PHOTONIQUE POUR LES LASERS À CASCADE QUANTIQUE ...

tel-00740111, version 1 - 9 Oct 2012
6.4 . LES MICROLASERS
peut prendre qu’une seule valeur en un point. e vérifie l’équation :
⎛
∆er ⎜ −
⎜
⎝
er 2iM
− eθ
r2 r2 ∆eθ − eθ
⎞
⎛ ⎞
⎟
er
2iM ⎟
+
⎟ = −ω2 ɛ(r, z) ⎝eθ⎠
(6.5)
er
r2 r2 ⎠ c2 ez
∆ez
En utilisant la symétrie axiale le problème tridimensionnel se réduit
donc à un problème bidimensionnel plus un paramètre entier M.
6.4 Les microlasers
6.4.1 Structures initiales
Nous avons fabriqué les microcavités en utilisant la structure fine de 6
µm d’épaisseur utilisant la région active bound to continuum qui a été présentée
dans le chapitre précédent. Cette structure a l’avantage de fonctionner
pour des densités de courant faibles ainsi que sous une faible tension
ce qui limite la puissance électrique injectée dans le dispositif. En
outre, l’utilisation d’une structure fine renforce la réflectivité induite par le
métal qui va servir à confiner le mode latéralement. Trois tailles de cavité
circulaire ont été utilisées. Le rayon du métal supérieur pour ces trois cavités
est de 25, 37.5 et 87.5 µm, le rayon de la région active étant de 32,
45 et 95 µm ( cf schéma et photo sem 6.3) .
Les dispositifs définis ainsi ne lasent pas. Afin de comprendre pourquoi
nous avons fait des simulations en utilisant le programme commercial
Comsol. Ce logiciel utilise la méthode des éléments finis, auquel nous
avons ajouté les paramètres nécessaires pour utiliser la symétrie axiale,
tel que décrit très précisément par M. Oxborrow dans l’article [96].
En utilisant la symétrie axiale, le problème se réduit à un problème bidimensionnel,
on peut alors prendre en compte les couches de contacts. Il
est en effet difficile de les prendre en compte dans une simulation tridimensionnel
à cause de la grande puissance de calcul exigée. En simulant la
cavité mesurée, on trouve des facteurs de qualité très faible, par exemple
pour la plus petite on trouve un facteur de qualité de seulement Q=4.3,
c’est à dire qu’un photon dans ce type de cavité a 50 % de chance d’être
absorbé après seulement une quinzaine de microns ! Ces pertes énormes
proviennent de la couche dopée sur le bord de la cavité. Celle-ci lorsqu’elle
n’est pas recouverte de métal engendre des pertes importantes. En l’enlevant
seulement sur le bord, le facteur de qualité augmente d’un facteur 20,
pour atteindre Q=90 (cf figure 6.4) (cette valeur correspond à des pertes
de 22.6 cm −1 pour une cavité de type ruban).
130