Elaboration et caractérisation de couches de germanium épitaxié sur silicium pour la réalisation d'un photodétecteur en guide d'ondes

• Main Author: Halbwax, Mathieu
• Language: FRE
• Published: Université Paris Sud - Paris XI 2004
• Subjects: [PHYS:COND] Physics/Condensed Matter; [SPI:NANO] Engineering Sciences/Micro and nanotechnologies/Microelectronics; UHV-CVD; Photodétecteur; Croissance sélective; Hétéroépitaxie; Germanium relaxé
• Online Access: http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011385; http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/05/48/08/PDF/these_HALBWAX.pdf

Pour pallier la limitation des interconnexions métalliques dans les circuits intégrés CMOS, une des solutions envisagées est d'introduire des interconnexions optiques. L'objet de cette thèse était la réalisation de photodétecteurs Ge intégrés en bout de guides d'onde sur substrats silicium sur isolant (SOI). Le travail a porté principalement sur la mise au point d'un protocole expérimental pour l'épitaxie sélective par UHV-CVD de couches minces de Ge relaxé, présentant un minimum de défauts cristallins sur toute leur épaisseur, une faible rugosité de surface et une absorption optique à 1300 nm proche de celle du Ge massif. Pour satisfaire ces conditions, il est nécessaire de favoriser la relaxation plastique de la couche de Ge sur une très faible épaisseur. A basse température de croissance (330°C), l'observation en temps réél par diffraction électronique montre que la relaxation peut être achevée après dépôt de 16 nm. Cette couche s'avère stable dès environ 30 nm et permet la reprise d'épitaxie de Ge à haute température (600°C). Cette augmentation de température améliore la qualité cristalline, élève la vitesse de croissance et mène à un matériau totalement relaxé. Le retour à température ambiante provoque le développement d'une contrainte en tension. L'abaissement de la bande interdite qui en résulte élève le seuil d'absorption en longueur d'onde. Enfin, ce procédé a été réalisé dans des cuvettes de SiO2/Si et des plots de Si gravés dans du SOI. Une parfaite sélectivité de la croissance est alors obtenue, démontrant ainsi la possibilité d'intégration de photodétecteurs à l'extrémité de microguides d'ondes SOI.