FR2823916A1 - Procede pour accroitre, a l'aide de multiples puits quantiques non-identiques, la largeur de bande d'amplificateurs optiques/diodes supraluminescentes a semi-conducteur - Google Patents

Procede pour accroitre, a l'aide de multiples puits quantiques non-identiques, la largeur de bande d'amplificateurs optiques/diodes supraluminescentes a semi-conducteur Download PDF

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Abstract

La présente invention propose un procédé pour accroître la largeur de bande spectrale d'amplificateurs optiques à semi-conducteur en employant différentes hétérostructures de confinement séparées (HCS) afin de former de multiples puits quantiques non-identiques de façon que les dispositifs photoélectroniques à semi-conducteurs aient de meilleures caractéristiques thermiques et des caractéristiques de modulation plus fiables. Si on utilise un tel procédé pour fabriquer un laser à semi-conducteur à longueur d'onde accordable, il est possible d'obtenir une grande plage de longueurs d'onde modulée, ce qui est très utile en communication optique.

Description

connecteur (12a).
Procédé pour accro^tre, à l'aide de multiples puits quantiques nonidentiques, la largeur de bande d'amplificateurs optiques/diodes supraluminescentes à semi-conducteur s La présente invention est relative, d'une manière générale, à un procédé concernant la largeur de bande de dispositifs optoélectroniques à semi conducteurs et, plus particulièrement, un procédé employant différentes hétéro structures de confinement séparées (HC S) de différentes longueurs et/ou de multiples puits quantiques non-identiques de façon que les dispositifs photoélectroniques à semi-conducteurs aient une grande largeur de bande, de meilleures caractéristiques thermiques et des caractéristiques de modulation plus fiables. - Avec l'arrivée de l'ère des réseaux, les éléments dont l'utilisation est indispensable dans des réseaux à base de fibres, par exemple des terminaux d'émission, des terminaux de réception, des terminaux de commutation, etc., ont très fortement attiré l' attention sous l ' angle de la recherche et de s applications industrielles. Les dispositifs à semi-conducteurs ont acquis un rôle essentiel dans les corumunications par fibres en raison de leur faible encombrement, de leur aptitude à un acheminement d'une grande efficacité et à une fréquence élevée, et de leur grande fiabilité (en ce qui concerne à la fois la température et la durce de vie). On a largement utilisé les fonctions permettant de relayer l'amplification de signaux optiques et la commutation optique d'amplificateurs optiques à semi- conducteur (AOS)/diodes supraluminescentes (DSL). Cependant, les amplificateurs optiques à semi-conducteurs selon la technique antérieure n'assurent qu'une largeur de bande spectrale d' environ 40 nm, c qui est insuffisant pour des communications par fibres à
large bande.
D'autre part, même si on utilise très couramment des amplificateurs à fibres dopées à l'ertium comme amplificateurs de signaux optiques de relais dans des communications optiques, ceux-ci ne peuvent pas être employés dans une autre bande importante voisine de 1300 nm en raison de la limitation de la largeur de bande spectrale utilisable entre la bande C et la bande L, c'est-à-dire entre 1525 nm et 1605 nm. De ce fait, l'utilisation de l'amplificateur à fibres dopées à l'erbium ne permet pas de couvrir toute la plage de communication par fibres entre 1200 nm et 1600 nm. Par conséquent, on a besoin de réaliser un nouvel amplificateur de signaux
optiques de relais ayant une plus large bande.
Les caractéristiques du dispositif telles que la densité du courant de seuil, la dépendance par rapport à la température et la largeur de bande spectrale pour le gain d'un laser à semi-conducteurs à puits quantique, sont meilleures que celles d'un laser à semi-conducteur massif. Les minces couches épitaxiales qui forment la structure des puits quantiques, que celle-ci soit destince à la recherche ou à l'industrie, peuvent être formoes par dépôt organo-métallique en phase vapeur par voie chimique (DOMVC) ou par épitaxie par jets moléculaires (EJM). Si on utilise le procédé classique de fabrication de semi-conducteurs, il est possible de former des
lasers à semi-conducteur ayant une telle structure de puits quantiques.
Cependant, selon des études récemment publiées, les porteurs générés par injection de courant ne se répartissent pas d'une manière uniforme dans les multiples puits quantiques. Afin d'accro^tre la largeur de bande spectrale pour le gain, il faut tenir compte de l'uniformité de la répartition des porteurs. Dans la technique antérieure, plusieurs tentatives ont été mences pour accro^tre la largeur de bande spectrale pour le gain en utilisant de multiples puits quantiques dissymétriques sans prendre en compte l'uniformité de la répartition des porteurs. Cependant, les
résultats sont loin d'être satisfaisants.
