Sources laser planaires à cristaux photoniques pour une émission monomode à 1 micron en filière GaAs

par Alexandre Larrue

Thèse de doctorat en Microondes, électromagnétisme et optique

Sous la direction de Françoise Lozes-Dupuy et de Sophie Bonnefont.

Soutenue en 2009

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    Les progrès récents des nanotechnologies permettent d'envisager de nouvelles générations de diodes laser. L'objectif de cette thèse est d'étudier l'apport des cristaux photoniques pour repousser les limitations des diodes laser conventionnelles et d'étudier leur faisabilité technologique compatible avec un pompage électrique dans la filière GaAs. Un premier volet présente la conception et la réalisation d'une source laser membranaire constituée par un guide à cristal photonique, émettant à 1 micron sous pompage optique. Plusieurs architectures de cavité sont successivement étudiées pour optimiser le comportement spectral. Nous montrons qu'une déformation de la maille photonique, associée à une optimisation de la largeur du guide, permet d'obtenir un fonctionnement monomode stable, et peu sensible à des effets parasites de réinjection optique. Ces propriétés confirment l'intérêt de cavités à cristaux photoniques pour surpasser les performances spectrales des diodes actuelles. Un second volet s'attache à lever le verrou technologique de la gravure à fort rapport d'aspect dans les alliages AlGaAs. Nous développons une technique de masquage multicouche adaptée aux procédés de gravure plasma du semiconducteur et aux dimensions submicroniques des cristaux photoniques. Nous proposons un procédé de gravure original, enchaînant des cycles de gravure et de passivation, permettant d'atteindre des gravures à fort rapport d'aspect (supérieur à 10 :1) pour des motifs submicroniques. Ces résultats ouvrent la voie à la réalisation de sources à pompage électrique entièrement définies par des cristaux photoniques planaires.

  • Titre traduit

    Single-mode GaAs-based planar photonic crystal laser sources emitting at 1micron


  • Résumé

    Recent progresses in nanotechnologies enable the development of new generations of laser diodes. The goal of this thesis is to demonstrate the interest of photonic crystals to overstep the limitations of conventional laser diodes and to study the technological feasibility of electrically-pumped photonic crystal laser diodes in the AlGaAs/GaAs system. The first part presents the conception and the realization of optically-pumped laser sources on a membrane based on photonic-crystal waveguide. Several designs of cavity are successively proposed to optimize the spectral emission of the laser. We show that combining affine deformation of the photonic crystal and precise control of the width of the defect waveguide enables to achieve stable single-mode lasing together with robustness to optical feedback. These properties confirm the interest of photonic crystal cavities to overcome the spectral performances of conventional DFB laser diodes. The second part focuses on the critical etching of high aspect ratio photonic crystal holes in the AlGaAs system. We first develop a masking strategy involving a multilayer stack which satisfies the technological requirements for deep etching of sub-micrometer structures with an entirely ICP process. Then we propose an original etching process which combines both a passivation phase and an etch phase, allowing high aspect ratio etching (higher than 10:1) for submicronic dimensions. These results pave the way towards the realization of all photonic crystal laser diodes compatible with electrical pumping.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (141 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 133-136

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2009 TOU3 0268
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.