Etude des structures à cascade quantique sous champ magnétique : application aux lasers THz et aux détecteurs infrarouges

par Nicolas Péré-Laperne

Thèse de doctorat en Science des matériaux

Sous la direction de Yves Guldner.

Soutenue en 2008

à Paris 6 .

mots clés

• Hétérostructure semiconductrice
• Transition intersousbande
• Laser
• Laser à cascade quantique [QCL]
• Détecteur
• Détecteur à cascade quantique [QCD]
• Cascade quantique
• Terahertz [THz]
• Infrarouge [IR]
• Magnéto-transport
• Magnéto-spectroscopie
• Processus de diffusion

Résumé

Le travail de thèse a porté de façon générale sur l'étude des transitions dans les hétérostructures à cascade. Deux types de structures ont été étudiés, le laser émettant dans la gamme des THz et le détecteur moyen infrarouge. Cette étude a été menée en champ magnétique appliqué perpendiculairement ou parallèlement aux couches des hétérostructures. Dans la première configuration, nous avons observé des oscillations de courant dans les deux types de structures associées dans le cas des lasers à des oscillations de puissance lumineuse ainsi que de courant seuil. Ces oscillations sont la signature de différents processus de relaxation élastiques et inélastiques. Par la quantification de Landau, les temps de vie des électrons sur les niveaux mis en jeu dans les transitions sont modifiés menant à une modulation du courant et de la puissance laser en fonction du champ magnétique. Un modèle a été développé pour en comprendre l'origine. Ce faisant les processus dominants limitant le fonctionnement des lasers ont été mis à jour. Dans le cas des détecteurs, le champ magnétique nous a permis d'étudier toutes les origines du courant d'obscurité et de mettre en exergue les facteurs limitant leur fonctionnement. Un modèle décrivant le transport dans ces structures a été élaboré à partir de cette étude. Enfin, dans la seconde configuration, en champ magnétique appliqué de façon parallèle aux couches des lasers à cascade, nous avons pu mettre en évidence un déplacement relatif des sousbandes de la transition radiative.

Titre traduit

Investigation of quantum cascade heterostructures under a strong magnetic field : application to THz lasers and infrared detectors

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