Intérêt des alliages hybrides InxGa1-xN/Zn1-yMgyO

Dans ce premier chapitre, nous montrons l’intérêt de l’étude des alliages hybrides InxGa1-xN/Zn1-yMgyO qui sont formés par l’association entre deux types de semiconducteurs différents : les semi-conducteurs à grand gap III-V : les nitrures GaN, InN et AlN avec les oxydes II-VI ZnO et MgO.

Nous commençons d’abord par présenter l’intérêt des différents Lasers à Multi-Puits Quantiques émettant dans les gammes de longueurs d’ondes Infra-rouge (IR), Visible (Vis) et Ultra-violet (UV).

Intérêt des Lasers à Multi-Puits Quantiques émettant dans la gamme Infrarouge, Visible, Ultra-violet :

Les hétéro-structures Lasers à puits quantiques jouent un rôle potentiel dans différentes domaines d’applications selon la longueur d’onde d’émission soit dans l’infrarouge (IR), le visible (Vis) ou dans l’ultra-violet (UV).

Dans cette partie nous montrons l’intérêt des Lasers à Multi-Puits Quantiques émettant dans les différentes gammes de longueurs d’ondes l’infrarouge à l’ultraviolet en passant par le visible du spectre électromagnétique.

Nous remarquons deux grandes régions, à droite les semi-conducteurs qui ont un paramètre de maille plus grand : les Antimoniures (AlSb, GaSb, InSb), les Arséniures (GaAs, AlAs, InAs) et les phosphures (GaP, AlP, InP), ainsi les Sulfures (ZnS, MgS) et les Séléniures (ZnSe, MgSe, CdSe, BeSe).

Nous remarquons pratiquement que ces semi-conducteurs ont une énergie de bande interdite situé soit dans le visible soit dans le proche infrarouge.

Et à gauche pour les ultra-violet on trouve deux familles les oxydes II-VI ZnO, MgO, CdO, et les nitrures III-V GaN, AlN et InN.

Nous remarquons clairement que les deux composés nitrures III-V binaires InN et AlN couvrent une large gamme d’énergie.

• En informatique pour la lecture ou l’écriture des données de haute densité sur les nouvelles générations des disques optiques de format BD (Blu-ray Disc) et cela on utilise un Lasers bleu-UV de longueurs d’onde 𝛌= 405nm, inférieur à la longueur d’onde utilisé pour les CD (Compact Disc) de 𝛌= 780nm, et les DVD (Digital Versatile Disc) de 𝛌= 650nm [2].

Par l’utilisation des Lasers à puits quantique de longueur d’onde de plus en plus faible on peut augmenter la densité de stockage des données jusqu’à 25 Go par couche.

• En médecine où l’on utilise les Lasers Infrarouge et UV dans nombreuses spécialités pour la chirurgie par Laser, en dermatologie pour les épilations Lasers, traitement des cancers dans la peau et les dépigmentations, …etc. en ophtalmologie en particulier les Lasers UV pour le traitement de la myopie par la technique kératectomie photo-réfractive ou bien par la technique LASIK, …etc.

On peut même grâce à la spectroscopie infrarouge diagnostiquer rapidement plusieurs maladies comme les maladies cardiovasculaires, les accidents cérébraux vasculaires, …etc.

Nous remarquons que l’hémoglobine absorbe dans le visible. La mélanine à une large gamme d’absorption de l’ultra-violet lointaine aux proches infrarouges et elle diminue lorsqu’on augmente la longueur d’onde. L’eau absorbe fortement dans deux régions du proche infrarouge à l’infrarouge lointaine cette variation augmente proportionnellement avec l’augmentation de la longueur d’onde et dans l’ultraviolet lointaine.

• En technologie des semi-conducteurs pour la fabrication des circuits intégrés ou des réseaux nanostructuré grâce à la technique de lithographie NanoImprint UV (UV-NIL) [4].

Cette technique est basée sur la reproduction des motifs d’un moule transparent sur une couche mince de résine photosensible aux rayonnements ultra-violets ou bien l’extrême ultraviolets (EUV) [5], posée sur un substrat .

• En environnement pour la détection et l’analyse par spectroscopie à distance des polluants organiques ou biologiques dans l’air, comme le système LIDAR (LIght Detection And Ranging) [6].

• En télécommunications soit spatiale soit par fibre optique pour le transfert de l’information, ou encore pour des applications militaires pour la détection des missiles, des mouvements, …etc.

• En multimédia, les Lasers à puits quantique émettant dans la gamme visible ouvrent la voie pour la réalisation des sources de lumière blanche, les dispositifs de multiplexage optique, les écrans plats du futur les écrans Laser ou bien les téléviseurs Laser.

Propriétés des hétéro-structures InGaN/GaN :

1. Avantages :
➤ Stables chimiquement, ces composés semi-conducteurs III-V cristallisent naturellement dans la structure hexagonale de type Würtzite [8].
➤ Grand gap direct au point T (k=0) de 6.25eV pour AlN [9], et de 3.43eV pour GaN [10].
➤ Large gamme des longueurs d’ondes de l’extrême Ultra-violet (𝛌 (AlN)= 0.198µm) aux moyen Infrarouge (𝛌 (InN)= 1.797µm).
➤ Grande énergie de liaison excitonique Eex = 25meV pour GaN [11,12].
➤ Une bonne conductivité thermique de AlN de l’ordre de 3.2 W cm-1 K -1 [13], et de l’ordre de 2.3 W cm-1 K -1 pour GaN [14].
➤ Nitrure de Gallium GaN à un champ de claquage très élevé de l’ordre de 3 à 5 MV/cm [15].
➤ Donc ces composés semi-conducteurs III-V sont très résistant mécaniquement, électriquement et thermiquement [16].

L’étude des propriétés de ces matériaux III-V  nous a aidés à comprendre les propriétés des hétéro-structures bi-dimensionnelles à base de puits quantiques InxGa1-xN/GaN.