Conception et étude d’une diode laser organique à bas seuil en utilisant des cavités DFB d’ordres mixtes

Design and Study of a Low-Threshold Organic Laser Diode Using Mixed-Order DFB Cavities

• Auteur / Autrice : Yara EL DROUBI
• Direction : Azzedine Boudrioua, Mahmoud Chakaroun
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Inscription en doctorat le 05/10/2020; Soutenance le 28/06/2024
• Etablissement(s) : Paris 13
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Galilée (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)

Mots clés

Mots clés libres

Semi-conducteur organique

Oled

Diode laser organique

Organic semiconductor

OLED (Organic Light Emitting Diode)

Organic laser diode

Résumé

Les travaux de cette thèse portent sur la conception, la réalisation et l'étude optique d'une cavité à rétroaction répartie DFB (Distributed Feedback) à base de SiO2 sur une couche mince d'ITO (Indium Tin Oxide), utilisée comme anode dans les OLEDs (Organic Light Emitting Diode). L'étude numérique en utilisant un logiciel open source et des simulations 3D-FDTD, a permis de déterminer les épaisseurs des couches d'ITO et d'organique, ainsi que les paramètres de la géométrie des réseaux. Les résultats obtenus ont révélé des épaisseurs optimales de 140 nm pour la couche d'ITO et de 200 nm pour la couche organique, avec un facteur de confinement de la lumière de ? = 0,37. Les épaisseurs de la couche de SiO2 ont été ajustées à 60 nm et 300 nm pour répondre aux exigences spécifiques des dépôts organiques et de la résonance de la cavité, respectivement. Les simulations FDTD ont permis d'obtenir des facteurs de qualité supérieurs à 800 avec des cavités 500 périodes du DFB1 et 5 périodes du DFB2) avec un rapport cyclique de 50% et des flancs droits. La fabrication des cavités a été réalisée en salle blanche en utilisant la technique de lithographie électronique avec une résine électro-sensible négative, la HSQ, se transformant en SiO2 sans nécessiter de gravure. Des réseaux d'épaisseurs de 60 nm et 300 nm ont été fabriqués sur la couche d'ITO, suivis du dépôt par évaporation sous vide d'une couche organique (Alq3 :DCM2). L'étude optique a montré l'apparition de plusieurs pics dans les spectres de fluorescence qui peuvent être expliqués par la contribution des différents réseaux DFB1 et DFB2. Pour certaines cavités, une modification spectrale de leur spectre de fluorescence est apparue, validant, ainsi, le fonctionnement des cavités obtenus

This thesis focuses on the design, fabrication, and optical study of a Distributed Feedback (DFB) cavity of SiO2 on a thin layer of Indium Tin Oxide (ITO), used as the anode in Organic Light Emitting Diodes (OLEDs). The numerical design involved optimizing the geometric parameters of the cavity through waveguide and 3D-FDTD simulations to determine the thicknesses of the ITO and organic layers, as well as the parameters of the gratings. The results obtained revealed optimal thicknesses of 140 nm for the ITO layer and 200 nm for the organic layer, with a light confinement factor of ? = 0,37. The SiO2 layer thicknesses were adjusted to 60 nm and 300 nm to meet the specific requirements of organic deposition and cavity resonance, respectively. FDTD simulations achieved quality factors greater than 800 with cavities consisting of 500 periods of DFB1 and 5 periods of DFB2, featuring a 50% duty cycle and straight edges. The fabrication of the cavities was carried out in a cleanroom using electron beam lithography with a negative electron-sensitive resist, HSQ, which transforms into SiO2 without the need for etching. Gratings with thicknesses of 60 nm and 300 nm were fabricated on the ITO layer, followed by the vacuum deposition of an organic layer. The optical study showed the appearance of several peaks in the fluorescence spectra, which at this stage, can be explained by the contribution of the different DFB1 and DFB2 gratings. For certain cavities, a spectral modification of their fluorescence spectrum appeared, indicating the functionality of our cavities