Thèse Développement de ?led Rouges et Rgb pour les Microécans et la Communication Rapide H/F - Doctorat.Gouv.Fr
- Grenoble - 38
- CDD
- Doctorat.Gouv.Fr
Les missions du poste
Établissement : Université Grenoble Alpes École doctorale : PHYS - Physique Laboratoire de recherche : PHotonique, ELectronique et Ingéniérie QuantiqueS Direction de la thèse : Christophe DURAND ORCID 0000000250128411 Début de la thèse : 2026-11-23 Date limite de candidature : 2026-09-30T23:59:59 Contexte : Les microLED (µLED) constituent une technologie prometteuse pour la réalisation de mini-écrans à forte brillance (lunettes de réalité augmentée ou les montres connectées). D'une taille inférieure à 20 µm, ces µLED sont obtenues par gravure d'une structure planaire sur saphir intégrant des puits quantiques InxGa1-xN. La longueur d'onde émise est directement pilotée par la teneur x en indium des puits quantiques (x15 % pour le bleu, 25 % pour le vert, 35-40 % pour le rouge). Si les nitrures offrent d'excellentes performances dans le bleu, l'efficacité chute fortement lorsque la taille des µLED diminue. Pour lever ce verrou, une approche innovante repose sur la réalisation de microfils en géométrie coeur/coquille. Cette architecture permet de préserver l'efficacité d'émission quelle que soit la taille et de pouvoir communiquer des données au GHz (technologie développée au sein de la start-up grenobloise Aledia). Malgré leur fort potentiel, les LED à microfils coeur/coquille se heurtent encore à un enjeu scientifique majeur: l'obtention d'émission rouge. L'incorporation d'indium reste limitée à 25 %, seuil insuffisant pour atteindre le rouge. Ce verrou technologique freine aujourd'hui l'émergence de µLED trichromatiques RGB. Notre équipe a démontré des résultats pionniers dans de domaine, où nous avons réalisé les 1er puits quantiques InGaN coeur/coquille à 15 % pour une émission bleue et à 25% pour une émission verte. Malgré ces avancées, le défi reste entier pour réaliser une émission rouge.
Objectifs : Une nouvelle idée a émergé pour aller au-delà des 25% pour la technologie microfil coeur-coquille et ainsi viser l'émission rouge, ce qui a donné lieu à un dépôt d'un brevet en 2025. Des résultats préliminaires se sont révélés très prometteurs et nous souhaitons poursuivre ce travail à travers une thèse avec un trible objectif :
- Démontrer l'émission rouge en variant les paramètres géométriques des microfils (diamètre...)
- Réaliser des µLED le rouge
- Réaliser des µLED trichromique RGB en un seul run de croissance
Collaborations: Ce projet s'appuie sur une étroite collaboration avec le LTM (Laboratoire de la Technologie de la Microélectronique) pour la réalisation de réseaux de microfils GaN par garvure. Les études d'épitaxie de LED coeur/coquille seront menées au CEA à PHELIQS grâce au bâti d'épitaxie MOCVD en intégrant des analyses structurales/optiques. La dernière étape vise à réaliser les dispositifs LED à microfils grâce au savoir-faire développé à l'Institut Néel via la salle blanche NanoFab.
Pourquoi rejoindre ce projet ? Acquérir une expertise en épitaxie, en physique des semiconducteurs et en optoélectronique. Travailler dans un environnement dynamique et collaboratif, étroitement lié au monde de l'industrie. Contribuer au développement des prochaines générations de µLED destinées aux micro-écrans et aux communications GHz.
Financement : Sujet de thèse financée par le Labex « µelectronics » de l'UGA.
Les microLED (µLED) constituent une technologie prometteuse pour la réalisation de mini-écrans à forte brillance, particulièrement intéressant pour les lunettes de réalité augmentée ou les montres connectées. D'une taille inférieure à 20 µm, ces µLED sont généralement obtenues par gravure d'une structure planaire épitaxiée par MOCVD sur saphir. Cette structure comprend une couche de n-GaN (dopée Si), des puits quantiques InxGa1-xN insérés dans des barrières GaN, suivi d'une couche de p-GaN (dopée Mg). La longueur d'onde émise est directement pilotée par la teneur x en indium des puits quantiques (x15 % pour le bleu, 25 % pour le vert, 35-40 % pour le rouge). Si les nitrures offrent d'excellentes performances dans le bleu, l'efficacité chute fortement lorsque la taille des µLED diminue. Pour lever ce verrou, une approche innovante repose sur la réalisation de microfils en géométrie coeur/coquille. Élaborés en bottom-up par croissance sélective, ces microfils de n-GaN hexagonaux présentent des facettes verticales correspondant aux plans m {1-100}) particulièrement favorables à l'épitaxie de la zone active à puits InGaN, et d'une coquille de p-GaN. Cette architecture coeur/coquille permet de préserver l'efficacité d'émission quelle que soit la taille, ouvrant la voie à des µLED plus performantes, plus fiables et compatibles avec l'exigence de forte brillance. Cette technologie est actuellement en cours de développement au sein de la start-up grenobloise Aledia.
