Nouvelles approches d'intégration pour les microsystèmes optiques

par Jérôme Valentin

Thèse de doctorat en Nanophysique, nanocomposants, nanomesures

Sous la direction de Françoise Lozes-Dupuy.

Soutenue en 2004

à Toulouse, INSA .

mots clés

• Microélectronique
• Lasers à injection
• Lasers à semiconducteurs
• Photodiodes

Résumé

'intégration de composants optiques actifs dans des microsystèmes est étudiée à partir d'approches génériques, fondées sur les procédés de fabrication collective de la microélectronique. La première approche étudiée exploite la technologie CMOS pour démontrer la faisabilité de nouvelles fonctions de détection associant un détecteur silicium et une fonction optique passive, l'ensemble permettant l'intégration de circuits de traitement de signal. Nous montrons dans ce contexte un nouveau principe de détecteur de déphasage reposant sur l'intégration d'un réseau de diffraction à la surface d'une photodiode. Une seconde approche vise à étudier les potentialités des cristaux photoniques pour le développement de diodes laser compatibles avec une intégration planaire de fonctions optiques actives ou passives. L'étude réalisée dans le cadre de ce mémoire porte sur une diode laser à ruban comportant un miroir à cristal photonique unidimensionnel. Les performances du miroir en fonction des paramètres technologiques sont modélisées et un procédé de fabrication est proposé.

Titre traduit

Novel integration approaches for optical microsystems

Résumé

Integration of active optical devices in microsystems is studied using generic approaches based on standard microelectronic fabrication processes. First, a CMOS technology is studied to demonstrate the feasibility of new detection functions that associate a silicon detector and a passive optical function, thus enabling direct integration with signal processing circuits. We show in that context a new phase difference detector principle constituted by a diffraction grating fabricated at the surface of a photodiode. A second approach aims at studying the potential of photonic crystals for the development of laser diodes compatible with a planar integration of passive and active optical functions. The device studied in this thesis is a ridge waveguide laser with a one dimensional photonic crystal mirror. The mirror performance as a function of technological parameters is simulated and a fabrication process is proposed.