4.2. LASERs à hétéro-jonctions doubles (DHS)

Pour alimenter les LASERs en régime continu, il est nécessaire d'abaisser le seuil de courant minimum de fonctionnement. Pour cela, il existe plusieurs techniques :

• · Le confinement du déplacement des électrons dans la zone utile du milieu actif
• · Le confinement des photons dans cette zone utile
• · Le guidage optique du faisceau utile

Pour appliquer ces 3 techniques, il faut agir sur la conductivité des différents matériaux (SC) utilisés ainsi que sur leur dopage (type n ou p). De plus, des indices de réfraction différents confinent les photons comme dans une fibre optique. La solution matérielle est une hétéro-jonction double (DHS) à base de SC dont les gaps (écart énergétique entre le bas de la bande de conduction BC et le haut de la bande de valence BV) sont différents. Ces SC sont donc de nature différente et ne possèdent pas les mêmes indices de réfraction.

Un exemple de DHS est le LASER à SC basé sur le GaAlAs fonctionnant à la longueur d'onde de 1.85 µm. Ce composé ternaire (3 atomes) est composé à partir de GaAs (maille entre atomes de 5.65 Angströms et gap Eg1 = 1.43 électronVolts) et AlAs (maille de 5.66 Angströms et gap Eg2 = 2.16 eV) car ces deux composés possèdent quasiment le même paramètre de maille. Il est possible de faire varier l'indice de réfraction car le gap est compris entre 1.43 et 2.16 eV, sachant que le gap est inversement proportionnel à l'indice de réfraction.

Figure 34 DHS à base de SC basé sur GaAlAs

Figure 35 Confinement du milieu actif et guidage des photons dans une DHS

Bilan :

• · La structure DHS assure un confinement géométrique des porteurs (électrons et " trous ") dans la couche de semi-conducteur intrinsèque dont l'épaisseur passe de 1 à 2 µm (jonction p-n classique) à 0.3 µm
• · Les différents indices de réfraction obtenus entre un SC à base de InP (n = 3.22) et un alliage InGaAsP (n = 3.2) assurent le guidage optique des photons (et donc du faisceau LASER) ainsi qu'une faible absorption.
• · Avec les DHS, le courant requis est passé de 50000 Ampères / cm² (en 1962) à moins de 1000 A /cm² aujourd'hui si bien que les LASERs à SC peuvent être alimentés avec un courant élevé mais continu (régime continu).