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Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes

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869documents trouvés

18412
14/12/2018

Bismuth content dependence of the electron spin relaxation time in GaAsBi epilayers and quantum well structures

S.AZAIZIA, A.BALOCCHI, S.MAZZUCATO, F.CADIZ, S.BEATO DE LE SALLE, H.LEHEC, D.LAGARDE, A.ARNOULT, C.FONTAINE, H.CARRERE, X.MARIE, T.AMAND

LPCNO, TEAM, PHOTO

Revue Scientifique : Semiconductor Science and Technology, Vol.33, N°11, Décembre 2018 , N° 18412

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01944345

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Abstract

Time-resolved optical orientation experiments have been performed in dilute bismide structures. Bulk layers with bismuth fractions in the range 1%–3.8% and quantum wells with bismuth fractions in the range 2.4%–7% were investigated. A clear decrease of the electron spin relaxation time is evidenced in both cases when the bismuth content increases. These results can be well interpreted by the increased efficiency of the spin relaxation mechanisms due to the bismuth induced larger spin-orbit interaction in these alloys.

145602
18418
11/12/2018

Highly-resonant two-polarization transmission guided-mode resonance filter

L.MACE, O.GAUTHIER-LAFAYE, A.MONMAYRANT, S.CALVEZ, H.CAMON, H.LEPLAN

PHOTO, Safran Reosc

Revue Scientifique : AIP Advances, Vol.8, N°11, 115228p., Décembre 2018 , N° 18418

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01942206

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Abstract

We theoretically demonstrate a mid-infrared polarization-independent guided-mode-resonance transmission filter. We designed a structure based on a deeply-etched 2D grating above a thin slab of the same material respectively supporting transverse magnetic and transverse electric fundamental modes with identical effective index, which propagate along orthogonal directions. This device relates to multi-resonant guided-mode-resonance filters, and more particularly to the concept of zero-contrast gratings (ZCG), which can operate either as wideband reflectors [R. Magnusson, Optics Letters 39, 4337 (2014)] or bandpass filters [M. Niraula, J. W. Yoon, and R. Magnusson, Optics Letters 40, 5062 (2015)]. However, contrary to the latter, this new generation of filters is not bound by stringent material requirements inherent to conventional ZCGs. In particular, ZCGs are demonstrated with high to low refractive index ratio below 2, using germanium as high-index material over a low-index zinc sulfide substrate. These filters exhibit a transmission peak with a full-width at half-maximum of about 30 pm, and a maximum transmission close to 100 % lying in a 46-nm-wide rejection window.

145552
18546
07/12/2018

Jonctions tunnel à très hautes performances à base d'hétérostructures de type II sur GaAs pour les cellules solaires multijonction

K.LOUARN, Y.CLAVEAU, C.FONTAINE, A.ARNOULT, L.MARIGO-LOMBART, I.MASSIOT, F.PIQUEMAL, N.CAVASSILAS, A.BOUNOUH, G.ALMUNEAU

PHOTO, IM2NP, TEAM, LNE, CEA LIST

Affiche/Poster : Journées Nationales du Photovoltaïque ( JNPV ) 2018 du 04 décembre au 07 décembre 2018, Dourdan (France), Décembre 2018 , N° 18546

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01980237

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Abstract

Les jonctions tunnel (JT) constituent des éléments essentiels dans la conception de cellules solaires à multijonction, puisqu'elles assurent les interconnexions permettant de mettre en série les cellules élémentaires et ce, sans perte de performances. Les cellules élémentaires absorbant différentes gammes du spectre solaire peuvent être empilées de façon monolithique par épitaxie sur un substrat. Les cellules multijonction couvrent ainsi plus efficacement le spectre solaire et peuvent atteindre, grâce à la réduction des pertes par thermalisation, des rendements élevés, le record étant actuellement de 46% [1]. Les JT assurent donc les interconnexions électriques et doivent satisfaire plusieurs critères pour minimiser les pertes dans la multijonction : une capacité de conduction (évaluée par le courant tunnel pic) bien supérieure au courant photogénéré par la cellule multijonction ; une très faible résistance ; une absorption optique minimale pour assurer la transmission sans perte dans la bande spectrale de la (ou des) cellule(s) sous-jacente(s) ; ces JT doivent enfin présenter d'excellentes qualités structurales et ne pas contenir de dislocations dans le composant qui seraient générées par la relaxation des contraintes paramétriques

146418
18389
26/11/2018

Anisotropic lateral oxidation of Al-III-V semiconductors: inverse problem and circular aperture fabrication

S.CALVEZ, A.ARNOULT, A.MONMAYRANT, H.CAMON, G.ALMUNEAU

PHOTO, TEAM

Revue Scientifique : Semiconductor Science and Technology, Novembre 2018, DOI : 10.1088/1361-6641/aaf2f1 , N° 18389

