Design and fabrication by Selective Area Growth, Butt-Joint Regrowth and Semi-Insulated buried Heterostructure by MOVPE of Photonic Integrated Circuit based on AlGaInAs/InP Multi-Quantum Well for optical transmission at 1.3μm

Le travail de thèse s'inscrit dans le projet de développer une plateforme PIC, intégrant les matériaux AlGaInAs sur InP par MOVPE, dédiée à la bande O et incluant les techniques SAG-SIBH-BJR. La thèse cible un objectif quadruple :1) La co-intégration de composants actifs et passifs permettant le développement de PIC intégrés à grande échelle (grâce au BJR),2) Le développement de composants en réseau fonctionnant à des longueurs d'onde définies avec précision sur une plage ultra-large de 140 nm dans la bande O (grâce à la SAG), en particulier respectant le standard CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) où l'espacement entre les longueurs d'onde est de 20 nm.3) le fonctionnement à grande vitesse résultant de l'utilisation de substrats InP semi-isolants pour réduire les effets parasites.4) l'uitilisation d'une plage de température plus élevée et des valeurs de fonctionnement de tension de commande plus faibles en raison de l'exploitation de matériaux AlGaInAs et de la technique SIBH.La thèse offre une large part au travail expérimental pour lequel des aspects complexes très innovants seront présents, en particulier :L'épitaxie sélective (SAG) de structures laser à base de multi-puits quantiques (MQW pour Multiple Quantum Well) en bande O doit répondre à la double contrainte de couvrir une large gamme d'émission dans la bande (140 nm minimum) tout en permettant une liberté maximale de réglage et "d'ingénierie de BandGap" de ces MQWs, déterminante pour les performances des lasers. Le doctorant définira la structure des zones actives en tirant le meilleur bénéfice des outils de conception et de simulation du laboratoire (simulation de croissance épitaxiale sélective, modélisation des niveaux d'énergie dans les MQWs, etc). Il assurera les épitaxies par MOVPE dans le nouveau réacteur Aixtron du laboratoire, ainsi que la fabrication des échantillons grâce aux techniques de salle blanche du III-V Lab (lithographie, e-beam, gravure, dépôt, etc). Il établira les conditions de préparation des surfaces et de croissance pour obtenir une qualité optimale des matériaux déposés. Des spécifications rigoureuses en terme de pureté, de qualité cristalline, d'intensité d’émission de photoluminescence seront définies pour garantir les performances des composants opto-électroniques fabriqués.La croissance SIBH est une étape cruciale du processus de fabrication. Hors la compatibilité SIBH-SAG sera au cœur du travail de thèse. Ces techniques de recroissance génèrent des topologies de surface non planarisantes très complexes. Les aspects cristallographiques des faces gravées et exposées à la croissance sont déterminants. De plus, les interfaces sont l'enjeu de phénomènes d'inter-diffusion, essentiellement d'espèces dopantes comme le Fer et le Zinc, qu'il est crucial de comprendre et de maitriser.Le BJR sera développé en tant qu'étape de croissance indépendante dès le début de la thèse. Cette étape additionnelle fait partie intégrante du sujet car la compatibilité de cette technique avec le SIBH-SAG est au cœur de l'approche globale. Les solutions de fabrication adoptées devront intégrer d'éventuelles contraintes liées à cette nouvelle étape de croissance. La microscopie électronique sera l'outil privilégié pour contrôler la continuité du guide optique lors de la mise "bout à bout".La thèse s'inscrit au sein de la plateforme Epitaxie du III-V Lab à Palaiseau, Essonne. On attend du doctorant de bonnes connaissances sur les semi-conducteurs et leurs applications, une compréhension des principes physiques de mesures appliqués aux matériaux et aux composants, ainsi qu'une capacité d'adaptation pour maîtriser différents outils (épitaxie, procédés de salle blanche, caractérisation) et leur logiciel de supervision.