Physique des transitions intersousbandes des hétérostructures de GaN/ALN pour l'optoélectronique à lambda =1,3-1,55 microns
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
The intersubband transitions in semiconductor heterostructures have been intensively studied since the early 80s. Today there are still two unexplored frontiers in the intersubband physics: the THz domain and the near infrared one. To reach the 1. 3 - 1. 55 µm domain used for the transmission of the information in the optical fiber, one should use semiconductor heterostructures with large band discontinuity. GaN/AlN heterostructures, studied in this work, have very high discontinuity of the potential in the conduction band (~1. 75 eV) and therefore are the most promising candidates for the development of unipolar optoelectronic devices at 1. 3-1. 55 µm. This work is focused on the experimental and theoretical study of the intersubband transitions in GaN/AlN quantum wells and quantum dots growth by molecular beam epitaxy on sapphire substrate. Firstly, I show the results of optical and structural characterizations of the samples and also the modeling of quantum confinement in these heterostructures. The influence of doping is discussed. Then I focus on the study of coupling between two quantum wells separated by an ultra-thin barrier and the application of these system to electro-optical modulators and quantum fountain lasers. Finally, I expose my results on the intraband absorption in GaN/AlN quantum dots at telecommunication wavelengths and I discuss its first application to the infrared photodetection.
Abstract FR:
Dans les années 80-90 la physique et les applications des transitions intersousbandes ont connu un essor remarquable. Il reste aujourd'hui deux frontières à explorer : l'extension vers les grandes longueurs d'onde du domaine THz et celle vers le proche infrarouge. Pour atteindre le domaine spectral de télécommunications par fibre optique, il faut disposer d'hétérostructures présentant d'une discontinuité de potentiel élevée. Les hétérostructures de GaN/AlN, étudiées dans cette thèse, ont une discontinuité de potentiel en bande de conduction très élevée (1,75 eV) et sont aujourd'hui les candidats les plus sérieux pour le développement de composants optoélectroniques unipolaires à 1,3-1,55 µm. Ce travail de thèse porte sur une étude expérimentale et théorique des transitions intersousbandes dans des puits quantiques et boîtes quantiques de GaN/AlN épitaxiés par jets moléculaires sur substrat saphir. Je présente les résultats des caractérisations optiques (spectroscopie à transformée de Fourier et de photoluminescence) et structurales (diffraction des rayons-X, microscopie électronique à transmission) des échantillons et je montre également la modélisation du confinement quantique dans ces hétérostructures. Les effets dus au dopage sont discutés. Je me focalise ensuite sur l'étude du couplage entre deux puits séparés par une barrière ultra-mince et j'aborde la conception d'un modulateur électro-optique et d'un laser à fontaine quantique basés sur des puits couplés. Enfin, je présente mes résultats sur l'absorption intrabande de boîtes quantiques GaN/AlN aux longueurs d'ondes des télécommunications ainsi que les premières applications à la photodétection infrarouge.