Thèse Imagerie Directe par Microscopie de Photoémission du Transport de Charge au Sein d'Un Puits Quantique d'Une Led Nitrure H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique École doctorale : Ondes et Matière Laboratoire de recherche : CEA/SPEC - Service de Physique de l'Etat Condensé Direction de la thèse : Ludovic DOUILLARD ORCID 0000000163706586 Début de la thèse : 2027-10-01 Date limite de candidature : 2027-03-09T23:59:59 Ce projet de thèse propose de développer une approche nouvelle permettant d'observer directement, à haute résolution spatiale, le comportement des porteurs de charge (injection, recombinaison, pertes) dans la région active d'une diode LED en mode in operando. L'objectif est de réaliser une excitation électrique et/ou optique de type pompe-sonde sur un dispositif fonctionnel observé en coupe transversale en microscopie d'électrons lents LEEM. Cette approche comporte plusieurs étapes complexes, en particulier le clivage d'un dispositif pour une observation en coupe transversale et la mise au point d'une excitation mixte électrique et optique de la diode LED sous microscopie LEEM/PEEM. Une modélisation numérique sera développée pour étayer les résultats expérimentaux. Les diodes électroluminescentes (LED) à base de nitrures sont couramment utilisées pour l'éclairage à faible consommation d'énergie. La production de lumière blanche s'appuie notamment sur l'emploi de diodes nitrures bleues (rendement quantique interne > 98 %) associées à un revêtement phosphore. Cependant, ces LED souffrent d'une diminution drastique de leur rendement radiatif à fortes densités de courant et pour des longueurs d'onde élevées dans la gamme vert - rouge. Cela constitue une forte limitation à l'amélioration du rendement des dispositifs LED, et nuit à l'obtention d'un meilleur rendu des couleurs.
Les origines physiques de ces chutes de rendement font l'objet de longs débats. Les aspects clés résident dans la région active des LEDs, où se produisent des processus de recombinaison parasites, ainsi que des pertes de porteurs. Pour comprendre ces processus, il est nécessaire d'étudier le comportement des porteurs à l'échelle nanométrique de la région active, en tenant compte de sa structuration microscopique et de ses hétérogénéités de croissance. Les approches traditionnelles rapportées dans la littérature se concentrent sur des mesures moyennées à grande échelle, passant ainsi à côté du coeur du problème. Nous proposons l'emploi d'un outil d'imagerie approprié au suivi de la distribution des porteurs au sein d'une diode en mode in operando. Il s'agit de la microscopie de photoémission, dont le principe d'imagerie repose sur la collection des électrons émis par le dispositifs. Comprendre les mécanisme de pertes non radiatifs affectant le rendement d'une diode électroluminescente. Microscopie de photoémission d'électrons PEEM,
Microscopie d'électrons lents LEEM,
Microscopie champ proche optique à balayage de sonde SNOM / NSOM
Microscopie de luminescence à balayage de sonde STL

Candidat(e) motivé(e) avec une solide formation en Physique de l'état condensé. Le projet est en collaboration avec deux laboratoires étrangers : Université de Santa Barbara, Californie, États Unis d'Amérique //labs.materials.ucsb.edu/speck/james/ et Université de Cambridge, Royaume Uni //rao.oe.phy.cam.ac.uk/. De possibles séjours à l'étranger sont envisageables. Des modélisations numériques seront réalisées en collaboration à l'Institut d'Optique de Saint-Etienne, France (Dr. Banon).