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| Titre : | Diodes lasers à Homojonction et à Hétérojonctions : Etude comparative. | | Type de document : | theses et memoires | | Auteurs : | Hamida Bekri, Auteur ; Dimes Kahina, Auteur ; Slimane Tazibt, Directeur de thèse | | Editeur : | Tizi Ouzou : UMMTO.FGEI | | Année de publication : | 2011 | | Importance : | 88p. | | Présentation : | ill. | | Format : | 30 cm. | | Note générale : | bibliogr. | | Langues : | Français | | Mots-clés : | Jonction PN Homojonction Héterojoncion | | Résumé : | Un grand nombre de systèmes électroniques doivent leurs performances actuelles au développement de l’optoélectronique, et en particulier, à l’amélioration des caractéristiques des diodes laser. En effet, la diode laser (DL) est le composant de base de nombreux systèmes tels que le disque compact, le vidéodisque, l’imprimante laser, les télécommunications par fibres optiques ou spatiales et le pompage de laser solide.
La première description théorique des diodes laser à semi-conducteur est celle de Basov en 1961. Les premières réalisations (DL à base d’Arsenic de Gallium fonctionnant à 0,8 m) ont été décrites en 1962. La durée de vie des premières DL est limitée. L’introduction d’une structure utilisant une double-hétérojonction a permis une réduction considérable du courant de seuil. Les doubles hétérojonctions assurent en effet le confinement des électrons et des trous dans la région active. De plus, elles permettent à cette région de guider également les ondes optiques. Une durée de vie importante des diodes laser a été obtenue grâce à une adaptation précise des mailles cristallines des différentes couches. La réalisation des puits quantiques (QW pour Quantum Wells) peut se faire à l’aide de deux techniques de croissance, à savoir i) l’épitaxie par jet moléculaire (MBE), ii) les dépôts en phase vapeur (CVD) utilisant des composés organométalliques. Ces techniques permettent de réal couches minces d’environ 10 nm. On note que cette grandeur est inférieure au libre parcours moyen des électrons et des trous.
Des diodes fonctionnant dans le visible (0,65 m) à température ambiante ont été réalisées ces dernières années. En régime continu, la plus grande longueur obtenue à l’aide d’une DL à double hétérojonction, utilisant des SC binaires III-V, est de 3,2 m.
Les diodes laser (DL) ont l’avantage d’êtres légèrement moins chers que les lasers à cavité (à solive, à liquide et à gaz) toutefois, cette technologie étant récente notamment dans le médical par exemple, les prix restent élevés. Cependant Les spécialistes prévoient, une diminution progressive des prix dans les années à venir.
On peut résumer en quatre points (structure électronique, structure optique, matériau, technologie) les grandes directions de recherche qui ont permis aux DL d’être les dispositifs exceptionnels que l’on connait aujourd’hui :
-L’optimisation du gain par électron transporté: d’abord dans une double hétérostructure, puis dans un puits quantique, voir un puits quantique contraint, la contrainte permettant de
modifier les structures de bandes dans le puits quantique pour optimiser la densité d’état vers un meilleur gain optique.
-L’optimisation du guide d’onde de la lumière: dans une double hétérostructure ou dans des structures à confinement séparé.
-La qualité du matériau et l’amélioration des techniques de croissance: pour obtenir des matériaux sans défauts et pour éviter les pertes non radiatives, La comparaison entre les différents matériaux possibles peut être intéressante. Par exemple, les études ont montré que les matériaux sans aluminium présentent une meilleure résistance à la dégradation catastrophique des diodes lasers à haute puissances.
-La qualité de la technologie: elle permet de réaliser des guides d’onde latéraux gravés, des contacts ohmiques de bonne qualité entre les contacts métalliques et les couches semi-conductrices dopées pour éviter toute résistance série (source de dissipation thermique néfaste). La qualité des clivages et de dépôt de miroirs optimisés sont également tout un art, déterminant les taux de recombinaison de surface. Enfin, la brasure des structures sur un bon dissipateur thermique conditionne énormément la température de la jonction des diodes laser en fonctionnement, et donc finalement les puissances que les diodes laser peuvent fournir.
Ces quatre grands points sont aujourd’hui autant de domaines de recherche pour une communauté très large.
En ce qui concerne leurs limitations, n’oublions pas que les diodes laser sont des diodes de faible énergie, si on les compare aux diodes lasers de puissance par exemple. Cette faible énergie s’explique naturellement par la compacité du dispositif et la puissance limitée qu’il peut supporter dans un volume si faible d’une part, et d’autre part par un temps de vie radiative court et donc une incapacité à stocker de l’énergie.
