Etude des propriétés optiques de boites quantiques InAs/InP (113)B pour des applications lasers

par Abdul Hadi Nakkar

Thèse de doctorat en Électronique

Sous la direction de Hervé Folliot.

Soutenue en 2009

à Rennes, INSA .


  • Résumé

    Les boites quantiques InAs/InP(113B) permettent de réaliser des sources laser à des longueurs d'onde d'émission autour de 1,55µm. Après avoir introduit et rappelé quelques propriétés physiques des boites quantiques (BQs), nous exposons l’intérêt de l'étude par photoluminescence et par microscopie AFM de boites de surface et en particulier la corrélation entre leurs propriétés optiques et structurales. Une méthode originale qui permet de diminuer cette dispersion en taille est proposée. Il en découle une faible largeur de raie permettant de mettre en évidence une séparation énergétique nette entre état fondamental et état excité. Différentes solutions sont explorées pour étendre la longueur d'onde d'émission des BQs au delà de 1,6µm. Nous mettons en évidence l'influence du flux d'arsenic sur la taille de boites et sur la longueur d'onde d'émission qui peut atteindre 2µm. Une deuxième voie explorée concerne le couplage vertical entre BQ empilées. Nous montrons qu'il est ainsi possible d'obtenir une longueur d’onde d'émission de 2,46 µm à température ambiante grâce à une structure colonnaire comportant six plans de BQs. L'influence de l'empilement sur la polarisation de l'émission, dans le plan et en mode TE/TM est présentée. Le taux de polarisation dans le plan est corrélé avec la morphologie, l'organisation et la densité des BQs et le couplage vertical entre les boites (dans un empilement des BQs), permet d'atteindre une quasi égalité de l'intensité de luminescence à 1,55µm sur les deux directions de polarisation TE/TM, résultat prometteur pour les amplificateurs insensibles à la polarisation.

  • Titre traduit

    Study of optical properties of InAs/InP(113)B quantum dots for laser applications


  • Résumé

    III-V semiconductor quantum dots (QDs) have attracted much attention during the last twenty years, from fundamental aspects to applications in optoelectronics. InAs/InP(113B) system allows to realise lasers operating in the 1. 55µm window. After a general introduction on physical properties of quantum dots and their method of elaboration by molecular beam epitaxy (MBE) and characterisation by CW photoluminescence (PL), we first emphasis on the study of the correlation of PL and structural atomic force microscopy (AFM) observations on surface QDs (SQDs) grown under various conditions and different GaInAsP buffer layers. The influence of elaboration conditions on capped QD dispersion and morphology is then analysed. A method for improving the QD homogeneity is proposed. A low PL emission linewidth and high PL intensity is reached. Different solutions are then presented to reach emission wavelength above 1,6µm. High arsenic pressure QD growth conditions leads to the formation QDs emitting up to 2µm for a single QD layer. The stacking of 6 QD layers permits to achieve longer wavelength emission (2,46µm) at room temperature. He PL polarisation emission properties of QDs is then analysed, within the QD plane and in TE/TM modes. The in plane polarisation ratio is studied for different QD morphologies. The effect of stacking on the QD morphology, organisation and density shows a clear correlation with polarisation PL observations. The vertical coupling of QDs leads to a quasi equality of TE and TM polarisation modes, which is promising for optical amplification applications.

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Informations

  • Détails : 1 vol . (156 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr.p.149-150 Index

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