PHOTONIQUE POUR LES LASERS À CASCADE QUANTIQUE ...

tel-00740111, version 1 - 9 Oct 2012
Chapitre 5
Réduction de l’épaisseur
5.1 Introduction
Ce chapitre concerne la réduction de l’épaisseur de la région active
des lasers à cascade quantique dans le THz. L’épaisseur typique de la
couche épitaxiale est de l’ordre de 10 – 12 µm [77]. Nous allons montrer
que l’on peut facilement réduire cette épaisseur sans trop dégrader les
performances des dispositifs.
La croissance des lasers à cascade quantique dans le THz se fait généralement
par MBE (Molecular Beam Epitaxy). Il a été démontré que la
MOCVD (Metal Organic Chemical Vapour Deposition ) peut aussi être utilisée
[78], mais son utilisation reste encore marginale (contrairement au
moyen infrarouge ou elle est en train de devenir dominante). En MBE,
la croissance de 12 µm de région active d’un laser à cascade quantique
dure une journée environ. Cette épaisseur typique n’a pas été choisie pour
optimiser les performances des dispositifs, mais correspond approximativement
à la limite supérieure d’épaisseur dont la croissance peut être faite
en épitaxie (en augmentant l’épaisseur on s’attend à une augmentation du
gain, et une diminution des pertes). Fabriquer des structures épaisses est
difficile, car il faut maintenir la stabilité du réacteur durant toute la croissance.
Il est intéressant de réduire l’épaisseur pour différentes raisons. Tout
d’abord la réduction de l’épaisseur des dispositifs diminue d’autant l’épaisseur
de la région active à épitaxier. La difficulté de croître des structures
d’une dizaine de microns pourrait en effet être un frein à long terme pour
l’utilisation à grande échelle des lasers à cascade THz.
Le second point important concerne la puissance électrique d’utilisation.
Dans les lasers à cascade quantique, la tension d’utilisation varie
linéairement avec l’épaisseur de la région active, ainsi la réduire permet
de diminuer d’autant la puissance électrique injectée dans les dispositifs
(il faut noter que la puissance optique diminue elle aussi). Cela facilite
l’évacuation thermique qui est néfaste pour les performances des lasers
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