Étude de cavités membranaires GaAs à autocollimation

Study of self-collimating gaas membrane cavities

• Auteur / Autrice : Julien Campos
• Direction : Alain Barthélémy, Christian Seassal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro-ondes, électromagnetisme et optoélectronique
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cristaux photoniques

Lasers

Arséniure de gallium

Mots clés libres

Autocollimation

Cristal photonique

Gaas

Membrane

Cavité

Laser

Gravure

Rie

Arde

Semiconducteur

Résumé

L'autocollimation permet de propager un faisceau lumineux sans étalement latéral et en l'absence de tout guide optique. Cette thèse traite de la conception de cavités membranaires GaAs à autocollimation pour démontrer une nouvelle génération de cavité laser, ici émettant aux environs de 1 µm. La première partie concerne l'étude théorique d'une cavité à autocollimation reposant sur un cristal photonique à maille carrée. Un modèle d'onde plane est développé pour simuler la propagation de modes dans ce milieu. Le dimensionnement, les propriétés de guidage et de sélectivité spectrale et spatiale d'une cavité à autocollimation sont analysées. La deuxième partie évalue la fabrication d'une cavité membranaire GaAs à cristal photonique en régime d'autocollimation. Ce travail passe par la mise au point d'un procédé de masquage et de gravure RIE spécifique. Un second volet porte sur la minimisation des dégradations du matériau actif induites lors de la fabrication. Sur ce point, un modèle balistique a été développé pour estimer le temps de gravure optimal et réduire ainsi les défauts générés lors de la gravure. Des voies de passivations électroniques post-process à base de sulfures et nitrures sont également examinées.

Self-collimation allows to propagate a light beam without any lateral spreading and in the absence of any optical waveguide. This thesis deals with the design of self-collimation cavities on GaAs membrane to demonstrate a new generation of laser cavity emitting around 1 µm. The first part is a theoretical study of self-collimation photonic crystal with a square lattice. A plane wave model is developed to simulate the propagation of modes in this photonic crystal. The design, beaming properties, spectral and spatial selectivity of a self-collimation cavity are analyzed. The second part evaluates the fabrication of a GaAs membrane containing this self-collimation photonic crystal. This work involves the development of a specific method of masking and RIE etching. A second part focuses on minimizing the degradation of the active material induced by RIE etching. On this point, a ballistic model was developed to estimate the optimal etching time to reduce the generated defects. Some leads of electronic passivation post-process based on sulfides and nitrides are also discussed.