Puits et boîtes quantiques de GaN/AIN pour les applications en optoélectronique à lambda=1,55 micromètres

GaN/AIN quantum wells and quantum dots for applications to optoelectronic devices at lambda=1,55 micrometers

• Auteur / Autrice : Ana Helman
• Direction : François Julien
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés libres

Spectroscopie

Hétérostructures

Semiconducteurs

Résumé

GRACE À LA GRANDE VALEUR DE LA DISCONTINUITÉ EN BANDE DE CONDUCTION DU SYSTÈME GaN/AlN, SES HÉTÉROSTRUCTURES OFFRENT LA POSSIBILITÉ DE RÉALISER LES TRANSITIONS ENTRE NIVEAUX ELECTRONIQUES CONFINÉS DANS LA GAMME DES LONGUEURS D'ONDE DES TÉLECOMMUNICATIONS. LES ÉCHANTILLONS ÉTUDIÉS DANS CE TRAVAIL SONT FABRIQUÉS PAR ÉPITAXIE PAR JETS MOLÉCULAIRES. ILS ONT ÉTÉ CARACTERISÉES PAR DIFFERENTES TECHNIQUES STRUCTURALES (MICROSCOPIE ELECTRONIQUE À TRANSMISSION, MICROSCOPIE À FORCE ATOMIQE, RÉTRODIFFUSION DE RUTHERFORD ET DIFFRACTION DE RAYONS-X) AISNI QUE PAR LES MESURES OPTIQUES (SPECTROSCOPIE DE TRANSMISSION À TRANSFORMÉE DE FOURIER, ABSORPTION PHOTO-INDUITE ET PHOTOLUMINESCENCE). LES ABSORPTIONS DANS LES PUITS SONT ADJUSTABLES ENTRE 1,3 ET 2,1 MICROMÈTRES EN FONCTION DE L'ÉPAISSEUR DU PUITS DE GaN. LE CHAMP INTERNE, DÛ À LA POLARISATIONS SPONTANÉE ET AU EFFET PIEZOELECTRIQUE DANS LA PHASE WURTZITE, CONJUGÉ AUX RUGOSITÉS D'INTERFACE, CONDUIT À UNE FORTE LOCALISATION DES PORTEURS DANS LE PLAN DES COUCHES À TEMPÉRATURE AMBIANTE. L'ABSORPION DANS LES PUITS DOPÉS AU SILICIUM EST SYSTEMATIQUEMENT DECALÉE VERS LES HAUTES ENERGIES À CAUSE DES EFFETS À N-CORPS DOMINÉS PAR L'INTÉRACTION D'ÉCHANGE. LES RÉSULTATS SUR LES DISPOSITIFS DE PHOTO-DÉTECTION SONT AUSSI DISCUTÉS. NOUS MONTRONS LA PRÉSENCE D'ABSORPTION INTRABANDES LIÉS AU CONFINEMENT SELON L'AXE DE CROISSANCE DANS LES BOÎTES AUTO-ORGANISÉES DE GaN/AlN DANS LA GAMME 2,4-1,2 MICROMÈTRES. LES TRANSITIONS RÉGIES PAR LE CONFINEMENT DANS LA PLAN SONT OBSERVÉES À PLUS GRANDE LONGUEUR D'ONDE. EN JOUANT SUR LE CHAMP INTERNE ET EN RÉDUISANT LA HAUTEUR DES ÎLOTS À 1,5-2 nm, IL EST POSSIBLE D'OBTENIR DES ABSORPIONS À 1, 55 MICROMÈTRES.

GaN/AlN HÉTÉROSTRUCTURES OFFER GREAT POTENTIALITIES FOR THE REALISATION OF UNIPOLAR DEVICES OPERATING AT TELECOMMUNICATIONS WAVELENGTHS, DUE TO THE LARGE CONDUCTION BAND OFFSET. INTRABAND ABSORPTIONS INVOLVING CONFINED ELECTRONIC LEVELS CAN THEREFORE BE OBSERVED AT 1,55 MICRONS. SAMPLES IN THIS WORK HAVE BEEN GROWN BY MOLECULAR BEAM EPITAXY USING AMMONIA OR NITROGEN PLASMA AS SOURCES. STRUCTURAL CHARACTERISATION HAS BEEN CARRIED OUT BY MEANS OF TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPY, ATOMIC FORCE MICROSCOPY, RUTHERFORD BACKSCATTERING AND X-RAY DIFFRACTION. OPTICAL MEASUREMENTS INCLUDING FOURIER TRANSFORM INFRARED TRANSMISSION, PHOTO-INDUCED ABSORPTION AND PHOTOLUMINESCENCE HAVE BEEN PERFORMED. IN GaN/AlN QUANTUM WELLS, INTERSUBBAND ABSORPTIONS HAVE BEEN OBSERVED BETWEEN 1,3 AND 2,1 MICRONS ACCORDING TO THE WELL THICKNESS. CARRIER LOCALISATION OCCURS DUE TO THE COMBINED EFFECT OF THE INTERNAL FIELDS AND THICKNESS FLUCTUATIONS AT THE INTERFACES. THE ABSORPTION IN BLUE-SHIFTES IN DOPED WITH RESPECT TO UNDOPED SAMPLES, DUE TO MANY-BODY INTERACTIONS DOMINATED BY THE EXCHANGE INTERACTION. IN GaN/AlN SELF-ASSEMBLED QUANTUM DOTS INTRABAND ABSORPTIONS HAVE BEEN OBSERVED FOR THE FIRST TIME. VERTICAL CONFINEMENT GIVES RISE TO ABSORBTIONS BETWEEN 1,2 AND 2,4 MICRONS WHILE THE SIGNATURE OF IN PLANE-CONFINEMENT IS FOUND AT LONGER WAVELENGTHS. BY INCREASING THE INTERNAL FIELD AND REDUCING THE NANOSTRUCTURES HEIGHT THE FONDAMENTAL S-PZ ABSORPTION IS OBSERVED AT 1,55 MICRONS.