Photodiode hyperfrequence de puissance sur inp : modelisation, conception et caracterisation

par SERGE JASMIN

Thèse de doctorat en Sciences appliquées

Sous la direction de N. VODJADNI.

Soutenue en 1996

à Paris 11 .

    mots clés mots clés


  • Résumé

    Afin d'augmenter le rendement et la dynamique des liaisons optiques hyperfrequences sur fibre, nous proposons des photodiodes a larges bandes passantes electrique (ondes centimetriques et millimetriques) et optique ( compris entre 1. 48 et 1. 58m), permettant de delivrer de fortes puissances hyperfrequences. Le transport et la vitesse des photoporteurs sont regis par le champ electrique applique dans la zone depletee de la photodiode. Sous forte illumination, ce champ electrique est ecrante par des effets de charge d'espace crees par les photoporteurs et par la tension developpee au passage du courant dans le circuit de charge. Des valeurs de champ electrique trop faibles ou trop fortes limitent la puissance hyperfrequence delivree. Nous avons donc cherche a reduire ces ecrantages. La zone depletee des photodiodes pin guide (pdg) a absorption diluee est constitue d'une fine zone absorbante, entouree de couches de materiaux transparents dont la somme des epaisseurs est limitee par le temps de transit des porteurs. L'epaisseur de la couche absorbante est ajustee afin de generer les photoporteurs sur la surface d'absorption maximale (limitee par la constante de temps rc). L'optimisation electrique de ces nouveaux composants, a l'aide d'un modele de type derive diffusion montre un gain en puissance electrique a 20 ghz de presque deux ordres de grandeurs par rapport aux photodiodes guide conventionnelles. D'autre part, le guidage optique dans le photodetecteur nous permet de controler l'absorption de maniere a distribuer uniformement les porteurs dans tout le volume absorbant. Ceci est realise en elargissant le ruban du guide d'un facteur deux entre le debut et la fin du composant. Nous augmentons ainsi, d'un ordre de grandeur, le coefficient d'absorption modale le long de l'axe de propagation de la lumiere. Nous superposons egalement un guide d'onde hyperfrequence au guide d'onde optique. Ce dispositif a ondes progressives, permet de repousser la limitation en frequence par la constante de temps rc et d'optimiser le transfert de puissance electrique dans une large gamme de frequences. Les premieres pdg a absorption diluee fabriquees montrent des reponses optiques de 1a/watt a une longueur d'onde d'1. 55m. Elles sont tolerantes aux desalignements de la fibre (1m a -1db) et ont des bandes passantes de 30ghz. Leur reponse electrique reste lineaire jusqu'a des puissances optiques de 10mw a 10ghz pour une tension inverse appliquee de -5volt. Neanmoins, cette valeur est inferieure a celle optimisee avec le modele electrique (90ma a 20ghz pour vbias = -16volt). Sous forte illumination, la destruction des electrodes de la photodiode en circuit ouvert montre que la limitation en puissance n'est pas due a des effets d'avalanche comme c'est le cas dans les pdg conventionnelles. Ces observations sont plutot a rapprocher des excessives resistances de pistes qui montrent que cette limitation provient d'un probleme de fabrication

  • Titre traduit

    High power microwave photodiode grown on inp. Modeling, design and characterization


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  • Détails : 198 P.
  • Annexes : 79 REF.

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