Lasers monofréquences à base de GaSb émettant à 2,6 µm pour l'analyse de gaz

Antimonide single-emission laser emitting at 2. 5 micrometer for gas sensing

• Auteur / Autrice : David Barat
• Direction : Alexeï Baranov
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique, optronique et systèmes
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Montpellier 2

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayonnement infrarouge

Spectroscopie d'absorption

Lasers à semi-conducteur

Résumé

Cette thèse porte sur l'étude et le développement de diodes lasers à semi-conducteurs monofréquences émettant à une longueur d'onde de 2,6 µm. Afin de pouvoir mesurer la vapeur d'eau et le dioxyde de carbone par spectroscopie d'absorption par diodes laser accordables, les composants laser doivent présenter une émission monomode dans les directions transverse , latérale et longitudinale. Ces lasers présentaient, au début de cette thèse, un fonctionnement monofréquence à 2,6 µm par endroits pour une technologie à ruban large. Ce manuscrit met l'accent sur les améliorations apportées à la fabrication des diodes lasers à semi-conducteurs mais aussi sur les résultats des composants. Apres avoir décrit dans une première partie le principe et les propriétés des lasers à antimoniures et de la méthode d'analyse de gaz, le second chapitre expose l'optimisation des paramètres technologiques dans le but d'obtenir une émission monomode latérale et transverse. L'amélioration de l'étape de gravure y est présentée avec l'étude d'autres solutions d'attaque et la mise en place d'une couche d'arrêt. La mise au point de la technologie DFB à couplage latéral permettant d'obtenir une émission monomode longitudinale est présentée dans le troisième chapitre. Cette technique, adaptée sur GaSb au cours de cette thèse, consiste pour l'essentiel à déposer de part et d'autre du ruban laser un réseau de Bragg métallique qui joue le rôle d'un filtre fréquentiel. La dernière partie expose l'ensemble des résultats sur les composants laser. Les composants à ruban étroit présentent une émission au dessus de 2,6 µm pour un fonctionnement en continu et à température ambiante. La technologie DFB apporte des améliorations notables sur les propriétés d'émission des composants. Ce travail a permis d'un part d'obtenir des composants lasers présentant les propriétés requises par l'application et d'autre part de faire acquérir au laboratoire un savoir-faire technologique pleins de perspectives pour l'avenir.

This work deals with the study and development of single-mode semiconductor laser diodes emitting at 2. 6 µm. In order to measure carbon dioxide and water vapour by tunable diode absorption spectroscopy, the components must present a single mode emission in lateral, transverse and longitudinal directions. These lasers diodes had, before this work, a single mode-emission only under certain conditions of temperature and current. The first part shows the principle and properties of antimonide-based laser diodes and presents the gas sensing method. The second part shows the improvements of technological steps in order to achieve easily a single-mode emission in the lateral and transverse direction. Particularly for the etching step, a study of other etching solutions and a setting up of a stop etch are presented. The lateral-coupling DFB technology is exposed in the third part. It permits to obtain a single-mode emission in the longitudinal direction. This technique has been adapted on our materials during this work and consists to realize a metallic Bragg grating on each side of the laser ridge. The last part shows results of the components with classic and a DFB technologies. We obtain laser diodes emitting at 2. 6 µm in continuous wave regime at room temperature for norrow ridge. The DFB technology supplies improvements on the emission of this components making them well adapted for gaz sensing. This work allows obtaining laser diodes with good electrical and optical properties for carbon dioxide and water vapor measurement. It permit to have a experiment in a nouvel technology wich can be adapted on other laser diodes