Monolithic integration of GaAs-based light emitters on silicon by metalorganic vapour phase epitaxy on a Ge/Si pseudo-substrate

The monolithic integration of GaAs on Si would provide a wide range of applications, from optical interconnects to high efficiency low cost solar cells. However, the differences between the two materials result in the formation of dislocations, cracks, and antiphase boundaries. We demonstrate that the use of a pseudo-substrate, consisting of a Ge buffer layer on a silicon substrate, and the introduction of a super-lattice, grown by atomic layer epitaxy (ALE) at the growth start, lead to a GaAs layer with good optical properties. Light emitting devices based on quantum wells and quantum dots (LED, laser, vertical emitting LED) are realised. Their characteristics are studied and compared to similar devices on pure GaAs substrates.
L'intégration monolithique de GaAs sur Si permettrait la réalisation de sources de lumière sur Si pour des applications notamment dans les interconnexions optiques ou les cellules solaires à haut rendement et faible coût. Toutefois, les différences intrinsèques entre les deux matériaux conduisent à l'apparition de défauts dans la couche de GaAs (dislocations, fissures, parois d'inversion). Nous démontrons que l'utilisation de pseudo-substrats, constitués d'une couche tampon de Ge sur un substrat de Si, combinée à l'insertion d'un super-réseau par épitaxie par couche atomique (ALE) en début de croissance permet d'obtenir du GaAs avec de bonnes propriétés optiques. Des dispositifs émetteurs de lumière (DEL, laser, diode à émission par la surface) à base de puits et de boîtes quantiques ont été réalisés. Leurs caractéristiques ont été étudiées et comparées à des structures de référence sur substrat de GaAs pur.