Un vert que l'on peut envier

Sous sa forme cristalline, le nitrure de gallium (GaN) est un semi-conducteur qui dispose de propriétés optoélectroniques uniques qui ouvrent la voie à la fabrication de lasers verts. Elles ont conduit à des composants en nitrure de gallium indium (InGaN), qui émettent dans le vert (longueurs d'onde de 510 à 570 nm). Cependant et en dépit de récents progrès, il est encore très difficile de fabriquer des diodes laser de haute qualité en InGaN.

Les scientifiques du projet SINOPLE, financé par l'UE, se sont attaqués aux causes techniques des difficultés. L'équipe s'est intéressée à l'épitaxie par faisceau moléculaire pour déposer des couches actives d'InGaN riches en indium, sur des monocristaux de GaN quasiment exempts de dislocations. Jusqu'ici, cette technique n'avait pas été utilisée pour intégrer une concentration élevée d'indium (requise pour émettre dans le vert), et il n'existait pas de connaissances détaillées sur les structures hétérogènes de GaN et InGaN riches en indium.

En appliquant cette méthode, les chercheurs ont obtenu la croissance épitaxiale d'InGaN avec un taux d'indium élevé (jusqu'à 20%), sur divers substrats. Ils ont aussi réussi à exploiter l'InGaN sur de l'oxyde de zinc. En cours de route, l'équipe a aussi inventé une méthode très sensible utilisant le microscope électronique pour caractériser les fluctuations d'indium avec une exactitude sans précédent.

Les chercheurs ont fabriqué divers lasers dans l'ultraviolet, le bleu et le vert. Leur nouveau système d'épitaxie par faisceau moléculaire a facilité la croissance de couches d'InGaN de plus haute qualité, et conduit à un record en matière de diodes lasers au nitrure et à pompage électrique, avec une émission à 482 nm.

L'équipe a aussi fabriqué des diodes laser 60 mW qui émettent en continu à 450 nm, avec une durée de vie dépassant les 5 000 heures. Ces résultats montrent que l'épitaxie par faisceau moléculaire peut concurrencer la méthode classique de dépôt organométallique chimique en phase vapeur (MOCVD). En outre, elle apporte une souplesse dans la température de traitement et les substrats qui est inaccessible à la MOCVD.

Le projet SINOPLE a notablement fait progresser la production de lasers verts à LED, améliorant le rendement, la puissance et la durée de vie. Les utilisations potentielles sont très nombreuses: depuis les écrans d'affichage et les téléviseurs jusqu'à la biomédecine, nous sommes au bord d'une nouveauté révélatrice.