Etude d'une distribution de porteurs hors d'équilibre dans l'arséniure de gallium par spectroscopie femtoseconde

Study of non equilibrium carriers distribution in gallium arsenide by femtosecond spectroscopy

• Auteur / Autrice : Jean-Paul Foing
• Direction : Danièle Hulin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique du,solide
• Date : Soutenance en 1991
• Etablissement(s) : Palaiseau, Ecole polytechnique
• Jury : Président / Présidente : Alain Brun
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Geoffrey Gale, Richard Planel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alain Brun, Jean Louis Oudar

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie femtoseconde

Semiconducteurs à l'arséniure de gallium

Résumé

Les mesures d'absorption dans les semi-conducteurs donnent directement accès aux densités de porteurs et permettent de suivre la thermalisation de ces porteurs entre eux et avec le réseau. La technique utilisée est la méthode pompe-sonde, ou un premier faisceau laser de largeur spectrale finie vient créer des porteurs fortement excites, qu'un second faisceau spectralement large vient tester a intervalles de temps variables. La résolution temporelle de ces expériences est avant tout limitée par la durée de l'impulsion de test. La première partie de cette thèse est consacrée a la génération des impulsions adaptées a l'étude des porteurs hors d'équilibre. Elle décrit en particulier la mise au point d'un amplificateur multipassage a haut taux de répétition et la détermination de la phase d'impulsions femtosecondes par corrélation croisée. Cette technique est utilisée pour contrôler la correction de la dispersion de vitesse de groupe des impulsions de test et de pompe. Cette décompression permet non seulement d'obtenir une impulsion de test de durée de 21fs (1fs=10##1#4s), mais surtout de supprimer le glissement de fréquences dans l'impulsion qui nuit à l'interprétation des spectres expérimentaux. Nous nous sommes plus particulièrement intéresses a la création d'une densité de porteurs hors d'équilibre. Les spectres obtenus conservent alors le profil de la pompe mais font apparaitre sur le flanc haute énergie de la pompe, une augmentation d'absorption inattendue, contraire au principe de Pauli. La création de porteurs ayant évidemment lieu pendant le passage de la pompe, les phénomènes observes sont une combinaison d'effets physiques dus aux populations créées et d'effet de cohérence entre pompe et test. Nous nous sommes attaches à distinguer aussi bien théoriquement qu'expérimentalement ces différents effets. La contribution des effets de cohérence a pu être mise en évidence en faisant varier la phase de l'impulsion de pompe; elle ne peut expliquer a elle seule l'absorption induite. Cette augmentation d'absorption est finalement attribuée a des effets a n corps: elle est analogue a la singularité de rayons X observée dans les métaux, la mer de fermi de la bande de conduction des métaux étant remplacée dans nos expériences par une mer de Fermi hors équilibre.