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Marigo-Lombart, Ludovic. Vertical integration of an electro-absorption modulator onto a VCSEL for high-speed communications

Marigo-Lombart, Ludovic (2018). Vertical integration of an electro-absorption modulator onto a VCSEL for high-speed communications.

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Résumé en francais

Dans cette thèse nous décrivons l'étude expérimentale et théorique d'un modulateur à électro-absorption (EAM) en vue de son intégration verticale sur un VCSEL (Laser à Cavité Verticale Emettant par la Surface) pour des communications optiques à très hautes fréquences. La modulation externe de la lumière émise par le VCSEL, alimenté en continu, permet de s'affranchir de la limite physique due à la dynamique des porteurs et devrait donc permettre d'augmenter la bande passante comparé à un VCSEL à modulation directe. Notre approche permet de considérablement diminuer la surface utile de par son intégration monolithique verticale et ainsi la consommation électrique. La première partie est consacrée au design du composant EAM-VCSEL. Tout d'abord nous expliquerons l'effet d'électro-absorption et comment le modéliser, sa combinaison avec la méthode de transfert matricielle, et son implémentation pour optimiser les paramètres physiques des puits quantiques tels que : l'épaisseur, la concentration d'aluminium dans les barrières et le champ électrique à appliquer. Ensuite, basé sur l'état de l'art des modulateurs verticaux, nous présenterons la conception d'une structure Fabry-Pérot asymétrique pour augmenter l'effet d'absorption dans la cavité. Cette structure optimisée du modulateur sera ensuite intégrée sur une structure standard de VCSEL tout en considérant le découplage optique entre ces cavités. Je présenterai ensuite la fabrication de ces composants complexes. Nous aborderons la croissance des structures EAM et EAM-VCSEL avec notamment l'optimisation de la calibration des cellules et les caractérisations après croissance. Ensuite nous présentons un procédé lift-off innovant visant à faciliter le procédé complet. Ce procédé sera utilisé pour fabriquer le modulateur afin de le caractériser en régime statique. Nous démontrons ainsi son fonctionnement en mesurant la réflectivité en fonction de la température et de la tension appliquée ce qui nous permet d'avoir une validation du modèle précédent. Nous présentons enfin la caractéristique LIV du modulateur-VCSEL ainsi que son spectre en longueur d'onde. Les deux derniers chapitres seront consacrés à la partie fabrication et caractérisation hyper-fréquence du composant. Nous avons conçu, à partir de nos caractérisations du BCB, des accès optimums pour diminuer les pertes électriques lors de l'injection. Nous présenterons ensuite un procédé innovant pour la planarisation du BCB en vue de l'injection électrique hyper-fréquence. Nous décrirons le procédé de fabrication complet du modulateur-VCSEL étape par étape. Enfin, nous montrerons les résultats hyperfréquence du modulateur seul et intégré sur le VCSEL. Nous avons ainsi atteint une modulation de 29 GHz, comparable a l'état de l'art actuel des VCSELs.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Almuneau, Guilhem
Panajotov, Krassimir
Ecole doctorale:Génie électrique, électronique, télécommunications (GEET)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (LAAS) - CNRS
Mots-clés libres :Photonique - Laser à semiconducteur - Communications optiques
Sujets :Sciences de l'ingénieur
Déposé le :08 Mar 2019 08:27