Par conséquent, les auteurs de la présente invention ont proposé un procédé employant de multiples puits quantiques de différentes largeurs afin d'utiliser les niveaux d'énergie et la non-uniformité de répartition des porteurs dans les multiples puits quantiques pour obtenir une très grande largeur de bande spectrale pour le gain. De la sorte, l'amplificateur optique à semi-conducteur selon la présente invention peut couvrir la grande largeur de bande spectrale comprise entre 1300 nm et 1600 nm. De plus, du fait de l'utilisation d'hétérostructures de confinement séparées d'une certaine longueur d'onde, les porteurs prédominants déterminant la répartition des porteurs dans deux dimensions ont pu être soit des électrons soit des trous, ce qui a abouti à une plus grande largeur de bande spectrale pour le gain ainsi
qu'à une meilleure caractéristique thermique.
La présente invention vise à réaliser un procédé employant de multiples puits quantiques de différentes largeurs pour accro^tre la largeur de bande spectrale d'un dispositif optique à semi-conducteur, dans lequel les porteurs prédominants déterminant la répartition en deux dimensions des porteurs soient des électrons ou des trous, ce qui aboutit à une plus grande largeur spectrale ainsi qu'à de
3 5 meilleures caractéristiques thermiques.
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Pour atteindre les objectifs ci-dessus, la présente invention propose un nouveau procédé servant à accroitre la largeur de bande spectrale d'amplificateurs optiques à semi-conducteur, caractérisée en ce que: la répartition en deux dimensions des porteurs dans les multiples puits quantiques de différentes largeurs est détermince par des électrons ou des trous dépend des hétérostructures de confinement séparces (HCS); grâce à ce procédé, on réalise des amplificateurs optiques/diodes supraluminescentes/lasers à semi-conducteurs ayant une grande largeur de bande spectrale, de meilleures caractéristiques thermiques et de modulation et une grande plage de longueur d'onde de façon à être utilisés dans des
systèmes de communication optique et à réduire le coût de fabrication.
L'invention et nombre des avantages qui s'y attachent appara^tront
facilement plus clairement en rétérence à la description détaillée ciaprès, faite en
considération des dessins annexés, sur lesquels: la Fig. 1 est un spectre d'absorption d'une fibre actuellement utilisée; la Fig. 2 est un graphique représentant les niveaux d'énergie quantifiés, les matériaux utilisés pour les barrières et les puits alternant de manière ,, repetee; la Fig. 3 est un graphique représentant les niveaux d'énergie quantifiés lorsque les multiples puits quantiques sont constitués de différents matériaux et ont des largeurs de puits différentes; la Fig. 4 est un graphique illustrant la relation entre l'énergie et la densité d'états; la Fig. 5 est un diagramme à bandes représentant une structure épitaxiale pour une diode laser numérotée 04 291; la Fig. 6 est une représentation schématique d'une structure épitaxiale pour une diode laser numérotée 04 291; la Fig. 7 est un graphique représentant le spectre d'émission d'une diode laser 04 291 en cas de densités de courant d'excitation différentes; et la Fig. 8 est un graphique illustrant la relation entre la largeur de
b ande sp e ctral e et le co urant d' excitation.
Les objectifs, l'esprit et les avantages de la présente invention sont décrits en détail en référence à une forme de réalisation prétérée accompagnée par les dessins.
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On se reportera à la Fig. 1, qui est un spectre d'absorption d'une fibre actuellement utilisée. Comme représenté sur le dessin, le kait plein du bas désigne la fibre monomodale 11 dopée avec 4% de GeO2 dans le c_ur de fbre et le trait en pointillé du haut désigne la fibre multimodale 12. De plus, le pic d'absorption 13 aux environs de 1400 nm est dû aux molécules de H20 dans la fibre. La longueur d'onde de résonance de la liaison OH est de 1385 nm. Ce pic d'absorption pourrait également être supprimé par de nouveaux procédés afin de réaliser la totalité de la bande de fibres optiques à faibles pertes, couvrant une plage entre moins de 1300 nm
et plus de 1600 nm.
