Dynamique de relaxation dans des boîtes quantiques GaN/AlN : étude par photoluminescence et transmission différentielle pompe-sonde résolues en temps
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Auteur : Hrytsaienko, Maryna
Date de soutenance : 03-10-2023

Directeur(s) de thèse : Gallart, Mathieu

Président : Charitat, Thierry
Rapporteur(s) : Balocchi, Andréa - Gil, Bernard
Membre(s) du jury : Gozhyk, Iryna

Établissement de soutenance : Strasbourg
Laboratoire : Institut de physique et chimie des matériaux (Strasbourg)
École doctorale : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
 
Discipline : Physique de la matière condensée
Classification : Physique

Mots-clés libres : 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
Mots-clés :
  • Relaxation (physique nucléaire)
  • Points quantiques
  • Semiconducteurs - Propriétés électriques
  • Photoluminescence
Résumé : 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.
 
Type de contenu : Text
Format : PDF
 
Entrepôt d'origine : STAR : dépôt national des thèses électroniques françaises
Identifiant : 2023STRAE036
Type de ressource : Thèse