VCSEL oxydés à base de GaAs émettant à 1. 3 micromètres : conception, fabrication et caractérisation

GaAs based oxidized VCSEL emitting at 1. 3 microns : design, fabrication and characterization

• Auteur / Autrice : Emilie Pougeoise
• Direction : Jean-Michel Gérard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique et radiofréquence
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interconnexions optiques

Mots clés libres

Oxydation sélective humide

Vcsel

Snom

Résumé

Ce travail, consacré à la conception, la réalisation et la caractérisation de VCSEL à diaphragme d'oxyde sur substrat GaAs, a pour objectif d'obtenir un composant émettant à 1. 3 μm, longueur d'onde d'intérêt pour les transmissions optiques haut débit et moyenne distance. Après l'introduction du contexte économique et historique de l'étude, nous abordons les points clés de la conception du VCSEL : matériau actif, dopage des miroirs, oxydation latérale. Nous avons fabriqué et caractérisé des VCSEL à partir de trois matériaux actifs différents : des puits quantiques d'InGaAsN/GaAs, des puits quantiques d'InGaAs/GaAs fortement contraints et des boîtes quantiques d'In(Ga)As/GaAs. Leurs caractérisations électro-optiques confirment que la longueur d'onde d'émission des composants réalisés est supérieure à 1270 nm et atteint 1300 nm dans le cas de puits d'InGaAs très contraints. Ces lasers présentent également des courants seuil de l'ordre du milliampère et des puissances optiques de quelques centaines de microwatts pour les puits quantiques d'InGaAsN et les boîtes quantiques d'In(Ga)As, et jusqu'à 1. 77 mW pour les puits quantiques d'InGaAs contraints. A de rares exceptions près, l'émission laser devient multimode transverse lorsque l'on augmente le courant injecté. En particulier, les VCSEL à puits quantiques d'InGaAs très contraints présentent un comportement modal spécifique avec des modes d'oxyde inattendus. L'étude de ces modes nous amène notamment à observer leur répartition spatiale par microscopie en champ proche spectralement résolue. La compréhension de l'origine des modes transverses dans une cavité VCSEL constitue un premier pas vers leur suppression en vue d'une émission monomode compatible avec les standards des télécommunications optiques.

AThis work deals with the design, the fabrication and the characterization of oxidized VCSELs on GaAs substrate. The aim of this study is to reach 1. 3 μm for short range high rate transmission applications. After describing the economical and historical context, we focus on the key points of VCSEL design : active material, doping of the Bragg reflectors, selective wet oxidation. We have realised and characterized VCSELs based on three different active materials : InGaAsN quantum wells, highly strained InGaAs quantum wells and In(Ga)As quantum dots. Their characterization revealed that their emission wavelegth exceeds 1270 nm and achieves 1300 nm for the highly strained InGaAs quantum wells. These lasers exhibit milliamps range threshold current and optical power of several hundreds of microwatts for InGaAsN quantum wells and In(Ga)As quantum dots, and deliver up to 1. 77 mW for highly strained InGaAs quantum wells. Except some rare components, lasing emission becomes transverse multimode as the injected current increases. Especially highly strained InGaAs quantum well VCSELs present a specifc modal behavior and display unexpected oxide modes. To study these transverse modes we observe their spatial distribution by spectrally-resolved optical near-field microscopy. Understanding the origin of transverse modes in VCSEL is a first step toward their suppression in order to reach singlemode emission, compatible with the optical telecomminucation standards.