Dispositifs à îlots de GeSi pour la microphotonique proche infrarouge sur silicium PDF Download
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Author: Moustafa El Kurdi
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 227
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Book Description
Ce travail est consacré à l'étude de dispositifs optiques pour le proche infrarouge avec des îlots de GeSi/Si dont la croissance est compatible avec la filière silicium. Le premier chapitre concerne l'étude théorique des états de trous dans les hétérostructures SiGe/Si par la méthode k.p. Il contient une description d'un modèle à 14 bandes qui tient compte exactement de l'influence des deux premières bandes de conduction sur la bande de valence. Nous montrons le raffinement qu'apporte le modèle à 14 bandes par rapport au modèle à 6 bandes usuellement appliqué à ces systèmes. Nous comparons les deux modèles dans le cadre du calcul des états de la bande de valence et des dipôles de transition optique d'un puits quantique de Si0.5Ge0.5 contraint sur silicium. Les différences obtenues entre les deux modèles permettent d'estimer une marge d'erreur à prendre en compte lors de l'utilisation du modèle à 6 bandes pour les hétérostructures SiGe/Si. Le deuxième chapitre présente une expérience de mesure de photocourant sur des structures p-i-n utilisant des îlots GeSi/Si comme matériaux absorbant à des longueurs d'onde supérieures au seuil de transparence du silicium (1.1 [mu]m). Les structures p-i-n sont insérées dans des guides d'onde du type Si0.98Ge0.02/Si et SOI. Nous donnons les réponses spectrales des photodiodes pour les deux types de guide d'onde. Les meilleures réponses externes obtenues à 300 K et à champ appliqué nul sont de 55 mA/W et 0.25 mA/W aux longueurs d'onde de 1.3 [mu]m et 1.55 [mu]m respectivement. Ces mesures de photoréponse sont comparées avec celles de l'absorption interbande des îlots. Le troisième chapitre présente une expérience d'électromodulation à 300 K de l'absorption interbande et intrabande des couches d'îlots en y modulant électriquement le nombre de porteurs. Pour cela nous avons utilisé la structure p-i-n insérée dans un guide d'onde Si0.98Ge0.02/Si. L'étude de la profondeur de modulation de l'absorption intrabande, associée à une transition du type lié-continuum de la couche de mouillage a permis de déterminer un coefficient de recombinaison Auger de 1.6 x 10^-30 cm^6s^-1 pour les îlots. Le dernier chapitre est consacré à l'étude de l'émission des îlots insérés dans des micro-cavités à cristaux photoniques bidimensionnels sur SOI. Nous observons par microphotoluminescence une forte augmentation de la luminescence aux longueurs d'onde 1.3-1.55 [mu]m qui est associée à une surlinéarité de son évolution en fonction de la puissance du pompage optique. Cette forte augmentation est corrélée à une localisation spatiale des porteurs dans les microcavités. Nous présentons des nouvelles perspectives d'intégration des îlots pour la réalisation de microsources pour l'émission verticale et comme sources internes à des composants à cristaux photoniques bidimensionnels en silicium. Mots-clés: calcul k.p, structure électronique, nanostructures GeSi/Si, photodétection, électroabsorption, microphotoluminescence, cristaux photoniques, guides d'onde, microcavités.
Author: Moustafa El Kurdi
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Ce travail est consacré à l'étude de dispositifs optiques pour le proche infrarouge avec des îlots de GeSi/Si dont la croissance est compatible avec la filière silicium. Le premier chapitre concerne l'étude théorique des états de trous dans les hétérostructures SiGe/Si par la méthode k.p. Il contient une description d'un modèle à 14 bandes qui tient compte exactement de l'influence des deux premières bandes de conduction sur la bande de valence. Nous montrons le raffinement qu'apporte le modèle à 14 bandes par rapport au modèle à 6 bandes usuellement appliqué à ces systèmes. Nous comparons les deux modèles dans le cadre du calcul des états de la bande de valence et des dipôles de transition optique d'un puits quantique de Si0.5Ge0.5 contraint sur silicium. Les différences obtenues entre les deux modèles permettent d'estimer une marge d'erreur à prendre en compte lors de l'utilisation du modèle à 6 bandes pour les hétérostructures SiGe/Si. Le deuxième chapitre présente une expérience de mesure de photocourant sur des structures p-i-n utilisant des îlots GeSi/Si comme matériaux absorbant à des longueurs d'onde supérieures au seuil de transparence du silicium (1.1 [mu]m). Les structures p-i-n sont insérées dans des guides d'onde du type Si0.98Ge0.02/Si et SOI. Nous donnons les réponses spectrales des photodiodes pour les deux types de guide d'onde. Les meilleures réponses externes obtenues à 300 K et à champ appliqué nul sont de 55 mA/W et 0.25 mA/W aux longueurs d'onde de 1.3 [mu]m et 1.55 [mu]m respectivement. Ces mesures de photoréponse sont comparées avec celles de l'absorption interbande des îlots. Le troisième chapitre présente une expérience d'électromodulation à 300 K de l'absorption interbande et intrabande des couches d'îlots en y modulant électriquement le nombre de porteurs. Pour cela nous avons utilisé la structure p-i-n insérée dans un guide d'onde Si0.98Ge0.02/Si. L'étude de la profondeur de modulation de l'absorption intrabande, associée à une transition du type lié-continuum de la couche de mouillage a permis de déterminer un coefficient de recombinaison Auger de 1.6 x 10^-30 cm^6s^-1 pour les îlots. Le dernier chapitre est consacré à l'étude de l'émission des îlots insérés dans des micro-cavités à cristaux photoniques bidimensionnels sur SOI. Nous observons par microphotoluminescence une forte augmentation de la luminescence aux longueurs d'onde 1.3-1.55 [mu]m qui est associée à une surlinéarité de son évolution en fonction de la puissance du pompage optique. Cette forte augmentation est corrélée à une localisation spatiale des porteurs dans les microcavités. Nous présentons des nouvelles perspectives d'intégration des îlots pour la réalisation de microsources pour l'émission verticale et comme sources internes à des composants à cristaux photoniques bidimensionnels en silicium. Mots-clés: calcul k.p, structure électronique, nanostructures GeSi/Si, photodétection, électroabsorption, microphotoluminescence, cristaux photoniques, guides d'onde, microcavités.
