c Augmentation de l’intensité de PL à 300K c.i Rapport des intensités de PL à 300K

Nous considérons maintenant l’intensité de PL à haute température (300K), car, pour de plus faibles températures, des processus compliqués dû à un régime transitoire apparaissent.

En comparant l’intensité de PL de ces trois échantillons à 300 K, nous nous apercevons que le facteur entre l’intensité de PL du PQ2MC et celui du PQstd n’est plus de 6 mais de 16. La figure 14 donne l’intensité intégrée de PL normalisée par rapport à celle du PQstd à 10K des trois puits quantiques Al0,1Ga0,9N/Al0,2Ga0,8N, en fonction de la force d’oscillateur calculée

normalisée par rapport à celle du PQstd (carrés noirs) ainsi que l’ajustement théorique (courbe noire) à 300K. L’ajustement est réalisé pour un temps de vie non-radiatif moyen. A 300K, on peut supposer que les excitons sont délocalisés et que le temps de vie non-radiatif ne dépend alors plus de la localisation des porteurs. Il doit donc diminuer par rapport à sa valeur à 10K mais être constant d’un échantillon à l’autre si nous sommes toujours dans l’hypothèse d’un même nombre de défauts dans les trois puits quantiques. Cependant, d’après la figure 15, le

0 2 4 6 8 10 12 14 0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0,012 0,014 0,016 0,018 PQ2MC PQ1MC PQstd T = 300 K IPL i /I₀ = A(1/(ττττ_R/ττττ_NR+ 1)) ττττNR In te n s it é d e P L n o rmalis ée (u .a )

Force d'oscillateur normalisée

Expérience Théorie

puits quantique standard, montrant ainsi que les excitons de ces deux puits quantiques à potentiel « perturbatif » ne sont pas encore libres à 300K. Le PQ1MC a le temps de vie non- radiatif le plus grand. Cela concorde bien avec notre hypothèse d’une plus forte localisation dans cet échantillon.

Figure 14 : Intensité intégrée de PL normalisée, par rapport à celle du PQstd à 10K, des trois puits quantiques Al0,1Ga0,9N/Al0,2Ga0,8N (carrés noirs) en fonction de la force d’oscillateur

théorique normalisée ainsi que l’ajustement théorique (courbe noire) à 300 K. III.2.c.ii Effet de localisation

Pour mettre en évidence les effets de localisation, nous avons réalisés des expériences de PL en fonction de la température pour les trois échantillons. Elles sont reportées en figure 15. Les points ne suivent pas exactement une variation en S (les points du PQ2MC légèrement) comme c’est le cas dans les puits quantiques (Ga,In)N/GaN, par exemple, où la localisation est forte.

0 50 100 150 200 250 300 3,6 E_loc = 48 meV E_loc = 51 meV E_loc = 41 meV En er g ie d e PL (e V) Température (K) PQstd PQstd : Ajustement Varshni PQ1MC PQ1MC : Ajustement Varshni PQ2MC PQ2MC : Ajustement Varshni

Figure 15 : Energie de PL des trois échantillons en fonction de la température. Les courbes représentent l’ajustement des points expérimentaux en utilisant la formule de

Varshni à partir du point à 300 K et des coefficients de GaN. Les spectres ont été décalés verticalement pour plus de clarté.

Pour ajuster les points expérimentaux avec la formule de Varshni [16], nous nous sommes basés sur les données à haute température (en supposant que la majeure partie des excitons était libre à 300K) et sur les coefficients utilisés couramment pour l’ajustement de la variation du gap de GaN avec la température, en considérant que ceux de l’Al0,1Ga0,9N ne doivent pas

être trop différents. L’ajustement de la formule de Varshni (courbes noire, rouge et verte) à partir du point à 300K permet d’obtenir une valeur d’énergie de localisation. L’énergie de localisation obtenue pour le PQ1MC et le PQ2MC (~50meV) est supérieure à celle du PQstd (~40meV). Néanmoins, comme nous l’avons dit d’après la figure 14 et d’après la forme des courbes des énergies de PL en fonction de la température EPL(T) des PQ1MC et PQ2MC, il

semble que leurs excitons soient en partie liés à 300K, ainsi la valeur de l’énergie de localisation de ces deux puits quantiques doit probablement être supérieure à 50meV. Nous allons voir que d’autres critères permettent de conclure dans le même sens.

