Spectroscopie infrarouge de fils et boîtes quantiques d'InAs/InAlAs/InP(001)

Intraband transitions are optical transitions between confined states of the conduction band or the valence band. Spectroscopy of intraband transitions gives an accurate measurement of the confinement energies as well as the spatial symmetry of the wave functions. The main applications are photodetection and unipolar lasers. In 1D and 0D nanostructures, the lateral confinement of the carriers allows intraband transitions polarised in the layer plane. Samples studied in this work have been grown by molecular beam epitaxy. Strains, due to the lattice mismatch between InAs and InP, give rise to nanometric islands in the Stranski-Krastanov growth mode. Structural characterization reveals that it is possible to obtain different types of nanostructures by adjusting growth parameters. The weak lattice mismatch (3%) allows a full coverage of the InAlAs surface by wires, elongated dots or isotropic dots. The samples have been characterized by photoluminescence, photo-induced absorption and photocurrent spectroscopies. These experiment s reveal the presence of intense infrared absorptions (12-14µm), polarized in the layer plane and attributed to optical transition between the ground state and the first excited state confined along [110]. This absorption reaches 26% in 10 planes of n-doped (1012cm-2) elongated dots. We also observe other transitions at shorter wavelength (9-12µm) in the [110] and [1-10] polarisations attributed to transitions between excited states in the conduction band. The synthesis of the different spectroscopies allows the reconstruction of the energetic diagram. Results are in agreement with calculations based on a k.p model.Dans les nanostructures 1D et 0D, le confinement latéral des porteurs autorise des transitions intrabandes polarisées dans le plan des couches. Ces structures présentent alors un intérêt pour la photodétection à incidence normale ou l'émission de lumière par la surface. Les échantillons sont réalisés par épitaxie par jets moléculaires. Les contraintes dues au désaccord de maille entre l'InAs et l'InP donnent naissance à des îlots de taille nanométrique en suivant le mode de croissance Stranski-Krastanov. La caractérisation structurale de ces îlots par AFM et TEM montre un profil en forme de pyramide tronquée et un allongement le long de la direction [1-10]. Le faible désaccord de maille (3%) conduit à une couverture complète de la surface d'InAlAs par des boîtes allongées ou des fils. Les échantillons ont été caractérisés par photoluminescence et par spectroscopie d'absorption photo-induite. Ces expériences ont permis de montrer la présence d'absorptions infrarouges remarquables (12-14µm), polarisées dans le plan des couches et attribuées à la transition optique entre l'état fondamental et le premier état excité confiné suivant la direction [110]. D'autre part, nous mettons également en évidence la présence de transitions moins intenses à plus courte longueur d'onde (9-12µm) dans les polarisations [110] et [1-10] dont l'intensité est fortement dépendante de la température. Nous attribuons ainsi ces résonances à des transitions entre niveaux excités de la bande de conduction. Des mesures de spectroscopie de photocourant complètent l'étude optique et montrent les performances remarquables de ce système pour la photodétection à incidence normale. Les résultats issus de simulations, tenant compte de la non-parabolicité des bandes, montrent un accord satisfaisant avec les expériences et autorisent l'identification des raies observées. La synthèse des différentes spectroscopies conduit à la reconstruction de la structure énergétique des boîtes