Circuits photoniques intégrés incluant des lasers hybrides III

Circuits photoniques int´egr´es incluant des lasers
hybrides III-V sur silicium pour applications en
t´el´ecommunication tr`es haut d´ebit
Guillaume Levaufre
To cite this version:
Guillaume Levaufre. Circuits photoniques int´egr´es incluant des lasers hybrides III-V sur silicium
pour applications en t´el´ecommunication tr`es haut d´ebit. Optique / photonique. Universit´e
Paris-Saclay, 2016. Fran¸cais. <NNT : 2016SACLS304>.<tel-01407226>
HAL Id: tel-01407226
https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01407226
Submitted on 1 Dec 2016
HAL is a multi-disciplinary open access
archive for the deposit and dissemination of sci-
entific research documents, whether they are pub-
lished or not. The documents may come from
teaching and research institutions in France or
abroad, or from public or private research centers.
L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est
destin´ee au d´epˆot et `a la diffusion de documents
scientifiques de niveau recherche, publi´es ou non,
´emanant des ´etablissements d’enseignement et de
recherche fran¸cais ou ´etrangers, des laboratoires
publics ou priv´es.

Circuits Photoniques Intégrés incluant des lasers hybrides III-V sur silicium pour les télécommunications très haut débit Page 1
NNT : 2016SACLS304
THÉSE DE DOCTORAT
DE
L’UNIVERSITÉ PARIS-SACLAY
PRÉPARÉE A
L’UNIVERSITÉ PARIS-SUD
ÉCOLE DOCTORALE N° 575 EOBE
Electrical, Optical, Bio-physics and Engineering
Spécialité
Électronique et Optoélectronique, Nano et Microtechnologies
Par
M. Guillaume LEVAUFRE
CIRCUITS PHOTONIQUES INTEGRES INCLUANT DES LASERS HYBRIDES III-V SUR
SILICIUM POUR APPLICATIONS EN TELECOMMUNICATION TRES HAUT DEBIT
Thèse présentée et soutenue à Palaiseau, le 03/10/2016 :
Composition du Jury :
M. Ramdane Abdherrahim Directeur de recherche, C2N-LPN Président
M. Gauthier-Lafaye Olivier Chargé de recherche, LAAS Rapporteur
M. Seassal Christian Directeur de recherche, INL Rapporteur
M. Jany Christophe Ingénieur de recherche, CEA-Leti Examinateur
M. Peucheret Christophe Professeur, ENSSAT Examinateur
M. Duan Guang-Hua Ingénieur de recherche, III-V Lab Encadrant
M. Vivien Laurent Directeur de recherche, C2N-IEF Directeur

Circuits Photoniques Intégrés incluant des lasers hybrides III-V sur silicium pour les télécommunications très haut débit Page 2
… A mon père,
Cet accomplissement est aussi le sien.
« Qui ne doute pas acquiert peu »
L. De Vinci

Circuits Photoniques Intégrés incluant des lasers hybrides III-V sur silicium pour les télécommunications très haut débit Page 3
Remerciements
L’écriture de cette page marque à la fois le commencement de ce manuscrit et l’achèvement
de mon ouvrage de thèse. Un exercice plaisant, pour enfin exprimer ma gratitude envers tous les
acteurs de cette expérience.
Après plusieurs années de travail, de recherches personnelles et d’accomplissements
collectifs, je peux aujourd’hui proposer au monde ma modeste contribution à l’avancée
technologique de notre espèce. Comme il aurait été hasardeux de chercher à se réaliser seul, j’ai
eu la chance d’être accompagné, guidé et encouragé par des personnalités remarquables qui
méritent d’en être remerciées.
J’ai ainsi eu le plaisir, durant de nombreux mois, de parcourir et d’exploiter les ressources à
disposition dans les différents locaux du laboratoire III-V Lab, à Marcoussis puis à Palaiseau.
Je tiens pour cela à remercier M. François Brillouet, directeur au moment de mon
acceptation en thèse, pour m’avoir offert cette précieuse opportunité. Plus encore, je remercie M.
François Luc, dirigeant du GIE depuis 2014, pour son accessibilité, son implication et son
professionnalisme qui ont été autant de sources d’inspiration et de motivation au cours de nos
rencontres.
Mes pensées vont ensuite au duo qui a orchestré et rendu possible la réussite de cette thèse.
J’adresse ainsi mes plus sincères remerciements à M. Guang-Hua Duan, chef de projet
« Photonique sur Silicium », qui a choisi de placer sa confiance en moi, à un moment important
pour son équipe. Il m’a encadré et poussé à me dépasser, faisant preuve d’une grande d’ouverture
d’esprit à mon égard, et m’a ainsi instruit avec rigueur et patience des mystères de la photonique
sur silicium (et bien d’autres). Si l’avenir m’offre de devenir un scientifique accompli, je le devrais
beaucoup à son influence.
Que soit largement remercié mon directeur de thèse M. Laurent Vivien, qui a veillé sur
moi avec bienveillance et disponibilité. Ses encouragements, le recul de ses analyses et nombre
d’autres qualités humaines m’ont permis de me sortir des embuches de cette épreuve de fond
qu’est la réalisation d’une thèse. J’ai pu grâce à lui rencontrer les membres du groupe « Micro et
Nano composants photoniques sur silicium » du C2N (IEF), dont je remercie notamment
Delphine Marris-Morrini, Eric Cassan et Xavier Leroux pour nos échanges et nos collaborations,
en déplacement ou à l’université.
Ma reconnaissance va aussi à mes collègues du III-V Lab, avec sans ordre de préférence,
Dalila Make, une grande dame qui fut pour moi une référence quotidienne de dynamisme et de
gentillesse, Christophe Jany, qui distilla ses conseils et ses remarques à juste titre et façonna sans
relâche certains des composants au cœur de cette thèse, Alexandre Shen, généreux partenaire de
projet, de mesures et de réflexions, Geneviève Glastre, dont la vigueur d’esprit et l’intégrité force
mon admiration, Alain Accard, l’infatigable artisan de nos composants en salle blanche et qui fut
un très sympathique homme d’expérience, Alexandre Garreau, toujours là pour nous aider à voir
le « bon » côté des choses, Hélène Debregeas, qui depuis nos premiers échanges, a laissé flotter
dans son sillage la voie à suivre pour devenir une personne de valeur, mais aussi Sophie Barbet,
Francis Poingt, Nadine Lagay et François Lelarge, artistes de haut niveau à l’origine des plaques
qui ont servi tout au long de ce travail.
Je tiens également à remercier M. Romain Brenot, qui représente à mes yeux la synthèse de
l’excellence et de l’esprit libre « à la française », et pour qui j’ai un profond respect, compte tenu
de toute l’aide qu’il aura bien voulu m’apporter, avec toujours autant de pertinence, de pédagogie
et un soupçon de dérision.
J’adresse mes remerciements à M. Fréderic Pommereau, qui fut à sa façon mon premier
formateur, à l’heure de réaliser le stage préalable à cette thèse. Il a su m’initier aux arcanes de la

