Lasers à boîtes quantiques fabriqués par MOCVD
Lasers à boîtes quantiques autoassemblées d'InAs/GaAs

4.1 Enjeux et problématiques des lasers à base de boîtes quantiques d'InAs/GaAs fabriquées par MOCVD

Comme mentionné précédemment, les lasers à boîtes quantiques d'InAs sur substrat de GaAs sont aujourd'hui fabriqués par MBE, la première démonstration d'un laser émettant à 1,30 µm remontant à 1998 . Afin de pouvoir supplanter les lasers à puits quantiques, non seulement des performances égales ou supérieures sont nécessaires, mais un faible coût de fabrication est aussi un paramètre essentiel. Pour cela, la fabrication de tels lasers sur substrat de GaAs par MOCVD émettant à 1,3 µm serait un pas décisif vers une future commercialisation. Cependant, jusqu'à très récemment, ceci n'a pas été possible en raison de limitations intrinsèques au procédé de MOCVD.

A la différence de la technique de MBE, basée sur l'utilisation de sources élémentaires, la technique de MOCVD utilise des sources organométalliques, c'est-à-dire des métaux liés à des groupements organiques de type méthyl (–CH₃) ou éthyl (–CH ₂–CH₃). Les précurseurs d'indium, de gallium et d'aluminium les plus utilisés sont respectivement le triméthylindium (TMI), le triméthylgallium (TMG) et le triméthyaluminium (TMA). Les précurseurs d'arsenic sont l'arsine (AsH₃) ou le tert-butylarsine (TBA), ce dernier ayant l'avantage d'être beaucoup moins toxique que l'arsine. Ces précurseurs sont introduits dans la chambre de réaction, puis décomposés à la surface du substrat, pour former le composé semi-conducteur. Cependant, ces composés organo-métalliques sont décomposés efficacement à des températures relativement élevées, par rapport aux températures de croissance rencontrées en MBE. En MOCVD, en raison de températures de croissance plus élevées, les cinétiques de croissance sont différentes.

La première difficulté de la MOCVD est de fabriquer des couches de boîtes quantiques d'InAs/GaAs à haute densité et sans coalescence. La densité peut être augmentée en diminuant la longueur de diffusion des atomes d'indium à la surface du GaAs. Ceci est réalisé soit par une diminution de la température de croissance, soit en augmentant la vitesse de croissance de dépôt. La première méthode a...