| Titre : | Modélisation et optimisation des lasers à puits quantiques à base de AlGaAs/GaAs |
| Auteurs : | ZEBAIDI Samiha, Auteur ; Samira Laznek, Directeur de thèse |
| Type de document : | Mémoire magistere |
| Année de publication : | 2025 |
| Format : | 1 vol. (78 p.) |
| Langues: | Français |
| Mots-clés: | AlGaAs/GaAs, GeSn, MQW, laser, gain optique, émission spontanée. |
| Résumé : |
Ce travail présente la modélisation et l’analyse d’un laser à puits quantiques multiples (MQW) basé sur des structures AlGaAs/GaAs, en mettant l’accent sur l’influence de la profondeur des barrières, de l’épaisseur des puits quantiques et de l’introduction d’une couche de GeSn dans la région active. La structure simulée se compose de couches minces successives comprenant des contacts électriques, des couches d’isolation en SiO₂, des couches d’AlGaAs dopées, ainsi qu’une région active contenant des puits quantiques en GaAs. Les simulations effectuées à l’aide du logiciel SILVACO montrent que la réduction de la fraction molaire d’aluminium dans les barrières améliore le gain optique et l’émission spontanée. De plus, la variation de l’épaisseur des puits quantiques influence de manière significative les propriétés optiques : des puits plus fins améliorent le confinement des porteurs, tandis que des puits plus épais entraînent des décalages spectraux vers le rouge et une légère augmentation du gain. Enfin, l’insertion d’une couche intermédiaire de GeSn dans la région active améliore l’alignement des niveaux d’énergie et le confinement optique, comme l’illustre le profil d’intensité lumineuse, ce qui indique une amélioration globale des performances du dispositif simulé. |
| Sommaire : |
REMERCIEMENTS ....... I DEDICACE ............ II Abstract ............ III Résumé .............. III Liste des figures ....... IV Liste des tableaux ...... VI Introduction générale ....... 1 Bibliographie ............... 3 CHAPITRE I Généralités sur les semi-conducteurs I.1. Introduction ............ 4 I.2. Physique des semi-conducteurs .... 4 I.2.1. Structure cristalline et bandes d’énergie : ........... 4 I.2.2. Isolant, semi-conducteur, conducteur .................. 5 I.2.3. La jonction PN .............. 6 I.2.4. Emission spontanée dans un semi-conducteur à gap direct : ............ 9 I.2.5. Recombinaison Auger ............... 10 I.2.6. Recombination Shockley Read Hall- SRH- ....... 11 I.3. Matériaux utilisés ............... 11 I.3.1. Propriétés du composé GaAs et de l’alliage AlGaAs ................................................. 11 I.3.1.1. Structure cristallographique…………………………………11 I.3.1.2. Propriétés électroniques………………………………………………13 I.4. Matériau GeSn ..... 19 I.4.1. L’alliage GeSn : L’alliage GeSn : un matériau à gap accordable ........ 19 1.4.2. Structure et fabrication des composants GeSn .................. 21 I.5. Processus de fabrication de l’hétérostructure Al₀.₃Ga₀.₇As / Ge₀.₈₇Sn₀.₁ ......... 23 I.6. Bibliographie ........... 25 CHAPITRE II Les Lasers II.1. Introduction ........... 27 II.1.1. Un bref historique sur les lasers à semi-conducteurs ................ 27 II.2. Définition du laser ......... 28 VIII II.3. Les composants d’un laser ............. 29 II.3.1. Milieu actif (ou milieu amplificateur) ................... 29 II.3.2. Source de pompage (ou pompe énergétique) ............... 29 II.3.3. Cavité optique (ou résonateur) ......................... 29 II.4. Théorie des lasers à semi-conducteurs .................... 30 II.4. 1. Interaction rayonnement-matière ..................... 30 II.4. 2. Conditions d'inversion de population .............. 36 II.4. 3. Théorie du courant de seuil ................... 38 II.5. Les différents types de lasers : ................ 40 II.5.1 Laser à gaz .................................. 40 II.5.2. Laser à colorant ........................... 41 II.5.3. Lasers à semi-conducteurs ............... 42 II.6. Application des lasers ...................46 II.7. Bibliographie ........................... 46 CHAPITRE III Résultats et Discussion III.1. Introduction ................ 49 III.2. Le logiciel ................. 49 III.2. 1. Le modèle k·p ............ 51 III.2. 2. Spécification des matériaux et des modèles ..................... 52 III.2. 2.1. Spécification des propriétés des matériaux ................... 52 III.2. 3. La spécification Mesh ...................... 55 III.3. Représentation de structure simulée ............................... 56 III.4. Modélisation de la structure laser simulée .....................61 III.4.1. Étude de l’influence de la fraction molaire d’aluminium dans les barrières sur les propriétés optiques et électriques de la structure laser simulée……………………….….61 III.4.1.1. Effet de la fraction molaire d'aluminium dans les barrières sur l'émission spontanée de la structure laser simulée……….…………………………………………….61 III.4.1.2. Effet de la fraction molaire d'aluminium des barrières sur les caractéristiques I-V de la structure laser simulée……………….……………………………………………..64 III.4.1.3. Impact de la fraction molaire d’aluminium dans les barrières sur le gain optique de la structure laser simulée…………...…………………………………………….………64 III.4.2. Influence de l'épaisseur des puits quantiques sur les propriétés optiques et électriques de la structure laser simulée............. 66 IX III.4.2.1. Influence de l'épaisseur des puits quantiques sur les propriétés optiques et électriques de la structure laser simulée...............66 III.4.2.2. Effet de la variation d’épaisseur des puits quantiques sur l'émission spontanée de la structure laser simulée…………………………………….………………….……….67 III.4.2.3. Effet de la variation d’épaisseur des puits quantiques sur le gain optique de la structure laser simulée…………………………...………………………...………………..69 III.4.3. Étude de l’impact de l’intégration d’une couche de Ge0.92Sn0.08 dans la zone active de la structure laser simulée sur ses propriétés optiques et électriques……………71 III.4.3.1. Effet d’introduction d’une couche de Ge0.92Sn0.08 dans la structure laser simulée sur les caractéristiques courant-tension………………………………………………73 III.4.3.2. Effet d’introduction d’une couche de Ge0.92Sn0.08 dans la structure laser simulée sur le gain optique………………………………………………………74 III.4.3.3. Effet de l’introduction d’une couche de Ge0.92Sn0.08 dans la structure laser simulée sur l’émission spontanée……………………………………………………75 III.5. Conclusion ........... 76 III .6. Bibliographie ……………77 Conclusion Générale .......... 78 |
Disponibilité (1)
| Cote | Support | Localisation | Statut |
|---|---|---|---|
| MPHY/675 | Mémoire master | bibliothèque sciences exactes | Consultable |
