Propriétés optiques et modélisation des structures à base de boîtes quantitques pour l'émission à 1,3 µm

= Optical properties and modelling of structures based on quantum dots for the emission at 1. 3 micrometers

• Auteur / Autrice : Mourad Baira
• Direction : Catherine Bru-Chevallier, Hassen Maaref
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Université de Monastir (Tunisie) - INL - Institut des Nanotechnologies de Lyon, UMR5270 (Rhône)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Épitaxie

Boîtes quantiques

Spectroscopes

Optique

Résumé

Dans ce travail, des structures à boîtes quantiques (BQs) InAs de faible densité émettant à 1,3µm sur substrat GaAs ont été réalisées par épitaxie par jets moléculaires. Les performances optoélectroniques des BQs ont été mesurées principalement par spectroscopie optique. L’étude d’une BQ unique par micro-photoluminescence a permis de mettre en évidence les raies d'émissions des excitons et biexcitons (antiliants) associés aux niveaux fondamentaux des boîtes. Certains spectres à raies multi-excitoniques enregistrés à très basse puissance d’excitation ont été attribués à des configurations excitoniques sous l'effet du couplage latéral entre deux BQs. Ces observations expérimentales ont été confirmées théoriquement par la résolution de l'équation de Schrödinger à trois dimensions dans l'approche de la combinaison linéaire des orbitales atomiques pour construire les états moléculaires. Enfin, les propriétés optiques des BQs isolées et couplées latéralement en présence d’un champ électrique ont été étudiées théoriquement, montrant l’importance de l’application d’un champ électrique pour contrôler l’état de charge dans une BQ unique et sur les différents états excitoniques dans une molécule de BQs pour les applications de traitement quantique de l'information.

Low density of self-organized InAs/GaAs quantum dots (QDs) emitting at 1. 3µm were grown by molecular beam epitaxy. The photoluminescence, its power and temperature dependences were studied for the ensembles of InAs QDs embedded in a GaAs matrix to investigate optical properties. Single InAs/GaAs QDs are studied using micro-photoluminescence spectroscopy. Single dot spectroscopy shows an antibinding biexciton. Some of these QDs are laterally coupled due to an anisotropic dot repartition. At low excitation power density, four exciton emissions are observed and are interpreted as the four possible exciton recombinations of two coupled QDs. Experimental results were confirmed theoretically by resolving the three dimensional Schrödinger equation in the approach of a linear combination of atomic molecular-orbital molecular. Finally, optical properties dependence on the magnitude of applied electrical field of single and coupled QDs was investigated, showing the importance of such electrical field to control charge in single dots and excitonic states in QDs molecules for quantum computation applications.