Etude d'un laser UV compact à semiconducteurs (Al, Ga)N pompé par micropointes PDF Download
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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.
Author: Julien Barjon
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Languages : fr
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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.
Author: Fabrice Enjalbert
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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 : 0
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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: Denis Hervé
Publisher:
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Languages : fr
Pages : 184
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Book Description
L'ETUDE D'UN LASER A SEMICONDUCTEUR DE TYPE A POMPAGE ELECTRONIQUE EST PRESENTEE. LE BUT DE CE TRAVAIL EST LA REALISATION D'UN LASER COMPACT EMETTANT DANS LE VISIBLE (BLEU). DEUX ASPECTS DISTINCTS ONT ETE CONSIDERES. 1 LE POMPAGE ELECTRONIQUE DU LASER AINSI QUE LA REALISATION D'UN DISPOSITIF COMPACT. LE FAISCEAU D'ELECTRONS PERMETTANT LE POMPAGE DU LASER EST OBTENU A PARTIR D'UNE CATHODE COMPORTANT DES MICROPOINTES. CE COMPOSANT EST UNE SOURCE D'ELECTRONS FROIDE, UTILISANT LE PRINCIPE DE L'EMISSION PAR EFFET DE CHAMP, REALISE GRACE AUX PROCEDES DE LA MICROELECTRONIQUE CONVENTIONNELLES ET DEJA UTILISE DANS LA FABRICATION D'ECRANS PLATS. LES TRAVAUX PRESENTES RELATENT L'ETUDE DES CARACTERISTIQUES DE CES SOURCES ET DE LEUR INTERET DANS LE CADRE DE CE PROJET. LA FOCALISATION DU FAISCEAU D'ELECTRONS EST DECRITES DANS PLUSIEURS CAS DE FIGURE, ET LA REALISATION D'UN DISPOSITIF COMPACT SCELLE SOUS VIDE STATIQUE FONCTIONNANT EN MODE CATHODOLUMINESCENT EST RAPPORTEE. 2 LASER SEMICONDUCTEUR II-VI A GRAND GAP PERMETTANT L'EMISSION LUMINEUSE DANS LE VISIBLE. LES HETEROSTRUCTURES LASER DOIVENT ETRE SPECIALEMENT ADAPTEES AU POMPAGE ELECTRONIQUE A CAUSE DE LA RELATIVEMENT FAIBLE PROFONDEUR DE PENETRATION DES ELECTRONS POUR LES ENERGIES CONSIDEREES. LA DESCRIPTION DU FONCTIONNEMENT DES LASERS SEMICONDUCTEURS EST DONNEES DANS UN PREMIER TEMPS. IL APPARAIT QUE POUR NOTRE APPLICATION, LES STRUCTURES LASER DOIVENT ETRE DE TYPE GRINSCH (HETEROSTRUCTURE A GRADIENT DE COMPOSITION ET A SEPARATION DES CONFINEMENTS) A PUITS QUANTIQUES. DANS UN DEUXIEME TEMPS, LES RESULTATS DE CARACTERISATION DES MATERIAUX LASER, PAR LES TECHNIQUES DE CATHODOLUMINESCENCE, DE MICROSCOPIE, DE SPECTROSCOPIE DE MASSE DES IONS SECONDAIRES (SIMS) ET DE POMPAGE ELECTRONIQUE SONT DONNES. L'EVOLUTION DES SEUILS EN FONCTION DE LA TEMPERATURE ET LES PROBLEMES DE DUREE DE VIE EN FONCTIONNEMENT DES LASERS SEMICONDUCTEURS SONT PLUS PARTICULIEREMENT TRAITES. CES RESULTATS SONT COMPARES A CEUX DES DIODES LASER II-VI ACTUELLES
