Développement d’une Filière de substrats ZnO pour l’éclairage à l’état solide. – DéFiZnO

De façon à dépasser les limites actuelles d?ordre technique et de coût de la filière de LEDs à base de GaN pour les applications d?éclairage à l?état solide, nous proposons un programme de recherche de type industriel basé sur une approche de rupture et un matériau alternatif. Le matériau ZnO est reconnu pour avoir des propriétés très prometteuses pour l?application LEDs UV, mais son développement est très ralenti en raison des difficultés à obtenir un dopage stable de type p. De plus, les hétérostructures à puits quantiques ZnO sont déposées sur des substrats désaccordés en paramètre de maille, ce qui entraîne la présence de nombreux défauts dans les couches actives : ceci limite l?efficacité radiative des dispositifs électroluminescents envisagés et rend tout dopage difficile et spatialement inhomogène. Cependant, contrairement à GaN, ZnO possède l?avantage très important d?être disponible sous forme de matériau massif, même si ceci est encore embryonnaire au niveau industriel. Ce matériau massif est d?autre part très pur et de très bonne qualité structurale. L?existence de ce matériau massif ZnO ouvre de nombreuses perspectives: ceci permet d?envisager la réalisation, par homoépitaxie, de structures émissives sans défauts et devrait grandement faciliter le dopage p dont on sait qu?il est négativement affecté par la présence de défauts étendus. Les hétérostructures à puits quantiques ZnO déposées sur des substrats ZnO suffisamment dopés, seront non seulement exemptes de défauts, mais permettront de réaliser des diodes UV intégrées verticalement, qui ne sont pas disponibles dans la filière GaN. La réalisation de diodes UV associées à des phosphores adéquats permettra d?obtenir de meilleurs coefficients colorimétriques que par la filière actuelle. Finalement, la croissance de structures à puits quantiques, si elle est réalisée sur des surfaces non-polaires en homoépitaxie, permettra d?éliminer les problèmes associés aux champs internes qui limitent fortement l?efficacité radiative. Dans ce sens, et pour exploiter les avantages encore potentiels associés à l?homoépitaxie de structures à base de ZnO, le programme que nous présentons sera focalisé sur les points suivants : ? Le développement d?une méthode de croissance - et d?une machine compatible avec un développement industriel ultérieur ? pour des cristaux de ZnO afin d? obtenir des cristaux de grande dimension, de très bonne qualité structurale, et st?chiométriques, pour apporter une réponse à la faible disponibilité de cristaux de ZnO, en termes de taille, de pureté, d?orientations (polaires et non polaires) et de dopage. ? L?obtention de substrats de ZnO dits « epiready » dans des directions polaires et non polaires de façon à traiter les problèmes de contamination de surface et de zones écrouies sous la surface qui, jusqu?à présent, ont limité les propriétés des couches épitaxiales et n?ont pas permis de tirer entièrement parti de l?homoépitaxie. ? Le développement des procédés de croissance homoépitaxiale basse température sur de tels substrats - polaires et non polaires - qui déboucheront sur la réalisation de couches sans défauts, avec donc un dopage p facilité, ouvrant ainsi la voie à la démonstration de LEDs proche UV efficaces et intégrées verticalement Le consortium mis en place est constitué de deux laboratoires publics avec une expertise reconnue dans les domaines respectifs de la croissance de matériaux massifs et de l?épitaxie, ainsi que trois PME privées, dont la première est mondialement reconnue dans le domaine de la croissance cristalline, la deuxième est un producteur internationalement reconnu de machines d?épitaxie et l?autre est spécialisée dans le domaine du conditionnement de substrats pour l?épitaxie. Ce projet concerne donc la première et indispensable étape vers la réalisation d?une technologie de rupture et bas-coût, pour une deuxième génération de diodes UV à base de ZnO pour les applications liées à l?éclairage.