Propriétés optiques d'empilements multicouches de semiconducteurs III/V GaAs/AlGaAs [Texte imprimé] : application à l'étude de microcavités laser à émission surfacique.

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Propriétés optiques d’empilements multicouches de

semiconducteurs III/V GaAs/AlGaAs [Texte imprimé] :

application à l’étude de microcavités laser à émission

surfacique.

Yann Boucher

To cite this version:

Yann Boucher. Propriétés optiques d’empilements multicouches de semiconducteurs III/V GaAs/AlGaAs [Texte imprimé] : application à l’étude de microcavités laser à émission surfacique.. Optique [physics.optics]. Université Paris Sud - Paris XI, 1993. Français. �pastel-00713900�

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No

d'Ordre

:

UNIVERSITÉ DE PARIS-SUD

CENTRE D'ORSAY

présentée pour obtenir

LE GRADE DE DOCTEUR

EN SCIENCES PHYSIQUES

PAR

Y m n BOUCHER

Propriétés optiques d'empilements multicouches de

semiconducteurs

IIi/V

GaAs/AlGaAs

Application

ii

l'étude de microcavités laser

à

émission surfacique

soutenue le

7

Octobre

1993

devant la commission d'examen

MM.

BA3CHE

BRUN

BULABOIS

CEREZ

LOURTIOZ

POCHOLLE

Rapporteur

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Nom : BOUCHER Renom : Yann

Sujet : Propriétés optiques d'empilements multicouches de semiconducteurs III/V GaAs/AlGaAs. Application à l'étude de microcavités laser à émission surfacique

Ce mémoire est consacré à l'étude théorique et expérimentale d'empilements multicouches de semiconducteurs GaAs/AlGaAs, et plus particulièrement d'empilements périodiques (réflecteurs de Bragg), étudiés en tant que tels ou comme éléments intégrés à des structures plus complexes. telles que les microcavités laser à émission surfacique. Les structures étudiées sont d'abord caractérisées par leur spectre de réflectivité linéaire. Pour interpréter ces résultats, nous développons deux approches théoriques complémen- taires : la première. basée sur u n formalisme matriciel découlant de la linéarité des équations de l'Électromagnétisme, permet de décrire exactement la propagation d'une onde optique dans une structure stratifiée quelconque et a servi de support à un programme de calcul numérique. La seconde, en termes de couplage d'ondes, complète utilement la première en fournissant les dépendances explicites du comportement des structures (réflectivité, sélectivité spectrale. etc.) en fonction des indices et des épaisseurs des matériaux choisis. Nous établissons l'expression explicite de la constante de couplage et nous exposons les principes de la synthèse des dispositifs complexes (notamment des réflecteurs de Bragg, utilisés en tant que miroirs dans des microcavités).

Nous consacrons tout u n chapitre à l'étude théorique. puis expérimentale de microcavités lasers à émission surfacique. Dans u n échantillon réalisé par le Laboratoire Central de Recherches de Thomson-CSF. nous avons validé la possibilité d'une émission laser biraie que nous nous sommes attachés à caractériser sous différents régimes de pompage optique. Ce composant a été utilisé pour "réinjecter' une cavité laser saphir dopé au titane.

Nous avons par ailleurs pompé la microcavité par des impulsions optiques ultrabrèves issues d'un laser à colorant femtoseconde amplifié (Ap = 620 nm. z = 1 0 0 fs). A l'aide d'une caméra à balayage de fente. nous avons analysé le spectre d'émission laser biraie de la structure dans de telles conditions. avec une résolution temporelle de 5 ps environ. Nous présentons u n modèle simple de ce comportement, fondé s u r la résoiution numérique d'équations qui décrivent l'évolution des densités de photons émis et de porteurs libres dans la microcavité; nous montrons qu'il est nécessaire de tenir compte non seulement des porteurs libres photocréés dans les puits quantiques, mais encore de ceux créés dans les barrières, suite à l'absorption par ces dernières d'une partie du flux de pompe. La prise en compte de cet effet dans nos simulations numériques donne des résultats en bon accord avec nos obsexvations expérimentales.

Mots Cles : Semi-conducteurs III-V, empilements périodiques, formalisme matriciel. couplage d'ondes, microcavités laser, impulsions brèves, spectroscopie résolue en temps.

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À rebours ton cheval s'ébroue Parmi les terres négatives Absence à la lèvre inventive

Toi qui marches à pas de t r o u

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