Hétéro-Épitaxie Et Intégration III-VI/Si
Nous nous sommes focalisés sur quelques enjeux majeurs, en développant des procédés large échelle et compatibles CMOS : (i) économie de matériaux critiques (In et Ga par exemple) en utilisant des couches ultra-minces en lieu et place de matériaux massifs (remplacement de substrats InP et GaAs), (ii) développement de techniques et procédés d’élaboration grande surface (MOVPE 300 mm), (iii) hétéro-épitaxie sur silicium et intégration sur plateforme CMOS dans des composants nano et optoélectroniques.
Afin de diminuer la consommation de gallium et d’indium, nous avons lancé une nouvelle thématique en 2017 sur l’hétéro-épitaxie de matériaux 2D de type III-VI. Il existe une zoologie importante de matériaux 2D à base de sélénium, souffre ou tellure (chalcogenures) présentant des propriétés semiconductrices. Les matériaux de « l’après graphène » les plus étudiés actuellement sont probablement les dichalcogenures d’éléments de transition (TMDCs) : MoSe2, MoS2 et WSe2…Ces matériaux possèdent des propriétés remarquables (optique, spintronics, valleytronics…) lorsqu’ils sont mis sous forme d’une monocouche. Ces dernières années, une nouvelle classe de matériaux 2D suscite un intérêt croissant, les matériaux III-VI. Contrairement aux TMDCs ces matériaux possèdent des propriétés intéressantes même à l’échelle de plusieurs monocouches : forte mobilité, forte génération de seconde harmonique, faible énergie de liaison de l’exciton, structure de bande directe… Parmi ces matériaux, la famille (Ga-In) Se a montré un fort potentiel pour des applications en nano-électronique, optoélectronique, optique non linéaire, photodétecteurs à réponse rapide, source terahertz. Ce sujet est nouveau et prospectif, et nous sommes attelés à développer des procédés large échelle (200 et 300 mm) d’hétéro-épitaxie de couches monocristallines de GaSe et InSe sur Si (100) et Si (111). En effet, il n’y a actuellement aucune méthode qui permette d’élaborer ces matériaux 2D à l’échelle industrielle en termes de procédés, taille de substrat, rendement de production et positionnement précis des matériaux sur le wafer. Fort de notre expérience sur l’hétéro-épitaxie de III-V/Si, nous avons fait le choix de la MOCVD sur substrats microélectroniques Si (100) standards 300 mm et Si (111) 200 mm utilisés dans la filière GaN/Si en 200 mm.
