SOUTENANCE DE THESE
6/03/2015
PROST Mathias 6/03/15 IEF (salle 44) à 14h.

SUJET : Injection électrique pour un laser en germanium contraint

Sous la direction de M – Mme : Philippe Boucaud
Son directeur de recherches.
SOUTENANCE DE THESE AYANT POUR JURY :
(indiquer les noms par ordre alphabétique)
• Aniel Frédéric (Examinateur) – Professeur des universités, IEF Université Paris Sud 11
• Boeuf Frédéric (Examinateur) – Docteur-ingénieur, STMicroelectronics
• Boucaud Philippe (Directeur de thèse) – Directeur de recherche, IEF Université Paris Sud 11
• El Kurdi Moustafa (Co-encadrant de thèse) - Maître de conférences, IEF Université Paris Sud 11
• Fédéli Jean Marc (Examinateur) – Ingénieur, CEA/LETI
• Souifi Kader (Rapporteur) - Professeur des universités, INL-Lyon
• Teissier Roland (Rapporteur) - Directeur de recherche, IES-CNRS
 


RESUME
L’utilisation du germanium dopé de type n et contraint en tension ouvre la possibilité d’obtenir une source laser monolithique pour la photonique sur silicium. Mes travaux étudient l’injection électrique dans le germanium pour sonder la réalisation d’un laser contraint. J’ai dimensionné les performances des futurs dispositifs en fonction de la contrainte et du dopage. Pour cela, j’ai simulé le transport des porteurs au travers de doubles hétérostructures afin d’obtenir l’inversion de population dans la couche de germanium a été mis en évidence. Un régime de fonctionnement qui permet de réduire de deux ordres de grandeur le courant de seuil d’inversion de population. En appliquant une déformation de 0.9%, avec un dopage de cm-3, on peut obtenir des densités de courant de seuil inférieures à 10 kA/cm2. La formation d’hétérostructure avec le germanium est critique. Afin d’étudier expérimentalement l’électroluminescence du germanium, j’ai dû établir des méthodes alternatives d’injection des porteurs à la double hétérostructure GaAs-p/Ge-n/GaAs-n. On utilise des contacts redresseurs (Schottky) sur des couches de germanium dopées de type n. Cette méthode a été optimisée par la passivation de la surface du germanium avec une couche d’oxyde, qui permet l’amélioration des propriétés électriques et d’émission radiative. On a aussi développé une approche permettant de former des couches de SiGe sur germanium par épitaxie induite par recuit laser pour obtenir une double hétérostructure. J’ai réalisé plusieurs types de cavités en germanium qui permettent de combiner le transfert de la contrainte avec l’injection électrique. J’ai établi le procédé de fabrication pour des structures en guide d’onde et en micropilier en utilisant un transfert de déformation par des couches de SiN contraintes. Un niveau de déformation biaxial de 0.72% pour des cavités en micropilier sous injection électrique a été atteint. L’évaluation de la déformation à partir des spectres d’électroluminescence a été confrontée à des simulations de déformation mécanique par éléments finis, tout en considérant l’injection électrique des porteurs dans la structure.