Contexte
Composants à hétérostructures : applications en nanoélectronique et nanophotonique

Les hétérostructures unidimensionnelles, autrement dit des empilements de matériaux différents dans une direction de l’espace appelée direction de croissance, ont été depuis les années 1980 à la source de la majorité des progrès réalisés en micro- et optoélectronique. Que ce soit dans le domaine des transistors à effet de champ ou bipolaire, les besoins de miniaturisation et de montée en fréquence ont fait que le recours aux hétérostructures métal/semi-conducteur et semi-conducteur/semi-conducteur est devenu systématique dans toute nouvelle conception. Il en va de même pour la grande majorité des diodes non linéaires à l’état solide dès lors qu’un fonctionnement au-delà de quelques dizaines de gigahertz est envisagé. En optoélectronique, le constat est similaire lorsque l’on observe le développement fulgurant des diodes électroluminescentes ou des sources lasers à semi-conducteurs. L’émission de photons via des puits quantiques et l’amplification de signaux optiques au sein de guides « tout semi-conducteur » jusqu’au seuil nécessaire pour l’émission laser a été rendue possible dans des hétérostructures dont les dimensions peuvent être facilement adaptées soit à la longueur d’onde électronique, soit à la longueur d’onde optique. On trouvera en Bibliographie de très nombreux ouvrages traitant de ces thématiques ainsi que quelques dossiers parus dans les Techniques de l’Ingénieur.

Ce premier constat implique-t-il que l’aventure des hétérostructures est à présent du domaine de l’acquis et qu’il ne reste plus grand chose à inventer, d’arrangements à créer ? Bien au contraire, l’apparition et la maîtrise de croissance de matériaux nouveaux et alternatifs sont venues enrichir la gamme des possibilités. Aussi, la très bonne qualité des hétéro-interfaces que les épitaxistes savent atteindre permet la proposition d’hétérostructures multiples dans lesquelles l’ingénierie de couche peut se faire à la « demi-couche » atomique près...