Ge/Ge1−xSnx Group IV Nanowires for Mid-Wave Infrared Optoelectronics

Les photodétecteurs infrarouges à ondes courtes et moyennes, rentables, sont très recherchés pour les applications de détection et d’imagerie. À cette fin, le développement d’un matériau compatible avec le silicium et possédant une bande interdite directe étroite permettrait une plate-forme polyvalente et évolutive. Les alliages semi-conducteurs Ge1−xSnx du groupe IV ont récemment attiré une attention significative en raison de leur bande interdite directe ajustable, qui peut être progressivement réduite de 0,58 eV à 0 eV en augmentant la composition en Sn. La bande interdite directe Ge1−xSnx améliore l’efficacité d’émission et d’absorption de la lumière et augmente également les mobilités des porteurs, rendant ainsi Ge1−xSnx très pertinent pour les sources de lumière intégrées sur puce et les transistors à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur. Cependant, la croissance d’alliages Ge1−xSnx de haute qualité avec une teneur élevée en Sn est confrontée à plusieurs défis. La faible solubilité solide (moins de 1 % atomique) du Sn dans Ge et le grand désaccord de maille (14,7 %) entre Ge et Sn signifient que le matériau Ge1−xSnx souffrira toujours d’une faible stabilité thermique et d’une grande contrainte de compression. Pour résoudre ces problèmes, les alliages Ge1−xSnx sont généralement cultivés dans des conditions non équilibrées en utilisant des techniques de dépôt chimique en phase vapeur ou d’épitaxie par jet moléculaire. En formant plusieurs couches de Ge1−xSnx avec un gradient d’étape en composition, la plupart de la contrainte de compression induite par le désaccord de maille peut être relaxée en formant des dislocations dans la sous-couche de Ge1−xSnx. Par conséquent, Ge1−xSnx avec une qualité élevée et une teneur en Sn uniforme peut être obtenue dans la couche supérieure. De nombreuses percées dans la croissance de Ge1−xSnx, les dispositifs photoniques et optoélectroniques ont été démontrées au cours des dernières années, bien que leur performance soit encore affectée par les défauts induits par la contrainte de compression dans la sous-couche. En revanche, la formation d’un alliage Ge1−xSnx nanostructuré est une solution prometteuse pour maintenir les propriétés supérieures de Ge1−xSnx tout en atténuant les défauts induits par la contrainte, formant ainsi un matériau Ge1−xSnx de haute qualité avec une teneur élevée en Sn. Une structure de nanofils cœur/coque est une approche prometteuse pour former du Ge1−xSnx à l’échelle nanométrique avec une haute qualité cristalline, où le nanofil cœur en Ge peut servir de modèle pour faire croître la coquille en Ge1−xSnx.