PHOTONIQUE POUR LES LASERS À CASCADE QUANTIQUE ...

tel-00740111, version 1 - 9 Oct 2012
4.2 . STRUCTURES DE BANDE
structures ont été conçues, épitaxiées, fabriquées et étudiées. La croissance
des structures a été faite dans le groupe de E. Linfield à l’université
de Leeds. La comparaison des structures est possible car le même bâti
d’épitaxie a été utilisé pour les cinq croissances, et elles ont été épitaxiées
dans un laps de temps réduit ( de l’ordre de 6 mois).
Les cinq structures sont conçues pour une émission laser nominale de
2.3, 2.7, 3.1, 3.5 et 3.8 THz. La structure à 3.1 THz a été étudiée uniquement
à Harvard, et celle à 2.7 THz à Paris. Les trois autres structures
ont été mesurées parallèlement en France et aux États-Unis. À Harvard,
les lasers ont été fabriqués en géométrie de ruban étroit définis par gravure
sèche, tandis qu’à Orsay les structures ont été fabriqué en ridge large
définie par gravure humide (100, 160, 220 et 320 µm de largeur avant la
gravure et d’une vingtaine de µm de moins après la gravure). Les résultats
dans les deux cas sont très similaires pour la densité de seuil laser, la
dépendance en température et les spectres.
Le schéma 3 puits quantiques, est actuellement le plus performant au
niveau de la température maximale de fonctionnement des lasers à cascade
dans le THz. Néanmoins, le courant de seuil pour ce type de structure
est assez élevé. La structure de bande permet en effet des alignements
électriques pour des tensions inférieures à celle de fonctionnement,
et un courant important est nécessaire pour franchir cet alignement parasite.
La compréhension de ce courant parasite est cruciale, ainsi dans une
première partie, je décrirai un modèle basé sur une méthode de type tight
binding pour le décrire.
Dans une deuxième partie, je décrirai le comportement en température.
En particulier, je montrerai que la variation du seuil laser en fonction
de la température est dominée par l’émission de phonons activés thermiquement.
Je décrirai ce phénomène en utilisant un modèle simple à deux
niveaux énergétiques.
4.2 Structures de bande
Le tableau 4.1 donne les épaisseurs de chaque puits et barrières d’une
période de la structure, pour les cinq fréquences étudiées. Chaque période
étant répétée 226 fois.
Les structures de bande sont représentées dans la figure 4.2. Les différentes
structures correspondent au schéma “3 puits quantiques” modifié
pour obtenir une émission laser nominale à 2.3, 2.7, 3.1, 3.5 et 3.8 THz.
Malgré ces grandes différences de fréquences lasers désirées, les structures
de bande sont très proches les unes des autres. Nous avons en
fait cherché que leurs champs électriques de fonctionnement soient les
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