Lasers GeSn à puits quantiques multiples intégrés sur plateforme GeSnOI : Fonctionnement à température ambiante et en régime continu

L’intégration de sources lasers sur silicium pour le proche et le moyen infrarouge (de 2 à 5 µm) trouve aujourd’hui un vecteur privilégié dans les alliages de germanium-étain (GeSn). Néanmoins, le développement de ces dispositifs se heurte encore à des verrous technologiques majeurs, limitant leur fonctionnement à température ambiante sous pompage électrique. L'introduction de puits quantiques multiples (MQW) constitue l'une des voies les plus prometteuses pour abaisser le seuil laser et élever la température maximale d’émission. Cependant, le manque de modèles théoriques consolidés et la nécessité historique de croître ces structures sur d’épaisses couches tampons ont, jusqu'à présent, freiné la rupture technologique attendue.

Au cours de ce travail de thèse, des empilements MQW GeSn ont été intégrés pour la première fois sur une plateforme de germanium-étain sur isolant (GeSnOI). Cette technologie innovante, qui a déjà démontré son efficacité sur matériau massif, s'impose à ce jour comme la seule filière ayant permis un fonctionnement laser à température ambiante ou en régime optique continu. Les plateformes GeSnOI offrent des avantages déterminants : un confinement optimal du mode optique au plus près des MQW, la suppression totale de la couche tampon défectueuse, une dissipation thermique efficace, ainsi que l’introduction d’une contrainte en tension au sein de la zone active, favorisant le caractère direct de la structure de bande du GeSn.

Grâce à cette approche, nous démontrons les premiers lasers GeSn MQW fonctionnant à température ambiante, ainsi que les tout premiers lasers MQW opérant sous pompage optique continu. Ces résultats inédits apportent une compréhension nouvelle de la physique et du comportement dynamique de ces composants.