Sommaire: Etude de lasers à base des composés semi-conducteurs (InP, GaAs, GaP)
Table des matières
Liste des figures
Liste des tableaux
Introduction générale
Chapitre I: Matériaux semi-conducteurs III-V, Equations de base des Semi-conducteur et Modèles utilisé dans ATLAS
I-1 Matériaux semi-conducteurs III-V
I-1-1 Introduction
I-1-2 Définition des semi-conducteurs III-V
I-1-3 Les composés binaires, ternaires et quaternaires des S/C III-V
I-1-3-1 Les composés binaires
I-1-3-2 Les composés ternaires et quaternaires
I-1-4 Structure cristalline
I-1-5 Réseau réciproque- La zone de Brillouin
I-1-6 Structure des bandes d’énergie des semi-conducteurs III-V
I-1-6-1 Structure de bande de GaAs
I-1-6-2 Structure de bande de In P
I-1-7 Bandes interdites des composés III-V
I-1-7-1 Bandes interdites des principaux composés III-V
I-1-7-2 Discontinuité de bandes aux hétérojonction « offset » ∆EC
I-1-8 Nature de la bande de conduction du matériau Ga (1-x) Al As
I-1-9 Théorie de l’approximation de masse effective dans les hétérostructures
I-2 Les équations de base des semi-conducteurs et les modèles utilisés dans le (X) simulateur ATLAS
I-2-1 L’équation de Poisson
I-2-2 Équations de continuité des porteurs de charges
I-2-3 Les équations de transport
I-2-4 Transport des charges par le modèle de diffusion
I-2-5 Théorie de base des statistiques de porteurs
I-2-5-1 Statistiques de Fermi-Dirac et de Boltzmann
I-2-5-2 Densité effectives des états
I-2-5-3 Concentration intrinsèque
I-2-5-4 Énergie de la bande interdite
I-1-5-5 Rétrécissement de la bande interdite
I-2-6 Les modèles de calcul de la mobilité
I-2-6-1 Modèle de calcul de la mobilité sous un faible champ
I-2-6-2 Modèle de calcul de la mobilité sous un champ faible et constant
I-2-6-3 Mobilité Électrique Parallèle dépendent Du Champ
I-2-7 Processus de génération-recombinaison des porteurs
I-2-7-1 Mécanisme de recombinaison de Shockley-Read-Hall
I-2-7-2 Recombinaison Auge
I-2-7-3 Modèle tenant compte de la température
I-3 Les équations et les modèles dans le partie LASER du logiciel de simulation SILVACO ATLAS
I-3-1 L’équation de Helmholtz
I-3-2 Le modèle standard de gain
I-3-3 Le modèle empirique de Gain
I-3-4 Le modèle radiatif général de recombinaison
I-3-5 Le modèle de recombinaison radiative par défaut
I-3-6 Emission Stimulée
I-3-7 l’équation d’évolution de densité de photon
I-3-8 Puissance optique
Chapitre II: Généralités sur les LASERS
II-1 Introduction
II-2 Principe du laser
II-2-1 Milieux amplificateur
II-2-1-a Absorption
II-2-1-b Emission spontanée
II-2-1-c Emission stimulée
II-2-1-d L’inversion de population
II-2-2 Résonateur optique
II-2-3 Le Pompage
II-3 Caractéristique de la lumière laser
II-3-1 Unidirectionnel
II-3-2 Intense
II-3-3 Monochromatique
II-3-4 Cohérent
II-4 Différents types de laser
II-4-1 Lasers à gaz
II-4-1-a Laser hélium-néon (He-Ne)
II-4-1-b Laser excimer
II-4-2 Lasers à corps solide
II-5 Lasers à semi-conducteurs
II-6 Le laser a homojonction
II-7 Le laser a hétérojonction
Chapitre III Logiciel de simulation SILVACO ATLAS
III-1 Logiciel de simulation SILVACO ATLAS
III-2 Utilisation d’ATLAS SILVAC
III-3 Structure de fichier d’entrée
III-4 Spécification de la structure étudiée
III-4-a Maillage
III-4-b Région
III-4-c Electrodes
III-4-d Dopage
III-5 Spécification du modèle et du matériau
III-5-a Matérielle
III-5-b Modèle
III-5-c Contact
III-5-d Interface
III-6 Méthodes numérique à sélectionner
III-7 Spécification de Solution
III-7-a Log
III-7-b Solve (Résoudre)
III-7-c Load et save (chargement et sauvegarde)
III-8 Analyse des résultats
Chapitre IV : Résultat et interprétation
IV-1 Simulation des caractéristiques électriques d’une diode laser GaAsAlGaAs
IV-1-1 Variation du gain en fonction du courant, de la tension, de la puissance et de la densité de photons
IV-1-2 Variation de la puissance en fonction du courant et de la tension
IV-1-3 Variation de la densité de photons en fonction du courant et de la tension
IV-1-4 Variation de la densité de photons en fonction de la puissance
IV-1-5 Effet de la longueur de cavité sur le gain
Conclusion
Extrait du mémoire étude de lasers à base des composés semi-conducteurs (InP, GaAs, GaP)
Chapitre I: Matériaux semi-conducteurs III-V, Equations de base des Semi-conducteur et Modèles utilisé dans ATLAS
I-1 Matériaux semi-conducteurs III-V
I-1-1 Introduction
Etude de lasers
Après les spectaculaires résultats enregistrés dans la technologie Silicium dans le domaine de la microélectronique, la recherche de composants électroniques présentant des propriétés de transport supérieures à celles du Silicium, conduit la plupart des grands laboratoires de recherches à s’intéresser à des nouveaux matériaux et en particulier les composés semi-conducteurs III-V.
C’est alors qu’une nouvelle classe de matériaux fait son apparition, basés sur la création d’un potentiel dans un cristal par:
* La modulation de dopage.
* La variation de composition d’un alliage.
* La combinaison des deux méthodes précédentes.
I-1-2 Définition des semi-conducteurs III-V
Les matériaux semi-conducteurs III-V sont des corps composés formés à partir d’un élément de la troisième (III) colonne et d’un élément de la cinquième (V) colonne de la classification périodique de Mendeleïev. Le tableau (I-1) regroupe un extrait de cette classification (les chiffres en haut et bas représentent respectivement le nombre atomique et la masse atomique). Ainsi de nombreux composés binaires peuvent être réalisés.
I-1-3 Les composés binaires, ternaires et quaternaires des S/C III-V
I-1-3-1 Les composés binaires
Etude de lasers
L’étude de propriétés des composés binaires, et en particulier de la structure de bandes montre que les éléments les plus légers donnent des composés dont laquelle la bande interdite est large et indirecte, et dans laquelle la masse effective des électrons est élevée.
Les composés contenant du Bore, de l’Aluminium ou de l’Azote entrent dans cette catégorie; ils ont en général peu d’intérêt pour l’électronique rapide [1], qui demande des semi-conducteurs à forte mobilité de porteurs ou pour l’optoélectronique ou une structure de bande directe est nécessaire pour que les transitions optiques soient efficaces. A l’autre extrémité, les éléments lourds comme le Thallium ou le Bismuth donnent des composés à base de Galium (GaAs, GaSb) ou d’Indium ( InP, InAs,InSb) dont les propriétés sont les plus intéressantes. Le tableau (I-2) résume quelques paramètres pour différents matériaux de la famille III-V.
I-1-3-2 Les composés ternaires et quaternaires
L’intérêt pratique des semi-conducteurs III-V est encore considérablement renforcé par la possibilité de réaliser des alliages par substitution partielle de l’un des éléments par un autre élément de la même colonne.
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