Théorie et modélisation des processus critiques dans les diodes émettrices de lumière à base de nitrures – CRIPRONI

Le projet CRIPRONI a pour objectif la conception et la réalisation d’un nouvel outil de modélisation de diodes émettrices de lumière (DEL) à base de nitrures semiconducteurs, en tenant compte pour la première fois du désordre intrinsèque présent dans les alliages de nitrures.
Il existe dans la communauté scientifique une conviction de plus en plus forte que le désordre régit une large partie des propriétés optiques et électroniques de ces émetteurs. La modélisation des processus de transport et de génération de lumière représente cependant un défi théorique et numérique majeur, tout comme la validation du modèle à partir de données expérimentales. L’enjeu du projet est très important : une utilisation systématique des ampoules DEL pourrait permettre de réduire de moitié la consommation due à l’éclairage, qui représente le 20% de la consommation totale d’électricité. La diffusion des ampoules à DEL est cependant ralentie en raison de leur coût élevé dû à la nécessité de les utiliser à faible courant pour bénéficier d’un rendement lumineux élevé. Les perspectives de développement des systèmes d’éclairage à l'état solide envisagent un accroissementdu courant de fonctionnement d’un facteur 10, ce qui permettrait de baisser leur coût dans une proportion similaire, tout en améliorant leur rendement lumineux en réduisant le phénomène de la chute (non thermique) du rendement interne, plus connue sous le nom de « droop ».
Les outils de modélisation développés dans le projet CRIPRONI nous permettront de concevoir des DEL ayants des meilleures performances, grâce à la meilleure description des processus de fonctionnement des dispositifs réels. Le projet CRIPRONI a ainsi pour objectif de fournir les outils mathématiques et physiques qui permettront d’inclure dans des outils de simulation 3D de dispositifs électroniques les effets associés à la localisation des porteurs induite par le désordre. Ceci s’effectuera en associant la résolution de l’équation de Schrödinger en présence de désordre à des modèles de dérive-diffusion, des algorithmes Poisson-transport auto-cohérents et des simulations Monte Carlo. Les processus fondamentaux à l’œuvre au sein des DELs, comme les divers types de recombinaison, le transport tunnel des porteurs à travers des interfaces multiples, la localisation et la distribution des porteurs dans des matériaux désordonnés, seront évalués de manière quantitative. L’ambition est donc bien de constituer un outil unique et évolué, indispensable à la conception des DELs du futur, leur permettant de fonctionner aux limites dictées par la physique et les matériaux tout en réduisant leur coût.