La figure 16 montre l’intensité intégrée de PL de chacun des puits quantiques en fonction de la température. Notons que le plateau d’intensité entre 110 et 180K du PQstd peut être causé par la brusque chute d’intensité de PL de la barrière Al0,2Ga0,8N, les excitons migrant alors

vers le puits pour se recombiner. Les courbes du PQ1MC et du PQ2MC se comportent à peu près de la même façon. La pente de ces deux courbes est plus faible que celle du PQstd, signe

0 50 100 150 200 250 300 In te nsi té i n té gré e de PL (u. a ) Température (K) PQstd PQ1MC PQ2MC

d’un meilleur rapport entre les intensités intégrées de PL à 10 K et à 300 K. Ce rapport est de 130 pour le PQ2MC, 100 pour le PQ1MC, et 1050 pour le PQstd.

Figure 16 : Intensité intégrée de PL des trois échantillons en fonction de la température. A 10 K, le rapport entre les intensités intégrées de PL des trois échantillons est à peu près celui attendu comme expliqué plus haut. Par contre à 300 K, l’écart se creuse entre les intensités intégrées de PL du PQstd et des deux autres puits quantiques, alors que l’écart diminue entre les intensités intégrées de PL du PQ1MC et du PQ2MC. Nous pouvons en conclure que la localisation est bien plus forte dans les PQ1MC et PQ2MC. Le rapport des intensités intégrées de PL entre le PQ2MC et le PQstd passe de 6 à 10 K à 16 à 300 K. C’est un résultat intéressant pour notre recherche de l’augmentation de l’efficacité radiative. Ce résultat est en fait la combinaison à la fois d’une force d’oscillateur plus grande et d’effets de localisation plus importants. Notons de plus qu’il est possible que ce rapport eut été supérieur dans le cas où la reprise de croissance du puits quantique avec insertion de 2MC de GaN à l’intérieur du puits se fut passée parfaitement.

Conclusion

Nous pouvons donc conclure que l’introduction de 2 MCs de GaN à l’intérieur d’un puits quantique Al0,1Ga0,9N/Al0,2Ga0,8N permet d’accroître son efficacité radiative tout en gardant la

même énergie. Il semblerait que la mauvaise reprise de croissance du PQ2MC ait altéré la qualité du puits quantique. Le nombre de canaux non-radiatifs est donc supérieur aux deux autres puits quantiques, ce qui masque en partie l’augmentation de la force d’oscillateur.

D’autre part, il semble aussi que les puits quantiques à potentiel perturbatif montrent une localisation bien plus forte que le cas standard, améliorant le rapport 10K/300K de l’intensité intégrée de PL. Nous n’avions pas tenu compte d’effets de localisation éventuels mais ils sont les bienvenus car l’intensité intégrée de PL est augmentée par rapport au cas standard et ce dans des proportions supérieures à nos attentes (facteur 16 au lieu d’un facteur 10). Le facteur entre l’intensité de PL du PQ2MC et du PQstd passe de 6 à 10K à 16 à 300K. C’est bien cela qui nous intéresse dans le cas de l’élaboration de DELs blanches.

Ce concept étant démontré, nous pouvons l’appliquer au système (Ga,In)N/GaN. Nous pouvons tenter d’introduire une ou deux MC d’InxGa1-xN à plus forte concentration d’In à

l’intérieur de nos puits quantiques (Ga,In)N/GaN afin de vérifier s’il est possible, par cette méthode, d’obtenir un rendement radiatif supérieur dans nos puits quantiques.