Dispositifs infrarouges à cascade quantique à base de semiconducteurs GaN/AlGaN et ZnO/ZnMgO

Infrared quantum cascade devices based on GaN/AlGaN and ZnO/ZnMgO semiconductors

• Auteur / Autrice : Arnaud Jollivet
• Direction : François Julien
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 18/02/2019
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio : physics and engineering (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de nanosciences et de nanotechnologies (Palaiseau, Essonne ; 2016-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Raffaele Colombelli
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Julien, Raffaele Colombelli, Carlo Sirtori, Yvon Cordier, Virginie Trinité-Quequet, Éric Tournié
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Carlo Sirtori, Yvon Cordier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie terahertz

Oxyde de zinc

Nitrure de gallium

Détecteurs de rayonnement infrarouge

Lasers à cascade quantique

Puits quantiques

Mots clés libres

Lasers et détecteurs à puits quantiques

Optoélectronique

Infrarouge

Térahertz

Quantum wells lasers and detectors

Optoelectronics

Infrared

Terahertz

Résumé

Ce mémoire de thèse est consacré à l’étude et au développement des hétérostructures semi-conductrices à base de GaN et ZnO. Ces matériaux sont particulièrement prometteurs pour le développement de composants optoélectroniques inter-sous-bandes infrarouges et notamment pour les dispositifs à cascade quantique. Ces semiconducteurs possèdent en effet plusieurs avantages pour la conception de dispositifs à cascade, tels qu’une grande discontinuité de potentiel en bande de conduction et une énergie du phonon LO très élevée. Ces propriétés se traduisent par la possibilité de développer des dispositifs couvrant une gamme spectrale allant du proche-infrarouge au térahertz et offrent la possibilité de réaliser des lasers à cascade quantique térahertz fonctionnant à température ambiante.

This manuscript focuses on the study and on the development of semiconductor heterostructures based on GaN and ZnO material. These materials are particularly promising for the development of infrared optoelectronic intersubband devices in particular for quantum cascade devices. These semiconductors own several advantages to design quantum cascade devices such as a large conduction band offset and a large energy of the LO phonon. These properties predict the possibility to develop devices covering a large spectral range from near-infrared to terahertz and offer the possibility to realize terahertz quantum cascade lasers operating at room temperature.