PHOTONIQUE POUR LES LASERS À CASCADE QUANTIQUE ...

tel-00740111, version 1 - 9 Oct 2012
5.3 . DÉMONSTRATION EXPÉRIMENTALE DE LA RÉDUCTION DE
L’ÉPAISSEUR
Pour la structure fine, en guide plasmonique, le seuil est plus élevé
et la Tmax plus faible qu’en guide métal-métal. Les performances (Jth et
Tmax) du dispositifs se sont dégradées beaucoup plus fortement en guide
plasmonique qu’en guide métal métal. Pour réduire l’épaisseur de la région
active d’un laser à cascade quantique dans le THz nous avons donc
montré qu’il est préférable d’utiliser un guide métal métal.
3 µm d’épaisseur
Les résultats présentés précédemment suggèrent qu’il est possible de
poursuivre la réduction de l’épaisseur. Ainsi nous allons étudier les performances
d’une structure de seulement 3 µm d’épaisseur. Le dopage de
celle-ci est deux fois plus important que la structure de 12 µm d’épaisseur
et 2.45 fois plus que la structure de 6 µm.
Il est logique de se demander pourquoi les trois structures ont été dopées
à des niveaux différents. Les deux croissances de 6 µm et 3 µm
d’épaisseur ont été épitaxiées l’une après l’autre. Nous n’avons donc pas
pu caractériser la structure 6 µm et en déduire quels seraient les bon paramètres
à choisir pour la structure à 3 µm.
Les dopages différents ont été motivés pour les raisons suivantes : en
passant de 12 µm à 6 µm nous avions calculé que les pertes augmentent
d’environ 40 – 50 % (en guide métal-métal). Nous avons donc réduit le
dopage pour abaisser les pertes de la structure 6 µm (en passant d’un
dopage moyen de 3.74 · 10 10 cm −2 à 3.04 · 10 10 cm −2 ).
Pour la structure de 3 µm d’épaisseur on s’attendait à une augmentation
des pertes d’un facteur 2.3 par rapport à la structure à 12 µm. En supposant
que le Jth varie de manière linéaire avec les pertes, le Jth devrait
augmenter du même facteur. Cela nous donnerait un seuil plus grand que
le courant de désalignement (Jmax), et donc la structure ne pourrait jamais
laser. Nous avons donc choisi d’augmenter le dopage jusqu’à 7.49 · 10 10
cm −2 afin d’augmenter le courant de désalignement, et de pouvoir rendre
le dispositif fonctionnel.
Les courbes LIV en fonction de la température sont représentées dans
la figure 5.9. Une Tmax d’environ 40 K est obtenue
La tension de fonctionnement ne correspond pas tout à fait à ce que
l’on pourrait s’attendre : d’après la structure de bande on s’attend à que
la structure lase pour une tension de 0.63 V auquel il faut ajouter les 0.7
V de la barrière Schottky. Il est probable qu’il y ait une résistance parasite
en série. Cela expliquerait aussi pourquoi dans la caractéristique IV,
les alignements sont très faiblement marqués. Cette structure est particulièrement
sensible à des résistances parasites éventuelles car sa tension
122