Du fait de l'évolution rapide dans le domaine de la fabrication des fibres, la plage de longueurs d'onde pour les communications optiques s'élargit sans cesse. Non seulement elle atteint 1300 nm, mais encore elle couvre la plage de longueurs d'onde entre 1300 nm et 1600 nm. Même si l'amplificateur à fibres dopées à l'erbium a un grand rendement de couplage avec la fibre, il souffre d'une largeur de bande spectrale limitée pour le gain. De plus, l'amplificateur à fibres dopées à l'erbium ne peut même pas être utilisé vers 1300 nm. Par conséquent, dans la gamme de longueurs d'onde au-delà de la bande C et de la bande L, divers amplificateurs à fibres à dopage ionique ayant différentes largeurs de bande spectrale sont nécessaires. Ainsi, le coût de fabrication est accu, ce qui constitue l'un des grands
inconvénients du système de multiplexage par répartition en longueur d'onde (MRL).
Si on utilise l'amplificateur optique à semi-conducteur comme relais dans le système de communication par fibres, il est préférable qu'il assure un spectre de gain uniforme dans la garnme de longueurs d'onde comprise entre 1300 nm et 1600 nm. Cependant, l'amplificateur optique à semi- conducteur selon la technique antérieure n'assure qu'une largeur de bande spectrale de 40 nm, ce qui ne suffit pas
pour une communication par fibres à large bande.
D'après des comptes rendus d'études voisines, il appara^t que, pour les dispositifs couramment utilisés en communication optique, la répartition des porteurs dans de multiples puits quantiques n'est pas uniforme, selon la structure des
puits quantiques comportant les matériaux et l'agencement de couches épitaxiales.
Cela rend plus compliquce la conception de la structure de puits quantiques. Par conséquent, le fait d'utiliser des puits quantiques ayant différentes largeurs ou différentes combinaisons de matériaux n'est pas assez efficace pour obtenir la grande
largeur de bande voulue.
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Pour concevoir de multiples puits quantiques avec des largeurs différentes et/ou des combinaisons de matériaux différents pour une plus grande largeur de bande spectrale, il faut tenir compte de plusieurs considérations: 1. Niveaux d'énergie dans des puits quantiques de différentes largeurs. La longueur d'onde voulue peut être complétée en empilant des puits
quantiques de différentes largeurs afin d'obtenir une structure à large bande.
Cependant, il faut tenir compte de plusieurs considérations: a) Si les matériaux utilisés pour les barrières et les puits sont répétés en alternance (comme représenté sur la Fig. 2), on constate que, d'après des calculs reposant sur la mécanique quantique, un plus faible niveau d'énergie quantifiée avec une plus grande longueur d'onde survient dans un puits quantique plus large; cependant, un niveau d'énergie quantifiée plus élevé avec une plus faible longueur d'onde survient dans un puits quantique plus étroit. Après avoir fait des calculs pour le specke de gain, on constate qu'un puits quantique plus large nocessite une plus faible concentration de porteurs pour obtenir le méme gain. Cela influence
la répartition fnale du gain.
b) Si les matériaux utilisés à la fois pour les barrières et pour les puits ne restent pas inchangés, le degré de liberté dans la conception augmente. On peut utiliser divers matériaux pour former les multiples puits quantiques de différentes largeurs afin d'obtenir des niveaux d'énergie quantifiée presque égaux avec une longueur d'onde d'émission lumineuse différente. On se reportera à la Fig. 3, qui est un diagramme à bandes représentant de multiples puits quantiques formés de différents matériaux et ayant différentes largeurs. On constate que la largeur de bande spectrale est plus grande et que le gain est le même pour une
certaine gamme de niveaux de pompage.
c) Comme la lumière émise par les puits quantiques ayant les niveaux d'énergie les plus élevés est absorbée par les puits quantiques ayant les niveaux d'énergie les moins élevés, le nombre des puits quantiques ayant les niveaux d'énergie les plus élevés est plus grand si on conçoit de multiples puits quantiques de
différentes largeurs.
2. La longueur des hétérostructures de confinement séparées: dans la structure d'un puits quantique à semi-conducteur, les électrons et les kous générés par injection de courant sont injectés respectivement dans le contact de type P et le contact de type N. par l'intermédiaire des hétérostructures de confinement séparées, puis ils sont recombinés pour émettre de la lumière dans la région active. Par
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conséquent, la vitesse des porteurs dans les hétérostructures de confinement séparées constitue un facteur important pour la détermination de la répartition en deux
dimensions des porteurs.
