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Référence : UPR10-MICPEF-018
Lieu de travail : VALBONNE
Date de publication : mardi 7 avril 2020
Nom du responsable scientifique : julien BRAULT et guillaume CASSABOIS
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2020
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel
Description du sujet de thèse
L’objectif principal de la thèse est de développer des couches d’AlN de haute qualité
structurale sur substrats saphir, en s’appuyant sur l’expertise du Centre de Recherche sur
l’Hétéro-Epitaxie et ses Applications (CRHEA), du Laboratoire Charles Coulomb (L2C) et
du partenaire industriel LUMILOG/Saint-Gobain sur les matériaux nitrures. On vise la
réalisation de prototypes de LEDs émettant dans l’UV-C (260 – 270 nm) avec des
efficacités pouvant aller jusqu’à 10 %, ce qui nous permettrait d’être à l’état de l’art. Il
s’agira d’optimiser le procédé pour obtenir des couches d’AlN avec une qualité structurale
à l’état de l’art (une densité de dislocations de l’ordre de 1.108 cm-2) et des surfaces lisses
avec une rugosité inférieure à 1 nm. Les couches obtenues seront ensuite caractérisées
afin d’évaluer leur potentiel pour lever un verrou majeur conduisant au faible rendement
actuel des composants pour l’UV et adresser plus particulièrement le marché des LEDs.
Pour ce faire, des zones actives à base de puits ou de boîtes quantiques AlGaN seront
fabriquées, dont les propriétés optiques seront évaluées en fonction de leur composition et
épaisseur. Un point fondamental concernant l’étude du rendement quantique interne des
boîtes et des puits quantiques sera mené. Cette thèse sera effectuée au CRHEA pour la
partie croissance et au L2C pour la partie spectroscopie et concernera : 1) l’épitaxie et les
recuits d’AlN, 2) la fabrication de zones actives à boîtes et puits quantiques AlGaN, 3) la
caractérisation structurale (SEM, AFM,TEM) et optique pour l’UV profond (PL, TRPL,
μ-PL). La phase finale du projet sera de concevoir et réaliser des prototypes de LEDs
UV-C.
Contexte de travail
Le Centre de Recherche pour l’Hétéro-Epitaxie et ses Applications (CRHEA – UPR10) est un laboratoire de recherche du CNRS spécialisé dans l’épitaxie des matériaux semi-conducteurs à grande bande interdite comme les matériaux nitrures d’éléments III (GaN, AlN), l’oxyde de zinc (ZnO), le carbure de silicium (SiC) et leur micro- et nanofabrication en salle blanche. Le CRHEA étudie également les matériaux 2D comme le graphène, ou le nitrure de bore.
Les grands domaines couverts par le CRHEA concernent la transition énergétique, les communications du futur, l’environnement et la santé. Le CRHEA effectue également des études fondamentales en nanosciences et en croissance cristalline.
Les matériaux à grande énergie de bande interdite sont des éléments clefs pour l’électronique de puissance, l’électronique à très haute fréquence, l’éclairage à base de LEDs et les nouvelles générations de micro-afficheurs. Les sources lasers fonctionnant dans le visible et dans l’Ultra-Violet réalisées au CRHEA ont des applications multiples pour l’éclairage, la biophotonique et pour la purification de l’eau. Le CRHEA développe également des composants dans le domaine THz, des circuits photoniques, des composants optiques avancés à base de métasurfaces, des applications en spintronique, des capteurs et s’implique dans le développement des technologies quantiques.
Le laboratoire dispose de huit réacteurs de croissance par épitaxie par jets moléculaires et de six réacteurs de croissance en phase vapeur. Il dispose également d’outils de caractérisation structurale des matériaux et une salle blanche pour la micro et nanofabrication.
le/la candidat (e) intègrera une équipe d’une quinzaine de membres dont 9 chercheurs et ingénieurs.
L’équipe Opto étudie les propriétés optiques et optoélectroniques des matériaux à base de nitrure de gallium (GaN) et d’oxyde de zinc (ZnO), qui sont élaborés par croissance épitaxiale par épitaxie en phase vapeur (EPV) et/ou par épitaxie sous jets moléculaires (EJM), et les développe dans des composants (LEDs, lasers, détecteurs…) en vue d’applications potentielles. En particulier, en s’appuyant sur les spécificités de ces techniques de croissance et des savoir-faire développés pour ces deux familles de matériaux, la possibilité de couplage (EPV-EJM et/ou GaN-ZnO) est au plan mondial un atout exceptionnel du CRHEA. Les principales activités développées concernent :
La réalisation de couches de GaN semipolaires pour des applications dans les dispositifs interbandes (LEDs) et intrabandes (photodétecteurs, détecteurs et lasers à cascade quantique)
Le développement de dispositifs nitrures émettant à grande longueur d’onde (dans le jaune et le rouge) et de diodes électroluminescentes blanches monolithiques
La fabrication de LEDs UV à base de boîtes quantiques AlGaN
L’hétéroépitaxie de GaN sur Si et la réalisation de d’hétérostructures ultra-minces (< 500 nm) en vue de la fabrication de micro-nano-composants (micro-disques, cristaux photoniques…)
L’homoépitaxie de ZnO et ses hétérostructures ZnMgO/ZnO pour la réalisation de dispositifs unipolaires (photodétecteurs, détecteurs et lasers à cascade quantique)
Le développement de composants LEDs dans la filière GaN /Si (ingénierie de contrainte, surfaces structurées de grande taille (8 pouces))
Optique non linéaire à base de matériaux AlGaN (guides optiques, cristaux photoniques, accord de phase modal…) pour applications UV
Contraintes et risques
Le/la candidat(e) aura une formation générale en physique et/ou en science des matériaux.
Il devra être motivé par la recherche expérimentale et faire preuve de curiosité,
dynamisme et qualités relationnelles. Une connaissance des semi-conducteurs ou des
techniques de caractérisations structurales et optiques serait un plus.
URL Courte :
https://bit.ly/39PzEZq
