Record : une diode LED passe la frontière de l'ultraviolet profond

Une équipe des labos de recherche de la firme Nippon Telegraph and Telephone Corporation (NTTNTT) vient de fabriquer la diode LEDLED (« light emitting diode ») la plus « courte » : avec 210 nm (10^-9 m), une diode au nitrure d'aluminium (AlN) a permis d'émettre de la lumière à la longueur d'onde la plus basse jamais observée de la part d'un semi-conducteur ⁽¹⁾.

Ce résultat confirme les suppositions émises de longue date selon lesquelles l'AlN pourrait émettre dans l'ultravioletultraviolet profond (« deep ultraviolet », ou « DUV ») (Fig. 1).

Généralement ce type de composant électronique est fabriqué à partir de deux matériaux semi-conducteurs, de type « n » (le courant électriquecourant électrique est le fait du déplacement des électronsélectrons) et de type « p » (ce sont des charges positives constituées de « trous » qui transportent le courant). Leur jonction provoque l'émissionémission de lumière par recombinaisonrecombinaison des électrons et des trous. Les diodes LED à partir de nitrure d'aluminium, d'indiumindium et de galliumgallium sont très répandues, et utilisées comme sources lumineuses à basse tensionbasse tension. Elles émettent dans les couleurs primairescouleurs primaires. Du matériaumatériau choisi dépend la longueur d'onde d'émission (entre autres).

Un sandwich de nitrure d'aluminium dopé

Certaines LED, à base de nitrure d'aluminium en particulier, peuvent émettre dans l'ultraviolet. La quantité d'aluminium présente dans l'alliagealliage dicte la « couleur » émise. Mais il faut pour cela « doper » l'alliage, c'est-à-dire améliorer les propriétés électroniques du semi-conducteur en augmentant le nombre de charges (en l'occurrence électrons et trous). A cela s'ajoute une autre difficulté : la fabrication d'une LED AlN se heurte à une densité très élevée de défauts cristallins et à une concentration très importante de défauts.

« Les scientifiques ont résolu ces problèmes en développant de nouvelles technologies de fabrication et de dopagedopage » explique NTT dans un communiqué paru en même temps que les résultats publiés dans Nature. Concrètement, l'équipe de Yoshitaka Taniyasu a mis au point une sorte de sandwich composé d'une couche de nitrure d'aluminium placée entre deux couches du même matériau dopé afin d'être un conducteur du type « p » ou « n » (Fig. 2).

« La lumière émise dans l'ultraviolet profond peut se montrer très efficace pour détruire les substances toxiques persistantes comme la dioxinedioxine et les PCBPCB (les biphenyls polychlorés) qui sont des composés très stables » explique le laboratoire. On pourrait ainsi purifier l'eau. Par ailleurs un semi-conducteur comme l'AlN est inoffensif, contrairement à d'autres produits employés dans l'électronique. Enfin des techniques telle la photolithographiephotolithographie, qui est utilisée dans les industries de la miniaturisation, pourraient bénéficier de sources lumineuses à faible longueur d'onde pour augmenter la résolutionrésolution.

(1) "An aluminium nitride light-emitting diode with a wavelength of 210 nanometres", Yoshitaka Taniyasu, Makoto Kasu, and Toshiki Makimoto, Nature 441 325.