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1) Études de dispositifs d'optoélectronique
La mise au point des techniques de croissance épitaxiale et la réalisation d'hétérostructures de semiconducteurs III-V ont permis la fabrication d'une variété de dispositifs performants d'optoélectronique et de microélectronique. Un nombre croissant de ces dispositifs tirent profit des effets quantiques et comprennent des éléments de dimension inférieure au micromètre. La réalisation de tels dispositifs requiert l'utilisation de techniques de lithographie des plus sophistiquées. Un moyen privilégié pour la réalisation de structures de taille submicronique est la lithographie par faisceau d'électrons qui allie souplesse d'utilisation et résolution optimale. Le premier volet de nos études concerne la réalisation et la caractérisation de dispositifs à partir d'un tel système de lithographie pour des travaux de nature fondamentale aussi bien qu'appliquée. Un autre volet important de nos travaux touche l'utilisation des techniques d'implantation ionique afin de développer de nouvelles approches pour la réalisation de composants photoniques complexes qui sont d'intérêt immédiat pour l'industrie de l'optoélectronique.
Les objectifs de ce laboratoire dans le domaine de l'optoélectronique sont la fabrication de structures à fils quantiques pour la réalisation de diodes laser très performantes ainsi que l'utilisation de techniques d'implantation ionique pour réaliser i) des diodes laser à longueur d'onde variable et ii) l'intégration de structures laser avec des sections de guides d'onde ayant des pertes optiques faibles. Dans le domaine de la microélectronique, l'objectif principal poursuivi conjointement avec des chercheurs de physique est l'utilisation du système de lithographie par faisceau d'électrons pour la réalisation et la caractérisation de structures à gaz d'électrons de dimensionalité réduite.
Le système de lithographie par faisceau d'électrons située en salles blanches de classe M3.5 (classe 100) avec une résolution démontrée inférieure à 20 nm constitue l'un des outils principaux pour la réalisation des objectifs de recherche. L'infrastructure en salles blanches en génie électrique et dans les salles propres de physique permet d'effectuer sur place toute la fabrication reliée à la préparation des dispositifs submicroniques qui sont ensuite caractérisés sous basses températures et sous champ magnétique intense (en physique). L'implanteur ionique à faible énergie (5 keV à 200 keV) également situé en salles blanches est quant à lui l'élément clé pour une variété d'études en optoélectronique, en particulier par l'implantation d'arsenic et de phosphore dans des structures à puits quantiques de GaAs/GaAlAs et de InGaAs/InP. Couplé à un four à recuit thermique rapide, on peut ainsi modifier le profil des bandes d'énergie de ces matériaux et contrôler localement le profil d'absorption optique dans un circuit photonique.
En collaboration avec l'Institut des sciences des microstructures au C.N.R.C.-Ottawa (S. Charbonneau, K. Koteles), une nouvelle technique de fabrication de composants photoniques a été proposée et continue d'être développée. L'utilisation de l'implantation ionique pour modifier localement le profil d'absorption d'un structure à puits quantiques permet la réalisation de régions à faible absorption optique sans pour autant modifier la longueur d'onde d'absorption (ou émission) des régions non-implantées du matériau. Des études de nature plus fondamentale ont été réalisées sur des matériaux implantés et les travaux se poursuivent avec la réalisation d'une variété de dispositifs qui exploitent cette technologie.
La technologie de fabrication de dispositifs de dimensions submicroniques a été développée et des structures à points de contact quantique ont été réalisées et caractérisées. Le matériau de base provient d'une collaboration avec l'I.S.M.-C.N.R.C. (coll. P. Coleridge) et la caractérisation est effectuée par J. Beerens en physique avec un montage à basse température et champ magnétique intense. De nombreuses nouvelles structures constituent le sujet des études courantes, notamment la réalisation de fils et de boîtes quantiques basées sur la formation de grilles submicroniques pour le confinement électrostatique des électrons. Des études de simulation par méthode de MonteCarlo sont également en cours afin d'optimiser la technique de lithographie par faisceau d'électrons pour la fabrication de nouveaux dispositifs (coll. Gauvin génie mécanique).
Des travaux d'implantation ionique couplée à la lithographie submicronique pour la fabrication de fils quantiques ont été poursuivis en collaboration avec l'Université de Glasgow (coll. J.H. Marsh). La réalisation de tels fils quantiques devraient permettre la fabrication éventuelle de lasers à fils quantiques dont les performances seraient améliorées vis-à-vis des lasers actuellement disponibles.
J. Beerens (professeur)
D. Morris (professeur)
C. Aktik (professeur)
R. Gauvin (professeur)
M. Paquette (étudiant 3e cycle)
É. Lavallée (étudiant 2e cycle)
M. Buteau (étudiante 2e cycle)
C. Dubuc (étudiant 2e cycle)
D. Drouin (étudiant 2e cycle)
S. Charbonneau (CNRC - Ottawa)
E. Koteles (CNRC - Ottawa)
A. Roth (CNRC - Ottawa)
P. Coleridge (CNRC - Ottawa)
A. Sachrajda (CNRC - Ottawa)
J.H. Marsh (University of Glasgow)
The research activities are centered on the fabrication and characterisation of III-V semiconductor quantum effect devices for optoelectronic and microelectronic applications. Both fundamental and applied research are being carried out with these devices. Much of the work is based on using a recently set up electron beam lithography system, with a demonstrated resolution better than 20 nm. A large part of the activities concerns the patterning of submicron gates on GaAs/AlGaAs heterostructures for the purpose of studying quantum wire and quantum dot confinement of high mobility electrons. This project is being carried out in collaboration with J. Beerens of the physics department who studies these structures and devices in a low temperature / high magnetic field environment.
Ion beam implantation carried out in the class 100 cleanrooms of the electrical engineering department is used in conjunction with rapid thermal annealing to modify the band gap structure of III-V quantum well material. The processing leads to local control of the absorption profile in a given sample and thus allows us to integrate a low-loss waveguide structure with a diode laser device. This technique was developped in collaboration with researchers of the Institute for Microstructural Sciences at the NRC (S. Charbonneau and E. Koteles). The technology is presently being used to develop a variety of photonic devices, including wavelength shifted semiconductor lasers.
High resolution lithography techniques are also used to investigate quantum wire structures fabricated using ion implantation technology for the purpose of eventual incorporation into high performance semiconductor laser devices. This project is part of an important collaboration with J.H. Marsh of the University of Glasgow.
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Denière mise à jour, 13 janvier 1997
Page maintenue par :Gilbert Vachon
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