Theoretical and experimental investigation of a new solid state GaN terahertz MASER

par Thibault Laurent

Thèse de doctorat en Génie électrique, électronique, photonique et systèmes

Sous la direction de Luca Varani et de Jérémi Torres.

Le président du jury était Yvon Cordier.

Le jury était composé de Luca Varani, Jérémi Torres, Yvon Cordier, Wojciech Knap, Patrick Mounaix, Jerzy Lusakowski.

Les rapporteurs étaient Christophe Gaquière, Javier Mateos López.

  • Titre traduit

    Étude théorique et expérimentale d'un nouveau MASER TeraHertz à l'état solide réalisé en GaN


  • Résumé

    L'objet de cette thèse vise à montrer expérimentalement l'amplification dans le domaine terahertz d'échantillons à base de puits quantiques en nitrure de gallium (GaN), maintenus à basses températures (< 100 K), grâce au mécanisme physique de "résonance du temps de transit des phonons optiques". Po ur ce faire, un banc expérimental permettant de mesurer le spectre en transmission des échantillons dans différentes gammes de fréquences (0.220-0.325, 0.843-1.100 et 0.7-1.7 THz suivant la source utilisée), et sous différentes conditions (température, orientation, champ électrique appliqué) a été développé. Un deuxième banc, servant à mesurer les caractéristiques courant-tension en régime continu ou pulsé a également été réalisé en vue de l'étude électrique des composants à basses températures. Les résultats montrent l'existence d'un effet conséquent sur le spectre de transmission au fur et à mesure que le champ électrique appliqué augmente.


  • Résumé

    The objective of this thesis is to experimentally demonstrate the amplification in the terahertz frequency domain by quantum wells of gallium nitride (GaN), maintained at low temperatures (< 100 K), thanks to the so called "optical phonon transit time resonance" mechanism. To achieve that goal, an experimental setup have been developed to measure the transmission spectra of the samples under study in different frequency bands (0.220-0.325, 0.843-1.100, and 0.7-1.7 THz depending on the source), and under different experimental conditions (temperature, orientation, applied electric field). Besides this first setup, another bench have been developed to measure the DC and pulsed current-voltage characteristics at low temperatures. The results show a significant enhancement on the transmission spectra as the applied electric field is increased.


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