a. Si les électrons pénètrent dans les puits quantiques plus tôt que les trous, les électrons deviennent les porteurs prédominants déterminant la répartition en deux dimensions des porteurs. La répartition finale en deux dimensions des porteurs dépend de la répartition spatiale des électrons (la concentration des électrons près du contact de type N étant plus grande, car les électrons pénètrent dans les puits quantiques à proximité du contact de type N et la neutralité de la charge l O amène les trous à suivre la répartition des électrons. De même, si les trous pénètrent dans les puits quantiques plus tôt que les électrons, les trous deviennent les porteurs prédominants déterminant la répartition bidimensionnelle des porteurs. Le modèle suivant permet de savoir à quel type appartiendront les porteurs prédominants: TLF = Tp,diffusion + Tn, diffilsion + Tcapp + Tcapn = dp /4Dp + dn /4Dn + dplcplw + dnTCn/W (l) lS o dp (dn) représente la longueur de diffusion des trous (électrons) dans les puits quantiques (c'est-à-dire les longueurs des régions des HCS) , Dp et Dn désignent les coefficients de diffusion des matériaux, W est la largeur du puits quantique, et dpTcp
et dnTCn sont les temps de capture obtenus conformément à la mécanique quantique.
Par conséquent, les quatre termes du côté droit de l'équation sont le temps de diffusion du trou dans la région d'une HCS, le temps de diffusion de l'électron dans la région d'une HCS, le temps de capture équivalent des trous par le puits quantique et le temps de capture équivalent des électrons par le puits quantique. Il faut souligner que du fait de l'accumulation des porteurs dans la région d'une HCS avant la capture par le puits quantique, le temps de capture équivalent des porteurs dans le puits quantique est décrit par le temps de capture (calculé à l'aide de la mécanique
quantique) multiplié par un rapport de volume dp(dn)/W.
b. Le temps total du trou (le temps de diffusion du trou plus le temps de capture équivalent du trou) est défini comme le laps de temps entre le moment o le trou est injecté dans la région d'une HCS et l'instant o le trou est capturé par le niveau d'énergie à deux dimensions, c'est-à-dire Tp,to = Tp,diffusion + Tcap p, tandis que le temps total de liélechon (le temps de diffusion de l'électron plus le temps de capture équivalent de l'électron) est défini comme le laps de temps entre le moment o l'électron est injecté dans la région d'une HCS et le moment o l'électron est capturé par le niveau d' énergie à deux dimensions, c' est- à-dire Tn. o = Tn. imsion + TCapn Si Tp,oa > Tn,o, les électrons pénètrent dans le niveau d'énergie en deux
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dimensions du puits quantique plus tôt que les trous, ce qui aboutit à une plus forte concentration d'électrons du côté N. Les trous qui pénètrent plus tard dans le niveau d'énergie à deux dimensions du puits quantique se répartissent en conséquence. Par conséquent, une plus forte concentration de porteurs à deux dimensions appara^t du côté N. En revanche, si Tn,oa > Tp,oa, les trous pénètrent plus tôt que les électrons dans le niveau d'énergie à deux dimensions du puits quantique, ce qui aboutit à une plus forte concentration de kous sur le côté P. Les éleckons qui pénètrent dans le niveau d'énergie à deux dimensions du puits quantique se répartissent ultérieurement en conséquence. Par conséquent, une plus forte concentration de porteurs à deux dimensions appara^tt sur le côté P. Si les trous sont les porteurs prédominants, on peut obtenir de meilleures caractéristiques thermiques, car les trous sont moins sensibles à la température du fait de la plus grande masse effective; en revanche, si les électrons sont les porteurs prédominants, on peut obtenir un plus grande largeur de bande spectrale en raison de la répartition plus uniforme des porteurs dans le puits quantique. Les deux situations doivent étre envisagées pour des applications différentes. c. L'uniformité de la répartition des porteurs dans le puits quantique: le taux de capture de porteurs du puits quantique, c'est-à-dire l'aptitude du puits quantique à capturer des porteurs, dépend de la densité d'états en deux dimensions dans le puits quantique. Plus la densité d'états en deux dimensions est grande dans le puits quantique, plus l'aptitude à la capture de porteurs est forte. Outre le capteur prédominant évoqué plus haut, le taux de capture de porteurs influence l'uniformité de la répartition des porteurs dans les multiples puits quantiques de différentes largeurs. Pour obtenir une plus grande largeur de bande spectrale, les porteurs doivent étre uniformément répartis dans les multiples puits quantiques de différentes largeurs conçus. Cependant, cela se fera au préjudice de certaines
caractéristiques optiques du dispositif, telles que l'efficacité de l'émission de lumière.
d. Certains des facteurs ci-après influencent eux aussi l'uniformité de la répartition des porteurs dans le puits quantique: (i) Les matériaux pour les puits et les barrières ainsi que l'agencement et la largeur des multiples puits quantiques. D'après une analyse expérimentale, les matériaux influencent fortement le confinement des porteurs du puits quantique et également la répartition en deux dimensions des porteurs. La largeur du puits quantique influence la densité en deux dimensions d'états dans le
puits quantique et également l'uniformité de la répartition des porteurs.
