Study of light sources compatible with CMOS technologies based on GeSn alloy for silicium photonic
Etude de sources lumineuses compatibles avec les technologies CMOS à base d'alliage de GeSn pour la photonique Silicium
Résumé
Les alliages semiconducteurs à base de germanium et d’étain ont déjà démontré leur potentiel pour l’élaboration de dispositifs optoélectroniques. Un alliage de germanium avec plus de 6% devient à gap direct. L’effet laser a déjà été démontré à température ambiante par pompage optique sur des structures mises en tension, tels des micro ponts. La quête d’une diode laser en GeSn est donc lancée. Le développement de LEDs, ainsi que la compréhension des mécanismesAinsi, le premier chapitre de cette thèse pose le contexte de ces travaux.Dans un second chapitre, plusieurs couches d’injection de type n sont développées, caractérisées et implémentées dans des structures p-i-n avec une couche active en GeSn. Leurs performances sont comparées et permettent de poser desUn modèle de calcul de structures de bandes d’empilements de (Si)GeSn, basé sur la méthode k∙p et développé au sein de l’équipe est ensuite présenté. Il est ensuite comparé à l’électroluminescence en température de deux LEDs de GeSn avec des teneurs de 13 et 16% en étain dans la couche active.Dans un dernier chapitre, deux pistes sont explorées pour améliorer l’efficacité des LEDs. La première s’intéresse à l’amélioration du rendement quantique interne des LEDs avec l’implémentation de couches dite « barrière » de part et d’autre de la couche active. En parallèle, l’influence du design, de la transparence des contacts et de la couche fenêtre est évaluée afin d’améliorer le rendement quantique externe des LEDs.
Les alliages semiconducteurs à base de germanium et d’étain ont déjà démontré leur potentiel pour l’élaboration de dispositifs optoélectroniques. Un alliage de germanium avec plus de 6% devient à gap direct. L’effet laser a déjà été démontré à température ambiante par pompage optique sur des structures mises en tension, tels des micro ponts. La quête d’une diode laser en GeSn est donc lancée. Le développement de LEDs, ainsi que la compréhension des mécanismesAinsi, le premier chapitre de cette thèse pose le contexte de ces travaux.Dans un second chapitre, plusieurs couches d’injection de type n sont développées, caractérisées et implémentées dans des structures p-i-n avec une couche active en GeSn. Leurs performances sont comparées et permettent de poser desUn modèle de calcul de structures de bandes d’empilements de (Si)GeSn, basé sur la méthode k∙p et développé au sein de l’équipe est ensuite présenté. Il est ensuite comparé à l’électroluminescence en température de deux LEDs de GeSn avec des teneurs de 13 et 16% en étain dans la couche active.Dans un dernier chapitre, deux pistes sont explorées pour améliorer l’efficacité des LEDs. La première s’intéresse à l’amélioration du rendement quantique interne des LEDs avec l’implémentation de couches dite « barrière » de part et d’autre de la couche active. En parallèle, l’influence du design, de la transparence des contacts et de la couche fenêtre est évaluée afin d’améliorer le rendement quantique externe des LEDs.
Origine : Version validée par le jury (STAR)