Bibliographie & annexes
Présentation
Auteur(s)
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Irène JOINDOT : Ingénieur de l’École Nationale Supérieure d’Électronique et d’Électrotechnique de Caen - Docteur de l’Institut d’Électronique fondamentale d’Orsay-Paris et de l’Université des Sciences et Techniques du Languedoc-Montpellier - Chargée d’Études sur les composants optoélectroniques d’émission pour transmissions par fibres optiques au CNET-Lannion
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les composants émetteurs de lumière à semi-conducteur représentent la clé de voûte d’un nombre croissant d’édifices optoélectroniques. Ils se rencontrent dans les systèmes de télécommunications par fibre optique, dans les senseurs optiques, dans les systèmes de lecture de disques optiques, dans certains terminaux et équipements de mesure (imprimantes, alarmes, distancemètres, etc.).
Les performances de ces systèmes optoélectroniques sont étroitement liées à celles des composants émetteurs. L’évaluation, l’amélioration, ou la bonne utilisation de ces émetteurs reposent sur la mesure précise des paramètres fondamentaux qui interviennent dans chaque utilisation.
Prenons l’exemple d’une liaison par fibre optique où l’information est portée simplement par l’intensité de la lumière : il faut pouvoir mesurer la vitesse optimale de modulation de la lumière émise, le manque de linéarité introduit par la conversion du courant électrique en lumière. Dans les systèmes plus élaborés comme les systèmes de transmission cohérents dans lesquels la phase, ou la fréquence, est le support de l’information, la connaissance du bruit de fréquence, ou de phase, est d’importance vitale.
Après un bref rappel sur le mode de fonctionnement des émetteurs à semi-conducteur, nous détaillerons les méthodes de mesure des principaux paramètres. La description des mesures purement électriques précédera celle des mesures purement optiques. Puis viendront les mesures faisant intervenir la conversion des électrons en photons.
L'expertise technique et scientifique de référence
VERSIONS
- Version courante de déc. 2007 par Irène JOINDOT, Naveena GENAY, Philippe CHANCLOU
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Mesures électriques1. Jonctions émettrices à semi-conducteur
1.1 Principes généraux de fonctionnement
Les dispositifs à semi-conducteur émettant de la lumière utilisent comme effet physique l’électroluminescence. Ce phénomène d’électroluminescence doit être attribué à la recombinaison radiative des porteurs de charge excédentaires injectés au voisinage, par exemple, d’une jonction P‐N. L’énergie libérée sous forme de rayonnement est égale à la différence entre celle de l’état ionisé appelé paire électron-trou et celle de l’état lié (électron et trou recombinés).
Deux conditions doivent être réalisées pour qu’il y ait émission de lumière : il faut que, d’une part, la probabilité de transition radiative soit élevée, et que, d’autre part, il y ait une grande densité de porteurs susceptibles d’effectuer cette transition. Le premier point est obtenu en utilisant un semi-conducteur à transition de bande directe, le second en polarisant une jonction P‐N dans le sens direct. Appliquer une tension V dans le sens direct aux bornes d’une jonction revient à abaisser la barrière de potentiel que rencontrent les électrons et les trous, et ainsi à faciliter leur pénétration d’une région dans l’autre. La tension de polarisation directe V fixe la séparation des niveaux de Fermi dans la région P et dans la région N. Au voisinage de la jonction, il y a peuplement simultané de la bande de conduction en électrons et de la bande de valence en trous.
Le rendement quantique interne se définit comme le rapport entre le nombre de photons émis (proportionnel au taux de recombinaisons radiatives) et le nombre de porteurs injectés dans la diode (proportionnel au taux de recombinaisons radiatives et non radiatives). Bien sûr, un rendement voisin de 1 est extrêmement précieux. Ce rendement est d’autant meilleur que les matériaux utilisés sont exempts de défauts de structure et d’impuretés indésirables, que la température est basse, que les niveaux de dopage des matériaux sont forts et que l’injection de porteurs est importante.
Par exemple, pour le Ga As, le rendement interne est de 0,9 pour une densité électronique de 1017 cm–3.
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Jonctions émettrices à semi-conducteur
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - * - + historique* étude théorique
-
(2) - * - △ comporte des résultats d’essais de laboratoire
-
(3) - AGRAWAL (G.P.), DUTTA (N.K.) - Longwavelength semiconductors lasers (Lasers à semi-conducteur et à grande longueur d’onde). - 473 p., Van Nostrand Reinhold Company Inc, New York (1986).
-
(4) - PETERMANN (K.) - Laser diode modulation and noise (Bruit et modulation des lasers). - 315 p., Kluwer Academic Publishers, The Nederlands (1988).
-
(5) - TSANG (W.T.) - Semiconductors and semimetals. - 342 p., Academic Press Inc Orlando (Florida, USA) (1985).
-
(6) - JOINDOT (I.), BOISROBERT (C.) - Intensity noise measurements in semiconductor lasers (Bruit d’intensité dans les lasers à semi- conducteur). - ISSSE 89 URSI (International symposium...
ANNEXES
Analyseur de réseau HP 9830A ou HP 8505A de Hewlett-Packard.
Analyseur de paramètres HP 4142 de Hewlett-Packard.
Spectromètre à réseau HR 1000 de Jobin-Yvon.
Sphère intégratrice de Labsphere.
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