Intégration monolithique de photodétecteurs et de guides optiques sur matériaux III-V

Monolithic integration of photodetectors and optical waveguides on III-V materials

• Auteur / Autrice : Jean-François Vinchant
• Direction : Didier Decoster
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance en 1990
• Etablissement(s) : Lille 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Optoélectronique

Capteurs optiques

Guides d'ondes optiques

Optique intégrée

Résumé

L'objet de cette thèse est de présenter l'étude théorique et expérimentale de l'intégration monolithique de photodétecteurs et de guides optiques sur matériaux III-V. Après avoir rappelé les principales propriétés électroniques et optiques des matériaux III-V qui régissent le comportement d'un photodétecteur-guide, nous présentons les différents types de photodétecteurs et les éléments de base de l'optique integrée qui permettent une telle association, ainsi qu'un état de l'art de l'intégration monolithique de photodétecteurs et de guides optiques. A l'issue de cette première analyse, nous développons une modélisation des phénomènes de couplage optique au sein d'un photodétecteur-guide. Nous mettons alors en évidence et expliquons le comportement oscillatoire du coefficient d'absorption d'un tel dispositif en fonction de l'épaisseur de la couche absorbante déposée sur le guide optique. Aussi, nous montrons l'importance de ce phénomène pour obtenir une structure compacte. Ensuite, nous dégageons un prolongement de notre modèle optique en étudiant le comportement électronique d'un photodétecteur-guide. Nous proposons une approche de ce comportement que nous appliquons au pin-guide, en montrant les influence des différentes contributions qui régissent les performances dynamiques de ce dispositif. Enfin, nous démontrons expérimentalement, après l'avoir validée théoriquement, la faisabilité de photodétecteurs compacts integrés à un guide optique. Notamment, nous avons réalisé un photodétecteur métal-semiconducteur-métal intégré à un guide optique dont les propriétés de compacité (une couche absorbante de 100 m de long et de 0,2 m d'épaisseur pour une efficacité de couplage de 0,9) et les performances dynamiques (15 ghz de bande passante) sont les meilleures rapportées à ce jour