Le développement des LED de forte puissance, au début des années 2000, a engendré un besoin de caractérisation des propriétés radiométrique, photométrique et colorimétrique de ces sources, essentiellement pour des applications d'éclairage général. L'équipe « Rayonnements optiques » de l'Institut national de métrologie a étudié ces trois aspects en travaillant sur la thématique de la qualité de la lumière par le biais du rendu des couleurs lié à la perception visuelle. Des études ont été effectuées à partir de mesures physiques et visuelles sur des échantillons colorés éclairés par des LED montées dans une cabine à lumière. Les mesures physiques ont porté sur les répartitions spectrales des éclairages à LED à partir desquelles des paramètres colorimétriques (coordonnées chromatiques, température de couleur proximale, indices de rendu des couleurs) ont pu être évalués. L'analyse métrologique de ces données expérimentales a été réalisée à l'aide d'une méthode numérique de type Monte Carlo. Les mesures visuelles ont été obtenues à partir d'une expérience psychophysique reposant sur une méthode de comparaison par paires permettant de quantifier la qualité des éclairages à LED sur plusieurs échantillons colorés. Pour chaque échantillon, un classement des éclairages à LED, du meilleur au moins bon, a pu être proposé. La confrontation des résultats issus des mesures physiques et des mesures visuelles a conduit à présenter des pistes de quantification du rendu des couleurs des LED. Les résultats obtenus ont été transmis au comité technique TC 1-69 de la Commission internationale de l'éclairage (CIE), qui a pour rôle de définir une nouvelle recommandation pour l'évaluation des propriétés de rendu des couleurs des sources lumineuses d'ici à la fin 2010.

In this thesis I present a study of nanowires, and, in particular, I apply EBIC microscopy for investigation of their electro-optical properties. First, I describe details of the EBIC analytical technique together with a brief historical overview of the electron microscopy, the physical principles of the EBIC, its space resolution, parameters defining the signal amplitude, and the information we can acquire concerning defects, electric fields, etc. Then I focus on the characterization of LEDs based on GaN nanowires, which were analyzed in a cross-section and in a top view configurations. The EBIC measurements were correlated with micro-electroluminescence mapping. Further, I address the fabrication and measurement of nanowire-based InGaN/GaN LEDs detached from their original substrate. I present the EBIC measurements of individual nanowires either cut from their substrate and contacted in a planar geometry or kept standing on supphire substrate and cleaved to reveal the horizontal cross-section.The next part of this thesis is dedicated to an EBIC study of irregular Si nanowire array-based solar cells, and then of the regular nanowire array devices. The current generation was analyzed on a submicrometer scale. Finally, I discuss the fabrication and EBIC measurements of GaN nanowires grown on Si substrate. In particular, I show that the p-n junction was induced in the Si substrate by Al atom diffusion during the nanowire growth. / Dans cette thèse je me propose d’étudier des nano-fils, et en particulier d’utiliser la technique EBIC pour explorer leurs propriétés électro-optiques. Je décris d’abord les détails de la technique d’analyse EBIC avec un bref retour historique sur la microscopie électronique, le principe physique de l’EBIC, sa résolution spatiale, les paramètres conditionnant l’amplitude du signal, et les informations que l’on peut en tirer sur le matériau en termes de défauts, champ électrique, etc. Je m’intéresse ensuite à la caractérisation de LEDs à nano-fils à base de GaN, qui ont été observés par EBIC, soit en coupe soit en vue plane (depuis le haut des fils). Les mesures EBIC sont comparées à celles de micro-électroluminescence. Plus loin j’adresse la fabrication et la mesure de nano-fils à base de GaN séparés de leur substrat d’origine. Je présente les mesures EBIC de nano-fils uniques entiers, puis de nano-fils en coupe horizontale.La partie suivante de la thèse traite d’étude EBIC des cellules solaires à base de nano-fils Si ayant d’abord une géométrie aléatoire, puis une géométrie régulière. La génération de courant dans ces cellules solaires est analysée à l’échelle submicronique. A la fin du manuscrit je discute la fabrication et les mesures EBIC de fils GaN épitaxiés sur Si. Je montre en particulier qu’une jonction p-n est enduite dans le substrat Si par la diffusion d’Al lors de la croissance de nanofils.

Depuis le début des années 2000, les performances des LED ne cessent de s'améliorer et permettent l'ancrage de cette technologie dans de nombreux domaines d'applications. Stimulées par le marché de l'éclairage, les LED présentent une longue durée de vie et une grande robustesse pour un prix par watt optique défiant toute concurrence. Pour améliorer leur luminance, les LED peuvent être couplées à des concentrateurs luminescents.La première partie de cette thèse expose la mise au point des premiers concentrateurs luminescents dans SWIR (gamme 1,2-2,5 µm où les LED sont peu efficaces). Nous montrons que la luminance des concentrateurs luminescents dans le SWIR dépasse celle des LED d'un ordre de grandeur. Elle rend possible la détection de l'eau dans l'industrie agroalimentaire ainsi que l'inspection de wafers de silicium. Dans le visible, les performances des concentrateurs luminescents (luminance, spectre, prix, régime de fonctionnement) offrent une combinaison unique des avantages des lampes flash et des diodes laser. La seconde partie de cette thèse explore la possibilité d'utiliser ces concentrateurs luminescents pour pomper des lasers solides. Cette étude démontre la compatibilité de ce nouveau type de pompage avec les cristaux dopés aux métaux de transition, incontournables dans le domaine des lasers ultra-courts. Pour la première fois, un effet laser en régime relaxé est obtenu via le pompage par LED du Cr:LiSGaF, du Cr:LiSAF, de l’alexandrite, et du Ti:saphir. Ces premières démonstrations ouvrent la voie à des systèmes laser basés sur le pompage par LED. Plusieurs systèmes sont mis en place tels que des oscillateurs lasers en régime déclenché (Q-switch et cavity-dump) faisant l'objet de conversions de fréquence, et des amplificateurs d'impulsions laser. / Since the beginning of the 2000s, LED's performance have known dramatic improvements which enable this technology to settle down in numerous application areas. Driven by the lighting market, LED are characterized by their long lifetime, their ruggedness, and their low cost per emitted optical watt. In order to go beyond LED's brightness, they can be coupled to luminescent concentrators.The first part of this work exposes the development of the first luminescent concentrator in the short-wave infrared (or SWIR corresponding to the 1.2-2.5 µm band where LED have very low powers). This work shows that the brightness of the luminescent concentrators in the SWIR exceeds by one order of magnitude LED's brightness in the same spectral range. This light source allows water detection for the agrifood industry and the inspection of silicon wafers for microelectronics. In the visible, the performance of luminescent concentrators (brightness, spectrum, price, mode of operation) offer a unique trade-off between flashlamps and laser diodes. The second part of this work investigates the use luminescent concentrators emitting in the visible to pump solid-state lasers. The compatibility of this new pumping concept is attested with transition-metals-doped crystals, cornerstone of ultrafast laser sources. For the first time, laser oscillations in free-running operation are obtained by LED-pumping of Cr:LiSGAF, Cr:LiSAF, alexandrite and Ti:sapphire. These early results open the way to LED-pumped laser systems. Several systems are implemented such as laser oscillators in pulsed operation (Q-switch and cavity dump) followed by frequency conversions and laser pulses amplifiers.