Nous étudions ici le comportement non-linéaire d’un photoconducteur utilisé pour l’échantillonnage hyperfréquence. L’absorption optique dans ces photoconducteurs est optimisée grâce à l’utilisation d’une cavité résonante. Nous avons tout d’abord procédé à un travail de caractérisation de photoconducteurs avec différentes propriétés géométriques (diamètre, épaisseur de cavité) et matériau, (temps de vie des porteurs) pour en extraire l’influence de ces paramètres sur les performances en échantillonnage. Nous avons ensuite développé un modèle optoélectronique basé sur la caractéristique courant-tension et le modèle empirique de dérive des porteurs de charge de Canali avec une approche quasi-statique. Ce modèle nous a permis d’isoler certaines caractéristiques du photoconducteur susceptibles d’être la source des harmoniques. Une nouvelle structure de photoconducteur a été développée dans l’objectif de pallier à ces imperfections. Les résultats expérimentaux montrent une symétrisation de la caractéristique courant-tension et une réduction de plus de 20 dB des harmoniques d’ordre paire qui y est associée. Une réduction notable de la capacité est également réalisée ce qui augmente la fréquence de coupure du composant. / This thesis aims to study the nonlinear behavior of a photoconductor used as a microwave sampler. These photoconductors optimize the optical absorption thanks to a Fabry-Pérot resonant cavity. We first carried out a characterization work of photoconductors with different geometrical properties (diameter, cavity thickness) and material (carriers lifetime) to extract the influence of these parameters on the sampling performance. We then developed an optoelectronic model based on the current-voltage characteristic and the empirical Canali’s charge carriers drift model with a quasi-static approach. This model allowed us to isolate some characteristics of the photoconductor that could be the source of the harmonics. A new photoconductor structure has been developed in order to overcome these imperfections. The results of measurements show a symmetry of the current-voltage characteristic which results in a reduction of 20 dB of the even-order harmonics. A significant reduction in the capacity is also achieved which increases the cut-off frequency of these devices.

Les photodétecteurs rapides sont des composants optoélectroniques qui permettent de générer et de détecter des ondes de fréquences sub-THz et THz. Cette thèse présente la conception, la fabrication et la caractérisation de photodétecteurs rapides à semiconducteurs III-V. L’objectif est de proposer des systèmes fonctionnant à la longueur d’onde de 1550 nm, et donc compatibles avec les technologies des télécommunications. Nous étudions en détail des photoconducteurs en AsGa-BT pour le sous-échantillonnage, des photodétecteurs de type MSM-InAlAs/InGaAs pour le sous-échantillonnage et le photomélange et des photodiodes UTC en InGaAs/InP pour le photomélange. / Fast photodetectors are optoelectronic devices wich allow to generate and to detect electromagnetic waves at sub-THz and THz frequencies. This thesis presents the design, the fabrication and the characterization of fast photodetectors made using III-V semiconductors. The objective is to develop systems working at a wavelength of 1550nm, compatibleswith the telecommunication technologies. We will study in detail LT-GaAs photoconductors for sub-sampling, InAlAs/InGaAs-MSM photodetectors for sub-sampling and photomixing and InGaAs/InP UTC-photodiodes for photomixing.

Par leur fréquence d'horloge pouvant atteindre plusieurs dizaines de GHz et leur très faible dissipation, les circuits numériques supraconducteurs, fondés sur la logique à quantum de flux (RSFQ: Rapid Single-Flux Quantum), sont envisagés pour diverses applications spécifiques du fait de leurs performances exceptionnelles, très au delà de celles des filières électroniques classiques. Ces circuits RSFQ traitent l'information numérique sous forme d'impulsions de tension picoseconde avec une aire quantifiée de 2,07mV.ps, correspondant à un quantum de flux h/2e. L'électronique numérique supraconductrice ouvre ainsi la voie de l'électronique ultra-rapide en associant une large bande passante à une très faible dissipation.<br /><br />L'objectif de ce travail est d'étudier les interfaces optoélectroniques permettant de détecter et échantillonner les impulsions quantifiées résultant de la commutation des jonctions Josephson shuntées qui composent les circuits RSFQ. Nous avons développé une approche théorique et expérimentale de la sensibilité des photocommutateurs destinés à la détection d'impulsions RSFQ. Nous avons utilisé des photocommutateurs MSM (Métal-Semiconducteur-Métal) rapides de structure planaire à base d'Arséniure de Gallium épitaxié à basse température (AsGa-BT). Les caractéristiques physiques du matériau semi-conducteur telles que la résistance d'obscurité, la mobilité des porteurs libres et la durée de vie sont les paramètres clé pour obtenir des impulsions ultracourtes. La bonne résolution temporelle est donc assurée par les propriétés physiques du matériau. Un modèle basé sur un circuit hyperfréquence équivalent, a permis de prédire le comportement hyperfréquence du photocommutateur, éclairé ou non éclairé, lors du passage d'une impulsion RSFQ. De plus, ce modèle permet d'étudier l'influence des paramètres géométriques du photocommutateur sur la sensibilité de ce dernier. Nous avons déduit que le photocommutateur à gap à base d'AsGa-BT est bien adapté pour la détection des signaux subpicosecondes de faible amplitude.