Conception et fabrication de dispositifs photoniques à base de nitrure d'aluminium

Abstract

Les propriétés piézoélectriques du nitrure d'aluminium en font un matériau fréquemment utilisé dans la fabrication de microsystèmes électromécanique (MEMS). Il est aussi popu laire pour faire de la fabrication de guide d'ondes, car il est transparent pour des longueurs d'onde allant de 190 nm à plus de 10 µm, en plus de posséder des coe cients de Pockels non nuls. L'indice de réfraction du matériau peut donc être modi é grâce à un champ électrique, ce qui permet de fabriquer des dispositifs photoniques actifs. L'objectif de ce projet est d'évaluer la possibilité de fabriquer des guides d'ondes en nitrure d'aluminium déposé par Teledyne DALSA Semiconductors Inc (TDSI). Après avoir fait une revue de la littérature existante sur les guides d'ondes en nitrure d'aluminium, ce mémoire présente en détail un procédé de fabrication en salle blanche permettant de concevoir, fabriquer et caractériser des guides d'ondes en nitrure d'aluminium. La première étape du procédé de fabrication consiste à mesurer l'indice de réfraction com plexe du matériau sur une plage de longueur d'onde allant de 1 à 15 µm. Ces informations permettent par la suite de concevoir des guides d'ondes monomodes fonctionnant à une longueur d'onde de 1.55 µm. Cette conception est réalisée à l'aide de simulations électro magnétiques en 2D et permet de déterminer la largeur et la hauteur des guides d'ondes voulus. Pour fabriquer ces dispositifs à l'Université de Sherbrooke, il faut utiliser un procédé de photolithographie à double couche permettant de faire des guides d'une largeur de 1 µm. La méthodologie pour développer ce procédé est présentée. Le nitrure d'aluminium est par la suite gravé avec une gravure plasma à base de Cl2/BCl3/Ar. Pour obtenir la meilleure gravure possible, les e ets des 6 di érents paramètres contrôlant la chambre de gravure sont évalué sur les di érentes caractéristiques de la gravure avec une plan d'expérience de 17 gravures. Suite à la fabrication, les pertes de propagations dans les guides d'ondes sont mesurées en comparant la puissance optique à la sortie de guides d'ondes de di érentes longueurs. Les pertes mesurées sont autour de 15 dB/cm, ce qui plus élevé que ce qui est rapporté dans la littérature. Ce résultat montre la di culté de fabriquer d'aussi petits dispositifs par photolithographie. Finalement, la possibilité de fabriquer des dispositifs plus complexes est démontrée en mesurant la transmission dans des anneaux résonnants, qui se comportent comme prévu par la simulation.