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On se reportera à la Fig. 4, qui est un graphique illustrant la relation entre l'énergie et la densité d'états. Comme représenté sur la figure, chaque courbe représente un matériau, c'est-à-dire une densité d'états en trois dimensions. Le niveau d'énergie d'un puits quantique peut étre exprimé sous la forme d'une fonction en escalier. Cependant, il faut souligner que la densité en deux dimensions d'états et la densité en trois dimensions d'états se recouvrent presque. Sur la fgure, 3D et 3D' représentent des matériaux différents et E1 et E1' sont les premiers niveaux d'énergie dans les puits quantiques de différentes largeurs. Si les niveaux d'énergie quantifiée des puits quantiques conçus ne diffèrent pas beaucoup, la grande différence entre les
densités en deux dimensions d'états résulte de la composition des matériaux en vrac.
De plus, la densité d'états influence l'aptitude des puits quantiques à capturer des porteurs ainsi que l'uniformité de la répartition en deux dimensions des porteurs. Par conséquent, la densité en deux dimensions d'états est lice à la largeur du puits
quantique et à la composition du matériau, et doit étre prise en compte.
(ii) La largeur et la hauteur de la barrière: d'après une analyse expérimentale, dans la structure conçue ayant de multiples puits quantiques, plus la barrière a une grande largeur, plus les porteurs se répartissent d'une manière uniforme dans les multiples puits quantiques. En revanche, plus la hauteur de la barrière des multiples puits quantiques diminue, plus la répartition en deux
dimensions des porteurs devient uniforme.
3. Ainsi, une structure épitaxiale pour une diode laser est numérotée 04 291 comme indiqué sur les figures 5 et 6. La structure comprend des matériaux différents destinés à composer de multiples puits quantiques de différentes largeurs. Les matériaux pour les puits quantiques sont Ino, 67Gao,33Aso'72po'2s et Ino,s3Gao'47As Le matériau pour les barrières est In0 s6Ga0 4Aso 3Po 7. Les longueurs d'onde escomptées pour l'émission de lumière sont de 1,3 m et 1,55 1lm. En cas de différentes densités de courants d'excitation, le spectre montre que la diode laser émet de la lumière à 1,3 1lm et 1,5,um, comme représenté sur la Fig. 7. La gamme couvre la plage entre 1,3 et 1,55,um, ce qui aboutit à une largeur de bande spectrale de 285,5 nm, comme représenté sur la Fig. 8. Il s'agit à l'heure actuelle de la plage la plus large. Dans la région de HCS conçue, les porteurs prédominants sont les électrons proches de InO s3Gao'47As du côté N. Comme les porteurs prédominants sont des électrons proches de Ino s3Ga047As du côté N. l'aptitude à la capture de porteurs est moins bonne que celle existant dans les puits quantiques en N In067Gao33Aso, 72po'2s Par conséquent, il est évident que la répartition des porteurs
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dans la structure à multiples puits quantiques est uniforme. Avec une répartition uniforme des porteurs, les multiples niveaux d'énergie quantifiées dans ces puits quantiques peuvent contribuer au maximum à l'émission et au gain, ce qui permet
d'obtenir des caractéristiques de large bande.
Cependant, dans les multiples puits quantiques de différentes largeurs o les porteurs prédominants sont des trous, le temps de diffusion du trou dans la structure d'une HCS doit être plus court que le temps de capture équivalent des électrons par le puits quantique. D'après l'équation (1), on constate que cela est lié à la composition des matériaux et à la longueur de la HCS. En ajustant la composition des matériaux et la longueur de la HCS, on peut obtenir de multiples puits quantiques de différentes largeurs o les porteurs avantageux dominant la
répartition en deux dimensions des porteurs sont des trous.
Si on emploie la structure numérotée 04 291 sur la Fig. 5 avec une autre longueur de la HCS, la longueur doit être inférieure à 65 nm si la longueur de la HCS près du côté N reste inchangée tandis que la longueur de la HCS près du côté P est modifiée. Cependant, si on modifie les longueurs des structures de HCS des deux côtés, les longueurs doivent étre inférieures à 40 nm. Les longueurs des structures de HCS sont déterminces par la répartition des porteuses Une telle conception assure de meilleurs caractéristiques thermiques et une largeur de bande spectrale modulée,
mais peut souffrir d'une moins bonne uniformité de répartition des porteurs.
