Simulation Monte Carlo du transport quantique dans les composants nanométriques. Application à l'étude de lasers à cascade quantique térahertz

Quantum cascade lasers (QCL) are very interesting sources for lasing operation in the terahertz range. The purpose of this work is to study the quantum transport in these structures with Monte Carlo simulations. The manuscript is composed of three parts. In the first part, we describe the optoelectronic sources operating in the terahertz region. The Master equation formalism that is used to describe the quantum transport is then outlined. We describe, in the second part, the theoretical background of our model, putting emphasis on the modelling of the electron-electron interaction. In the third part, we apply this model to the study of far-infrared QCL. Our results show that electron-electron interaction plays a crucial role. Finally, we propose two designs of QCL that operate at lower frequency, close to 1 THz.Les sources appelées lasers à cascade quantique (LCQ) présentent des potentialités très intéressantes pour l'émission aux fréquences térahertz. Ce travail vise à mieux comprendre les phénomènes physiques à l'origine du transport quantique dans les LCQ. Dans ce but, nous avons utilisé la simulation Monte Carlo. Le mémoire est divisé en trois parties. Dans une première partie, nous présentons les sources optoélectroniques émettant dans l'infrarouge. Nous précisons le formalisme de l'équation Maîtresse pour modéliser le transport quantique dans ces dispositifs. La deuxième partie est consacrée à la description du modèle en insistant particulièrement sur la modélisation de l'interaction électron-électron. Dans la troisième partie, nous examinons des LCQ émettant dans l'infrarouge lointain. Il ressort de nos études que l'interaction électron-électron joue un rôle prépondérant à ces fréquences. Nous envisageons ensuite deux voies afin de diminuer la fréquence jusqu'à 1 THz