Le transfert des données est le principal défi pour répondre à la demande croissante d’échange d’informations au 21eme siècle. Une amélioration possible des dispositifs actuels réside dans le passage vers une technologie d’interconnexions optiques. Cette thèse explore le développement de lasers à semi-conducteurs III-V à base de GaSb (III-Sb) épitaxiés par jets moléculaires (EJM) pour obtenir des sources laser émettant vers 1,55 µm, la gamme des télécommunications, et leur intégration sur substrat Si. Les III-Sb présentent des propriétés intéressantes en termes de relaxation des contraintes, mais sont plutôt adaptés pour une émission dans le moyen – infrarouge. Grâce à un nouveau dessin de zone active basé sur l’insertion de plans atomiques d’Al0.68In0.32Sb dans des puits quantiques Ga0.8In0 .2Sb nous avons obtenu par technologie en voie humide à l'Université de Montpellier des lasers GaSb fonctionnant en continu à température ambiante à 1,55 µm avec des performances comparables à l’état de l’art dans ce domaine. Par la suite, j'ai développé et optimisé au III – V Lab et à l’Université de Montpellier deux technologies basées sur la gravure sèche des structures. Cela a permis de réduire la largeur du ruban laser jusqu’à 1,5 µm, ce qui d’après mes simulations est nécessaire pour obtenir un fonctionnement monomode transverse du laser indispensable pour les applications en télécommunications. Nous avons également étudié la croissance EJM des III-Sb sur substrat Si pour intégrer directement les lasers sur ce substrat. Nous avons obtenu les premiers lasers GaSb intégrés sur Si fonctionnant en continu à température ambiante vers 1.55 µm. Pour un composant de 1 mm x 10 µm, le courant de seuil est de 300 mA et la puissance optique par facette non-traitée est de 3,2 mW à 500 mA de courant injecté. Ces résultats ouvrent la voie à l’intégration monolithique de lasers III-Sb sur plateformes Si pour des applications télécom. / The transfer of information is the main challenge to meet the growing demand of IT capacities in the 21st century. A possible improvement of existing devices is shifting to optical interconnects technology.This PhD explores the molecular-beam epitaxy (MBE) growth and development of antimonide (III-Sb) III-V semiconductor lasers for emission in the telecom range, near 1.55 µm, and their integration on Silicon substrates. III-Sb present interesting properties in term of strain relaxation but they are characterized by a natural emission in the mid – infrared range. Thanks to a new active zone design based on inserting monolayer-thin Al0.68In0.32Sb layers inside Ga0.8InSb QWs, we have obtained by wet processing at Université de Montpellier GaSb-based lasers working in continuous wave above room temperature, at the target wavelength. In addition, their performances were comparable to the performances of the well – established InP technology used in commercial telecom devices. Next, I have developed and optimized at both III-V Lab and Université de Montpellier new process flows based on dry etching of the structures. This allowed reducing the laser ridge width down to 1.5 µm, a value that modeling shows to be needed for single transverse-mode operation. In addition, we have investigated the MBE growth of III-Sb on Si substrates for the direct integration of lasers. We demonstrated the first cw, room temperature laser emission near 1.55 µm from GaSb devices integrated onto Si. For a 1 mm x 10µm diodes the threshold current was of 300 mA and the optical power per uncoated facet was 3.2 mW under 500 mA injected current. These results open the way to the monolithic integration on Si platforms of III-Sb devices for telecom applications.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:theses.fr/2016MONTT304 |
| Date | 13 December 2016 |
| Creators | Castellano, Andrea |
| Contributors | Montpellier, Tournié, Eric, Cerutti, Laurent |
| Source Sets | Dépôt national des thèses électroniques françaises |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
Page generated in 0.0018 seconds