Conception, élaboration et caractérisation de structures à puits quantiques GaInAsN/GaAs pour composants optoélectroniques émettant à 1,3 [micromètre]

par Hélène Carrère

Thèse de doctorat en Physique de la matière. Optoélectronique

Sous la direction de Elena Bedel-Pereira.

Soutenue en 2002

à Toulouse, INSA .


  • Résumé

    Les travaux reportés dans ce mémoire concernent la croissance par épitaxie par jets moléculaires assistée par plasma et la caractérisation électronique et structurale de couches massives et à puits quantiques à base de (Ga,In)(As,N) en vue d'applications laser pour les télécommunications optiques. Dans un premier chapitre, nous présentons le contexte de ce travail de thèse ainsi que l'histoire récente du matériau (Ga,In)(As,N) et ses potentialités pour l'émission à 1,3 micromètre. Le deuxième chapitre est consacré à l'étude de la cellule plasma radio fréquence utilisée comme source d'azote. Nous nous intéressons à l'influence des conditions d'utilisation de la cellule sur l'incorporation d'azote dans le matériau et à la nature des espèces (atomiques ou moléculaires) qui participent à l'incorporation. Nous y présentons également les conditions expérimentales d'analyse SIMS qui nous ont permis de déterminer de manière quantitative les concentrations d'azote dans le matériau. Le troisième chapitre traite de l'optimisation de la croissance de (Ga,In)(As,N). Nous y étudions l'influence de la température, de la vitesse et du rapport de flux atomique V/III durant la croissance sur l'incorporation d'azote d'une part, et sur la qualité optique des puits quantiques GaInAsN/GaAs d'autre part. Nous traitons également de l'incorporation d'impuretés induite par l'utilisation du plasma d'azote, ainsi que de l'influence négative des espèces ionisées. Enfin, le quatrième chapitre est consacré à la modélisation et la caractérisation des propriétés physiques du matériau. Nous présentons tout d'abord un modèle, développé dans l'approximation de l'anticroisement de bandes, permettant de modéliser les spectres de gain des lasers à puits quantiques GaInAsN/GaAs. Nous développons ensuite les résultats de caractérisations de structures à puits quantiques GaInAsN et de couches épaisses GaAsN obtenues par spectroscopie de photoluminescence et spectroscopie Raman résonnante.


  • Résumé

    This work deals with the plasma assisted molecular beam epitaxy growth and optical and structural characterisation of (Ga,In)(As,N) bulk and quantum well structures in the view to realise lasers for optical telecommunications. The first section of this report relates the very recent history of (Ga,In)(As,N) and its potentiality for fabricating laser devices. The second chapter is focused on the study or the RF plasma cell used as the nitrogen source. We investigate the influence of the RF cell utilisation parameters on the nitrogen incorporation in the material and on the nature of species (atomic or molecular) which incorporate. We also present the experimental conditions we used for determining quantitatively the nitrogen contents by SIMS. The third chapter deals with the (Ga,In)(As,N) growth optimisation. We study the influence of growth temperature, growth rate and V/III atom flux ratio on the incorporation of nitrogen and on the optical quality of GaInAsN/GaAs quantum wells. We also investigate the influence of the RF plasma cell parameters on the incorporation of impurities and the ion-induced damage of the samples. Finally, the fourth chapter is dedicated to the physical properties of the material. Firstly, we present the modelling of quantum well laser structures based on the band anticrossing model. Secondly, we present the results obtained from photoluminescence and resonant Raman spectroscopy measurements performed on GaInAsN quantum wells and bulk GaAsN

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Informations

  • Détails : 155 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Notes bibliogr.

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées. Bibliothèque centrale.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2002/661/CAR
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