VCSEL antimoniure métamorphique à cascade quantique interbande pour le moyen infrarouge – MIMIC-SEL

L'objectif principal du projet MIMIC-SEL est la réalisation du premier Laser à Cavité Verticale émettant par la surface (VCSEL) à pompage électrique émettant au delà de 3 µm en régime d'alimentation continue et au dessus de 300K.

La disponibilité de VCSELs pompés électriquement à une longue d'onde supérieure à 3 µm opérant en régime d'alimentation continu au delà de la température ambiante est considéré comme une technologie de rupture pour les applications de détection optique à base de laser semi-conducteur. En effet, la géométrie de ces composants offrent des propriétés uniques tel qu'une émission mono-fréquence avec une large accordabilité sans saut de mode, une faible consommation électrique et un coût réduit. Ces dispositifs sont donc des sources idéales pour développer des réseaux de détecteur photonique, ce qui aidera au contrôle de la pollution de notre environnement, à détecter des fuites de produits dangereux et prévenir des risques d'incendies permis les exemples possible d'applications.
La réalisation de VCSELs pompés électriquement émettant dans le moyen infrarouge nécessite d'utiliser des matériaux à base d'antimoniures. Cependant, réaliser de tel composant dans la gamme spectrale 3-5 µm nécessite de nouvelles approches pour à la fois la zone active et les procédé technologiques. Ainsi, la structure sera composée d'une zone active avec des puits quantiques interbandes de type-II mis en cascade, une couche métamorphique à base d'arséniure oxydé pour constituer le confinement électro-optique et d'un miroir de Bragg diélectrique pour le la partie supérieure du VCSEL. Cette technologie permettra de réaliser des VCSELs avec des performances compatibles pour la detection de molécules par spectroscopie optique.
Le point de départ de ce projet est la complémentarité des compétences entre les différents partenaires de MIMIC-SEL. en effet, l'IES est reconnu sur la croissance par épitaxie par jets moléculaires et l'étude des VCSELs à base d'antimoniure, le LAAS a une expertise sur la technologie des VCSELs à base d'arséniures et plus précisément sur le contrôle du confinement latéral avec un oxyde d'aluminium. Enfin, FOTON est reconnu pour leur développement sur les matériaux diélectriques dédiés aux miroirs de Bragg.
Ce projet est organisé en 4 tâches, une pour le management et 3 pour les développements techniques. La première partie (tâches 2 et 3) du projet MIMIC-SEL permettra de développer les éléments qui constituent la structure VCSEL comme la zone active et les miroirs de Bragg pour un fonctionnement efficace au delà de 3µm. Cette partie permettra de déterminer les paramètres clés comme le gain, le pouvoir réflecteur, les pertes optiques, les propriétés thermiques pour concevoir le VCSEL. La dernière partie (tâche 4) est relié à la réalisation, la caractérisation et à son application à la détection de gaz.