Pourquoi doper des boîtes quantiques avec des ions de terres rares ?
Boîtes quantiques dopées avec des ions de terres rares pour l’émission de lumière visible

Les ions de terres rares sont connus pour présenter des raies de luminescence dans le visible dont l’énergie, l’intensité et la largeur à mi-hauteur dépendent peu de la matrice. Cette remarquable propriété, due à la nature des transitions énergétiques qui mettent en cause des électrons des couches profondes « protégées » de l’influence de la matrice par l’écrantage causé par les électrons des couches externes, peut être utilisée pour la réalisation de dispositifs émetteurs de lumière. Le dopage par implantation ou par voie chimique de semiconducteur massif avec des ions de terres rares est étudié dans cette perspective mais présente un inconvénient notable : du fait de la possibilité pour les porteurs (les électrons et les trous) de circuler librement dans le matériau, la probabilité de recombinaison non radiative est grande par rapport aux probabilités de recombinaison radiative et d’excitation concomitante des niveaux de l’ion de terre rare. Le rendement d’émission lumineuse est donc faible, d’autant plus que la température est élevée et le libre parcours moyen des porteurs, activé thermiquement, est grand.

La situation devrait être bien différente si l’on est capable de doper des boîtes quantiques avec des ions de terres rares : les porteurs piégés dans la boîte par l’effet du confinement, avec une probabilité de recombinaison non radiative réduite du fait de la perfection cristallographique de celle-ci, auront une probabilité accrue de se recombiner radiativement et d’exciter l’ion de terre rare. On s’attend donc à observer une luminescence caractéristique de la terre rare et présentant les propriétés de stabilité en fonction de la température de la luminescence des boîtes quantiques de GaN .