Comme indiqué plus haut, la présente invention est relative à un procédé concernant la largeur de bande spectrale de dispositifs optoélectroniques à semi-conducteurs, employant différentes hétéro structures de confinement sép aré es (HCS) afin de former de multiples puits quantiques non-identiques afin que les dispositifs optoélectroniques à semiconducteurs aient de meilleures caractéristiques thermiques et de meilleurs caractéristiques de modulation. Par conséquent, il a été démontré que la présente invention constitue un progrès et possède un grand
potentiel en ce qui concerne les applications dans la recherche et l'industrie.
2823916

Claims (34)

REVENDICATIONS
1. Procédé pour accro^tre la largeur de bande spectrale de dispositifs optoélectroniques à semi-conducteurs, caractérisé en ce que: de multiples puits quantiques de différentes largeurs et/ou en différents matériaux, dans lesquels la répartition en deux dimensions des porteurs est commandée par des électrons et/ou des trous sont combinés avec différentes hétérostructures de confinement séparées (HCS) de différentes longueurs, de façon à former des amplificateurs optiques à semi- conducteurs/diodes supraluminescentes/
diodes luminescentes/diodes laser ayant une grande largeur de bande spectrale.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une plage de longueurs d'onde voulues est obtenue en empilant de multiples puits quantiques de différentes largeurs et/ou en différents matériaux afn d'obtenir une structure à large bande, et en ce que l' ordre d' empilement de ces multiples puits quantiques est déterminé par la prédominance d'électrons ou de trous dans la répartition des porteurs
dans ces multiples puits quantiques.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une propriété voulue est obtenue en empilant de multiples puits quantiques de différentes largeurs et/ou en différents matériaux afin d'obtenir de meilleures caractéristiques thermiques et/ou de modulation, et en ce que l'ordre d'empilement de ces multiples
puits quantiques est liée à la longueur d'hétérostructures de confnement séparées.
4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un niveau inférieur d'énergie quantifiée avec une plus grande longueur d'onde survient dans un puits quantique plus large et un niveau d'énergie quantifée supérieur et une plus faible longueur d'onde surviennent dans un puits quantique plus étroit si le matériau utilisé pour les barrières et le matériau utilisé pour les puits sont répétés de manière alternée.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un puits quantique plus large nocessite une plus faible concentration de porteurs pour parvenir
ànnmême gain.
6. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que divers matériaux sont utilisés pour former de multiples puits quantiques de différentes largeurs afn d'obtenir des niveaux d'énergie quantifées faiblement espacés avec une longueur d'onde d'émission lumineuse différente, en ce que la largeur de bande
1 1 2823916
spectrale toute entière est accrue et les gains correspondants à ces niveaux d'énergie
quantifiée sont presque les mémes lorsque les gains sont supérieurs à zéro.
7. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, comme la lumière émise par des puits quantiques à niveaux d'énergie supérieurs est absorbée par des puits quantiques à niveaux d'énergie inférieurs, le nombre des puits quantiques à niveaux d'énergie supérieurs est plus élevé si on conçoit de multiples
quantiques de différentes largeurs.
8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que des électrons et des trous sont injectés respectivement depuis un contact du type P et un contact du type N. par l'intermédiaire d'hétérostructures de confinement séparces, puis sont recombinés pour émettre de la lumière dans une région non-active, en ce que la vites se des porteurs dans le s hétéro structures de confinement séparées détermine si des électrons ou des trous sont prédominants dans la répartition en deux
dimensions des porteurs.
lS
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les électrons deviennent les porteurs prédominants qui déterminent la distribution en deux dimensions des porteurs si les électrons pénètrent dans les puits quantiques plus
tôt que les trous.
10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la répartition finale en deux dimensions des porteurs dépend de la répartition spatiale
des électrons et de la neutralité de la charge.
