Lasers à boîtes quantiques autoassemblées d'InAs/GaAs

1 - Diodes laser

• 1.1 - Contexte économique et technologique
  Figure 1 - Différentes couches d’un réseau optique global : réseaux optiques longue distance, MAN, LAN et FTTH, et débits correspondants
• 1.2 - Principe de fonctionnement d’une diode laser
  Figure 2 - Diode laser émettant par la tranche (Edge-Emitting Laser, en anglais) Figure 3 - Diagramme de la bande de conduction d’une diode laser à semi-conducteur (polarisée en direct), fabriquée sur substrat de GaAs avec des couches barrières de AlGaAs
• 1.3 - Principales caractéristiques d’une diode laser

2 - Boîtes quantiques autoassemblées

• 2.1 - Effet du confinement électronique sur la densité d’états
  Figure 4 - Densité d’états d’un semi-conducteur
• 2.2 - Avantages d’une densité d’états discrète
• 2.3 - Caractéristiques des boîtes quantiques d’InAs/GaAs
  Figure 5 - Modes de croissance en hétéroépitaxie Figure 6 - Images AFM et MEB de boîtes quantiques Figure 7 - Diagramme de bandes d’une boîte quantique (a) et spectre de photoluminescence d’une couche de boîtes quantiques (b) Figure 8 - Spectres de macro- et microphoto- luminescence mesurés à 10 K d’une couche de boîtes quantiques d’InAs/GaAs de très faible densité (d ≈ 1 × 10 8 cm−2). Le nombre de boîtes quantiques excitées lors de la mesure optique est schématisé pour les mesures de micro-PL et macro-PL 

3 - Rôle du gain

• 3.1 - Enjeu
• 3.2 - Emission laser : transition état fondamental – état excité
  Figure 9 - Caractéristique théorique gain-courant d'un laser (a) et densité d'états occupés correspondant à des émissions laser depuis l'état fondamental et l'état excité (b)
• 3.3 - Propriétés de modulation
  Figure 10 - Signaux et diagrammes d'œil en entrée et sortie Figure 11 - Variation du facteur K en fonction du temps de vie des photons dans la cavité (τ p), pour différentes valeurs de temps de capture de porteurs (τc) pour gmax = 11 cm –1  Figure 12 - Variation de la largeur de bande ƒ3dB en fonction du gain de seuil, pour τ c = 3 ps et différentes valeurs de  gmax  Figure 13 - Diagrammes d'œil à 10 Gbit/s de lasers à boîtes quantiques  Figure 14 - Comparaison de la dépendance de la puissance émise d'un laser à puits quantiques (QW) et d'un laser à boîtes quantiques (QD) entre 20 et 70 ºC 

4 - Lasers à boîtes quantiques fabriqués par MOCVD

• 4.1 - Enjeux et problématiques des lasers à base de boîtes quantiques d'InAs/GaAs fabriquées par MOCVD
  Figure 15 - Images AFM (1 × 1 µm2) de couches de boîtes quantiques d'InAs épitaxiées par MOCVD sur GaAs à faible densité (a), et densité élevée (b), et épitaxiées sur Sb:GaAs avec une quantité croissante d'antimoine : (c) et (d) . Image en coupe de microscopie électronique en transmission de la région active d'un laser avec 10 couches de boîtes quantiques empilées (e) Figure 16 - Spectres de photoluminescence à température ambiante de boîtes quantiques d'InAs épitaxiées sur GaAs (a) et sur Sb:GaAs (b), non recuits et recuits pendant une heure à différentes températures entre 600 et 650 °C
• 4.2 - Effet de l'antimoine sur la croissance de boîtes quantiques d'InAs/Sb:GaAs
  Figure 17 - Spectres d'électroluminescence et de photoluminescence d'un laser comportant dix couches de boîtes quantiques d'InAs/Sb:GaAs fabriqué par MOCVD (a) et caractéristique puissance-courant (b) Figure 18 - Caractéristique gain-courant, et dépendance de 1/ηd avec 1/αm 

5 - Conclusion