Nanotechnologie, Nanophotonique, Optoélectronique, Photonique-sur-silicium, Crystals-photoniques, Nanolaser-en-semiconducteur, Nanoamplificateur-optique

L'exploitation de la lumière comme véhicule de l'information au lieu des électrons est considérée comme l'une des meilleures solutions pour dépasser les limites des interconnexions électriques. Alors que des solutions photoniques ont déjà remplacé les lignes électriques pour les applications à longue distance, une alternative optique aux interconnexions métalliques à l'intérieur des circuits intégrés n'existe pas encore : en particulier, même si les guides d'ondes en silicium représentent une excellente opportunité pour transférer le signal optique dans l'ensemble de la puce, des composants nanophotoniques actifs consommant peu d'énergie et présentant des dimensions réduites, une vitesse ultra-élevée et une compatibilité avec la technologie CMOS, n'ont pas encore été commercialisés. Cette thèse vise à développer deux dispositifs fondamentaux que l'on peut trouver à l'intérieur d'un circuit photonique intégré : un nanoamplificateur optique et une source nanolaser. Leur concept repose sur un cristal photonique bidimensionnel (2D-PhC) injecté électriquement constituant une structure hybride InP sur SOI. Tout d'abord, nous avons modélisé les deux dispositifs, démontrant l'efficacité de leur schéma d'injection électrique ainsi que leur interfaçage optique avec un guide d'onde de silicium. Ensuite, nous avons développé un procédé de technologie complet, permettant de fabriquer ces structures tout en respectant les limitations imposées par l'industrie de la microélectronique. Cette tâche méticuleuse nous a permis de valider le schéma d'injection électrique et de démontrer un nanolaser à injection électrique, fonctionnant à température ambiante et présentant une puissance de seuil laser ultra-faible (environ 75 µA à 1 V) sous une polarisation électrique AC. Finalement, l'étape technologique limitante a été identifiée et discutée. Sa résolution conduira à la démonstration de ces nanolasers en régime continu.