L’objectif était d’ouvrir la voie au développement d’une filière optoélectronique à base de boîtes quantiques (BQ) III-V insérées dans une matrice de silicium et donc de viser la fonction « émission de lumière » pour la filière silicium. Une des limitations possibles à un tel développement provient de la nature probable de type II de l’interface InAs/Si. Le projet comportait ainsi un défi physique (contrôle de la nature de l’interface III-V/Si), un défi matériau (élaboration par épitaxie par jets moléculaires de boîtes quantiques d’In(Ga)As sur Si) et enfin un défi technologique pour la réalisation de microdisques sur SOI aminci. Ce sont les effets attendus de confinement du silicium qui doivent favoriser une interface de type I avec l’InAs.
Le verrou principal de ce projet est la maîtrise de la réalisation de boîtes d’InAs dans une matrice de silicium, avec une efficacité de recombinaison radiative élevée. Il s’agissait d’abord d’étudier les propriétés physiques de telles BQ d’InAs/Si, tant d’un point de vue expérimental que théorique. On a déterminé en particulier le type d’offset à l’interface entre le silicium (semiconducteur à gap indirect) et l’InAs (semiconducteur III-V à gap direct).Pour favoriser, le cas échéant, une interface de type I, l’originalité de notre projet consistera à insérer les BQ d’InAs dans un puits quantique de silicium fabriqué à partir d’un substrat SOI. Un démonstrateur de type microdisque sur substrat SOI contenant un plan de boîtes InAs insérées dans un puits quantique de silicium sera fabriqué puis testé, afin d’évaluer les potentialités de cette filière pour réaliser des émetteurs de lumière sur silicium.
La conduite de ce projet a constitué une opportunité très intéressante pour faire travailler ensemble théoriciens et expérimentateurs. Les échanges entre partenaires ont été nombreux et riches d’enseignement mutuel. Certes l’objectif initial n’est pas complètement rempli, mais les avancées théoriques et technologiques sont réelles et significatives. Elles pourront très certainement être exploitées dans le cadre d’autres projets.
J. Nanosci. Nanotechnol. 11(10) 9153-9159 (2011) [10.1166/jnn.2011.4282]
Appl. Phys. Lett. 99 181123 (2011) [hal-00987669]
INL CNRS UMR5270 – CEA INAC – Sinaps – LPN-CNRS
(groupe(s) Foton impliqué(s) : Simulation])
Catherine BRU-CHEVALLIER
(responsable Foton : Jacky EVEN)
ANR
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