Des matériaux de pointe pour des diodes de qualité supérieure

Avec l'ambition de réduire la consommation énergétique et une meilleure efficacité de conversion, l'éclairage à semi-conducteur a le potentiel de révolutionner l'industrie de l'éclairage. Les progrès effectués en termes d'efficacité de luminescence à courants élevés, avec une bonne couleur à un prix abordable, accélèreraient considérablement l'adoption de cette nouvelle technologie.

Le projet ALIGHT (AlGaInN materials on semi-polar templates for yellow emission in solid state lighting applications), financé par l'UE, étudie les matériaux pour ces sources lumineuses en développant des gabarits semi-polaires à grande échelle en utilisant des substrats de silicium et de saphir. Ces gabarits semi-polaires permettraient de réduire les champs électriques intégrés des diodes qui affectent leur stabilité chromatique et leur efficacité et offrent une plateforme de grande taille abordable pour le développement de couches de diodes. Le projet utilise également un matériau à base de nitrure de gallium et d'aluminium-indium (InAlGaN) pour les couches luminescentes, ciblant une émission de lumière bleue et jaune.

Un défi important est la configuration des plaquettes pour générer et fusionner les plaques semi-polaires sur le substrat de saphir structuré. Pour ce faire, les scientifiques évaluent l'impact des paramètres de développement et d'orientation de substrat par des mesures par rayons X, la luminescence et l'imagerie atomique. Les techniques d'épitaxie en phase vapeur aux organométalliques et aux hydrides (MOVPE et HVPE, respectivement) sont utilisées pour créer des couches sur les substrats. Le matériau luminescent est constitué de puits quantiques qui ont une très bonne efficacité optique et une pureté chromatique excellente.

Au cours de la première période du projet, les chercheurs ont effectué de grands progrès dans le domaine de développement de gabarits semi-polaires GaN en utilisant différentes approches.

Les partenaires du projet ont utilisé la technique HVPE pour recouvrir du GaN sur une couche de GaN développée par MOVPE qui avait été initialement préparée sur du saphir pré-structuré. Les couches d'InGaN ont ensuite été développées sur des gabarits de GaN semi-polaires avec différentes températures de croissance. Les structures d'InGaN semi-polaires avec différentes épaisseurs ont été optimisées, pour atteindre des rendements de conversion élevés dans les spectres de lumière jaune et bleue.

Arrêter de développer des dispositifs sur des substrats semi-polaires permet de résoudre les questions associées à la réduction de l'efficacité lumineuse. Le remplacement des technologies d'éclairage par de l'éclaire par semi-conducteurs à base de diodes d'InGaN devrait permettre une réduction de la consommation électrique de 5 %.