Malgré leur fort potentiel, les LED à microfils coeur/coquille se heurtent encore à un enjeu scientifique majeur: l'obtention d'émissions dans le vert, et plus difficile encore dans le rouge. La difficulté provient de l'incorporation d'indium dans les puits quantiques InGaN sur les plans-m par MOCVD, qui reste limitée à environ 20-25 %, seuil insuffisant pour atteindre le rouge. Ce verrou technologique freine aujourd'hui l'émergence de µLED trichromatiques RGB. Notre équipe a démontré des résultats pionniers dans de domaine. Dès 2011, nous avons réalisé des puits quantiques InGaN coeur/coquille incorporant 15 % d'In, conduisant à une émission bleue performante [1]. En 2018, nous avons franchi une nouvelle étape en atteignant 25 % d'In, permettant l'obtention des premières LED vertes à microfils coeur/coquille [2]. Malgré ces avancées, le défi qu'il reste à relever aujourd'hui est de réaliser une émission rouge avec ce type de LED à microfils. A ce jour, aucune équipe dans le monde n'a réussi cette prouesse sur des microfils coeur/coquille. En collaboration avec le laboratoire LTM, une nouvelle idée a émergé en 2025 et a donné lieu à un dépôt d'un brevet en décembre 2025. L'idée du brevet est d'utiliser les plans-a correspondant aux plans cristallins {11-20} de la maille hexagonale du GaN pour réaliser la croissance des puits quantiques InGaN. Les plans-a sont aussi des plans cristallins verticaux, mais tournés de 30° par rapport aux plans-m. Ainsi, il est possible de définir des microfils de section hexagonale, délimité uniquement par des facettes verticales plans-a au lieu des facettes plans-m standard. Cette orientation cristalline plan-a a l'avantage d'avoir des vitesses de croissance plus grandes pour les mêmes conditions de croissance, ce qui limite la désorption de l'In. Ceci permet d'augmenter de manière significative la quantité d'In dans les puits quantiques pour donner une émission à plus grande longueur d'onde. Cependant, la croissance de microfils forme spontanément des plans-m. Il est donc nécessaire de partir d'une couche épaisse de GaN pour réaliser des réseaux de microfils hexagonaux délimités volontairement par des plans-a, grâce à un procédé top-down de lithographie/gravure qui a été développé par le LTM en collaboration avec Erwine Pargon. Ensuite, la croissance par MOCVD de la structure LED en coeur/coquille peut être réalisée sur les plans-a afin de viser des émissions dans le rouge, en tirant parti de l'expertise de PHELIQS pour les croissances coeur/coquille par MOCVD.
Objectifs : Une nouvelle idée a émergé pour aller au-delà des 25% pour la technologie microfil coeur-coquille et ainsi viser l'émission rouge, ce qui a donné lieu à un dépôt d'un brevet en 2025. Des résultats préliminaires se sont révélés très prometteurs et nous souhaitons poursuivre ce travail à travers une thèse avec un trible objectif :
- Démontrer l'émission rouge en variant les paramètres géométriques des microfils (diamètre...)
- Réaliser des µLED le rouge
- Réaliser des µLED trichromique RGB en un seul run de croissance
Collaborations: Ce projet s'appuie sur une étroite collaboration avec le LTM (Laboratoire de la Technologie de la Microélectronique) pour la réalisation de réseaux de microfils GaN par garvure. Les études d'épitaxie de LED coeur/coquille seront menées au CEA à PHELIQS grâce au bâti d'épitaxie MOCVD en intégrant des analyses structurales/optiques. La dernière étape vise à réaliser les dispositifs LED à microfils grâce au savoir-faire développé à l'Institut Néel via la salle blanche NanoFab.
Pourquoi rejoindre ce projet ? Acquérir une expertise en épitaxie, en physique des semiconducteurs et en optoélectronique. Travailler dans un environnement dynamique et collaboratif, étroitement lié au monde de l'industrie. Contribuer au développement des prochaines générations de µLED destinées aux micro-écrans et aux communications GHz.
