In this talk, I present the fabrication by molecular beam epitaxy of  strain-free GaAs/AlGaAs quantum dots (QDs) by infilling in-situ etched  nanoholes. After describing the process, I discuss how this QDs have been embedded in a two-dimensional electron gas (2DEG) heterostructure.The effect of the QDs on the 2DEG mobility will be discussed by comparing the magneto-transport measurements of the QD-2DEG sample with reference samples without QDs grown with similar conditions. Finally, I show the fabrication and characterisation of a lateral p-n junction with embedded QDs by locally inverting the n-type dopant (Silicon) with a p-type dopant (Zn). In particular, I will show the main result of this project, which is the elecotroluminescence of a single dot in proximity of the lateral p-n junction.

This doctoral dissertation involves in the development of a smart surface (modelling, design, fabrication and tests), composed of an array of MEMS digital actuators, capable of moving objects placed on it. In order to produce these smart surfaces, two types of actuation were explored: electromagnetic actuation on fixed and mobile magnets and opto-thermal actuation of shape memory alloys on bistable elements. In the first case, simulation of the magnetic interaction between a micro-actuator and the magnetic field generated by nearby current wires was performed. Then, an array of 5x5 quadristable electromagnetic micro-actuators was designed, produced and characterized. This demo prototype is functional for small-weight object conveyance by translation and rotation. In the second case, design and fabrication of an elementary MEMS actuator were carried out: analytical models were confronted with the results from Finite Element Analysis, and at last compared to experimental ones. This work targets at the issue of controlling multiple-actuator mechatronics systems, at meso- or micrometric scale.  Since the associated connectors are a recurring problem in highly miniaturized systems, the structures presented herein demonstrate important potential of cabling reduction, towards complete wireless configurations.

Les métamatériaux (MMs) sont des composants artificiels présentant des propriétés électromagnétiques qui n'existent pas dans les matériaux conventionnels naturels. Malgré des développements spectaculaires depuis les années 2000 en radiofréquence et aussi en optique, principalement en mode radiatif, les applications des MMs en optique guidée dans l'objectif de la miniaturisation des composants optoélectroniques sont restés très rares. Donc, poursuivant les recherches sur les MMs plasmoniques en optique guidée initiées par M. Kanté, Mme Ghasemi et Mme Dubrovina, ce travail de thèse constitue une contribution originale à la conception et à la réalisation de composants optoélectroniques basés sur des MMs, y compris leur simulation et leur caractérisation. Durant cette thèse, 3 composants ont été proposés dont 2 ont été réalisés et caractérisés. Ce sont littéralement les premières démonstrations d'applications des MMs à des composants compacts en optique guidée et on peut en conclure qu'une nouvelle famille de composants infrarouges est ici proposée. Cette approche considérée est générique, et elle est compatible avec les plateformes de circuit intégrés conventionnels: Si, InGaAsP / InP, silice dopé, etc. En outre, on démontre que le contrôle à la fois de la variation de l'indice effectif du guide associé au MM et de la fréquence de résonance du MM avec qui travaillent ces composants, sont accessibles simplement en modifiant les dimensions des nanofils qui les composent. Cela permettra à ces composants de fonctionner à d'autres fréquences intéressantes.

