Développement de lasers à cascade interbandes intégrés monolithiquement sur circuit photonique GaAs // Development of Interband cascade Laser on GaAs integrated photonic circuit

La fabrication de lasers émettant dans le moyen infrarouge (MIR) sur des substrats technologiquement matures comme le GaAs ouvre de nouvelles perspectives pour l'optoélectronique intégrée. Elle permet d'envisager l'intégration directe de ces sources avec des fonctions optiques et des circuits photoniques sur un même substrat, réduisant ainsi l'encombrement des dispositifs et offrant de nouvelles fonctionnalités.
Des travaux récents menés par le groupe Nanomir de l'IES ont démontré que les lasers à cascade interbande (ICL), émettant entre 3 et 5 µm et épitaxiés sur GaAs, présentent une forte tolérance aux dislocations. Leurs performances sont comparables à celles obtenues sur substrats natifs de GaSb, avec des puissances d'environ 60 mW par facette en régime continu à température ambiante.
Par ailleurs, le GaAs et ses alliages, comme l'AlGaAs, sont transparents dans le MIR et bénéficient de procédés de fabrication bien maîtrisés pour la photonique intégrée. Cette combinaison rend possible le développement de dispositifs intégrés où lasers et circuits photoniques coexistent sur un même support.
Ces architectures permettent notamment la miniaturisation de capteurs optiques, avec des applications en spectroscopie de gaz, ainsi que l'assemblage de plusieurs lasers pour augmenter la puissance de sortie. Cette dernière approche est particulièrement prometteuse pour les communications optiques en espace libre autour de 4 µm, une zone où les sources actuelles restent limitées en puissance.
Dans ce contexte, les objectifs de la thèse consistent à étudier la plateforme photonique GaAs et à concevoir les circuits photoniques nécessaires à l'intégration efficace des ICLs.
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The fabrication of mid-infrared (MIR) lasers on technologically mature substrates such as GaAs opens new perspectives for integrated optoelectronics. It enables the direct integration of these sources with optical functions and photonic circuits on the same substrate, thereby reducing device size and enabling new functionalities.
Recent work conducted by the Nanomir group at the Institut d'Électronique et des Systèmes (IES) has demonstrated that interband cascade lasers (ICLs), emitting in the 3–5 µm range and grown epitaxially on GaAs, exhibit strong tolerance to dislocations. Their performance is comparable to that of devices fabricated on native GaSb substrates, with output powers around 60 mW per facet in continuous-wave operation at room temperature.
Moreover, GaAs and its alloys, such as AlGaAs, are transparent in the MIR and benefit from well-established fabrication processes for integrated photonics. This combination enables the development of integrated devices in which lasers and photonic circuits coexist on the same platform.
These architectures make it possible to significantly miniaturize optical sensors, with applications in gas spectroscopy, and to combine multiple lasers in order to increase output power. The latter approach is particularly promising for free-space optical communications around 4 µm, a spectral region where current sources remain limited in power.
In this context, the objectives of the PhD project are to study the GaAs photonic platform and to design the photonic circuits required for efficient integration of ICLs.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Contrat doctoral

Concours pour un contrat doctoral

Université de Montpellier

166 I2S - Information, Structures, Systèmes

Le ou la candidat(e) devra posséder de solides connaissances en physique des semi-conducteurs, en photonique et en nanotechnologie. Une expérience ou des connaissances approfondies sur les lasers à semi-conducteurs, et plus particulièrement sur les lasers à cascade quantique (QCL) ou interbande (ICL), seront fortement appréciées. La maîtrise des techniques expérimentales liées à l'optoélectronique dans le moyen infrarouge constituera un atout supplémentaire.
The candidate should have strong knowledge in semiconductor physics, photonics, and nanotechnology. Experience or in-depth knowledge of semiconductor lasers, particularly quantum cascade lasers (QCLs) or interband cascade lasers (ICLs), will be highly valued. Proficiency in experimental techniques related to mid-infrared optoelectronics will be an additional asset.