Etude de diodes laser à cavité planaire entièrement définie par cristal photonique : nouvelle approche pour le contrôle de l'émission

Par une structuration périodique de l'espace à l'échelle de la longueur d'onde, les cristaux photoniques permettent un contrôle efficace de la lumière. Nos travaux concernent l'exploitation des propriétés de ces cristaux pour définir une cavité planaire de diode laser et pour en proposer un contrôle de l'émission. Une première partie présente l'étude de guides définis par des cristaux photoniques bidimensionnels obtenus dans une hétérostructure semi-conductrice par la réalisation de trous. Différents comportements modaux sont analysés selon le point de fonctionnement choisi. Nous montrons qu'une émission monomode de type DFB (Distributed Feedback) peut être obtenue. La deuxième partie concerne la démonstration expérimentale de diodes laser à cristaux photoniques bidimensionnels fonctionnant sous pompage électrique. Les caractéristiques spectrales et modales sont analysées et elles permettent de valider l'étude théorique. Une émission monomode avec un taux de réjection des modes secondaires supérieur à 35 dB a été obtenue. Dans la dernière partie, nous proposons une approche originale du contrôle spectral basée sur une déformation de la maille du cristal photonique selon l'axe latéral de la cavité laser. Il est alors montré qu'une telle déformation permet d'accéder à un contrôle de la longueur d'onde d'émission à 0,4 nm près, tout en restant compatible avec les contraintes technologiques liées à la réalisation d'un cristal photonique. D'autre part, nous démontrons expérimentalement que ce type de déformations peut être mis à profit pour améliorer les caractéristiques d'émission laser des dispositifs étudiés grâce à une ingénierie de la bande interdite photonique.By a space periodic space structuring at wavelength scale, photonic crystals allow for efficient light control. Our work is on the exploitation of these crystals' properties in order to define a planar cavity for a laser diode, with controlled emission properties. The first part presents the study of the waveguide, which is defined by bi-dimensionnal photonic crystals in a semi-conductor heterostructure, obtained by hole etching. The modal characteristics are analyzed for chosen operating points. We show that a DFB (Distributed Feedback)-like single-mode emission can be obtained. The second part consists in the experimental demonstration of a working, electrically pumped photonic crystal laser diode. Its spectral and modal characteristics are analyzed, validating the theoretical study. A single-mode emission with a secondary mode suppression ratio higher than 35dB has been obtained. In the last part, we propose a novel approach for spectral control by deformation of the photonic crystal lattice, along the lateral axis of the laser cavity. It is shown that by means of this deformation, the emission wavelength can be accurately controlled with a precision close to 0.4nm, while remaining compatible with the technological constraints involved in photonic crystal fabrication. Furthermore, we demonstrate experimentally that this kind of deformations may be used to improve the emission characteristics of the studied devices by photonic band-gap engineering