Nanofils de semiconducteurs III-V épitaxiés sur Si(111) pour la photonique sur silicium
Auteur / Autrice : | Amaury Mavel |
Direction : | Nicolas Chauvin, Bruno Masenelli |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Matériaux |
Date : | Soutenance le 28/02/2017 |
Etablissement(s) : | Lyon |
Ecole(s) doctorale(s) : | Ecole doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1992?-....) |
Partenaire(s) de recherche : | établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....) |
Laboratoire : INL - Institut des Nanotechnologies de Lyon, UMR5270 (Rhône) - Institut des Nanotechnologies de Lyon / INL | |
Jury : | Président / Présidente : Kuntheak Kheng |
Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Chauvin, Bruno Masenelli, Kuntheak Kheng, Bassem Salem, Maria Tchernycheva, Michel Gendry | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Bassem Salem, Maria Tchernycheva |
Mots clés
Résumé
La microélectronique rencontre des difficultés croissantes avec la miniaturisation des composants. La photonique sur silicium propose de les contourner en choisissant le photon comme vecteur de l'information, mais les sources de ces photons restent des verrous. Cette thèse s'est donc attachée à la réalisation par épitaxie par jets moléculaire en mode vapeur-liquide-solide et la caractérisation par spectroscopie de photoluminescence (PL) de boîtes quantiques en nanofils (NFs-BQ) d'InP/InAs crûs sur silicium orienté (111), dans le but d'une intégration monolithique de sources lumineuses. Des NFs d'InP de phase cristalline pure wurtzite ont d'abord été crûs verticaux sur Si(111), à partir d'un catalyseur sous forme de gouttelettes or-indium. La formation préalable d'un piédestal d'InP par la cristallisation de ces gouttelettes, ainsi que la migration de l'or au sommet de ce piédestal pour catalyser la croissance, ont été mise en évidence. Le diamètre de ces NFs a ensuite été augmenté pour qu'ils se comportent comme un matériau massif du point de vue des propriétés optomécaniques. Ils ont été soumis à une pression hydrostatique allant jusqu'à quelques GPa pour déterminer des paramètres mal connus de l'InP Wz. L'optimisation de la croissance du système NF-BQ d'InP/InAs a ensuite été réalisée. Des BQs de hauteur variable ont été obtenues, avec des interfaces très abruptes. Les études de PL sur un ensemble de NFs-BQ montrent des spectres plus ou moins complexes suivant la hauteur des BQs, ainsi qu'une polarisation de l'émission accordable avec cette hauteur. Le dernier objectif a été d'améliorer l'efficacité de l'émission des NFs-BQs d'InP/InAs grâce à l'effet photonique d'une coquille en silicium amorphe (a-Si). Les études de PL ont révélé une forte perte d'intensité de PL et la disparition de l'anisotropie de polarisation de l'émission des NFs-BQ après dépôt. Plusieurs raisons sont discutées pour expliquer ceci.