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Accueil > Groupes scientifiques > Groupe Electrons Photons Surfaces > Transport et recombinaison dans les nitrures semi-conducteurs

Spectroscopie du transport électronique dans les LEDs en GaN

par Rowe Alistair - publié le

L’invention des diodes électro-luminescentes à base de GaN (LEDs blanches) a été récompensée par le Prix Nobel de physique en 2014 pour l’impact de ces dispositifs dans le domaine de l’éclairage. Si les LEDs ont effectivement fait leur apparition dans de nombreux objets du quotidien, leurs performances restent encore insuffisantes pour permettre d’atteindre les objectifs visés en termes d’économie d’énergie. Ceci est dû à la chute d’efficacité de ces dispositifs en régime de forte injection. Ce phénomène appelé « droop » est étudié depuis plus de 15 ans mais son origine est encore discutée.

Contacts : Jacques Peretti ou Lucio Martinelli

Différents mécanismes sont proposés pour expliquer la fuite des porteurs de la zone active (puits quantiques) à forte densité de porteur, en particulier des mécanismes de recombinaison Auger qui sont connus pour limiter les performances d’autres dispositifs optoélectroniques (lasers, cellule solaire…). Nous avons récemment abordé ce problème en collaboration avec l’équipe de J. Speck au Département des Matériaux de l’Université de Californie de Santa Barbara (UCSB). Notre approche, tout à fait originale, est basée sur des techniques de spectroscopie électronique à très basse énergie que nous avons développées au laboratoire pour l’étude des photocathodes semi-conductrices en affinité négative. Ces techniques nous ont permis de mesurer le spectre des électrons émis par une LED en GaN sous injection électrique des porteurs, c’est-à-dire ne condition de fonctionnement. Nous avons ainsi mis en évidence une contribution significative d’électrons énergétiques à forte densité de courant injecté (Figure 4). L’origine de ce pic d’électrons énergétiques peut être attribuée à un processus Auger dans les puits quantiques.

Spectre d’électro-émission d’une LED en GaN pour différentes valeurs du courant injecté dans la jonction. L’énergie des électrons est repérée par rapport au niveau du vide de la surface activée du GaN-p dont le travail de sortie vaut 2.2 eV.