Réalisation et caractérisations d'hétérostructures à base de couches minces de LiNbO3 pour des applications en optique intégrée

Discipline

Électronique des Hautes Fréquences et Optoélectronique

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

plan d'expérience, couches minces, diélectriques, dépôt par laser pulsé, dispositifs électrooptiques

Mots-clés

Gemmes - épitaxie - Thèses et écrits académiques,

Dépôt par laser pulsé - Thèses et écrits académiques,

Modulateurs de lumière - électrooptique - Thèses et écrits académiques,

LasersLasersLasers -- Applications industrielles,

Niobate de lithium - Applications scientifiques - Applications scientifiques,

Oxyde de zinc - Applications scientifiques - Applications scientifiques

Le niobate de lithium (LiNbO3 : LN) est un matériau largement utilisé en optique de par ses propriétés électrooptiques et non linéaires très intéressantes. Il est utilisé en particulier sous forme massive dans les dispositifs actifs tels que les modulateurs électrooptiques. Son utilisation sous forme de couches minces offrirait l'avantage de diminuer fortement la distance inter-électrodes et d'améliorer le facteur de recouvrement entre les champs optique et appliqué tout en facilitant l'intégration et la miniaturisation des dispositifs. Notre travail a consisté, dans un premier temps, à optimiser, à partir des méthodes utilisant les plans d'expériences, les conditions de dépôt par ablation laser de couches minces de LN épitaxiées sur des substrats en saphir. Les caractérisations structurales et microstructurales ont mis en exergue la très bonne qualité cristalline des films réalisés. Ces films d'épaisseur moyenne 150 nm permettent une propagation à faibles pertes (≤1 dB/cm) compatible avec une utilisation en tant que guides d'ondes. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés au choix du type d'électrode nécessaire à la conception d'un modulateur électrooptique. Notre choix s'est porté sur le matériau ZnO. Nous avons démontré que les couches de LN étaient épitaxiées sur ZnO lui-même épitaxié sur saphir. Aucun guidage n'a pu être mis en évidence dans l'hétérostructure LN/ZnO/saphir car elle présente des pertes optiques importantes en raison de la valeur trop élevée de la conductivité des films de ZnO (σ ≥ 500 S.m-1). Pour remédier à ce problème, des simulations numériques ont montré que l'utilisation d'une couche de ZnO moins conductrice permettait de diminuer les pertes, une étude de LN/ZnO peu conducteur/saphir (σ < 50 S.m-1) a d'ailleurs mis en évidence une propagation optique. Ainsi, une hétérostructure LN/ZnO peu conducteur/ZnO conducteur/saphir serait une bonne solution pour envisager une modulation électrooptique d'un faisceau lumineux.