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01933226

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Abstract

The lateral wet oxidation of aluminum-containing III-V-semiconductors is a technological process which converts a buried (thin) cristalline material into an amorphous insulator and, as such, tends to exhibit an anisotropic behavior. As a result, the shape of the interface between the semiconductor and the insulator, often referred as the oxide aperture, differs from the etched mesa contour from which the oxidation proceeds. This, in turn, complicates the design of the devices relying on this process especially when specific oxide patterns are needed.
 In this paper, we introduce a method based on a morphological dilatation to determine the shape of the mesas which will lead to a specific targetted contour upon an anisotropic oxidation over a modest extent. The approach is experimentally validated by demonstrating the fabrication of circular oxide apertures which are inherently difficult to make because of their high degree of symmetry but which also turn out to be of critical importance in obtaining efficient single-mode vertical-cavity surface-emittting lasers

145299
18426
05/11/2018

Vertical integration of an electro-absorption modulator onto a VCSEL for high-speed communications

L.MARIGO-LOMBART

PHOTO

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 5 Novembre 2018, 192p., Président: O.LLOPIS, Rapporteurs: I.SAGNES, L.CERUTTI, Examinateurs: H.OTTEVAERE, Directeurs de thèse: G.ALMUNEAU, K.PANAYOTOV , N° 18426

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01975484

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Résumé

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 Cav- ité 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 con- tinu, 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 modu- lation 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 combinai- son 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 struc- ture 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 caractérisa- tion 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 com- plet du modulateur-VCSEL étape par étape. Enfin, nous montrerons les résultats hyper- fréquence 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.

Abstract

In this PhD thesis, we describe experimental and theoretical studies on Electro-Absorption Modulator (EAM) for its vertical integration onto a Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser (VCSEL) to reach high-speed modulation for optical communications. The exter- nal modulation of the emitted light by the VCSEL, biased in continuous-wave, avoids the physical limitation due to the carrier dynamics encountered in directly-modulated lasers and thus enables very high frequency bandwidth. Furthermore, this fully monolithic integrated approach decreases the footprint and thus the energy consumption. In the first part of the manuscript, we describe the design of the EAM-VCSEL device. First, we explain the electro-absorption effect and its modelling; its combination with the transfer matrix method, and the implementation of the combined model for optimization of the quantum well parameters: thickness, barrier Al-content and applied electric field. Then, based on the state-of-the-art of the vertical modulators, we design an Asymmet- ric Fabry-Perot modulator structure to improve the electro-absorption in the top cavity. This EAM structure is integrated onto a standard VCSEL device while considering the decoupling between the two cavities. I present afterwards the fabrication of these complex devices. The epitaxial growth of EAM and EAM-VCSEL structures is presented as an implementation of pre-growth calibration routine to achieve the expected characteristics and the post-growth charac- terization of the wafers. Then, we present an innovative technological solution used to facilitate the global process. We used a double resist stack for a self-aligned process for the modulator, useful for the mesa etch, the sidewalls passivation and the metallization, all realized with only one single photolithography step. This process is used for the static characterization of the EAM. We demonstrate the feasibility of these devices by carrying out static reflectivity measurements as a function of the temperature and the applied EAM voltage. This allows to validate the previous absorption model. We also present the static characterization of the EAM-VCSEL with LIV curves and spectrum measurements. Finally, the last two chapters present the high-frequency aspect of the project. Based on BCB on an innovative planarization process about the use of a nano-imprint tool to ensure a perfect flat BCB layer surface, we present the global process flow step by step. Then, thanks to our BCB electrical characterization we compared two access line designs to decrease as much as possible the parasitic capacitance. Finally, we characterize the modulator cut-off frequency as a proof of concept and demonstrate a modulation of 29 GHz after its integration onto the VCSEL, comparable to the best results in the VCSEL litterature.

Mots-Clés / Keywords
Photonics; Semiconductor lasers; Optical communications; Photonique; Laser à semiconducteur; Communications optiques;

145675
18413
31/10/2018

Contactless Conductivity Measurement for ITO Nanolayers on AsGa Substrats Over a Wide Frequency Range

F.LOETE, H.MAKHLOUFI, Y.LE BIHAN, D.MENCARAGLIA

Geeps, PHOTO

Affiche/Poster : IEEE SENSORS 2018 du 28 octobre au 31 octobre 2018, New Delhi (Inde), Octobre 2018 , N° 18413

Lien : https://hal-centralesupelec.archives-ouvertes.fr/hal-01944583

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145493
18549
25/10/2018

High frequency characterization of a vertical electro-absorption modulator for data communications

L.MARIGO-LOMBART, C.VIALLON, A.RUMEAU, O.GAUTHIER-LAFAYE, A.MONMAYRANT, H.THIENPONT, K.PANAJOTOV, G.ALMUNEAU

PHOTO, MOST, I2C, Bruxelles

Manifestation avec acte : International Topical Meeting on Microwave Photonics ( MWP ) 2018 du 22 octobre au 25 octobre 2018, Toulouse (France), Octobre 2018 , N° 18549

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01980197

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146437
18392
24/10/2018

Nouveaux concepts de nano-filtres infrarouges à l’échelle du pixel

L.MACE

PHOTO

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 24 Octobre 2018, 269p., Président: P.LALANNE, Rapporteurs: R.HAIDAR, F.DE FORNEL, Examinateurs: A.L.FEHREMBACH, N.PERE-LAPERNE, Directeurs de thèse: O.GAUTHIER LAFAYE, A.MONMAYRANT , N° 18392

