Etude des hétérostructures semi-conductrices III-nitrures et application au laser UV pompé par cathode à micropointes PDF Download
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Author: Fabrice Enjalbert
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 215
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Book Description
Le travail présenté dans ce rapport a pour objectif d'étudier la faisabilité d’un laser à semi-conducteurs III-nitrures pompé par cathode à micropointes émettant dans l'UV lointain (250350 nm). La structure laser, élaborée en EJM, est une hétérostructure à confinement séparé dont la zone active est constituée de puits (ou boîtes) quantiques de GaN dans une barrière d'AlxGa1-xN. Elle est pompée par un faisceau d'électrons énergétiques (~10 keV) générés par une cathode à micropointes. Le faisceau électronique converge sur la structure laser grâce à des aimants permanents qui impriment aux électrons un mouvement cyclotron. Cette étude a mis en évidence deux verrous technologiques dans la réalisation de ce laser. Premièrement, le seuil laser est très élevé (~10 MW/cm 2 en pompage optique). En effet, la qualité des alliages AlxGa1-xN constituant la barrière est insuffisante, ce qui se traduit par un faible transfert des porteurs vers les puits quantiques. Des mesures de cathodoluminescence ont été couplées à des simulations pour étudier la diffusion ambipolaire dans les hétérostructures. La longueur de diffusion varie sur trois ordres de grandeur (~nmæ m) selon la couche étudiée. Elle est la plus faible dans la barrière d'Al0.1Ga0.9N. L'utilisation de substrats de SiC face carbone a permis d'améliorer la qualité des échantillons. Deuxièmement, le courant émis par les micropointes (~A/cm 2 ) est insuffisant pour atteindre le seuil laser. Un dispositif de dépôt de césium sur les micropointes a été mis au point afin de réduire le travail de sortie des électrons. On a ainsi pu multiplier le courant émis par un facteur 50 pour une tension grillecathode de 70 V mais le dépôt de césium est inhomogène et instable.
Author: Fabrice Enjalbert
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Languages : fr
Pages : 215
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Le travail présenté dans ce rapport a pour objectif d'étudier la faisabilité d’un laser à semi-conducteurs III-nitrures pompé par cathode à micropointes émettant dans l'UV lointain (250350 nm). La structure laser, élaborée en EJM, est une hétérostructure à confinement séparé dont la zone active est constituée de puits (ou boîtes) quantiques de GaN dans une barrière d'AlxGa1-xN. Elle est pompée par un faisceau d'électrons énergétiques (~10 keV) générés par une cathode à micropointes. Le faisceau électronique converge sur la structure laser grâce à des aimants permanents qui impriment aux électrons un mouvement cyclotron. Cette étude a mis en évidence deux verrous technologiques dans la réalisation de ce laser. Premièrement, le seuil laser est très élevé (~10 MW/cm 2 en pompage optique). En effet, la qualité des alliages AlxGa1-xN constituant la barrière est insuffisante, ce qui se traduit par un faible transfert des porteurs vers les puits quantiques. Des mesures de cathodoluminescence ont été couplées à des simulations pour étudier la diffusion ambipolaire dans les hétérostructures. La longueur de diffusion varie sur trois ordres de grandeur (~nmæ m) selon la couche étudiée. Elle est la plus faible dans la barrière d'Al0.1Ga0.9N. L'utilisation de substrats de SiC face carbone a permis d'améliorer la qualité des échantillons. Deuxièmement, le courant émis par les micropointes (~A/cm 2 ) est insuffisant pour atteindre le seuil laser. Un dispositif de dépôt de césium sur les micropointes a été mis au point afin de réduire le travail de sortie des électrons. On a ainsi pu multiplier le courant émis par un facteur 50 pour une tension grillecathode de 70 V mais le dépôt de césium est inhomogène et instable.
Author: Fabrice Enjalbert
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Pages : 0
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Le travail présenté dans ce rapport a pour objectif d'étudier la faisabilité d’un laser à semi-conducteurs III-nitrures pompé par cathode à micropointes émettant dans l'UV lointain (250350 nm). La structure laser, élaborée en EJM, est une hétérostructure à confinement séparé dont la zone active est constituée de puits (ou boîtes) quantiques de GaN dans une barrière d'AlxGa1-xN. Elle est pompée par un faisceau d'électrons énergétiques (~10 keV) générés par une cathode à micropointes. Le faisceau électronique converge sur la structure laser grâce à des aimants permanents qui impriment aux électrons un mouvement cyclotron. Cette étude a mis en évidence deux verrous technologiques dans la réalisation de ce laser. Premièrement, le seuil laser est très élevé (~10 MW/cm 2 en pompage optique). En effet, la qualité des alliages AlxGa1-xN constituant la barrière est insuffisante, ce qui se traduit par un faible transfert des porteurs vers les puits quantiques. Des mesures de cathodoluminescence ont été couplées à des simulations pour étudier la diffusion ambipolaire dans les hétérostructures. La longueur de diffusion varie sur trois ordres de grandeur (~nmæ m) selon la couche étudiée. Elle est la plus faible dans la barrière d'Al0.1Ga0.9N. L'utilisation de substrats de SiC face carbone a permis d'améliorer la qualité des échantillons. Deuxièmement, le courant émis par les micropointes (~A/cm 2 ) est insuffisant pour atteindre le seuil laser. Un dispositif de dépôt de césium sur les micropointes a été mis au point afin de réduire le travail de sortie des électrons. On a ainsi pu multiplier le courant émis par un facteur 50 pour une tension grillecathode de 70 V mais le dépôt de césium est inhomogène et instable.
Author: Julien Barjon
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Languages : fr
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Book Description
Ce mémoire présente les premiers résultats d'une étude visant la réalisation d'un laser UV continu, compact, de faible puissance (1̃0mW) dans la gamme de longueur d'onde 250-350nm. Dans ce dispositif, la structure laser à émission latérale est à base de nanostructures (puits ou boîtes quantiques) de semiconducteurs nitrures (Al,Ga)N. Le pompage est assuré par des électrons énergétiques (1̃0keV) émis par des cathodes à micropointes. L'étude séparée des éléments du laser a permis de déterminer les capacités et les limites actuelles des technologies utilisées. Le développement d'un canon à électrons miniature a bénéficié de l'étude d'un procédé de focalisation magnétique simple à base d'aimants permanents, et de matrices de micropointes adaptées à l'émission de forts courants (Ã.cm-2) dans un cône d'émission réduit. L'ensemble du dispositif de pompage a permis d'atteindre une densité de puissance de 12kW.cm-2 à 10kV sur la puce laser. Des hétérostructures laser à confinements séparés pour les porteurs et la lumière ont été réalisées en épitaxie par jets moléculaires à source plasma radiofréquence sur des substrats de SiC. L'effet laser a été obtenu à la température ambiante à 331nm à partir de boîtes quantiques GaN/AlxGa1-xN. Une étude expérimentale a permis d'attribuer l'origine des seuils encore trop élevés pour le pompage par micropointes, aux fortes pertes optiques internes des guides ternaires AlxGa1-xN/AlyGa1-yN (200cm-1). Un ensemble de procédés technologiques (gravure, clivage, polissage, miroirs diélectriques Hf02/SiO2) a été développé pour permettre la réalisation de cavités optiques à faibles pertes, adaptées au laser à boîtes quantiques.
