Cristaux photoniques sur silicium avec des îlots quantiques Ge/Si et du germanium pur

par Thi-Phuong Ngo

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Philippe Boucaud.


  • Résumé

    Le travail de cette thèse porte sur l'étude des composants photoniques à base d'îlots quantiques Ge/Si et du germanium pur pour la nanophotonique proche infrarouge. La première partie est consacrée à l'étude des cavités à cristaux photoniques en utilisant la photoluminescence des boîtes quantiques Ge/Si auto-assemblées. Les travaux sont centrés sur les nanocavités L3 et H1 réalisées dans les structures photoniques suspendues en silicium. La caractérisation optique par la technique de source interne permet d'obtenir des paramètres associés aux dynamiques de recombinaisons des porteurs de charges dans ces structures. Le facteur de qualité du mode fondamental des cavités n'est limité que par la résolution du spectromètre et non pas par la fabrication. La deuxième partie est consacrée à l'étude des cristaux photoniques réalisés sur substrat de germanium pur sur isolant (GeOI). Le substrat GeOI est constitué d'une couche fine de germanium pur séparée avec son substrat par une couche de silice. Les propriétés optiques sont sondées par la recombinaison radiative de la bande interdite directe du germanium pur à température ambiante. Les résonances des modes optiques sont observées de 1300 nm à 1700 nm dans les nanocavités L3 et H1. Les positions spectrales des résonances peuvent être contrôlées par le pas du réseau et le facteur de remplissage. Proche du bord de bande directe du germanium, le facteur de qualité est limité par l'absorption du matériau. Finalement, le dopage n du germanium obtenu par les techniques de dopage laser et de croissance aux organo-métalliques a été étudié. Ce travail montre que la photoluminescence est fortement exaltée à température ambiante à la fois pour le germanium massif et pour le germanium sur isolant en présence d'un fort dopage n. Les perspectives pour réaliser un laser en germanium dans la filière silicium sont présentées.

  • Titre traduit

    Silicon photonic crystals with Ge/Si quantum dots and pure germanium


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    The work of this thesis investigates photonic devices based on Ge/Si quantum dots and pure germanium for near-infrared nanophotonics. The first part explores the high quality factor photonic crystal cavities by using of self-assembled Ge/Si quantum dot photoluminescence. This work concentrates in L3 and H1 cavities realized on photonic air-bridge structures in silicon. By using the internal source technique we show that the optical characterization allows the determination of the parameters associated with recombination dynamics of charge carriers. The quality factor of the fundamental mode in these cavities is only limited by the spectrometer resolution, not the fabrication process. The second part focuses on germanium-on-insulator (GeOI) photonic crystals. The GeOI substrate consists of a thin layer of pure germanium, separated by a silica layer from the silicon substrate. The optical properties are probed by the direct band gap recombination of pure germanium at room temperature. Resonant optical modes are observed between 1300 nm and 1700 nm in L3 and H1 cavities. The spectral position of the resonances can be controlled by the lattice periodicity and air filling factor of the photonic crystals. Close to the band edge of germanium, the quality factors are limited by the bulk material absorption. Finally, we investigate n-type germanium photoluminescence. The n-type doping is achieved by the gas immersion laser doping (GILD) and metal organic vapour phase epitaxy (MOVPE) process. This work shows that the photoluminescence is strongly enhanced at room temperature both in n-type bulk germanium and germanium-on-insulator. The perspectives for achieving laser emission using silicon are discussed.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XII-144 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 137-144

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2010)1
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