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01947238

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Abstract

In the near-infrared (NIR) and mid-infrared (MIR) spectral domains (3-10µm), requirements and needs evolve toward more complex optical functions and highly-integrated systems. This is especially relevant in the context of space and aeronautics applications for earth observation, where the aim is to increase the number of acquired spectral bands while simultaneously reducing the device footprint. These requirements translate into a pixelization of the filters so that they can be integrated into a mosaic which also performs the spatial filtering and different spectral functions. As of today, conventional thin films filter technologies haven’t been shown to achieve this goal. As a result, different filtering concepts originating from the field of photonics which could overcome these limitations must be investigated. “Zero-contrast gratings” (ZCG) are a kind of guided-mode resonance filters that have proved to implement efficient tunable transmission filters in the MIR, while having a very simple structure. Nevertheless, their narrow transmission linewidth and weak angular acceptance hinder their applicability for pixelated applications in the MIR. We present in this work several structures based on the ZCG concept. On the one hand, we have introduced doubly-corrugated 1D filters with bandwidths ranging from 1 to 200nm, allowing for 100µm pixel sizes and tunable over a domain of 200nm. On the other hand, we have shown a novel filtering concept, which we called “TE/TM ZCG”. This new generation of ZCG is not bound by stringent material requirements inherent to conventionnal ZCGs. Their fabricability have been demonstrated through cleanroom operations. A first doubly-corrugated 1D filter has been fabricated and characterized optically.

Résumé

Dans le domaine du proche infrarouge et du moyen infrarouge (3-10µm), les besoins évoluent vers une plus grande complexité des fonctions optiques et un niveau d’intégration plus élevé des systèmes. Ceci est particulièrement vrai dans un contexte spatial ou aéronautique visant à l’observation de la terre, où l’on cherche simultanément à accroître le nombre de bandes spectrales acquises et à miniaturiser les systèmes d’observation. Cela se traduit notamment par une pixellisation des filtres afin que ceux-ci soient intégrés dans une matrice réalisant plusieurs fonctions optiques. Or, les méthodes traditionnelles de fabrication de filtres optiques utilisant des empilements de couches minces n’ont pas démontré leur capacité à répondre au besoin de pixellisation dans l’infrarouge. C’est pourquoi il est nécessaire d’étudier de nouveaux concepts de filtrages issus du domaine de la photonique permettant de s’affranchir de ces limitation! s. Les « zero-contrast gratings » (ZCG), qui constituent une sous-catégorie des réseaux résonnants, ont démontré leur capacité à réaliser des filtres en transmission accordables de grande efficacité dans le proche-infrarouge, tout en ayant une structure très simple. Néanmoins, leur faible bande passante et leur tolérance angulaire réduite en limitent la pertinence pour des applications pixellisées dans le moyen-infrarouge. Nous présentons dans cette thèse diverses structures basées sur ce même concept de ZCG. D’une part nous introduisons des filtres 1D doublement corrugués de bande passante variant entre 1 et 200nm, dont les tailles de pixels accessibles sont de l’ordre de 100µm, accordables sur une bande de 200nm. D’autre part, nous avons développé un nouveau concept de filtre, dit « ZCG TE/TM » dont le fonctionnement permet de dépasser une limitation très restrictive des ZCGs conventionnels pour le choix d! es matériaux. La fabricabilité de ces dispositifs a été démontrée lors d’opérations technologiques menées en salle blanche. Un premier démonstrateur de filtre 1D doublement corrugué été caractérisé optiquement.

Mots-Clés / Keywords
Photonique; Réseaux sub-longueur d'onde; Filtrage spectral; Infrarouge; Nanotechnologies; Photonics; Spectral filter; Infrared; Nanotechnology;

145333
18433
13/10/2018

Histoire du mètre, de l'origine à nos jours

P.ARGUEL

PHOTO

Manifestation sans acte : Fête de la Science ( ) 2018 du 13 octobre au 13 octobre 2018, Toulouse (France), Conférence grand public, Octobre 2018 , N° 18433

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01946161

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145780
18357
01/10/2018

Mid-infrared cavity resonator integrated grating filters

S.AUGÉ, S.GLUCHKO, A.L.FEHREMBACH, E.POPOV, T.ANTONI, S.PELLOQUIN, A.ARNOULT, A.MONMAYRANT, O.GAUTHIER-LAFAYE

PHOTO, EM2C, Fresnel, TEAM

Revue Scientifique : Optics Express, Vol.26, N°21, pp.27014-27020, Octobre 2018 , N° 18357

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01917371

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Abstract

Cavity Resonator Grating Filters (CRIGFs) working in the Mid-Infrared are reported, with narrow-band resonant reflectivity peaks around 2200 cm−1 (4.6 µm). They are fabricated in the GaAs/AlGaAs material system that can potentially cover the whole [1-12] µm spectral range. TE-polarized peak reflectivity is 30% with a 4 cm−1 full width at half maximum.

145114
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