Etude de structures hybrides : lasers à cristaux photoniques en semi-conducteurs III-V sur silicium

par Yacine Halioua

Thèse de doctorat en Champs, particules, matière

Sous la direction de Rama Raj et de Gunther Roelkens.

Soutenue en 2011

à Paris 7 .


  • Résumé

    La demande grandissante relative au transfert de données à très haut débit rencontre aujourd'hui les limites des systèmes ou circuits micro-électroniques. Il est actuellement admis qu'un transfert de données par flux lumineux permettra de significativement lever ces limites en terme de vitesse du point de vue de la communication inter- et intra-composants électroniques. Plus particulièrement, du fait de leurs propriétés intrinsèques, la combinaison de structures actives en semi-conducteur III-V et de structures passives en Silicium, dans un schéma compatible avec les procédés CMOS, ouvre d'intéressantes perspectives dans ce sens. Dans ce contexte, la présente thèse traite de la conception, la réalisation et l'étude de structures hybrides à deux niveaux composées de cristaux photoniques (CPs) en semi-conducteurs III-V couplés à un guide en Silicium. Les deux niveaux sont liés au moyen d'une couche intermédiaire de BCB. En premier lieu, l'opération laser, à faible seuil, couplée au guide de silicium sous-jacent est démontrée, aussi bien dans le cas de guides que de cavités CPs. Les caractéristiques optiques ainsi que les paramètres pertinents du système sont étudiés expérimentalement et confrontés au travail de modélisation mené en amont. Une extraction, via le guide de silicium, de la lumière émise dans le niveau actif atteignant 90% est ainsi démontrée. Cette valeur à été rendue, notamment, par le développement d'une technologie d'alignement spécifique, permettant une précision de ~25 nm, entre les deux niveaux. Enfin, l'observation de la bistabilité en régime de gain est présentée avant que soient discutées un certain nombre de perspectives.

  • Titre traduit

    Study of hybrid III-V semiconductors on Si photonic crystal lasers


  • Pas de résumé disponible.

  • Titre traduit

    = Study of hybrid III-V/Si photonic crystal lasers


  • Résumé

    The ever-growing demand for high data transmission and processing rates is hitting the limits of microelectronic circuits and Systems. It is currently admitted that photons can significantly relieve the speed constraints of inter as well as intra-chip communications. More specifically, due to their inherent advantages, the hybridisation of III-V active and Si passive photonic structures, which are CMOS compatible, opens a new avenue for an exciting field of endeavour. In this context, the present thesis deals with fabrication and study in depth of a two level structure based on III-V photonic crystals (PhCs) evanescently coupled to silicon wires. The two levels are bonded together using an adhesive BCB-based bonding technique. Taking advantage of PhCs properties reasonably low threshold laser operation coupled to the silicon wire underneath is demonstrated, using both PhCs waveguides and wire cavities. The optical characteristics and coupling efficiencies of the System against various parameters were experimentally studied and the results successfully confronted to modelling, showing amongst other results that 90% of the light emitted in the top level is extracted via the silicon wire. Such a high value has been rendered possible by by an important work on modelling and the development of a specific alignment processing procedure providing an accuracy of ~ 25 nm. In conclusion, the observation of low-threshold bistability under gain regime is presented and numerous perspectives are discussed.

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La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (157 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 193 réf.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris Diderot - Paris 7. Service commun de la documentation. Bibliothèque Universitaire des Grands Moulins.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : TS (2011) 169
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