Les diodes lasers sont encore loin d’avoir démontré toute l’étendue de leurs possibilités. Des principales perspectives mènent des recherches et de nombreuses espérances d’améliorations et d’extension dont lesquelles on peut distinguer :
-La conquête de nouvelles gammes spectrales: le bleu, par exemple, fait l’objet d’une recherche très intense pour les applications de stockage de l’information (la plus courte longueur d’onde permet d’accroitre la densité de stockage).par exemple le disque blu-ray ou Blu-Ray Disc (B-RD) exploite un rayon laser bleu-violet d’une longueur d’onde de 405nm
-Plus de puissance, plus de brillan | | En ligne : | https://dl.ummto.dz/bitstream/handle/ummto/8257/BekriHamida.pdf?sequence=1&isAll [...] | | Format de la ressource électronique : | PDF | | Permalink : | ./index.php?lvl=notice_display&id=26786 |
Diodes lasers à Homojonction et à Hétérojonctions : Etude comparative. [theses et memoires] / Hamida Bekri, Auteur ; Dimes Kahina, Auteur ; Slimane Tazibt, Directeur de thèse . - Tizi Ouzou (Tizi Ouzou) : UMMTO.FGEI, 2011 . - 88p. : ill. ; 30 cm. bibliogr. Langues : Français | Mots-clés : | Jonction PN Homojonction Héterojoncion | | Résumé : | Un grand nombre de systèmes électroniques doivent leurs performances actuelles au développement de l’optoélectronique, et en particulier, à l’amélioration des caractéristiques des diodes laser. En effet, la diode laser (DL) est le composant de base de nombreux systèmes tels que le disque compact, le vidéodisque, l’imprimante laser, les télécommunications par fibres optiques ou spatiales et le pompage de laser solide.
La première description théorique des diodes laser à semi-conducteur est celle de Basov en 1961. Les premières réalisations (DL à base d’Arsenic de Gallium fonctionnant à 0,8 m) ont été décrites en 1962. La durée de vie des premières DL est limitée. L’introduction d’une structure utilisant une double-hétérojonction a permis une réduction considérable du courant de seuil. Les doubles hétérojonctions assurent en effet le confinement des électrons et des trous dans la région active. De plus, elles permettent à cette région de guider également les ondes optiques. Une durée de vie importante des diodes laser a été obtenue grâce à une adaptation précise des mailles cristallines des différentes couches. La réalisation des puits quantiques (QW pour Quantum Wells) peut se faire à l’aide de deux techniques de croissance, à savoir i) l’épitaxie par jet moléculaire (MBE), ii) les dépôts en phase vapeur (CVD) utilisant des composés organométalliques. Ces techniques permettent de réal couches minces d’environ 10 nm. On note que cette grandeur est inférieure au libre parcours moyen des électrons et des trous.
Des diodes fonctionnant dans le visible (0,65 m) à température ambiante ont été réalisées ces dernières années. En régime continu, la plus grande longueur obtenue à l’aide d’une DL à double hétérojonction, utilisant des SC binaires III-V, est de 3,2 m.
Les diodes laser (DL) ont l’avantage d’êtres légèrement moins chers que les lasers à cavité (à solive, à liquide et à gaz) toutefois, cette technologie étant récente notamment dans le médical par exemple, les prix restent élevés. Cependant Les spécialistes prévoient, une diminution progressive des prix dans les années à venir.
On peut résumer en quatre points (structure électronique, structure optique, matériau, technologie) les grandes directions de recherche qui ont permis aux DL d’être les dispositifs exceptionnels que l’on connait aujourd’hui :
-L’optimisation du gain par électron transporté: d’abord dans une double hétérostructure, puis dans un puits quantique, voir un puits quantique contraint, la contrainte permettant de
modifier les structures de bandes dans le puits quantique pour optimiser la densité d’état vers un meilleur gain optique.
-L’optimisation du guide d’onde de la lumière: dans une double hétérostructure ou dans des structures à confinement séparé.
-La qualité du matériau et l’amélioration des techniques de croissance: pour obtenir des matériaux sans défauts et pour éviter les pertes non radiatives, La comparaison entre les différents matériaux possibles peut être intéressante. Par exemple, les études ont montré que les matériaux sans aluminium présentent une meilleure résistance à la dégradation catastrophique des diodes lasers à haute puissances.
-La qualité de la technologie: elle permet de réaliser des guides d’onde latéraux gravés, des contacts ohmiques de bonne qualité entre les contacts métalliques et les couches semi-conductrices dopées pour éviter toute résistance série (source de dissipation thermique néfaste). La qualité des clivages et de dépôt de miroirs optimisés sont également tout un art, déterminant les taux de recombinaison de surface. Enfin, la brasure des structures sur un bon dissipateur thermique conditionne énormément la température de la jonction des diodes laser en fonctionnement, et donc finalement les puissances que les diodes laser peuvent fournir.
Ces quatre grands points sont aujourd’hui autant de domaines de recherche pour une communauté très large.
En ce qui concerne leurs limitations, n’oublions pas que les diodes laser sont des diodes de faible énergie, si on les compare aux diodes lasers de puissance par exemple. Cette faible énergie s’explique naturellement par la compacité du dispositif et la puissance limitée qu’il peut supporter dans un volume si faible d’une part, et d’autre part par un temps de vie radiative court et donc une incapacité à stocker de l’énergie.
Les diodes lasers sont encore loin d’avoir démontré toute l’étendue de leurs possibilités. Des principales perspectives mènent des recherches et de nombreuses espérances d’améliorations et d’extension dont lesquelles on peut distinguer :
-La conquête de nouvelles gammes spectrales: le bleu, par exemple, fait l’objet d’une recherche très intense pour les applications de stockage de l’information (la plus courte longueur d’onde permet d’accroitre la densité de stockage).par exemple le disque blu-ray ou Blu-Ray Disc (B-RD) exploite un rayon laser bleu-violet d’une longueur d’onde de 405nm
-Plus de puissance, plus de brillan | | En ligne : | https://dl.ummto.dz/bitstream/handle/ummto/8257/BekriHamida.pdf?sequence=1&isAll [...] | | Format de la ressource électronique : | PDF | | Permalink : | ./index.php?lvl=notice_display&id=26786 |
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