Polarons de boîtes quantiques InAs/GaAs : microscopie et spectroscopie d’absorption de boîtes uniques et d’ensembles

• Auteur / Autrice : Julien Houel
• Direction : Philippe Boucaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique du solide
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie d'absorption

Polarons

Microscopie

Résumé

Ce manuscrit porte sur des études relatives aux transitions inter-sous-niveaux des polarons dans les boîtes quantiques auto-assemblées InAs/GaAs. Dans un premier temps, nous avons étudié des ensembles inhomogènes de boîtes quantiques. Nous avons effectué des études de spectroscopie lointain infrarouge (≥20µm). Tout d’abord à basse température, ce qui nous a permis d’identifier les énergies des transitions S-P, ainsi que le dédoublement moyen des niveaux P+ et P-. Nous en avons déduit les dopages (nombre d’électrons moyen par boîte quantique) des échantillons ainsi que leur distribution de taille. Nous avons ensuite effectué ces spectroscopies à 300 K, ce qui nous a permis d’expliquer la forme non-gaussienne de spectres par la distribution non-homogène des porteurs dans les boîtes, en fonction de leur taille. Afin de contrôler le dédoublement des niveaux P+ et P- observés en spectroscopie, nous avons effectué des recuits sur des ensembles inhomogènes de boîtes. Enfin, nous avons réalisé des expériences de spectroscopie moyen infrarouge en géométrie guidée qui nous ont permis de montrer que l’absorption S→ Continuum est modulée par des interférences Fabry-Pérot, dues à l’absorption sur l’épaisseur de la couche active des 80 plans de boîtes épitaxiés (~ 4µm). Dans une deuxième partie, nous avons étudié l’absorption inter-sous-niveaux de boîtes quantiques uniques à 300 K par l’intermédiaire d’une technique de microscopie d’absorption qui couple un microscope à force atomique (AFM) à un laser impulsionnel dans le moyen infrarouge. Grâce à cette technique, nous avons présenté les premières images 2D de l’absorption inter-sous-niveaux de boîtes quantiques uniques à 10 µm de longueur d’onde, avec une résolution sous-longueur d’onde de ~ 60-80 nm, soit ~ λ/150. Cette technique nous a également permis de réaliser la première mesure de la largeur homogène d’une transition inter-sous-niveaux. Nous avons obtenu une résonance Lorentzienne de 10 meV de large à mi-hauteur à 300 K et centrée à 120 meV, correspondant à la largeur homogène de la transition S-D. Dans une troisième partie, nous avons mesuré les temps de relaxation des polarons pour les transitions S-P+, en fonction du dopage des échantillons, par le biais d’expériences pompe/sonde dégénérées en résonance avec les transitions d’un ensemble inhomogène de boites quantiques à basse température (4 K). Nous avons également réalisé le premier spectre pompe/sonde à deux couleurs en résonance avec les transitions S-P et S-P à 26 et 23 µm de longueur d’onde. Enfin, nous avons réalisé des caractérisations de membranes à cristaux photoniques dans le moyen infrarouge en réflectivité ainsi qu’en émissivité, avec lesquelles on observe des modes de Bloch de centre de zone vers 10 µm de longueur d’onde. Nous avons également caractérisé en réflectivité des cavités insérées dans les membranes à cristaux photoniques, dans le moyen/lointain infrarouge. Nous avons ainsi observé des modes de cavité autour de 15-20 µm de longueur d’onde, proche de l’énergie de la transition S-P.