11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le type des porteurs destinés à étre des porteurs prédominants est déterminé par: TLF = Tp,diffilsion + Tn,dision + Icap,p + Icap,n = dp /4Dp + dn /4Dn + dpTCp/W + dnlcnlw (1) o dp (dn) représente la longueur de diffusion de trous (électrons) vers des puits quantiques, Dp et Dn sont les coefficients de diffusion de matériaux, W est la largeur du puits quantique, et dpTcp et dnTCn sont des temps de capture obtenus conformément à la mécanique quantique, caractérisce en ce que quatre périodes du côté droit de l'équation sont le temps de diffusion d'un trou dans la région d'une HCS, le temps de diffusion de l'électron dans la région d'une HCS, le temps de capture équivalent de trous par un puits quantique et le temps de capture équivalent d'électrons par le puits quantique, l'accamulation des porteurs capturés par le puits quantique dans la région d'une HCS n'étant pas prise en considération et le temps de capture équivalent des porteurs dans le puits quantique étant exprimé sous la forme: temps de capture
12 2823916
(calculé à l'aide de la mécanique quantique) multiplié par un rapport de volume dp(dn)lW. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que le temps total du trou (temps de diffusion du kou plus temps de capture équivalent du trou) est défini comme un laps de temps entre un moment o le trou est injecté dans la région d'une HCS et le moment o le trou est capturé par un niveau d'énergie en deux dimensions, tandis que le temps total de l'électron (temps de diffusion de l'électron plus temps de capture équivalent de l'électron) est défni comme un laps de temps entre un moment o l'électron est injecté dans la région d'une HCS et le moment o
l'électron est capturé par un niveau d'énergie en deux dimensions.
13. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que si Tp,o > Tn. O, les électrons pénètrent plus tôt que les trous dans le niveau d'énergie en deux dimensions du puits quantique, et il en résulte une plus grande concentration d'électrons du côté N. et en ce que les trous qui pénètrent plus tard dans le niveau d'énergie en deux dimensions du puits quantique ont une répartition similaire, une concenhation plus forte de porteurs en deux dimensions apparaissant du côté N.
14. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que, si Tno > Tp,oa, les trous pénèhent plus tôt dans les électrons que le niveau d'énergie en deux dimensions du puits quantique, et il en résulte une plus grande concentration de trous du côté P. et en ce que les électrons qui pénètrent plus tard dans le niveau d'énergie en deux dimensions du puits quantique ont une répartition similaire, une plus forte concentration de porteurs en deux dimensions apparaissant du côté P.
15. Procédé pour accro^tre la largeur de bande spectrale de dispositifs optoélectroniques à semi-conducteur selon la revendication 11, caractérisé en ce que, si les trous sont des barrières prédominantes, il est possible d'obtenir de meilleures caractéristiques thermiques car les trous sont moins sensibles à la
température en raison d'une plus grande masse effective.
16. Procédé pour accro^tre la largeur de bande spectrale de dispositifs optoélectroniques à semi-conducteurs selon la revendication 11, caractérisé en ce que, si les électrons sont des barrières prédominantes, on peut obtenir une plus grande largeur de bande spectrale du fait d'une répartition plus
uniforme des porteurs dans le puits quantique.
17. Procédé pour accro^tre la largeur de bande spectrale de dispositifs optoélectroniques à semi-conducteurs selon la revendication 11, caractérisé en ce que le taux de capture de porteurs du puits quantique dépend de la
13 2823916
densité en deux dimensions d'états dans le puits quantique, et en ce que plus la densité en deux dimensions d'états est grande dans le puits quantique, plus l'aptitude à la capture de porteurs est forte, et en ce que, avec le porteur prédominant indiqué ci-dessus, le taux de capture de porteurs influence l'uniformité de la répartition des porteurs entre les multiples puits quantiques.
18. Procédé pour accro^tre la largeur de bande spectrale de dispositifs optoélectroniques à semi-conducteurs selon la revendication 11, caractérisé en ce que les matériaux du puits quantique déterminent une relation entre la densité d'états en 2D et 3D et influencent ainsi le confinement des porteurs du
puits quantique ainsi que la répartition en deux dimensions des porteurs.
19. Procédé pour accro^tre la largeur de bande spectrale de dispositifs optoélectroniques à semi-conducteurs selon la revendication 11, caractérisé en ce que la largeur du puits quantique influence la densité en deux dimensions d'états dans le puits quantique, ainsi que l'uniformité de la répartition des
1 5 porteurs.
20. Procédé pour accro^tre la largeur de bande spectrale de dispositifs optoélectroniques à semi-conducteurs selon la revendication 11, caractérisé en ce que en ce que les matériaux et la largeur du puits quantique, combinés avec le porteur prédominant, influencent le confinement des porteurs du
puits quantique ainsi que la répartition en deux dimensions des porteurs.
21. Procédé pour accro^tre la largeur de bande spectrale de dispositifs optoélectroniques à semi-conducteurs selon la revendication 11, caractérisé en ce que, si les niveaux d'énergie quantifiées de puits quantiques conçus ne diffèrent pas beaucoup, une grande différence entre les densités en deux dimensions d'états résulte de la composition des matériaux en vrac, la densité d'états influençant l'aptitude des puits quantiques à la capture de porteurs ainsi que
l'uniformité de la répartition en deux dimensions des porteurs.
