Propriétés optiques et mécanismes de relaxation de l'énergie des porteurs dans des boîtes quantiques

Abstract

L'objet de ce doctorat est l'étude des propriétés optiques, et en particulier de la relaxation de l'énergie des porteurs dans des structures à boîtes quantiques d'InAs/GaAs. Le travail expérimental a été réalisé grâce aux techniques de photoluminescence (PL) continue et de photoluminescence résolue dans le temps, sur des échantillons comprenant un très grand nombre de boîtes. À l'aide des mesures expérimentales effectuées sur une série d'échantillons de boîtes quantiques interdiffusées à divers degrés, et des calculs variationnels de leurs états électroniques, nous avons démontré clairement que la largeur des raies d'émission de la PL, qui est due aux inhomogénéités dans l'ensemble de boîtes étudié, peut être attribuée principalement à des fluctuations de la hauteur des boîtes. D'autre part, la détermination des temps de montée et de décroissance des intensités de photoluminescence a montré l'importance de certains mécanismes de transport et de relaxation, en fonction des conditions expérimentales. En effet, les temps caractéristiques de la capture, de la relaxation interniveaux et de la recombinaison des porteurs varient significativement, selon le mécanisme prédominant, en fonction de la température, de la densité d'excitation et de la séparation interniveaux quantiques. Ainsi, les principaux mécanismes mis en évidence sont: la localisation des porteurs dans les barrières à basse température dans le cas des échantillons interdiffusés, les collisions de type Auger sous forte excitation, les processus multiphononiques et la ré-émission thermique à haute température. Un modèle de relaxation, basé sur les équations d'évolution de la population de porteurs de chaque niveau quantique, a aussi été développé pour mieux identifier l'effet de chacun des principaux mécanismes de relaxation des porteurs considéré séparément. Ces simulations ont permis une analyse plus approfondie du rôle de ces mécanismes. Ainsi, nous avons mis en évidence l'importance de la localisation des porteurs dans la couche de mouillage, ainsi que l'importance des mécanismes de collisions Auger lors de la capture, la capture et la relaxation interniveaux des porteurs vers tous les niveaux d'énergie inférieure simultanément. Finalement, les résultats expérimentaux montrent que la relaxation de l'énergie des porteurs est beaucoup plus rapide que cela avait été prédit initialement par la théorie du"phonon bottleneck". Nos résultats indiquent que l'intensité lumineuse émise par les boîtes est régie principalement par le taux de capture/relaxation interniveaux des porteurs dans les boîtes. Mais elle est limitée par la ré-émission thermique des porteurs hors des boîtes, à haute température.--Résumé abrégé par UMI.