Nanofils de Ge hexagonaux pour l'émission de lumière

Hexagonal Ge on self-assisted GaAs Nanowires by Molecular Beam Epitaxy

• Auteur / Autrice : Iuliia Dudko
• Direction : José Penuelas, Nicolas Chauvin, Sumeet Walia
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux
• Date : Soutenance le 17/03/2025
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon en cotutelle avec RMIT University (Melbourne)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Nanotechnologies de Lyon (Villeurbanne -Ecully, Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Edith Amalric
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : José Penuelas, Nicolas Chauvin, Sumeet Walia, Agnès Trassoudaine
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ludovic Desplanque, Laetitia Vincent

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanofils

Mots clés libres

Ge

Nanofils

GaAs

Ge

Nanowires

GaAs

Résumé

La demande croissante en données nécessite des technologies photoniques capables de dépasser les limites des interconnexions électroniques. La photonique intégrée sur silicium constituent une solution, mais l'intégration de sources lumineuses efficaces reste difficile à cause du gap indirect du silicium. Le germanium (Ge), bien que cubique et à gap indirect, peut atteindre un gap direct dans sa phase hexagonale (h-Ge), faisant ainsi de lui un matériau prometteur. Cette thèse explore la croissance du h-Ge sur des nanofils (NWs) auto-assistés de GaAs via l'épitaxie par jets moléculaires (MBE). Une croissance optimisée des NWs de GaAs en phase Wurtzite (WZ) permet un dépôt de h-Ge de haute qualité. Les caractérisations structurelles et optiques confirment la continuité cristalline hexagonale et une émission lumineuse réglable par confinement quantique, se rapprochant des longueurs d'onde des télécommunications. Les défis liés aux défauts et à la contamination sont abordés, mettant en lumière le potentiel du h-Ge pour les dispositifs photoniques de prochaine génération.

The increasing demand for data requires photonic technologies to overcome the limitations of traditional electronic interconnects. Silicon photonics offers a solution, but the integration of efficient light sources remains challenging due to silicon's indirect bandgap. Germanium (Ge), though also indirect in its cubic phase, can achieve a direct bandgap in its hexagonal phase (h-Ge), making it a promising candidate for light emission. This thesis focuses on growing h-Ge on self-assisted GaAs nanowires (NWs)using molecular beam epitaxy (MBE). Optimized growth of GaAs NWs in the Wurtzite (WZ) phase enables high-quality h-Ge deposition. Structural and optical characterization confirm the presence of hexagonal Ge and demonstrate tunable light emission via quantum confinement, moving closer to telecommunication wavelengths. Challenges such as defects and contamination are discussed. This thesis highlights the potential of h-Ge for next-generation photonic devices.