Application de la photodétection dans les circuits intégrés III-V pour le contrôle optique d'un circuit logique

Abstract

L’objet de cette thèse est de démontrer la possibilité de commander optiquement un circuit numérique associé à un photodétecteur au delà de 1GHz. Les deux premiers chapitres sont consacrés à l’étude de deux types de photodétecteurs : le photoconducteur GaAs à couche active dopée ou non intentionnellement dopée, et le photodétecteur MSM sur GaAs. Des modèles numériques sont notamment présentés, ils nous permettent, associés aux résultats expérimentaux que nous avons obtenus, de mieux comprendre les phénomènes de conduction et de photoconduction mis en jeu dans chacun des trois cas et de dégager ainsi les principales caractéristiques de chaque photodétecteur. Dans le troisième chapitre, nous étudions l’intégration monolithique d’un photoconducteur GaAIAs/ GaAs et d’un circuit logique constitué de transistors de type MISFET, dont la fonction est la division par deux de la fréquence du signal électrique modulant le rayon laser. Après une étude préalable des performances du photoconducteur et de l’influence de la distance interélectrode, un premier diviseur est réalisé, il permet une division par deux jusqu’à une fréquence de l’ordre de 200 MHz. Cette étude préliminaire nous a permis de réaliser un deuxième diviseur où cette fois-ci l’emplacement et la structure géométrique du photoconducteur ont été optimisé, de sorte que la division par deux a pu être effectuée jusqu’à 1,2GHz avec une puissance optique modulée minimale de l’ordre de 500nW seulement. Dans le quatrième chapitre, nous remplaçons dans le circuit intégré, la photoconducteur par un MSM GaAIAs/GaAs de structure géométrique semblable. Ici aussi la division par deux est effectuée jusqu’à 1,2 GHz avec le même seuil de puissance optique. L’un des enseignements que l’on peut tirer de cette étude est le comportement quasi-identique des deux photodétecteurs en hautes fréquences. Dans le cinquième chapitre, nous démontrons expérimentalement, après l’avoir valider théoriquement, la faisabilité d’un MSM GaAs intégré monolithiquement à un guide optique diélectrique Si3N4/SiO2. Les résultats obtenus sont très encourageants et laissent envisager la possibilité de réaliser un circuit numérique commandé optiquement et dont la distribution du signal optique s’effectue à l’aide de guides diélectriques.