Investigation of ultra-thin Gallium compound layers fabricated by liquid metal chemistry for hybridintegrated photonics

Fabrication et caractérisation de couches ultra-minces de composés de gallium pour la photonique intégrée hybride Les matériaux 2D sont apparus comme des candidats prometteurs pour l'amélioration de la photonique du silicium. Avec leur structure atomiquement fine, leur mobilité élevée des porteurs et leur forte interaction lumière-matière, les matériaux 2D offrent la possibilité d'une émission, d'une modulation et d'une détection efficaces de la lumière dans la photonique du silicium. Leur compatibilité avec les techniques de traitement du silicium et leur capacité à s'intégrer dans les plates-formes photoniques au silicium existantes les rendent attrayants pour la réalisation de dispositifs photoniques compacts, à haute performance et à faible consommation d'énergie. Notre approche exploite principalement la technique LMC, qui permet une intégration plus facile des matériaux 2D sur les dispositifs photoniques par rapport aux méthodes traditionnelles descendantes et ascendantes. Notre processus de fabrication comporte deux étapes : l'impression de Ga2O3 à base de métal liquide, suivie d'une réaction de nitruration améliorée par plasma. Ce processus en deux étapes permet de contrôler la composition de la couche de GaOxNy de quelques millimètres d'épaisseur qui en résulte et d'obtenir finalement du GaN stœchiométrique. Les propriétés structurelles et la composition élémentaire de ces matériaux 2D sont caractérisées par AFM, TEM, XPS et spectroscopie Raman. Notre processus de fabrication donne accès à une gamme de composés GaOxNy avec des propriétés optiques distinctes, qui peuvent être adaptées entre celles de Ga2O3 et GaN, comme le démontrent les mesures ellipsométriques et la comparaison avec les simulations DFT. En outre, nous avons démontré avec succès l'intégration de ces matériaux dans un MZI et effectué des mesures linéaires avant et après nitruration. Nos résultats élargissent les connaissances sur les composés ultraminces de gallium, qui ont été peu étudiés, et représentent une étape essentielle vers l'intégration de ces matériaux 2D dans les puces photoniques. Ce travail offre de nouvelles possibilités d'améliorer les performances des dispositifs optoélectroniques hybrides.