Le cristal photonique est défini par lithographie électronique et est ensuite transféré dans les
couches nitrure et substrat par gravure ICP. La figure 1 présente la caractérisation par microscopie
d’un cristal photonique. De faibles rugosités de surfaces sont obtenues lorsque le masque de gravure
utilisé est suffisamment résistant pour être préservé tout au long de la gravure.
3. CARACTERISATIONS OPTIQUES ET CONFRONTATION AUX CALCULS DE DIAGRAMME DE
BANDE ET DE FDTD 3D
Fig. 2 : Caractérisation optique d’une cavité. : images de cavités obtenues en filtrant la lumière diffusée à
493 nm (gauche) et 724 nm (droite).
Expérimentalement, nous caractérisons les cristaux photoniques et effectuons la mesure du
facteur de qualité par une technique de microscopie spectroscopique. Nous affranchissons ainsi des
méthodes classiques de caractérisation nécessitant des procédés technologiques supplémentaires
(utilisation de boîtes quantiques dans le substrat comme source interne de test, gravure d’un guide
d’onde à proximité du cristal photonique, pour un couplage évanescent de la lumière).
La méthode utilisée consiste à injecter de la lumière blanche dans le guide d’onde de nitrure
et à collecter avec un microscope optique couplé à un spectromètre imageur la lumière diffusée :
l'information spectrale est obtenue pour chaque pixel de l'image. La zone de mesure est sélectionnée
par microscopie avec une résolution spatiale de l’ordre du micromètre et est analysée spectralement
dans tout le domaine visible (400-800nm). Nous déterminons ainsi la réponse spectrale du cristal
photonique et de la cavité et en déduisons la bande interdite photonique du cristal photonique et les
modes de résonance de la cavité.
Les résultats sont obtenus en utilisant une technique basée sur un microscope optique couplé
à un spectromètre imageur : La figure 2 présente la lumière diffusée par le cristal photonique pour
des longueurs d’onde de 493 nm et de 724 nm. On observe nettement la diffusion du cristal
photonique dans le bleu, et que la résonance de la cavité photonique à 724 nm.
Pour retrouver ces résultats, de nouvelles simulations FDTD 3D sont effectuée pour
modéliser le plus précisément possible l’expérience. Dans les simulations une source gaussienne
large spectralement est injectée par la tranche, un détecteur placé au dessus de la cavité permet de
mesurer la lumière diffusée.
Sur la figure 3, le spectre expérimental en rouge est confronté aux calculs de diagramme de
bande et de FDTD 3D en prenant une épaisseur de nitrure de 180nm (correspondant à l’épaisseur
mesurée par ellipsométrie sur l’échantillon) et un facteur de remplissage de 45%. La bande interdite
photonique expérimentale est bien positionnée au bon endroit par rapport au diagramme de bande.
Sur le spectre expérimental, le mode de cavité (flèche rouge) est légèrement décalé par rapport au
mode de cavité obtenu par FDTD (flèche verte). L’ajustement des résultats théoriques aux mesures
spectrales permettra de déterminer les paramètres réels du cristal photonique tel que le facteur de
remplissage ou la forme des trous.