rapport d'activités 2003-2008 - RQMP

Réalisation de diodes électroluminescentes bleues et UV, à haut rapport Lumen/Watt, à
base d’hétérostructures d’AlGaN/GaN, par procédé de gravure sèche au plasma inductif
Chercheurs : Vincent Aimez, Richard Arès, Dominique Drouin et Richard Leonelli
Collaborateurs : G. Huminic et H. Helava (Le Groupe Fox Inc., Pointe-Claire, Québec)
Étudiants : Rym Feriel Leulmi et Colin-Nadeau Brosseau
Contact : Vincent Aimez; vincent.aimez@usherbrooke.ca; www.crn2.ca/pages_personnel/aimez/
Depuis quelques années, une révolution est en cours dans l’industrie des semiconducteurs III-V.
La production de diodes électroluminescentes dans l’ultra-violet (DELs UV) et bleues attire de
plus en plus d’attention. Ces dispositifs vont jouer un rôle central dans les nouvelles solutions,
pour l’éclairage, les applications médicales et l’environnement. Afin de faciliter leur pénétration en
masse dans le marché, des efforts considérables ont été déployés pour améliorer l’efficacité des
DELs et ainsi réduire leur coût.
78 | RQMP | projets | Fabrication et caractérisation de nouveaux matériaux
Ce projet, entrepris en collaboration avec le Groupe Fox, vise à
améliorer à la fois la microfabrication et les performances des
DELs de GaN. Notre approche utilise la gravure par plasma
inductif (ICP) et les modifications de surface pour améliorer
l’extraction des photons.
Actuellement, le problème ayant le plus d’impact sur l’efficacité
des DELs provient de la valeur élevée de l’indice de réfraction
du GaN qui empêche la majorité des photons générés de
s’échapper, limitant ainsi l’efficacité lumineuse du dispositif. Il
a été démontré que l’augmentation de la rugosité de la surface
du dispositif permet d’augmenter la proportion des photons
qui parviennent à s’échapper. Les surfaces sont rendues
rugueuses par gravure du matériau de base, ou d’une couche
de recouvrement.
Figure 1. DEL bleue sur banc d’essai.
Nous avons récemment entrepris des mesures de photoluminescence
résolues dans le temps pour caractériser les propriétés
du matériau et mesurer les effets du procédé de fabrication
sur les performances.
Les DELs UV, émettant à des longueurs d’ondes inférieures
à 375 nm en sont encore à leurs premiers balbutiements.
L’efficacité de tels dispositifs reste très modeste; l’amélioration
de cette situation nécessitera une étude détaillée des propriétés
des matériaux par des mesures de XRD, AFM et de cathodoluminescence,
et une interaction étroite avec les épitaxieurs.
Gravure du GaN par plasma ICP
La gravure par plasma ICP est un type de gravure aux ions
réactifs, à l’aide d’un plasma à haute densité. Cette techni-
que produit une gravure sèche, anisotrope, non sélective, de
haute qualité.
Le système de gravure ICP, utilisé dans ce projet, est installé
dans les laboratoires du CRN 2 . On utilise des chimies chlorées
pour produire des mesas et des contacts de hautes résolutions.
Des exemples sont illustrés à la figure 2.
Figure 2. Image SEM de DELs à base de AlGaN/GaN avec différentes structures
mesa.
Fabrication de DELs bleues et UV
Ce projet améliorera les performances des DELs (lumen/
Watt), ainsi que le rapport Lumen/$, avec un fort potentiel
d’échanges industriels par la collaboration avec Le Groupe
Fox Inc. Notre but est de maintenir le procédé de fabrication
simple et économique. Nous nous concentrons principalement
sur l’amélioration de la qualité des contacts. Des
résultats préliminaires montrent une augmentation de plus
de 20 % de l’efficacité d’émission, sans changer la structure.
Nous avons utilisé une stratégie de contacts interdigités.
D’autres améliorations sont envisagées, ainsi que des étapes
de modifications de la surface.
Référence
• “Brightness enhancement of blue light emitting diodes based on AlGaN/GaN
heterostructures with ICP etching”, R.F. Leulmi, V. Aimez, R. Arès,
G. Huminic et H. Helava,
Canadian Conference on Semiconductor technology,
Montréal, août 2007.