Étude des propriétés optique d'un nombre réduit de boîtes quantiques par photoluminescence et cathodoluminescence

Étude des propriétés optique d'un nombre réduit de boîtes quantiques par photoluminescence et cathodoluminescence.

par

François Gaudreau

mémoire présenté au Département de physique en vue de l'obtention du grade de maître ès sciences (M.Sc.)

FACULTÉ DES SCIENCES UNIVERSITÉ DE SHERBROOKE

Sherbrooke, Québec, Canada, octobre 2003

II

SOMMAIRE

Le présent mémoire présente les résultats obtenus par spectroscopie de la photoluminescence, spectroscopie de la cathodoluminescence et par imagerie de la cathodoluminescence sur un nombre très réduit de boîtes quantiques. Ces boîtes quantiques d'InAs/GaAs sont formées spontanément lors de la croissance épitaxiale (Stranski-Krastanov ) d'InAs sur un substrat de GaAs. La réduction du nombre de boîtes quantiques sondées a pu être réalisée par la gravure de nanomésas, une technique entièrement développée dans le cadre de ces travaux. Cette isolation d'un nombre de boîtes quantiques de l'ordre de l'unité (entre 2 et 10) nous a permis de nous affranchir du problème de l'élargissement inhomogène des raies. Suite à l'isolation, on observe une grande réduction de la largeur des structures spectrales. Ainsi, il est possible de voir les structures sous-jacentes aux gaussiennes initiales. La comparaison de spectres de photoluminescence et de cathodoluminescence nous a menés à conclure que le remplissage des états et la dynamique des porteurs est très similaire dans les deux cas. Ces deux techniques sont donc complémentaires. Les images de la cathodoluminescence obtenues montrent la distribution de l'intensité émise à l'intérieur d'un mésa. La résolution spatiale de ces images est de ~100 nm, soit cinq fois mieux que la résolution d'une autre technique (micro- photoluminescence ). Le microscope électronique équipé pour la cathodoluminescence permet donc d'observer l'échantillon et d'en faire une caractérisation optique en une seule étape.

REMERCIEMENTS

Je tiens beaucoup à remercier chaleureusement mes deux directeurs de maîtrise, soit Pr. Denis Morris du Département de physique et Pr. Dominique Drouin du Département de génie électrique et informatique. Merci messieurs pour m'avoir offert la possibilité d'effectuer ces recherches et pour m'avoir guidé à travers mon parcourt ces deux dernières années.

Je souhaite aussi souligner le support que m'ont offert mes collègues Alain Tremblay, Hugo Bourque, Jonathan Genest, Michel Fournier, Charles Doiron et Dany Plouffe. Les discussions pertinentes que j'ai pu avoir avec eux m'ont beaucoup profité, tout autant que les autres discussions impertinentes qui m'ont permis de me détendre le moment venu.

Je désire également signaler le bon travail du personnel professionnel et de soutien technique, soit Jacques Corbin, André Paradis et Mireille Allaire en physique et Jean Bereens, Pierre Magny, Véronique Déry, David Turcotte et Nicolas Boyer du côté de la faculté de génie.

Mes plus sincères remerciements vont aussi à ceux qui on soit fourni les échantillons sur lesquels j'ai travaillé (S. Fafard et S. Raymons du CNRC) ou qui m'ont accordé un généreux support financier (le CEntre de Recherche sur les Propriétés Électroniques des Matériaux Avancés CERPEMA et l'Institut des Matériaux et Systèmes Intelligents IMSI).

Finalement, un merci tout particulier à ma famille et à ma très chère fiancée Nathalie pour leur support constant et leur écoute dans les moments moins faciles.

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