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Yulia Kotsar

Puits quantiques GaN/Al(Ga)N pour l'optoélectronique inter-sous-bande dans l'infrarouge proche, moyen et lointain

Publié le 8 octobre 2012


Thèse soutenue le 08 octobre 2012 pour obtenir le grade de docteur de l'Université de Grenoble - Spécialité : Physique / Nanophysique

Résumé :
Ce mémoire résume des efforts dans la conception électronique, la croissance épitaxiale et la caractérisation des puits quantiques GaN/Al(Ga)N qui constituent la région active des composants inter-sous-bande (ISB) à base de semi-conducteurs nitrures pour l'optoélectronique dans l'infrarouge proche, moyen et lointain. Le dessin des puits quantiques GaN/Al(Ga)N pour ajuster la longueur d'onde d'absorption dans le spectre infrarouge a été réalisé en utilisant la méthode k.p à 8 bandes du logiciel Nextnano3 pour la résolution des équations de Schrödinger-Poisson. Les structures ont été synthétisées par épitaxie par jets moléculaires assistée par plasma (PAMBE). Les problèmes de gestion de la contrainte qui apparaissent liés au désaccord de maille pendant la croissance épitaxiale des hétérostructures GaN/Al(Ga)N ont été investigués par combinaison de techniques in-situ et ex situ. La couche tampon optimale, la teneur en aluminium et les mécanismes de relaxation pendant la croissance par PAMBE ont été déterminés. Pour obtenir une absorption ISB efficace, on a besoin de niveaux élevés de dopage au silicium dans le puits quantiques, situation dans laquelle les théories à une particule conduisent à des déviations significatives par rapport aux résultats expérimentaux. Donc une étude du dopage au silicium des super-réseaux GaN/Al(Ga)N pour les régions spectrales infrarouges proche et moyen est présentée. Ce travail contient aussi une contribution à la compréhension de la technologie de photodétection à cascade quantique. Des résultats importants tels que l'obtention de photodétecteurs cascade fonctionnant à 1,5 µm et dans la plage spectrale de 3-5 µm sont démontrés. Finalement, on décrit la première observation de l'absorption ISB dans l'infrarouge lointain (4,2 THz) utilisant des nanostructures à base de semi-conducteurs nitrures.

Jury :
Président : M. Henri Mariette
Rapporteur : M. Fernando Calle
Rapporteur : M. Yvon Cordier
Membre : M. Guillaume Cassabois
Membre : Mme Eva Monroy
Membre : M. Éric Tournie
Membre : Mme Agnes Trassoudaine
Directrice de thèse : Mme Eva Monroy

Mots clés :
Inter-sous-bande, Nitrures, Semiconducteurs, Puits quantiques, Optoélectronique, Épitaxie par jets moléculaires

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