Cette thèse est une contribution à modélisation et à l’étude expérimentale de cavités à cristaux photoniques à fente développées en vue d’un intégration hybride de matériaux actifs sur silicium. Parmi les travaux de conception, nous avons d'abord utilisé la méthodes des ondes planes et la méthode FDTD pour concevoir une série de cavités SOI à hétérostructure mécaniquement robustes (approche non membranaire), présentant des longueurs d'onde de résonance dans la gamme des télécommunications (1,3 μm - 1,6 μm), des facteurs de qualité de plusieurs dizaines de milliers, et des volumes modaux proches de 0,03(/n)3. Nous avons ensuite étudié analytiquement et numériquement le couplage entre une cavité à cristaux photoniques à fente et un guide d’onde à fente par la théorie des modes couplés, complétée par des simulations FDTD, qui ont permis de confirmer la possibilité d’exciter efficacement les modes de fente des cavités à partir d’un guide externe. Enfin, nous avons étudié numériquement et semi-analytiquement des géométries de molécules photoniques constituées de deux cavités à cristaux photoniques à fentes couplées, dont l’écart fréquentiel entre les supermodes a pu être ajusté en amplitude en signe. Nous avons utilisé une méthode perturbative (« Tight binding ») pour estimer les distributions spatiales des modes des molécules photoniques et prédire leurs fréquences dans plusieurs configurations de cavités de cristaux photoniques à fentes couplées. Ce travail a été complété par une partie expérimentale qui a permis de confirmer les propriétés des cavités à cœur creux dimensionnées par simulation numérique. Des facteurs Q/V supérieurs à 600 000 et atteignant 106 dans le meilleur des cas (vers 1,3µm) ont ainsi été observés. Cette phase expérimentale préliminaire a donné ensuite lieu à deux types de développements. Tout d’abord, les propriétés des cavités à cristaux photoniques à fentes ont été étudiées pour des applications en détection d’indice en volume, et testées en utilisant différents liquides d’indice de réfraction compris entre 1,345 à 1,545. Les résonateurs étudiés ont présenté des facteurs de mérite de détection d’indice (FOM=SQ/0) de l’ordre de 3700. Dans une autre direction, l’utilisation de ces résonateurs diélectriques à fente a été explorée en vue d’une intégration des matériaux actifs sur silicium. Un polymère dopé aux nanotubes de carbone semiconducteurs a été déposé comme matériau de couverture en vue d’étudier le renforcement de la photoluminescence (PL) des nano-émetteurs sous pompage optique vertical vers =740nm. Les expériences conduites ont permis de corréler le renforcement de la PL des nanotubes avec les modes de résonance des cavités et de démontrer le couplage partiel de cette PL vers des guides SOI longs de plusieurs millimètres (collection par la tranche vers 1,3µm), apportant une preuve de principe d’une possible intégration de nanotubes de carbone pour l’émission de lumière couplée à des guides SOI.

Les semi-conducteurs nitrures d’ éléments III sont des matériaux extrêmement intéressants pour la photo- nique intégrée sur silicium. Ils sont transparents sur une gamme très étendue et possèdent des susceptibilités non linéaires non nulles, ce qui rend possible les expériences non linéaires d’ordre deux et d’ordre trois. Dans ce contexte, cette thèse a été consacrée à l’étude de circuits photoniques avec des micro-résonateurs tels que les cristaux photoniques et les microdisques en matériau GaN/AlN épitaxiés sur Si. Le dessin des microcavités et des procédés de fabrication sont optimisés afin d’obtenir un mode résonant dans le proche infrarouge avec un facteur de qualité de 34000 pour les cristaux photoniques et de 80000 pour les microdisques. J’ai étudié sur ces circuits photoniques les propriétés de conversion harmonique telles que la génération de seconde harmonique (SHG) et la génération de troisième harmonique (THG). En utilisant les propriétés de la THG, en combinant simplement un objectif optique et une caméra CCD, j’ai effectué l’imagerie des modes de cristaux photoniques du proche infrarouge avec une résolution spatiale sub-longueur d’onde (300 nm). J’ai également effectué l’imagerie de SHG sur des microdisques avec une excitation optique en résonance avec un mode de galerie pour le laser pompe. La dernière partie porte sur l’étude de la SHG en accord de phase entre les modes TM-0-0-X et TM-0-2-2X en variant le diamètre du disque avec un pas extrêmement faible. Cela a été effectué pour les modes résonants de facteurs de qualité autour de 10000. Ces démonstrations montrent le potentiel des semi-conducteurs de III-nitrures pour la réalisation des circuits optiques sur silicium à deux dimensions.