24 mai 2017
Des nanotubes à puits quantiques pour l'émission de lumière UV

Vues au microscope électronique à balayage de nanotubes à multipuits quantiques, dans le cas d’une gravure incomplète (a) ou complète (b) du nanofil cœur en GaN. En (c), illustration schématique du procédé de fabrication.

Les nanotubes sont aujourd’hui des nanostructures bien connues, mais elles n’émettent pas ou peu de lumière. En effet, les défauts et les états de surface favorisent les recombinaisons non-radiatives qui limitent d’émission de lumière. Pour surmonter ce problème, nous avons développé un nouveau type de nanotubes avec des parois composées uniquement de puits quantiques. Ces puits quantiques composés de plusieurs couches d’épaisseur nanométrique sont bien connus pour leurs propriétés remarquables d'émission de lumière grâce aux effets de confinement quantique et sont très largement utilisés dans les diodes électroluminescentes ou les diodes laser à semiconducteur.

Pour produire de tels tubes à puits quantiques, nous avons tout d’abord réalisé des fils de GaN enrobés d’une hétérostructure radiale à puits quantiques GaN/InAlN par épitaxie en phase vapeur à partir de composés organométalliques (MOVPE). Ensuite, nous avons recuit ces nanofils in situ sous un mélange H2/NH3. Dans ces conditions, seul le fil central en GaN est gravé par le recuit, ce qui conduit à la formation de tubes à puits quantiques. Nous avons notamment démontré par des mesures de ToF-SIMS que la paroi des tubes est bien composée de l’hétérostructure GaN/InAlN, ce qui prouve que le recuit ne dégrade pas les puits quantiques. De tels tubes présentent un excellent rendement d’émission de lumière dans la gamme UV (330 nm), jusqu’à la température ambiante. La simplicité de cette méthode de synthèse ouvre la voie à la réalisation de nouveaux dispositifs optiques à nanotubes, allant des émetteurs de lumière UV aux capteurs chimiques et biologiques.

 

Ce travail a été réalisé en étroite collaboration avec l’équipe du Professeur Nicolas Grandjean de l’EPFL (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne - Suisse). L’étude a reçu le soutien du programme Franco-Suisse “Partenariats Hubert Curien (PHC) Germaine de Staël” et du Labex LANEF.

 

 

C. Durand, JF. Carlin, C. Bougerol, B. Gayral, D. Salomon, JP. Barnes, J. Eymery, R. Butté, N. Grandjean, NanoLetters (2017)

 

Maj : 24/05/2017 (1251)

 

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