L'objectif de ce travail fut de modéliser et caractériser un composant à semiconducteur capable de générer des impulsions électriques subpicosecondes par photocommutation. Ce composant est réalisé avec un peigne interdigité situé au milieu du ruban central d'un guide coplanaire en or déposé sur du GaAs basse température dopé au béryllium. En éclairant avec un laser femtoseconde ce détecteur polarisé, il est possible de générer des impulsions électriques dont la durée est approximativement celle du temps des vie des électrons. Une étude comparative de plusieurs méthodes de caractérisation (échantillonnages photoconductif, électro-optique, électroabsorption) fut réalisée et met en évidence avantages et inconvénients de chaque technique. Les différentes mesures montrent l'influence du matériau et du circuit hyperfréquence sur la réponse du dispositif. On observe en particulier l'augmentation du temps de vie des électrons due à la saturation du niveau de piège. De même, on observe l'influence de la valeur de la capacité du détecteur sur la durée de la réponse et la limitation de l'amplitude des impulsions due à l'impédance des lignes. Un modèle simple, basé sur un circuit électrique équivalent, prenant en compte les aspects matériau et hyperfréquence, permet de bien décrire ces phénomènes. De plus, ce modèle illustre en détail la dynamique des différents paramètres physiques et électriques lors de l'éclairement du détecteur par deux impulsions optiques consécutives. Cette mesure pompe-sonde photoconductive montre le temps de relaxation du photocommutateur et la saturation des pièges. Enfin, le modèle permet de calculer la bande passante du dispositif en photomélange.

Ce travail de thèse a porté sur la génération aux fréquences THz par la technique dite de photomélange. La première partie de cette étude a été consacrée aux éléments essentiels d'un tel dispositif utilisé au THz : le GaAs épitaxié à basse température (GaAs BT), un photodétecteur à électrodes interdigitées, et une antenne planaire. Cette étude a permis d'obtenir une source largement accordable entre 100 GHz et 4 THz, adaptée aux études spectroscopiques. Dans un second temps, l'effort d'optimisation s'est porté sur le photodétecteur avec deux topologies envisagées, verticale et distribuée. La topologie verticale a en effet permis de s'affranchir d'effets bidimensionnels, néfastes pour les performances et la robustesse du photodétecteur. La fabrication du photodétecteur vertical a nécessité la mise au point d'un procédé de report de couches épitaxiales en cours de procédé technologique s'appuyant sur les techniques de report élaborées au sein du laboratoire. La comparaison expérimentale a montré une amélioration d'un facteur 2 à 3 en réponse statique, et d'un facteur 7 en photomélange. La seconde voie, à savoir l'utilisation d'un photodétecteur, passe par l'étude préalable des lignes de propagation aux fréquences THz. Nous avons tout d'abord mis en évidence les effets induits par la montée en fréquence, et plus particulièrement l'effet des conditions aux limites, qu'elles soient diélectriques ou métalliques. Puis en utilisant ces conditions aux limites, nous avons imaginé des lignes de propagation fonctionnant au THz et utilisables en photomélange. Toutefois la voie la plus prometteuse à cours terme est certainement la transposition aux longueurs d'onde 1.3 Μm-1.5 Μm. Dans cette optique, deux solutions sont envisagées, la première s'appuie sur l'épitaxie de couche d'InGaAs à basse température, tandis que la seconde utilise l'absorption anormale du GaAs BT à ces longueurs d'ondes et la cavité intrinsèque au photodétecteur vertical.