Technologie et caractérisation des VCSELs à diaphragme d'oxyde : application à la détection en cavité verticale

par Charlotte Bringer

Thèse de doctorat en Optoélectronique

Sous la direction de Véronique Bardinal.

Soutenue en 2005

à Toulouse 3 .

mots clés

• Semiconducteurs III-V
• Laser à cavité verticale émettant par la surface
• Émission monomode
• Attaques chimiques humides sélectives
• Microsystème optique
• Oxydation thermique humide
• Émission spontannée
• Photodétection en cavité verticale
• Détection intégrée
• Lasers à semiconducteurs
• Oxydation
• Optoélectronique

Résumé

Ce travail de thèse porte sur la fabrication et la caractérisation de lasers à cavité verticale émettant par la surface à diaphragme d'oxyde enterré (VCSELs AlOx) émettant à 850 nm. Tout d'abord, nous détaillons la conception de la structure ainsi que le procédé de fabrication. Les caractérisations optiques et électriques permettent de mettre en évidence l'amélioration des performances de ces composants et d'identifier les limitations actuelles. Ensuite, nous exposons le principe des détecteurs en cavité résonante puis déclinons chaque géométrie verticale explorée : photodétecteur simple, VCSEL standard et BiVCSEL. Le comportement spectral mesuré sur chacun de ces composants est rapporté puis discuté. La dernière partie porte sur la détection latérale intégrée mettant en oeuvre le guidage optique de l'émission spontanée entre VCSELs voisins partageant la même cavité. La principale application de ce nouveau système de détection concerne l'asservissement de la puissance émise par le VCSEL.

Titre traduit

Oxide-confined VCSELs technology : application to vertical-cavity photodetection

Résumé

This work deals with the fabrication and the characterization of buried oxide-confined vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs AlOx) for emission at 850 nm. We first focus on the structure design and on the fabrication steps. Optical and electrical measurements show the improvements of the VCSELs characteristics and allow for identify current limitations. Further, we explain the principle of resonant cavity enhanced detector and then describe each detailed vertical geometry: single photodetector, standard VCSEL and BiVCSEL. Measured spectral behaviors on each device are show and discussed. Last part deals with lateral integrated detection owing the optical waveguiding of spontaneous emission between neighboting VCSELs sharing the same cavity. The main application of this new detection system concerns the VCSEL power monitoring.