Thèse Micro-Leds et Lasers Suspendus en Alingan pour des Applications d'Interconnexions Optiques H/F

Doctorat_Gouv

Établissement : Université Côte d'Azur
École doctorale : SFA - Sciences Fondamentales et Appliquées
Laboratoire de recherche : CRHEA - Centre de Recherche sur l'Hétéroépitaxie et ses Applications
Direction de la thèse : Benjamin DAMILANO
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-24T23:59:59

La croissance exponentielle de l'intelligence artificielle et du calcul dans les centres de données impose des exigences sans précédent en matière de transfert de données entre processeurs. Les interconnexions en cuivre actuelles deviennent un goulet d'étranglement majeur : elles souffrent de pertes résistives, d'une bande passante limitée et d'une latence élevée. Dans les architectures informatiques modernes, le transfert de données peut même consommer davantage d'énergie que le calcul lui-même, jusqu'à 60 % de la consommation totale étant consacrée aux interconnexions et à l'accès mémoire.
Les interconnexions optiques basées sur des semi-conducteurs III-nitrures représentent une alternative prometteuse. Leur bande interdite directe permet la réalisation de micro-LEDs et de lasers capables de transmettre des données avec une bande passante nettement plus élevée, une latence plus faible et une consommation énergétique réduite par rapport aux interconnexions électriques conventionnelles. Toutefois, les technologies conventionnelles de µLEDs planaires présentent encore plusieurs limitations, notamment des dommages induits par la gravure, des densités élevées de défauts, une dissipation thermique limitée et des difficultés d'intégration à grande échelle.
Au CRHEA (CNRS), dans le cadre du projet ANR SIRENS, nous avons développé et breveté une approche innovante permettant de fabriquer des structures de µLEDs émettant dans l'UV et suspendues, qui peuvent être transférées mécaniquement sur des substrats hôtes. Cette plateforme technologique ouvre de nouvelles perspectives pour la conception de dispositifs optoélectroniques à haute performance, tels que des µLEDs, des VECSELs et des diodes lasers fonctionnant dans le proche UV et le visible.
L'objectif de cette thèse est de pousser plus loin cette technologie et d'explorer son potentiel pour les interconnexions optiques de nouvelle génération.
Le doctorant ou la doctorante contribuera au développement de nouveaux dispositifs micro-optoélectroniques à base de III-nitrures reposant sur des structures membranaires suspendues.
Le travail couvrira l'ensemble de la chaîne de développement des dispositifs :
1. Croissance épitaxiale
- Croissance de structures semi-conductrices AlInGaN par épitaxie en phase vapeur par organométalliques (MOVPE)
- Conception d'hétérostructures de dispositifs pour µLEDs et lasers
2. Microfabrication
- Procédés de microfabrication en salle blanche pour la réalisation de membranes suspendues
- Transfert des dispositifs sur des substrats hôtes afin d'améliorer leurs performances
3. Caractérisation avancée
Le ou la doctorant(e) étudiera les propriétés structurales, optiques et électroniques des matériaux et des dispositifs à l'aide de techniques de pointe :
-Morphologie : MEB (SEM), AFM
-Contraintes : diffraction des rayons X (XRD), spectroscopie Raman, cathodoluminescence
-Qualité structurale : ECCI, STEM
-Propriétés optoélectroniques : µ-photoluminescence, cathodoluminescence, mesures I-V et C-V

La croissance exponentielle de l'intelligence artificielle et du calcul dans les centres de données impose des exigences sans précédent en matière de transfert de données entre processeurs. Les interconnexions en cuivre actuelles deviennent un goulet d'étranglement majeur : elles souffrent de pertes résistives, d'une bande passante limitée et d'une latence élevée. Dans les architectures informatiques modernes, le transfert de données peut même consommer davantage d'énergie que le calcul lui-même, jusqu'à 60 % de la consommation totale étant consacrée aux interconnexions et à l'accès mémoire.
Les interconnexions optiques basées sur des semi-conducteurs III-nitrures représentent une alternative prometteuse. Leur bande interdite directe permet la réalisation de micro-LEDs et de lasers capables de transmettre des données avec une bande passante nettement plus élevée, une latence plus faible et une consommation énergétique réduite par rapport aux interconnexions électriques conventionnelles. Toutefois, les technologies conventionnelles de µLEDs planaires présentent encore plusieurs limitations, notamment des dommages induits par la gravure, des densités élevées de défauts, une dissipation thermique limitée et des difficultés d'intégration à grande échelle.
Au CRHEA (CNRS), dans le cadre du projet ANR SIRENS, nous avons développé et breveté une approche innovante permettant de fabriquer des structures de µLEDs émettant dans l'UV et suspendues, qui peuvent être transférées mécaniquement sur des substrats hôtes. Cette plateforme technologique ouvre de nouvelles perspectives pour la conception de dispositifs optoélectroniques à haute performance, tels que des µLEDs, des VECSELs et des diodes lasers fonctionnant dans le proche UV et le visible.
L'objectif de cette thèse est de pousser plus loin cette technologie et d'explorer son potentiel pour les interconnexions optiques de nouvelle génération.

Développer et optimiser un procédé de fabrication de membranes d'AlInGaN pouvant être exploité pour la réalisation de µLEDs et de diodes lasers fonctionnant dans le proche ultraviolet et le visible.
Évaluer l'impact du procédé technologique de formation des membranes, ainsi que de leur transfert sur substrat hôte, sur les propriétés mécaniques, structurales et optoélectroniques des structures obtenues.
Démontrer la réalisation et le fonctionnement de dispositifs électriquement injectés, de type µLEDs et/ou diodes lasers, reposant sur ces architectures membranaires.

1. Croissance épitaxiale
- Croissance de structures semi-conductrices AlInGaN par épitaxie en phase vapeur par organométalliques (MOVPE)
- Conception d'hétérostructures de dispositifs pour µLEDs et lasers
2. Microfabrication
- Procédés de microfabrication en salle blanche pour la réalisation de membranes suspendues
- Transfert des dispositifs sur des substrats hôtes afin d'améliorer leurs performances
3. Caractérisation avancée
Le ou la doctorant(e) étudiera les propriétés structurales, optiques et électroniques des matériaux et des dispositifs à l'aide de techniques de pointe :
-Morphologie : MEB (SEM), AFM
-Contraintes : diffraction des rayons X (XRD), spectroscopie Raman, cathodoluminescence
-Qualité structurale : ECCI, STEM
-Propriétés optoélectroniques : µ-photoluminescence, cathodoluminescence, mesures I-V et C-V