Etude des niveaux d'énergie dans la structure de la diode laser "gainp/algainp" par la méthode du pseudopotentiel

Chapitre I :

Les lasers à semiconducteurs

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I-1 INTRODUCTION

L'évolution des lasers à semi-conducteurs s'est faite de manière parallèle aux autres types de lasers. Ces dispositifs ont aujourd'hui une importance énorme dans notre civilisation : télécommunication par fibre optique (internet, téléphone, télévision...), stockage de l'information dans les disques optiques (CD ou DVD pour la musique comme pour l'informatique), photocopie ou impression laser, applications médicales ett industrielles... Tout cela représente aujourd'hui plus de 70 % du marché total des lasers, soit environ 3 milliards de $ en l'an 1999.

I-2 AVANTAGES DES LASERS A SEMICONDUCTEUR

Les avantages des lasers à semi-conducteur sont particulièrement nombreux.

1' Couverture spectrale importante (0.4 ì m = ë = 30 ì m).

1' Un bon rendement énergétique.

v' Une excellente capacité de modulation.

v' faible volume (typiquement 1,5.10^-3 mm³)

1' puissance pouvant atteindre plusieurs Watts en continu.

v' Un faible coût de fabrication à une très bonne fiabilité.

1' Le principe d'alimentation est très commode puisqu'une simple source de courant suffisante pour enclencher le processus d'émission stimulée.

I-3 PRINCIPE DE L'EMISSION ET DE L'ABSORPTION

La théorie quantique montre que les électrons occupent un certain nombre de niveaux d'énergies. Le comportement d'un matériau à la théorie des bandes qui a séparée les bandes par[1] :

v' La bande de valence, d'énergie E_v.

1' La bande de conduction, d'énergie E_c.

La différence d'énergie entre ces deux bandes représente la bande interdite (GAP) laquelle caractérise le matériau semi-conducteur.

L'absorption et l'émission d'énergie sont obtenues à partir de la transition des électrons d'un niveau d'énergie vers un autre niveau.

La longueur d'onde de la radiation émise (absorbée) est liée à la différence d'énergie entre ces deux niveaux.

hc ë

(I-1)

Ä = - =

E E E

c V

Ou :

ÄE : Bande interdite (GAP) en (eV) ou en (J).

E_c : Niveau d'énergie de la bande de conduction.

E_v : Niveau d'énergie de la bande de valence.

h : constante de Planck en (J.s).

c : Vitesse de la lumière dans le vide en (m/s).

ë : La longueur d'onde de la radiation émise ou absorbée.

I-3-1 Absorption

_v.

Considérons un photon qui se propage vers un électron situé dans la bande de valence E

'électron

Dans le cas ou ce photon possède suffisamment d'énergie (supérieure ou égale au GAP), l

a bande de conduction. Figure I-1.

absorbe cette énergie et passe dans l

Figure I-1 : diagramme d'énergie d'un atome : (a) au repos (b) excité