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Nous proposons de développer des microdisques selon deux voies. La première consiste à épitaxier des couches minces de nitrure
sur silicium, et d’utiliser la grande sélectivité de gravure entre GaN et Si pour faire une sous-gravure et obtenir des disques
reposant sur un pied Si. Ceci a déjà été démontré par notre consortium. La difficulté ici sera de réaliser des structures à puits
quantiques InGaN de grande qualité où les recombinaisons radiatives dominent à température ambiante. Ceci est un défi car le disque
doit être mono-mode transverse à la longueur d’onde d’émission, ce qui correspond à une épaisseur de matériau épitaxié de 150-200 nm.
Or, pour les nitrures épitaxiés sur un substrat différent, la qualité cristallographique s’améliore avec l’épaisseur du matériau et
par conséquent, il est difficile d’obtenir du bon GaN avec des couches aussi fines sur Si. Notre consortium a néanmoins déjà démontré
ce point, et il faut maintenant reproduire les résultats sur des structures pour l’injection électrique. L’autre voie consiste à utiliser
des couches de nitrures épaisses, et donc de meilleure qualité cristallographique (c’est-à-dire significativement moins de dislocations),
et de fabriquer le disque dans la partie supérieure par une méthode de sous gravure. La difficulté passe donc de la croissance dans la
première voie, à la technologie de gravure dans la seconde voie. Durant cette phase, les études (luminescence ou gain stimulé) se feront
d’abord par pompage optique mais très rapidement nous démarrerons les études par électroluminescence.
La première voie sera essentiellement portée par les partenaires français, le CRHEA réalisant l’épitaxie, le C2N la technologie, l’INAC la
caractérisation optique des zones actives et le L2C la caractérisation optique des microdisques. La seconde voie sera portée surtout par
l’Université de Hong Kong, en particulier la sous gravure dans le GaN. Cependant des matériaux seront échangés entre la France et Hong Kong
pour des process (lithographie électronique en France et par micro-sphères à Hong Kong) et on croisera les caractérisations.
Citons encore le dépôt des phosphores, qui sera fait uniquement à Hong Kong, et l’étude de l’impact de ce dépôt sur le facteur Q des disques
qui sera fait par pompage optique dans les deux pays.
Notre deuxième tâche sera de développer des technologies de contacts électriques sur ces microdisques, en utilisant des ponts à air par
exemple. Un effort particulier sera fait sur la distribution du courant injecté, que l’on souhaite à la périphérie du disque, là où se
propagent les modes de galeries.
A mi-parcours, nous choisirons une des deux voies ci-dessus, et nous développerons des lasers électriques à microdisques émettant dans le
bleu. L’objectif sera d’abaisser le seuil pour travailler en continu à température ambiante (tâche 3).
Enfin, dans une quatrième tâche, nous réaliserons des sources blanches en déposant des phosphores entre les microdisques disposés en
matrice. Dans le cadre de ce projet ANR il n’est pas question de réaliser des sources de lumière blanche compétitives par rapport à la
technologie LEDs. L’objectif est d’évaluer, via la fabrication de prototypes, les difficultés et enjeux à développer une nouvelle technologie
pour l’éclairage à base de lasers.
La coordination de tous ces efforts et le management du projet (tâche 5) nécessiteront une attention particulière en raison de sa nature
internationale. De même, la propriété intellectuelle sera surveillée de façon plus précise que dans un projet national et ce d’autant plus que
2 startups (Aledia et EasyGaN) sont fortement intéressées par les résultats attendus.
