Optimisation du rendement d'électroluminescence de MicroLED 3D visible pour des applications d'écrans

Résumé :
Ce travail de thèse porte sur la modélisation électrique de nanofils axiaux à base de GaN pour des applications d'écrans. Ces modélisations électriques s'axent particulièrement sur l'étude des chemins d'injections des porteurs pour atteindre la zone active de la LED, afin de les optimiser. Dans un premier temps, le marché des écrans est présenté pour établir l'intérêt des micro-LEDs par rapport à ces concurrents, avant d'étudier les propriétés des LEDs GaN, ainsi que l'utilisation de nanofils pour réaliser des structures efficaces.
Dans un deuxième temps, une étude dédiée aux différents mécanismes physiques ayant lieu dans une LED est présentée afin d'évaluer la pertinence de ces derniers pour réaliser des modélisations simples et cohérentes avec les observations expérimentales. Différents modèles ont ainsi pu être utilisés sur une structure planaire simple et il a été montré que l'évaluation des recombinaisons radiatives doit être réalisée avec précaution en fonction des modèles choisis. Ensuite, à partir de la structure précédemment étudiée, des variations structurelles ont été appliquées afin d'étudier comment la modification des mécanismes d'injections pouvait impacter les performances globales du composant. Ainsi, il a été montré que la réalisation de chemin avec de faibles barrières de potentiels électriques était toujours préférable tant que la qualité du puits quantique n'était pas dégradée.
De plus, il a été montré que les modélisations à puits quantiques multiples nécessitaient l'utilisation de multiples plans de polarisations pour obtenir des tensions de seuils équivalentes à celles observées expérimentalement. Finalement, les modélisations se sont orientées sur des structures bidimensionnelles basées sur des nanofils épitaxiés à Aledia, afin d'étudier comment des modifications géométriques pouvaient influencer l'efficacité d'injection de ces derniers. Ainsi, un phénomène de multiples pics d'efficacité a pu être expliqué grâce à la modélisation comme une contribution des puits quantiques polaires et semi-polaires. Enfin, une étude sur l'optimisation de la géométrie d'une structure à puits quantique multiple a permis de trouver des lignes directrices dans la conception des nanofils pour réaliser des micro-LEDs efficaces;

Membres du jury :

• Jean-Yves DUBOZ, DIRECTEUR DE RECHERCHE, CNRS : Directeur de thèse
• Quentin RAFHAY, MAITRE DE CONFERENCES, Université Grenoble Alpes : Co-directeur de thèse
• Mehdi DAANOUNE, INGENIEUR DOCTEUR, Aledia : Co-encadrant de thèse
• Nicolas GRANDJEAN, PROFESSEUR, EPFL : Rapporteur
• Fabien MANDORLO, MAITRE DE CONFERENCES, INSA Lyon : Rapporteur
• Maria TCHERNYCHEVA, DIRECTRICE DE RECHERCHE, CNRS C2N :Examinatrice
• Julien PERNOT, PROFESSEUR, Université Grenoble Alpes :Examinateur