Conception et réalisation d'une structure de multipuits quantiques SiGe/Si pour la modulation optique

par Arnaud Cordat

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Alain Koster.

Soutenue en 2002

à Paris 11, Orsay .


  • Résumé

    Les travaux effectués au cours de cette thèse participent au développement de composants optoélectroniques dans la filière silicium, avec les procédés technologiques de la microélectronique. Ils portent sur l'étude théorique et expérimentale d'un modulateur de lumière fonctionnant à la longueur d'onde de 1,3 microns. Il est basé sur une structure originale de multipuits SiGe/Si à dopage modulé, réalisée par croissance épitaxiale sur substrat " silicium sur isolant ". Cette structure est placée dans la région intrinsèque d'une jonction pin afin de contrôler la densité de trous capturée dans les puits SiGe par la différence de potentiel appliquée en inverse sur la jonction. La modulation optique est obtenue par la variation des indices de réfraction des couches SiGe en fonction de la concentration de trous. L'écriture d'un outil de simulation basé sur la méthode des plans d'expériences a permis de déterminer les influences respectives des nombreux paramètres de la structure sur l'efficacité du dispositif. Les étapes technologiques ont été définies et validées par la réalisation de composants de test. Les profils de germanium et de dopant ont été mesurés par spectroscopie de masse des ions secondaires. Les informations recueillies ont étayé la validité de l'application des mesures de capacité en fonction de la tension à la structure considérée pour déterminer en particulier la périodicité des multicouches SiGe/Si de la structure. Le dimensionnement des modulateurs de test a été spécifiquement considéré. La modulation optique a été mise en évidence par la variation du coefficient de transmission des multicouches en fonction de la différence de potentiel qui leur est appliquée. Ces travaux constituent la première étape de la réalisation de modulateurs optiques basés sur une structure de multipuits SiGe/Si.


  • Résumé

    This work deals with the study of a silicon based optoelectronic modulator operating at the wavelength of 1,3 microns and built by the use of microelectronic technology processes. An original doping modulated SiGe/Si multiquantum well structure is grown on a "silicon on insulator" substrate. The structure is embedded in a pin junction, so as to control the quantum well hole density by a reverse bias. Optic modulation is achieved by the mean of the refractive index variation versus hole density. As the junction is reverse biased, the device is essentially capacitive, which is part of its originality. First, a multifactor simulation analysis tool was written to study the design of the structure. Then the technological stages have been validated by first run devices. The structure was grown locally by chemical vapour deposition. The germanium and doping profiles are recorded by secondary ion mass spectroscopy. The capacity-voltage measurements performed on the reverse biased junction enables to check the hole depletion process and to evaluate the multiquantum well periodicity. Optic modulation is evidence by measuring the optic transmission variation of the multilayer structure versus the applied bias. This work constitutes the first stage of the realization of optoelectronic modulators based on SiGe/Si multiquantum well structure.

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Informations

  • Détails : XII-184-XII p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.[173]-[185].

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : M/Wg ORSA(2002)99
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