22. Procédé pour accro^tre la largeur de bande spectrale de dispositifs optoélectroniques à semi-conducteurs selon la revendication 1, caractérisé en ce que plus une barrière est large, plus les porteurs ont une répartition uniforme dans les multiples puits quantiques et en ce que plus la hauteur de la barrière des multiples puits quantiques diminue, plus la répartition en deux dimensions des
porteurs devient uniforme.
23. Procédé pour accro^tre la largeur de bande spectrale de dispositifs optoélectroniques à semi-conducteurs selon la revendication 1, caractérisé
14 2823916
en ce que lesdits dispositifs optoélectroniques à semi-conducteurs comprennent des amplificateurs optiques à semi-conducteurs, des diodes supraluminescentes, des
diodes luminescentes et des lasers utilisables en communication optique.
24. Procédé pour accro^tre la largeur de bande spectrale de dispositifs optoélectroniques à semi-conducteurs selon la revendication 1, caractérisé en ce que les multiples puits quantiques de différentes largeurs sont composés de
deux matériaux ou davantage, de différentes largeurs.
25. Procédé pour accro^tre la largeur de bande spectrale de dispositifs optoélectroniques à semi-conducteurs selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il y a au moins deux états fondamentaux correspondant respectivement à des
longueurs d'onde différentes.
26. Procédé pour accroîke la largeur de bande spectrale de dispositifs optoélectroniques à semi-conducteurs selon la revendication 25, caractérisé en ce que la différence entre les niveaux d'énergie des au moins deux états
fondamentaux est inférieure à 70 meV.
27. Procédé pour accro^tre la largeur de bande spectrale de dispositifs optoélectroniques à semi-conducteurs selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il y a un ou plusieurs états quantifiés dans chaque type de puits quantique aLm de couvrir une plage de longueurs d'onde comprise entre 1,3 1lm et 1,6 m.
28. Procédé pour accro^tre la largeur de bande spectrale de dispositifs optoélectroniques à semi-conducteurs selon la revendication 21, caractérisé en ce que la densité d'états des puits quantiques du côté depuis lequel sont injectés les porteurs prédominants est inférieure à la densité d'états des puits
quantiques de l'autre côté.
29. Procédé pour accro^tre la largeur de bande spectrale de dispositifs optoélectroniques à semi-conducteurs selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre de puits quantiques de chaque type est déterminé d'après le gain total net de ce type de puits quantiques, le nombre des puits quantiques de différentes
largeurs n'étant pas supérieur à 10.
30. Procédé pour accroitre la largeur de bande speckale de dispositifs optoélectroniques à semi-conducteurs selon la revendication 27, caractérisé en ce que les matériaux des puits quantiques comprennent des composés de semi-conducteurs ternaires et quaternaires III-V lorsque la longueur d'onde
d'émission de lumière est de 1,3 1lm.
232391 6
31. Procédé pour accro^tre la largeur de bande spectrale de dispositifs optoélectroniques à semi-conducteurs selon la revendication 27, caractérisé en ce que les matériaux des puits quantiques sont constitués par des composés de semi-conducteurs ternaires et quaternaires III-V lorsque la longueur d'onde d'émission de lumière est de 1,55 à 1,6 1lm.
32. Procédé pour accroitre la largeur de bande spectrale de dispositifs optoélectroniques à semi-conducteurs selon la revendication 4, caractérisé en ce que le nombre des puits quantiques de chaque type peut être de un ou plus de un, et en ce que le nombre est déterminé d'après le gain total net de ce type de puits quantiques de façon que le gain à une longueur d'onde correspondante soit
comparable à des gains d'autres types de puits quantiques.
33. Procédé pour accro^ke la largeur de bande spectrale de dispositifs optoélectroniques à semi-conducteurs selon la revendication 32, caractérisé en ce que, si le nombre des puits quantiques pour une plus grande longueur d'onde est N. le nombre des puits quantiques pour une plus petite longueur d'onde est de (N+1) si la différence d'énergie d'émission de lumière entre les puits quantiques pour la plus grande longueur d'onde et des puits quantiques pour la plus
courte longueur d'onde est inférieure à 200 meV.
34. Procédé pour accro^tre la largeur de bande spectrale de dispositifs optoélectroniques à semi-conducteurs selon la revendication 8, caractérisé en ce que les porteurs prédominants qui déterminent la répartition en deux dimensions de porteurs dans de multiples puits quantiques font l'objet d'une décision, s'il doit s'agit de trous ou d'électrons, du fait de la longueur et des matériaux des hétérostructures de confinement séparées ainsi que de la largeur du matériau des
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