Note ABES Relaxation dynamics in GaN/AlN quantum dots : study by time-resolved photoluminescence and pump-probe differential transmission Dynamique de relaxation dans des boîtes quantiques GaN/AlN : étude par photoluminescence et transmission différentielle pompe-sonde résolues en temps Boîtes quantiques GaN/AlN Semi-conducteur III-V L’effet Stark quantique confiné Dynamique de relaxation Recombinaison radiative Thermalisation Photoluminescence résolue dans le temps Expériences de pompe-sonde Effet Auger GaN/AlN Quantum dots III-V semiconductor Quantum confined stark effect Relaxation dynamics Radiative recombination Thermalization Time-resolved photoluminescence Pump-probe experiments Auger effect 535.355 530.416 Relaxation (physique nucléaire) Points quantiques Semiconducteurs Propriétés électriques Photoluminescence Dans cette étude, nous avons approfondi la dynamique complexe de relaxation des paires électron-trou au sein de boîtes quantiques GaN/AlN à l’état de l’art. Grâce à l’utilisation combinée de différentes techniques d’optique ultra-rapide, nous avons étudié la dynamique des paires électron-trou depuis leur photocréation dans la couche de mouillage jusqu’à leur recombinaison à partir des états discrets des boîtes, sur des échelles de temps allant de quelques centaines de femtosecondes à quelques nanosecondes. La photoluminescence résolue en temps a montré que l’effet Stark quantique confiné est le principal facteur responsable de la dépendance des durées de vie radiatives en fonction de la taille de la boîte. A partir de la forme des déclins, qui s’écartait de la simple fonction exponentielle attendue, nous avons extrait des informations pertinentes sur la structure de l’échantillon comme, par exemple, la présence d’un état sombre influençant la dynamique via une capture réversible des porteurs. De plus, différentes morphologies de boîtes ont été identifiées dans un autre échantillon, chacune présentant de temps de recombinaison spécifique. Notre modèle analytique a également confirmé l’absence d’écrantage du champ électrique interne par les porteurs photo-injectés pendant la recombinaison. Les expériences de pompe-sonde dégénérées et non-dégénérées ont révélé une efficacité des processus de thermalisation et de capture dans les boîtes rarement observée dans d’autres systèmes semi-conducteurs III-V. Ces découvertes soulignent les propriétés uniques du GaN et des conditions expérimentales spécifiques employées. L’évolution du temps de montée du signal de transmission différentielle avec l’énergie des photons indique une saturation des états en dessous de l’énergie de l’impulsion de sonde. Parallèlement, la dynamique de relaxation est régie à la fois par les durées de vie radiatives et la densité des états accessibles à plus basse énergie. Plus précisément, cette dynamique ralentit lorsque l’énergie de sonde est résonnante avec l’état fondamental de la boîte ou l’un de ses états excités. En revanche, des processus tels que l’effet Auger, et potentiellement un écrantage du champ électrique interne, accélèrent cette dynamique, en particulier à des densités de porteurs élevées. In this study, we investigated the complex relaxation dynamics of electron-hole pairs within state-of-the-art GaN/AlN quantum dots. Thanks to the combined use of different ultrafast optics techniques, we have studied the dynamics of electron-hole pairs from their photocreation in the wetting layer to their recombination from the discrete states of the dots, on timescales ranging from a few hundred femtoseconds to a few nanoseconds. Time-resolved photoluminescence showed that the quantum confined Stark effect is the main factor responsible for the dependence of radiative lifetimes on dot size. From the shape of the decays, which deviated from the expected simple exponential function, we extracted relevant information about the structure of the sample, highlighting the reversible capture of carriers in a dark state. Additionally, different dot morphologies were identified in another sample, each exhibiting specific recombination times. Our analytical model also confirmed the absence of screening of the internal electric field by the photo-injected carriers during recombination. Degenerate and non-degenerate pump-probe experiments have revealed an efficiency of thermalization and capture processes in dots rarely seen in other III-V semiconductor systems. These findings highlight the unique properties of GaN and the specific experimental conditions employed. The evolution of the rise time of the differential transmission signal with the energy of the photons indicates a saturation of the states below the energy of the probe pulse. At the same time, the relaxation dynamics is governed by both the radiative lifetimes and the density of accessible states at lower energies. More precisely, this dynamic slows down when the probe energy is resonant with the ground state of the dot or one of its excited states. On the other hand, processes such as the Auger effect, and potentially screening of the internal electric field, accelerate this dynamics, especially at high carrier densities. Electronic Thesis or Dissertation Text en PDF 220783552 Université de Strasbourg Strasbourg 2024-12-31 https://theses.hal.science/tel-05283418 application/pdf 255275722 https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2023/HRYTSAIENKO_Maryna_2023_ED182.pdf http://www.theses.fr/2023STRAE036/abes https://theses.hal.science/tel-05283418 https://theses.hal.science/tel-05283418 Hrytsaienko Maryna 1994-09-26 FR 278545483 0EFB1S05MU6 21721411 4200002 https://theses.fr/2023STRAE036 2023STRAE036 https://doi.org/10.70675/c663f063zf8d7z4342zaab1z3c053fd8d123 2023-10-03 Physique de la matière condensée Strasbourg 131056549 Doctorat Docteur es non oui Gallart Mathieu MADS_DIRECTEUR_DE_THESE_1 068557272 Charitat Thierry MADS_PRESIDENT_DU_JURY 160161207 Gozhyk Iryna MADS_MEMBRE_DU_JURY_1 180456539 Balocchi Andréa MADS_RAPPORTEUR_1 155635913 Gil Bernard MADS_RAPPORTEUR_2 069874980 École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....) MADS_ECOLE_DOCTORALE_1 182 156500019 Institut de physique et chimie des matériaux (Strasbourg) MADS_PARTENAIRE_DE_RECHERCHE_1 93794 151842973 ddc:530 Gallart Mathieu Charitat Thierry Gozhyk Iryna Balocchi Andréa Gil Bernard École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....) Institut de physique et chimie des matériaux (Strasbourg) PDF 220783552