Nos tutelles

CNRS

Rechercher




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

Localisation par le désordre dans les composés III-N

par Rowe Alistair - publié le , mis à jour le

Dans les diodes électroluminescentes en nitrures, la zone active est constituée de puits quantiques en InGaN. Ces alliages ternaires présentent un désordre de composition intrinsèque. Dans ces composés, où les énergies de bandes interdites varient fortement avec la composition, le désordre d’alliage peut être à l’origine d’effets important de localisation ayant un impact fort sur le fonctionnement des dispositifs. On s’attend en particulier à ce que ces effets de localisation jouent un rôle dans la chute d’efficacité des LEDs à forte injection.

Contacts : Yves Lassailly ou Jacques Peretti

Nous abordons actuellement cette problématique à la fois sur le plan théorique et sur le plan expérimental. L’approche théorique est menée en collaboration avec l’équipe de Physique de l’Irrégularité. Cette approche est basée sur une description nouvelle et générale des phénomènes de localisation dans les systèmes désordonnés développée par Marcel Filoche qui permet de déterminer le paysage de localisation sans avoir à résoudre l’équation de Schrödinger dans le système désordonné. Cette méthode permet ainsi de modéliser des systèmes réels et de confronter les prédictions théoriques avec l’expérience.

(à gauche) Schéma de principe du microscope STL. (au centre) Représentation 3D d’une image 1000 nm x 1000 nm de l’intensité de cathodoluminescence d’une structure à puits quantique unique d’InGaN. (à droite) Variation du spectre de cathodoluminescence le long d’une ligne de balayage sur une distance de 500 nm.

En parallèle de ce travail théorique, nous avons développé une nouvelle expérience de microscopie de cathodoluminescence sous injection tunnel (STL) avec pour objectif une observation directe des effets de localisation induite par le désordre sur la recombinaison. Dans cette expérience, les électrons sont injectés par effet tunnel dans une hétérostructures III-N de type p comprenant un puits quantique d’InGaN à une certaine profondeur sous la surface de GaN. Les électrons transportés jusqu’au puits quantique sont capturés et se recombinent radiativement. La luminescence issue de cette recombinaison est détectée. Les images de cathodoluminescence obtenues ainsi montrent des fluctuations très importantes (sur plus d’un ordre de grandeur) de l’intensité lumineuse sur des échelles de quelques dizaines de nanomètres. L’interprétation de ces variations d’intensité n’est pas immédiate parce qu’elles peuvent mettre en jeu la contribution de l’injection à la surface et la contribution du transport depuis la surface jusqu’au puits. En revanche, les variations du spectre de cathodoluminescence en fonction de la position de la pointe sont directement liées au paysage des états électroniques dans le puits. Ces fluctuations interviennent sur des échelles qui sont compatibles avec ce que l’on peut attendre des effets de localisation induite par le désordre d’alliage. Ces résultats constituent une première mise en évidence directe d’électroluminescence localisée. Leur analyse dans le cadre de l’approche théorique que nous développons devrait permettre une avancée décisive dans le domaine.