Dispositifs unipolaires à haute efficacité à base de micro-cavités – UNICORN

Les phénomènes optiques non linéaires (NL) jouent un rôle important dans les domaines de la bio-imagerie, de la détection, des communications et dans la conception de nouvelles sources de lumière cohérentes pompées par laser. Dans la gamme spectrale du moyen infrarouge (MIR), des travaux récents concernant la génération de fréquences NL exploitent les transitions inter-sousbande dans des hétérostructures quantiques III-V couplées à des microcavités photoniques ou des métamatériaux. Cette approche s’affranchit des contraintes d’accord de phase présentes dans les architectures en guide d’onde, tout en permettant une exaltation du signal NL grâce à l'effet de microcavité. Dans UNICORN, nous proposons des dispositifs unipolaires NL couplés à des microcavités de type complètement nouveau, permettant l’exploitation non seulement des effets de microcavité mais également des effets électroniques collectifs qui apparaissent dans le cas de très hautes densités de porteurs. Ce dernier degré de liberté a été négligé jusqu'à présent, bien qu’une théorie quantique que nous avons développée récemment pour les phénomènes NL dans ce régime prévoie des améliorations de plusieurs ordres de grandeur des performances des dispositifs par rapport à l'état de l'art, à la fois en termes d’efficacité de conversion et de rendement quantique. Forts de ces connaissances, nous visons deux objectifs. Tout d’abord la démonstration de photodétecteurs multi-puits quantiques MIR (~10um) à deux photons. Comparé aux photodétecteurs conventionnels nous prévoyons de réduire leur courant d'obscurité à 300K de plusieurs ordres de grandeur, tout en conservant une responsivité comparable. Ensuite, nous visons la démonstration de sources cohérentes MIR (~4-6um) et Terahertz (~100-200um) exploitant respectivement la génération de seconde harmonique et de différence de fréquences, avec des efficacités dépassants de plusieurs ordres de grandeur celles atteintes à présent par les sources NL à base de microcavité.