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Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I (24/10/2002), Lippens Didier (Dir.)
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Génération et Propagation aux fréquences Terahertz
Emilien Peytavit1

Ce travail de thèse a porté sur la génération aux fréquences THz par la technique dite de photomélange. La première partie de cette étude a été consacrée aux éléments essentiels d'un tel dispositif utilisé au THz : le GaAs épitaxié à basse température (GaAs BT), un photodétecteur à électrodes interdigitées, et une antenne planaire. Cette étude a permis d'obtenir une source largement accordable entre 100 GHz et 4 THz, adaptée aux études spectroscopiques. Dans un second temps, l'effort d'optimisation s'est porté sur le photodétecteur avec deux topologies envisagées, verticale et distribuée. La topologie verticale a en effet permis de s'affranchir d'effets bidimensionnels, néfastes pour les performances et la robustesse du photodétecteur. La fabrication du photodétecteur vertical a nécessité la mise au point d'un procédé de report de couches épitaxiales en cours de procédé technologique s'appuyant sur les techniques de report élaborées au sein du laboratoire. La comparaison expérimentale a montré une amélioration d'un facteur 2 à 3 en réponse statique, et d'un facteur 7 en photomélange. La seconde voie, à savoir l'utilisation d'un photodétecteur, passe par l'étude préalable des lignes de propagation aux fréquences THz. Nous avons tout d'abord mis en évidence les effets induits par la montée en fréquence, et plus particulièrement l'effet des conditions aux limites, qu'elles soient diélectriques ou métalliques. Puis en utilisant ces conditions aux limites, nous avons imaginé des lignes de propagation fonctionnant au THz et utilisables en photomélange. Toutefois la voie la plus prometteuse à cours terme est certainement la transposition aux longueurs d'onde 1.3 Μm-1.5 Μm. Dans cette optique, deux solutions sont envisagées, la première s'appuie sur l'épitaxie de couche d'InGaAs à basse température, tandis que la seconde utilise l'absorption anormale du GaAs BT à ces longueurs d'ondes et la cavité intrinsèque au photodétecteur vertical.
1:  Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie
• Photodétecteur • Photomélange • Térahertz • Report épitaxial • Topologie verticale • GaAs BT • Lignes de propagation

Waveguiding and photomixing at Terahertz frequency
This Thesis deals with the generation of THz frequencies based on the photomixing process. The first part describes the main components of devices, which are low-temperature-grown GaAs (LTG-GaAs), interdigitated electrodes and planar antenna. This study allows us to obtain a largely tunable source between 100 GHz and 4 THz, suitable to spectroscopic studies. In the second part, two different photodetector's topologies are examined, the first one vertical and the second one distributed. The vertical topology actually permits to alleviate two-dimensionnal effects, which affects its performance and robustness. In order to manufacture a vertical photodetector, a wafer bonding technique has been used during the process. Experimental results show an improvement in photoresponsivity (x3) and in photomixing (x7) compared to planar technology. The other option, i.e. the use of a distributed photodetector, requires a preliminary study of propagation lines at THz frequencies. Boundaries conditions effect is closely look into, and propositions of original transmission lines are brought up. However, the most promising prospect seems to be the operation of our devices at long wavelength (1.5 Μm). Two routes are discussed, which rely respectively on the sub-gap absorption in LTG-GaAs and on the use of a new material (LTG-InGaAs).
• Photodetector • Photomixing • Terahertz • Wafer bonding • Vertical topology • LTG GaAs • Propagation lines

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