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Al 0.9 Ga 0.1 As ( /4n). GaAs ( /4n). Miroir supérieur 29 bicouches Dopé P. H = 12 à 13 µm. Puits Quantiques GaIn(N)As ( 7 nm). Barrières (20 nm). Miroir inférieur 35.5 bicouches Dopé N. Ga 1-y In y N x As 1-x. VCSELs GaIn(N)As/GaAs émettant dans la gamme 1.1 – 1.3 µm. - PowerPoint PPT Presentation
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VCSELs GaIn(N)As/GaAs émettant dans la gamme 1.1 – 1.3 µmLaboratoire de
Photonique sur Silicium
DOPT / SIONA
Ga1-yInyNxAs1-x
5.6 5.8 6.0
1
1.55 m
InPGa1-yInyAs
GaNxAs1-x
1.3 m
InAs
GaAs
Energ
ie d
e b
ande in
terd
ite
Eg
(eV
)
Paramètre de maille a0 (Å)
L. Grenouillet, P. Duvaut, P. Demolon, N. Olivier, P. Gilet, P. Grosse, P. Philippe, E. Pougeoise, A. TchelnokovCEA LETI, Dpt Optronique, Service Ingénierie Optique et Nouvelles Applications, Laboratoire Photonique sur Silicium
• Liens optiques hauts débits : besoin de sources à = 1.3 µm, rapides (>10 Gbits/s) sur ~ 10 km• Photonique sur silicium : besoin de sources III-V compactes transparentes dans le silicium
Le VCSEL (filière GaAs, matériau actif GaIn(N)As) est un composant intéressant dans cette perspective
Type de structures réalisées
Résultats
Conclusions, Perspectives
Technologie : Empilement épitaxial :
0 5 10 15 20 250.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
VCSEL
= 30 µm
ouverture oxyde = 10 µm
1110 1115 1120 1125
ContinuTempérature ambiante
Inte
nsité
(u. a
.)
Longueur d'onde (nm)
VCSEL GaInAs 31281
VCSEL InGaAs 31281
Pui
ssan
ce (
mW
)
Densité de courant (kA/cm2)
10 °C 20 °C 30 °C 40 °C 50 °C 60 °C
0 5 10 15 20 250.0
0.1
0.2
0.3
VCSEL
= 36 µm
ouverture oxyde = 19 µm
1240 1245 1250 1255 1260
ContinuTempérature ambiante
Inte
nsité
(u. a
.)
Longueur d'onde (nm)
VCSEL GaInNAs 31290
VCSEL InGaAsN 31290
Pui
ssan
ce (
mW
)
Densité de courant (kA/cm2)
10 °C 20 °C 30 °C 40 °C 50 °C 60 °C
Optimisation des VCSELs InGaAs
0 5 10 15 20 250.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
10 °C 20 °C 30 °C 40 °C 50 °C 60 °C
0.0 0.5 1.0 1.5 2.00.000
0.002
0.004
0.006
0.008
0.010
0.012
0.014
0.016
0.018
0.020
=30 µm
oxyde=8µm
VCSEL InGaAs 31287
Pui
ssan
ce (
mW
)
Courant (mA)
=30 µm
oxyde=8µm
VCSEL InGaAs 31287
Pui
ssan
ce (
mW
)
Courant (mA)0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
=38 µm
oxyde=16µm
VCSEL InGaAs 31287
Pui
ssan
ce (
mW
)
Courant (mA)
10 °C 20 °C 30 °C 40 °C 50 °C 60 °C
VCSEL InGaAs VCSEL InGaAsNEffet laser en continu à l’ambiante
salle blanche dédiée III-V
• Contact p Ti/Pt/Au• Contact n Ni/Ge/Au• Gravure des mesas : RIE SiCl4/Ar• Passivation des mesas : nitrure• Oxydation latérale AlAs AlOx
Problématique
• Densité de courant de seuil de l’ordre de 2 kA/cm2
• ~1.11 µm• P > 1 mW• Efficacité au-dessus du seuil ~ 0.14 W/A (20 °C)
Introduction N dans InGaAs dégradation des caractéristiques
des VCSELs :Jth , P ,
efficacité
• Densité de courant de seuil de l’ordre de 10 kA/cm2
• ~ 1.24-1.26 µm• P < 1 mW• Efficacité au-dessus du seuil ~ 0.03 W/A
• Résistance série ~ 100 - 600
• VCSEL InGaAs ( = 1.11 µm) avec de très bonnes caractéristiques tensions de fonctionnement < 3.3 V (compatibilité avec le CMOS) puissance > 1 mW étude en fréquence à mener
• VCSEL InGaAsN ( > 1.26 µm) en cours d’optimisation
• Elaboration de composants hybrides sur Silicium
• Travail sur le dopage proche de la cavité Seuil diminué (< 1 mA) Jusqu’à 2.4 mW de puissance
• Travail sur le matériau actif (1 seul puits quantique) Seuil diminué (< 150 µA) Fonctionnement jusqu’à 150 fois le courant de seuil
1230 1235 1240 1245 1250
VCSEL GaInNAs 31290
T = 300 KContinu
3.5 mA
3.0 mA
2.0 mA
Inte
nsité
(u.
a.)
Longueur d'onde (nm)
1.3 mA
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.00.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0
2
4
6
8
10
Pui
ssan
ce (
mW
)
Courant (mA)
VCSEL GINA 31290
VCSEL
= 36 µm
ouverture oxyde = 2µm
Te
nsi
on
(V
)
0 5 10 15 200.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0T = 20°Ccontinu = 40 µmouverture d'oxyde = 7 µmIth = 120 A
Jth = 310 A/cm2
= 1.11 µmRs ~ 300
VCSEL InGaAs LETI 31309
Pui
ssan
ce (
mW
)
Courant (mA)
SSMBE, Riber 32
• Dopage p au Carbone (CBr4)
• Matériau actif : puits quantiques InGaAs ou InGaAsN
• Focus sur VCSEL GaInNAs faible ouverture d’oxyde Comportement monomode jusqu’au roll-over
GaAs (/4n)
Puits Quantiques GaIn(N)As (7 nm)
Al0.9Ga0.1As (/4n)
Barrières (20 nm)
Miroir supérieur29 bicouchesDopé P
Miroir inférieur35.5 bicouchesDopé N
H =
12
à 13
µ
m