SIlicium Nanostructuré et Croissance Organisées de Nanofils pour l'Eclairage – SINCRONE

L?intérêt actuel pour les semiconducteurs à large bande interdite tient à leurs excellentes propriétés dans des domaines aussi variés que l?optoélectronique et la nanoélectronique. Toutefois, leur développement est parasité par la grande densité de défauts structuraux qui découle du manque de substrats adaptés à bas coût. Le problème de la qualité structurale peut être surmonté par une approche de type ?bottom-up? consistant en structures à nanofils présentant des propriétés structurales virtuellement parfaites. Cependant, l?état de l?art de la croissance des nanofils, soit une nucléation au hasard et les inhomogénéités de leur taille, est préjudiciable aux applications à grande échelle. Un défi à résoudre est donc celui de l?organisation des nanofils dans le plan. Pour cela, nous souhaitons combiner dans ce projet les excellentes propriétés des nanofils et des hétérostructures à base de nanofils avec l?utilisation de substrats nanostructurés permettant une croissance sélective (SAG) dans les ouvertures d?un masque et le contrôle de l?organisation dans le plan des nanostructures. Pour réaliser la croissance sélective à grande échelle, haute définition et grande vitesse, avec l?objectif in fine d?un bas coût, nous avons choisi pour la nanostructuration la technique de lithographie par Nanoimpression (NIL). De plus, l?utilisation spécifique du silicium comme base des substrats nanostructurés ouvrira la voie à l?optoélectronique intégrée ainsi qu?à l?utilisation des outils standard de la microélectronique. Nous nous intéresserons particulièrement au développement de la technique de nanostructuration par NIL de substrats de silicium flexible. Le projet SINCRONE a pour objectif d?appliquer la combinaison de briques élémentaires ci-dessus décrites à un concept prometteur et en rupture technologique de diode électroluminescente (LED) à base d?émetteurs à nanofils verticalement alignés, plus précisément à base de réseaux organisés de tels émetteurs. Ce concept permet potentiellement de surmonter les limitations des couches bidimensionnelles de GaN sur saphir utilisées dans l?approche industrielle actuelle de la fabrication des LEDs. Les LEDs à base de nanofils présentent l?avantage unique de pouvoir être épitaxiées sans défauts sur des substrats de silicium, avec un intérêt économique évident. En outre, un substrat fortement dopé permet d?envisager une injection de courant verticale et des procédés d?intégration plus simples. Le silicium présente également l?intérêt d?une meilleure conductivité thermique que celle du saphir. Bien que la croissance auto-organisée de nanofils ait été déjà démontrée, la non-uniformité intrinsèque de leur densité, de leur diamètre, de l?épaisseur et de la composition des puits quantiques insérés, conduit à des variations de longueur d?onde d?émission et d?émittance spatiale qui limitent le développement à grande échelle d?une technologie de LEDs à nanofils pour l?éclairage. Le projet SINCRONE rassemble les compétences complémentaires requises pour la production et la caractérisation complète de réseaux de nanostructures organisées: 1) Un fabriquant industriel de wafers de silicium capable de traiter les substrats en accord avec les spécifications du projet; 2) Un laboratoire de R&D technologique avec un savoir-faire dans la conception de dispositifs optoélectroniques incluant la simulation électromagnétique, la maîtrise du NIL comme outil générique de nanostructuration, et le développement d?une filière complète pour la fabrication de LEDs à nanofils GaN et ZnO 3) Un laboratoire de recherche fondamentale impliqué dans la croissance de nanofils de GaN par MBE et par MOCVD ainsi que dans l?étude optique de ces nanostructures