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Mise en évidence de la localisation d’Anderson à l’échelle nanométrique induite par le désordre compositionnel dans les puits quantiques d’InGaN/GaN

par Anne-Marie - publié le

Les puits quantiques d’InGaN/GaN, qui composent les régions actives des LED à base de nitrures, présentent des spectres de luminescence larges. Cette émission est supposée résulter d’un élargissement inhomogène dû aux contributions de régions du matériau présentant des concentrations différentes en In. Les mesures de tomographie par sonde atomique ont démontré que les alliages ternaires d’InGaN présentent, en effet, un désordre de composition dû au positionnement aléatoire des atomes sur les sites cristallins. Les modèles prédisent que ce désordre de composition intrinsèque induit une localisation d’Anderson dans des régions de taille caractéristique quelques nm avec différentes énergies propres. Les effets de la localisation des porteurs sont supposés avoir un impact fort sur les propriétés des matériaux et les performances de dispositifs. Mais, jusqu’à présent, la localisation des porteurs induite par le désordre d’alliage n’a pas été démontrée.

Nous avons étudié l’électro-luminescence de structures à puits quantique unique d’InGaN/GaN par micro-spectroscopie d’électroluminescence sous injection par effet tunnel. Dans cette expérience, des porteurs sont localement injectés à partir d’une pointe de STM et le spectre de luminescence émis par leur recombinaison dans le puits quantique en fonction de la position de la pointe. Nous avons observé des fluctuations du spectre d’électro-luminescence à l’échelle de quelques nm, correspondant à l’échelle du désordre intrinsèque d’alliage, avec des pics d’émission étroits caractéristiques de l’émission d’états localisés uniques à température ambiante. Ces résultats constituent la première mise en évidence directe de la localisation d’Anderson par le désordre d’alliage dans les hétérostructures d’InGaN/GaN.

W. Hahn, J.-M. Lentali, P. Polovodov, N. Young, S. Nakamura, J. S. Speck, C. Weisbuch, M. Filoche, Y.-R. Wu, M. Piccardo, F. Maroun, L. Martinelli, Y. Lassailly, and J. Peretti, Physical Review B 98, 045305 (2018). DOI : 10.1103/PhysRevB.98.045305