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L’objectif premier de MILAGaN est de développer des lasers microdisques injectés électriquement dans la filière des matériaux nitrures pour
couvrir la gamme UV-visible. Avec ces objets, l’objectif à plus long terme est d’améliorer le rendement énergétique des sources d’éclairage,
en remplaçant les diodes électroluminescentes (DELs) par des lasers.
Des microdisques nitrures ont été fabriqués depuis plus de 10 ans, en particulier par les membres du consortium, et ont démontré des propriétés
remarquables en termes de facteur de qualité Q, de plusieurs milliers dans le proche UV. Des effets lasers ont également été obtenus dans le
proche UV et le visible par notre consortium. Mais tout cela fut obtenu par pompage optique, et il faut désormais le réaliser par pompage
électrique, ce qui est beaucoup plus difficile d’un point de vu technologique. Il faut en effet établir des contacts électriques sur les
microdisques, sans trop affecter le facteur Q, conserver un seuil laser bas, et arriver à concentrer le courant dans la périphérie du disque
où se trouve le mode optique de galerie. La forme même du disque rend cette tâche difficile mais des solutions existent et nous proposons deux
approches, détaillées dans la rubrique suivante. Le consortium possède une solide expérience dans la filière de matériaux GaN-on-Si. Il se trouve
que cette filière doit permettre à terme de réaliser des composants à bas coûts ce qui s’inscrit parfaitement dans l’évolution actuelle de la
technologie des sources solides pour l’éclairage. C’est donc tout naturellement que le projet propose de relever le défi du GaN-on-Si d’autant
plus que deux startups françaises, Aledia et EasyGaN, utilisent la technologie GaN-on-Si et sont donc particulièrement intéressées par les
résultats attendus de MILAGaN.
Pour réaliser des premiers prototypes de sources solides à base de lasers pour l’éclairage, l’autre défi est de coupler l’émission radiale des
disques, i.e. dans le plan, à des phosphores, sans trop affecter le facteur Q et le seuil, mais avec une absorption suffisante
pour qu’une fraction notable du bleu soit convertie en jaune et que la résultante apparaisse blanche. Actuellement, les sources les plus efficaces
pour l’éclairage sont les LEDs à base de nitrures d’élément III (AlGaInN) qui fournissent 150 lm/W pour les produits commerciaux, et jusqu’à 300
lm/W pour un prototype. Ceci est à comparer aux 80 lm/W des ampoules fluo-compactes et 16 lm/W des ampoules à incandescence. Cependant, cette
efficacité n’est obtenue qu’à basse densité de courant (10 A/cm2), et elle se réduit d’un facteur 1.5 à 100 A/cm2. L’origine de ce phénomène,
communément appelé « droop », fait encore l’objet de discussions acharnées, mais l’effet Auger semble en être la cause première, ce qui le rend
intrinsèque. La conséquence pratique est que, pour fabriquer une lampe de forte efficacité, il faut utiliser un grand nombre de LEDs en parallèle,
chacune parcourue par un courant faible. Le résultat est un coût de fabrication élevé, ce qui freine l’adoption de ces lampes pourtant très
intéressantes pour réduire la facture énergétique. L’effet Auger augmentant avec la densité de porteurs, il faut limiter cette dernière. Une
méthode consiste à augmenter le taux radiatif par émission stimulée, pour qu’il reste toujours plus grand que le taux non radiatif (Auger
notamment). C’est le cas dans un laser où la densité de porteurs dans la zone active est constante au-dessus du seuil. Encore faut-il que ce
seuil soit assez faible pour le laser puisse être utilisé le plus haut possible au-dessus du seuil, à son efficacité maximale. C’est cette
dernière considération qui fait préférer les lasers à micro-disques, en raison de leur grand facteur beta et faible seuil.