Financement : Sujet de thèse financée par le Labex « µelectronics » de l'UGA.
Les microLED (µLED) constituent une technologie prometteuse pour la réalisation de mini-écrans à forte brillance, particulièrement intéressant pour les lunettes de réalité augmentée ou les montres connectées. D'une taille inférieure à 20 µm, ces µLED sont généralement obtenues par gravure d'une structure planaire épitaxiée par MOCVD sur saphir. Cette structure comprend une couche de n-GaN (dopée Si), des puits quantiques InxGa1-xN insérés dans des barrières GaN, suivi d'une couche de p-GaN (dopée Mg). La longueur d'onde émise est directement pilotée par la teneur x en indium des puits quantiques (x15 % pour le bleu, 25 % pour le vert, 35-40 % pour le rouge). Si les nitrures offrent d'excellentes performances dans le bleu, l'efficacité chute fortement lorsque la taille des µLED diminue. Pour lever ce verrou, une approche innovante repose sur la réalisation de microfils en géométrie coeur/coquille. Élaborés en bottom-up par croissance sélective, ces microfils de n-GaN hexagonaux présentent des facettes verticales correspondant aux plans m {1-100}) particulièrement favorables à l'épitaxie de la zone active à puits InGaN, et d'une coquille de p-GaN. Cette architecture coeur/coquille permet de préserver l'efficacité d'émission quelle que soit la taille, ouvrant la voie à des µLED plus performantes, plus fiables et compatibles avec l'exigence de forte brillance. Cette technologie est actuellement en cours de développement au sein de la start-up grenobloise Aledia.
Malgré leur fort potentiel, les LED à microfils coeur/coquille se heurtent encore à un enjeu scientifique majeur: l'obtention d'émissions dans le vert, et plus difficile encore dans le rouge. La difficulté provient de l'incorporation d'indium dans les puits quantiques InGaN sur les plans-m par MOCVD, qui reste limitée à environ 20-25 %, seuil insuffisant pour atteindre le rouge. Ce verrou technologique freine aujourd'hui l'émergence de µLED trichromatiques RGB. Notre équipe a démontré des résultats pionniers dans de domaine. Dès 2011, nous avons réalisé des puits quantiques InGaN coeur/coquille incorporant 15 % d'In, conduisant à une émission bleue performante [1]. En 2018, nous avons franchi une nouvelle étape en atteignant 25 % d'In, permettant l'obtention des premières LED vertes à microfils coeur/coquille [2]. Malgré ces avancées, le défi qu'il reste à relever aujourd'hui est de réaliser une émission rouge avec ce type de LED à microfils. A ce jour, aucune équipe dans le monde n'a réussi cette prouesse sur des microfils coeur/coquille. En collaboration avec le laboratoire LTM, une nouvelle idée a émergé en 2025 et a donné lieu à un dépôt d'un brevet en décembre 2025. L'idée du brevet est d'utiliser les plans-a correspondant aux plans cristallins {11-20} de la maille hexagonale du GaN pour réaliser la croissance des puits quantiques InGaN. Les plans-a sont aussi des plans cristallins verticaux, mais tournés de 30° par rapport aux plans-m. Ainsi, il est possible de définir des microfils de section hexagonale, délimité uniquement par des facettes verticales plans-a au lieu des facettes plans-m standard. Cette orientation cristalline plan-a a l'avantage d'avoir des vitesses de croissance plus grandes pour les mêmes conditions de croissance, ce qui limite la désorption de l'In. Ceci permet d'augmenter de manière significative la quantité d'In dans les puits quantiques pour donner une émission à plus grande longueur d'onde. Cependant, la croissance de microfils forme spontanément des plans-m. Il est donc nécessaire de partir d'une couche épaisse de GaN pour réaliser des réseaux de microfils hexagonaux délimités volontairement par des plans-a, grâce à un procédé top-down de lithographie/gravure qui a été développé par le LTM en collaboration avec Erwine Pargon. Ensuite, la croissance par MOCVD de la structure LED en coeur/coquille peut être réalisée sur les plans-a afin de viser des émissions dans le rouge, en tirant parti de l'expertise de PHELIQS pour les croissances coeur/coquille par MOCVD.
Le profil recherché
M2 / Ecole d'ingénieur en Matériaux et nanotechnologies
Motivation par les domaines des matériaux semiconducteurs, la microélectronique et l'optoélectronique
Motivation par les domaines des matériaux semiconducteurs, la microélectronique et l'optoélectronique