Circuits Photoniques Intégrés incluant des lasers hybrides III-V sur silicium pour les télécommunications très haut débit Page 4
« techno » en salle blanche, et aujourd’hui plus que jamais veille au grain sur le bon déroulement
de toute cette machinerie.
Je remercie également Fréderic Van Dijk, et Michael Faugeron, pour leur assistance et leurs
conseils scientifiques, ainsi que pour leur aimable compagnie pendant nos randonnées
restauratrices quotidiennes.
Je remercie tout autant mes collègues de Orange Lab et du CEA Leti, qui m’ont tour à tour
accueilli dans leurs locaux, M. François Charbonnier qui m’a aidé à exploiter au mieux certains de
nos composants avec beaucoup de sympathie, Ségolène Olivier, notre indéfectible partenaire
pour le suivi des projets à Grenoble, et Christophe Kopp, qui m’a aimablement permis de
poursuivre mon travail sous l’étiquette de son équipe.
Comment ne pas tirer mon chapeau à l’équipe de support administratif du III-V Lab, avec
en premier lieu Pascale Téphaine, redoutable d’efficacité et toujours présente pour aider les
thésards (et les permanents) en détresse, Nathalie Martin la « comptable » qui fut parfois une
mère pour nous tous, Maryline Bèguet et Myriam Oudart, pour leur indéfectible assistance
technique.
Ce serait pour moi un crève-cœur d’oublier certaines des personnes qui ont contribué à
mener ce projet de thèse à bien, par leur action ou leur présence. Je souhaite ici qu’elles en soient
remerciées de plein droit.
Comment ne pas évoquer mes collègues doctorants au moment où ils viendront
« s’inspirer » de ce document, camarades de machine à café, de salle blanche et de conférences,
Anaëlle, Marco, Alban, Guillaume, Cécile… Nombreux sont les ingénieurs et docteurs avec qui
j’ai eu le plaisir d’échanger, mais je remercie particulièrement mes amis de la team Sipho (aka
« Derrick ») Lina, Xavier, Inès, Antonin, Peter et David, qui sont devenus aussi indissociables de
mon travail que le silicium de nos plaques, et sans qui cette aventure aurait été bien fade, sans les
innombrables débats qui faisaient régulièrement bouillonner notre bureau. Je suis sûr que cette
sympathique émulsion d’esprits fût plus profitable à tout un chacun qu’une attitude individualiste.
Une ligne spéciale pour mon ami Nils, qui a enrichi chaque moment de nos thèses de sa
bonne humeur, en conférences, au labo ou en soirées. Merci camarade pour ces années.
Je remercie aussi par écrit ma famille, mes parents, ma tante et mes cousins, pour leur
soutien sans faille et leurs encouragements.
Enfin, un immense merci pour celle(s) qui m’a avec tendresse, soutenu, supporté, corrigé,
des jours et nuits durant, pour que mon rêve puisse parvenir à son achèvement.