1.55 µm electro-optic sampling for InP ultrafast circuit measurements

The bit rate increase of modern telecommunications requires the realization of integratedcircuits with higher cut-off frequencies. The test and the characterization of thesecomponents reach the limits of the standard measuring instruments (network analyzerand sampling oscilloscope). Few years ago, the electro-optic sampling techniques basedon a femtosecond pulsed laser have proven to be a good solution to answer this problem.The trigger of the electro-optic sampling bench is in our case realized by a photoconductorbased on a InGaAs layer epitaxied on InP substrate. This semiconductive layerallows to use of 1,55 µm femtosecond laser sources but also to make the photoconductorcompatible with the InP-related materials, main substrate for the telecommunicationcomponents. The ionic irradiation of the InGaAs layer introduces structural defects thatact as traps for the free carriers making the component ultra-fast.The effect of the ionic irradiation on the material properties of InGaAs is studied.A Frenkel pair distribution model allows to explain the evolution of mobility and thelifetime of electrons for proton- irradiated layers. The ultra-fast photoconductors basedon irradiated InGaAs layers generate electrical pulses with a full width at half maximumclose to 2.2 ps with an amplitude of 0.65 V for 3 V bias polarization. The electro-opticsampling bench trigger is thus performed by the irradiated photoconductor and the measurementis realized thanks to a miniature electro-optic probe of lithium tantalite (LiTaO3).The performances of the electro-optic bench permit to caracterize various components :photodiodes with a bandwidth higher than 65 GHz, coplanar waveguides and a 60 GHzbandwidth distributed amplifier, realized by Alcatel-Opto+. This measurement permit toevaluate the temporal response of the amplifier in large and small signals.L'augmentation du débit des télécommunications nécessite la réalisation de circuits intégrés possédant des fréquences de coupure de plus en plus élevées. Le test et la caractérisation de ces composants atteignent les limites des outils de mesure classiques(analyseur de réseau et oscilloscope à échantillonnage). Depuis quelques années, la technique d'échantillonnage électro-optique basée sur l'utilisation d'un laser femtoseconde s'avère une bonne solution pour répondre à ce problème. Le déclenchement du banc d'échantillonnage électro-optique est dans notre cas assuré par un photoconducteur réalisé en InGaAs épitaxié sur InP. L'utilisation de cette couche semiconductrice permet l'utilisation de sources laser femtosecondes à 1,55 µm mais aussi rend le photoconducteur compatible avec la filière InP, matériau de base pour les composants télécoms. L'irradiation ionique de la couche semiconductrice introduit des défauts qui jouent le rôle de pièges pour les porteurs libres rendant ainsi le composant ultra-rapide. L'effet de l'irradiation ionique sur les propriétés ”matériau” de l'InGaAs est tout d'abord étudié. Un modèle de répartition en paires de Frenkel permet d'expliquer l'évolution de la mobilité et du temps de vie des électrons pour des matériaux irradiés par des protons. Les photoconducteurs ultra-rapides utilisant les couches actives d'InGaAs irradiées génèrent des impulsions électriques de largeur à mi-hauteur 2,2 ps avec une amplitude de 0,65 V pour une polarisation de 3V. Le déclenchement du banc d'échantillonnage électrooptique est donc assuré par un photoconducteur irradié et la mesure est réalisée grâce à une sonde électro-optique de tantalate de lithium (LiTaO3) miniature. Les performances du banc d'échantillonnage permettent la caractérisation de nombreux composants : des photodiodes de bande passante supérieure à 65 GHz, des lignes coplanaires et un amplificateur distribué de bande passante 60 GHz, réalisé par Alcatel-Opto+. Cette mesure permet d'évaluer la réponse temporel en petits et grands signaux de l'amplificateur