aluminium. Ce matériau est aujourd’hui peu maitrisé, et particulièrement compliqué à doper de type p.Afin de contourner ce problème de dopage, une structure novatrice de DEL-UV, utilisant une grille pour faciliter l’insertion des trous dans la zone active, a été imaginée : la DEL à effet de champ. Dans ce travail de thèse nous analysons et réalisons ce composant. Des simulations ont permis de mettre en évidence l’intérêt d’une telle DEL vis à vis d’une DEL standard, avec entre autre une évolution surprenante du rendement WPE (Wall Plug Efficiency). Suite à des simulations testant la robustesse du dispositif, il est apparu qu’une telle technologie nécessite que la gravure de la mesa n’endommage pas la surface latérale de cette dernière. C’est pourquoi une étude croisant différents outils de caractérisation tels que le TEM, la sonde tomographique atomique, la spectroscopie Auger, ou encore la cathodoluminescence a été réalisée. Un test électrique a été mis au point afin d’identifier la nature des défauts de gravure et de les limiter.Ce travail a permis d’identifier un procédé de gravure peu endommageant et des DELs à effet de champ ont été réalisées. Des caractérisations électro-optiques de ces composants ont été menées afin de mettre en évidence l’impact de la grille sur l’électroluminescence.

The deep-UV, a strong germicide, is used in particular in water purification centers employing mercury lamps. Nonetheless, the use of mercury is increasingly controversial and may be banned in the next years. Therefore, new deep-UV emitters are being considered, such as deep-UV LEDs (Light Emitting Diodes). In order to create a LED emitting at a wavelength close to 265nm, where the germicide effect is optimal, a ternary material is used : the AlxGa1-xN, with a high aluminium concentration. However, this material is not mastered yet, and p-doping it is very complicated.To avoid this doping issue, an innovative UV-LED structure has been imagined : the field effect LED, using a gate to ease the insertion of holes in the active area. In this thesis work, this component is analysed and developed. Simulations highlighted the relevance of such a LED compared to a standard DEL, with a surprising evolution of the WPE (Wall Plug Efficiency).Simulations testing the robustness of the experimental device brought to light the fact that such a technology requires the mesa’s side surface not to be damaged by the laser engraving. Hence, a survey studying multiple characterisation tools such as MET, atom probe, Auger spectroscopy or even cathodoluminescence has been realised. An electrical test was developed in order to identify the nature of the etching defects, and limit them.This work identified low damaging etching process, and field effect LED were developed. Electro-optical characterisations of these components were made, in order to enlighten the impact of the gate on the electroluminescence.