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Kévin Guilloy

Germanium déformé pour l'émission de lumière

Publié le 5 juillet 2016


Thèse soutenue le 05 juillet 2016 pour obtenir le grade de docteur de la Communauté Université Grenoble Alpes - Spécialité : Nanophysique

Résumé :
Malgré le caractère indirect de sa bande interdite, le germanium est un bon candidat comme source de lumière pour la photonique silicium puisque l'application de déformations en tension réduit l'écart entre l'énergie de son gap direct et celle de son gap indirect. Cependant, l'application de très fortes déformations soulève un certain nombre de questions, tant d'un point de vue technologique que de la connaissance des propriétés de ce matériau. Après avoir posé les bases théoriques du problème, deux approches pour déformer le germanium sont employées : la première utilisant des nanofils crus selon le mécanisme Vapeur-Liquide-Solide, la seconde utilisant une micro-structuration de substrats de germanium sur isolant.
Pour la première, une étude du dopage n des nanofils crus par CVD en utilisant des mesures électriques 4 pointes et la spectroscopie EDX révèle que ceux-ci atteignent une concentration atomique en phosphore de 7 1019 cm-3, ceux-ci étant complètement activés. Un procédé de micro-fabrication est ensuite utilisé pour mettre en tension des nanofils uniques, ce qui permet d'atteindre 1,5 % d'élongation uniaxiale mesurée par micro-diffraction de rayons X. La déformation est corrélé à une mesure du gap direct par spectroscopie de photocourant, en bon accord avec les prédictions théoriques de la littérature.
Le dernier chapitre présente le procédé de fabrication de structures obtenues par amplification de la contrainte résiduelle des couches de germanium sur isolant. La diffraction de rayon X, couplée à la spectroscopie Raman, révèle qu'elles atteignent 4,9 % d'extension uniaxiale et 1,9 % d'extension biaxiale. La relation entre le décalage Raman et la déformation diffère significativement des modèles publiés dans la littérature au delà de quelques pourcents de déformation. Enfin, la mesure des transitions directes avec les bandes de trous lourds et légers par spectroscopie d'électro-absorption montre que leur dépendance en déformation s'avère ne plus être en complet accord avec la théorie des potentiels de déformation au-delà de 2 % mais en accord avec des prédictions effectués par modèle des liaisons fortes.

Jury :
Président et rapporteur : Philippe Boucaud
Rapporteur : Christophe Delerue
Examinateur : Nicolas Pauc
Examinateur : Jean-Michel Gérard
Invité : Alexei Tchelnokov
Invité : Hans Sigg
Directeur de thèse : Vincent Calvo
Thèse co-diigée par : Nicolas Pauc

Mots clés :
Spectroscopie, Optique, Laser, Déformation, Germanium, Photonique

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