DS03 - Stimuler le renouveau industriel

Laser microdisque en (Al,Ga,In)-N injecté électriquement – MILAGAN

Résumé de soumission

MILAGaN vise à développer des lasers microdisques pompés électriquement à base de matériaux nitrures (Al,Ga,In)-N couvrant la gamme UV-visible. Plusieurs applications peuvent être envisagées: la purification/désinfection de l'eau et de l'air, la détection d’espèces chimiques et la fabrication de sources solides toujours plus efficaces pour l’éclairage. MILAGaN concentrera son attention sur l'éclairage, car c'est probablement un des enjeux les plus importants de ce siècle.
La part de l'éclairage à semiconducteurs augmente rapidement en raison de sa meilleure efficacité énergétique par rapport aux autres technologies et de ce fait, des économies d'énergie significatives sont attendues. La seule limitation freinant son adoption massive est le prix des diodes électroluminescentes (LED). Une solution consiste à réduire le nombre de LED dans la lampe et de les piloter à fort courant. Malheureusement, les LED à base de GaN ont une efficacité qui chute à fort courant, et perdent de ce fait une partie de leur intérêt énergétique. Cet effet est lié au processus d'émission spontanée et peut être largement supprimé en utilisant des sources d'émission stimulée, c'est-à-dire des lasers. Parmi les différentes géométries de laser, les microdisques conviennent parfaitement à cette application. En s’appuyant sur l’expertise du consortium sur le GaN-on-Si, l’idée du projet est de développer des lasers microdisques injectés électriquement émettant dans l’UV/bleu pour pomper des phosphores afin d’émettre une lumière blanche. La fabrication de réseaux de microdisques pilotés en parallèle permettra d’obtenir une puissance optique élevée. Les premiers prototypes permettront d’évaluer les problèmes potentiels liés à cette nouvelle technologie, tels que le coût des dispositifs, la gestion de la thermique, les pertes, la durée de vie et la robustesse. Mais l’objectif premier du projet et son principal défi consiste à fabriquer des lasers microdisques injectés électriquement. Le pompage optique a déjà été démontré dans ces microdisques, des facteurs de qualité élevés ont été mesurés et l’effet laser a été observé. La difficulté du projet consiste donc à reproduire ces caractéristiques mais cette fois en pompage électrique, ce qui est complètement nouveau et constitue un vrai défi. Le consortium regroupe 4 partenaires avec une expertise complémentaire en France et un partenaire à Hong Kong. Les partenaires français collaborent depuis longtemps dans ce domaine et ont une bonne expérience dans la fabrication des cristaux photoniques, des microdisques et des cavités planaires en matériaux nitrures. Cependant, manquant d'expérience dans les domaines des microdisques injectés électriquement et des sources de lumière blanche, l’expertise d’un partenaire localisé à Hong Kong (HKU) s’est avérée indispensable. HKU possède une solide expérience dans la mise en œuvre des luminophores pour les sources de lumière blanche et plus généralement dans l’injection électrique des nanocomposants. Grâce à cette expertise complémentaire, le projet propose de réaliser un procédé complet, qui va de l'épitaxie jusqu’au prototype avec le dépôt du phosphore. Il n’est cependant pas question, dans le cadre de ce projet, de démontrer que la technologie µdisques va concurrencer la technologie LED existante qui a connu deux décennies d'optimisation. L'objectif du projet est avant tout d'évaluer le potentiel des lasers µdisques pour l'éclairage à l'état solide et d'identifier les problèmes et les limites de cette technologie innovante. L'impact du projet sera renforcé par la nature internationale du projet, mais aussi par la force du réseau GaNeX dont tous les partenaires français sont membres. GaNeX soutient déjà le projet MILAGaN via l’attribution d’une thèse partagée C2N/INAC. En outre, la société Aledia et la startup EasyGaN, une jeune spin-off du CRHEA, toutes deux développant des technologies à base de matériaux nitrure sur silicium, sont intéressées par le projet.

Coordination du projet

Fabrice Semond (CRHEA)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

PHELIQS Photonique Electronique et Ingénierie Quantiques
L2C Laboratoire Charles Coulomb
HKU Department of electrical and electronic engineering
UPSUD/C2N Université Paris Sud - Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies
CRHEA

Aide de l'ANR 436 662 euros
Début et durée du projet scientifique : - 48 Mois

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