Dans la grande famille des semiconducteurs, les éléments de la colonne IV tiennent une place de choix dans les technologies du numérique. Même si d’autres matériaux offrent potentiellement une meilleure alternative lorsqu’il s’agit d’utiliser la lumière pour le traitement de l’information, rien n’a arrêté jusqu’à aujourd’hui les développements et perfectionnements de ces technologies sur la plateforme silicium. Dans ces conditions, l’absence de toute source de lumière intégrée monolithiquement a longtemps été considérée comme un frein au développement de composants mêlant photonique et électronique sur ce matériau.

Dans cette présentation, je reviendrai sur les recherches passées visant à transformer radicalement le diagramme de bande de nanostructures de germanium, sous forme de microfils ou de couches épitaxiées sur Si, à l’aide de l’ingénierie de déformation de la maille cristalline, afin de disposer d’un semiconducteur IV à bande interdite fondamentale directe. Les progrès en croissance cristalline aidant, nous verrons dans un second temps que cette configuration peut dorénavant être obtenue sur une nouvelle famille d’alliages du groupe IV, du type SiGeSn, et ce sans l’assistance de la déformation. Cette caractéristique remarquable ouvre de nombreuses perspectives, au premier rang desquelles la réalisation de sources laser infrarouge fonctionnant à haute température, dans une filière compatible CMOS. Après avoir décrit nos premiers résultats et réalisations dans ce domaine, nous donnerons plusieurs pistes prospectives qu’ouvre cette nouvelle classe d’alliages pour l’optique et l’électronique sur Si.

Abstract :

In the large semiconductors family, the group IV elements occupy a key place in digital technologies. Despite the potentially better alternatives offered by other materials for the on chip light information processing, nothing stopped up to now the developments and technological improvements of these technologies on the Silicon platform. Under these circumstances, the lack in a monolithically integrated light source has long been viewed as an obstacle for the realization of devices merging electronics and photonics on this material.

In this presentation, I will return to our past researches aiming at radically transforming the band diagram of Germanium nanostructures, in the form of microwires or epilayers on Si, in order to get a group IV semiconductor with a direct, fundamental band gap. Helped by the progresses accomplished by the crystal growth, we will see in a second part that this band diagram configuration can now be obtained in a new group IV alloy family, of the SiGeSn type, and this without the strain assistance. This remarkable feature opens many perspectives, first and foremost the realization of infrared laser sources operating at high temperatures, obtained under CMOS compatible processes. We will then describe our first results and achievements in this field, and finally give several prospective research axes brought by this new class of alloys in the electronics and photonics fields.

http://www.cea.fr/drf/irig/Pages/Animation-scientifique/HDR/2019-Pauc.aspx

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