Thèse soutenue

Redistribution des états de contrainte dans l'alliage germanium-étain pour des applications laser CMOS-compatibles à température ambiante et accordables en longueur d'onde

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Auteur / Autrice : Jérémie Chretien
Direction : Vincent CalvoNicolas Pauc
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Nanophysique
Date : Soutenance le 23/02/2021
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Photonique, électronique et ingénierie quantiques (Grenoble)
Equipe de recherche : Silicon Nanoelectronics Photonics and Structures
Jury : Président / Présidente : Régis André
Examinateurs / Examinatrices : Alain Morand, Moustafa El Kurdi
Rapporteurs / Rapporteuses : Xavier Letartre, Eric Tournié

Mots clés

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Résumé

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En raison de leur bande interdite à caractère direct, les semi-conducteurs à base de l'alliage germanium-étain (GeSn) font l'objet d'une attention particulière pour des dispositifs optoélectroniques. Contrairement au germanium pur, l'alliage GeSn possède une transition énergétique interbandes directe à partir d'une concentration d'environ 6 % à l'état relaxé, lui conférant du gain optique nécessaire pour observer l'effet laser à basse température. La température de fonctionnement de l'effet laser est d'autant plus élevée que la couche optiquement active est riche en étain. Toutefois, l'incorporation d'étain dans l'alliage se heurte à l'heure actuelle à des limites technologiques en termes de croissance du matériau à partir d'une concentration supérieure à 16 %. L'application d'une déformation en tension se présente donc comme une approche alternative pour modifier le diagramme de bande et amplifier le gain du matériau pour envisager des applications à température ambiante.Dans un premier chapitre, les grandeurs utiles et les effets de la déformation sur la structure de bande ont été introduits.Le cas d'une déformation bi-axiale de l'alliage GeSn est ensuite abordée dans des structures micro-disques contraints par couche tenseur, puis par des membranes croix suspendues. La déformation est estimée par simulation FEM, spectroscopie Raman et Photoluminescence. L'effet Laser est également étudié.Dans un dernier chapitre, la déformation uni-axiale selon [100] est présentée via des structures micro-ponts, montrant l'effet laser jusqu'à 273 K. A l'aide de la diffraction micro-laue, une étude de la déformation est également menée.