Optique des semi-conducteurs
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transfert, présentée au paragraphe 3.3 est alors dune grande utilité), et un traitement par
itérations successives est le plus souvent inévitable.
3.2.3 Fils et boîtes quantiques
Dans les années 80, on a vu se déployer de par le monde des trésors d'imagination, s'appuyant
sur beaucoup de travail, pour réduire la dimensionnalité des objets réalisables. I1 s'agissait
donc de créer des fils et boîtes "quantiques", au sens explicité plus haut (Cf. parag. 3.2.1) pour
le cas bidimensionnel. Aujourd'hui, le bilan est mitigé. Les méthodes les plus simples de
lithographie ont prouvé leur efficacité dans de nombreux domaines, en particulier la physique
du transport mésoscopique, mais les résultats pour l'optique sont un peu décevants. La raison
principale en est sans doute les recombinaisons non radiatives induites par les flancs gravés,
Les structures les plus intéressantes semblent obtenues lorsqu'on fait appel, peu ou prou, aux
facultés d'auto-organisation de la croissance. Risquons nous à un bilan sans doute provisoire
et certainement subjectif : les meilleurs fils quantiques sont aujourd'hui réalisés par croissance
dans des sillons en V [23] ou par reprise d'épitaxie sur la tranche clivée d'un puits quantique
[24], ce qu'on appelle les fils en T. Les ensembles d'objets obtenus ne sont pas très denses, ce
qui pose problème pour de véritables utilisations en optique. Aujourd'hui, seules les
croissances sur surface désorientée de quelques degrés [25], qui permettent d'accrocher des
fils quantiques à chaque marche de la surface, peuvent fournir une densité très supérieure.
Mais par contre, le confinement obtenu est assez faible.
Les meilleures boîtes quantiques semblent quant à elles obtenues par croissance
épitaxiale en îlots [26] ou, noyées dans des matrices transparentes, par des techniques sol-gel
(Cf. le cours de D.Ricard dans ce livre). On obtient des objets encore imparfaitement calibrés,
mais en grande densité.
I1 est facile de généraliser le calcul des énergies et densité d'états au cas 1 et O dimension,
dans le modèle le plus simple de masse effective et de hauteur de barrière infinie. À lD, on en
déduit que la densité d'état présente, à l'énergie de base de chaque sous-bande, une singularité
en E-1'2, encore plus marquée qu'à 2D. À OD, on retrouve théoriquement une série discrète de
niveaux d'énergie, comme pour un atome ou bien une impureté dans un semi-conducteur.
Cependant, pour des barrières finies, les calculs sont beaucoup plus complexes qu'à 2D car
l'équation de Schrodinger effective n'est plus séparable.
Cependant, bien que ces systèmes "quantiques" de dimension inférieure à 2 soient moins
bien maîtrisés au plan de la technologie, beaucoup de travail a déjà été fait en optique non
linéaire sur les nanocristaux noyés dans des matrices de verre, et leur qualité continue de
progresser. C'en est donc le meilleur exemple à présenter aujourd'hui dans cette École.
3.2.4 Structures optiques
Les semi-conducteurs sont aussi des matériaux pour l'optique au sens où ils sont doués dun
indice de réfraction. Les techniques de dépôt de couches minces, très utilisées en optique,
peuvent donc être employées dans certaines limites avec des semi-conducteurs, jouant avec
les sauts d'indice pour définir des "structures optiques" tels que guide d'onde, miroir
interférentiel ou résonateur Fabry-Perot. Dans les cas où le dépôt prend la forme dune
épitaxie, on peut y inclure des nanostructures électroniques (puits quantiques par exemple),
mariant avec un bénéfice mutuel la physique des semi-conducteurs et l'optique.
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transfert, présentée au paragraphe 3.3 est alors dune grande utilité), et un traitement par
itérations successives est le plus souvent inévitable.
3.2.3 Fils et boîtes quantiques
Dans les années 80, on a vu se déployer de par le monde des trésors d'imagination, s'appuyant
sur beaucoup de travail, pour réduire la dimensionnalité des objets réalisables. I1 s'agissait
donc de créer des fils et boîtes "quantiques", au sens explicité plus haut (Cf. parag. 3.2.1) pour
le cas bidimensionnel. Aujourd'hui, le bilan est mitigé. Les méthodes les plus simples de
lithographie ont prouvé leur efficacité dans de nombreux domaines, en particulier la physique
du transport mésoscopique, mais les résultats pour l'optique sont un peu décevants. La raison
principale en est sans doute les recombinaisons non radiatives induites par les flancs gravés,
Les structures les plus intéressantes semblent obtenues lorsqu'on fait appel, peu ou prou, aux
facultés d'auto-organisation de la croissance. Risquons nous à un bilan sans doute provisoire
et certainement subjectif : les meilleurs fils quantiques sont aujourd'hui réalisés par croissance
dans des sillons en V [23] ou par reprise d'épitaxie sur la tranche clivée d'un puits quantique
[24], ce qu'on appelle les fils en T. Les ensembles d'objets obtenus ne sont pas très denses, ce
qui pose problème pour de véritables utilisations en optique. Aujourd'hui, seules les
croissances sur surface désorientée de quelques degrés [25], qui permettent d'accrocher des
fils quantiques à chaque marche de la surface, peuvent fournir une densité très supérieure.
Mais par contre, le confinement obtenu est assez faible.
Les meilleures boîtes quantiques semblent quant à elles obtenues par croissance
épitaxiale en îlots [26] ou, noyées dans des matrices transparentes, par des techniques sol-gel
(Cf. le cours de D.Ricard dans ce livre). On obtient des objets encore imparfaitement calibrés,
mais en grande densité.
I1 est facile de généraliser le calcul des énergies et densité d'états au cas 1 et O dimension,
dans le modèle le plus simple de masse effective et de hauteur de barrière infinie. À lD, on en
déduit que la densité d'état présente, à l'énergie de base de chaque sous-bande, une singularité
en E-1'2, encore plus marquée qu'à 2D. À OD, on retrouve théoriquement une série discrète de
niveaux d'énergie, comme pour un atome ou bien une impureté dans un semi-conducteur.
Cependant, pour des barrières finies, les calculs sont beaucoup plus complexes qu'à 2D car
l'équation de Schrodinger effective n'est plus séparable.
Cependant, bien que ces systèmes "quantiques" de dimension inférieure à 2 soient moins
bien maîtrisés au plan de la technologie, beaucoup de travail a déjà été fait en optique non
linéaire sur les nanocristaux noyés dans des matrices de verre, et leur qualité continue de
progresser. C'en est donc le meilleur exemple à présenter aujourd'hui dans cette École.
3.2.4 Structures optiques
Les semi-conducteurs sont aussi des matériaux pour l'optique au sens où ils sont doués dun
indice de réfraction. Les techniques de dépôt de couches minces, très utilisées en optique,
peuvent donc être employées dans certaines limites avec des semi-conducteurs, jouant avec
les sauts d'indice pour définir des "structures optiques" tels que guide d'onde, miroir
interférentiel ou résonateur Fabry-Perot. Dans les cas où le dépôt prend la forme dune
épitaxie, on peut y inclure des nanostructures électroniques (puits quantiques par exemple),
mariant avec un bénéfice mutuel la physique des semi-conducteurs et l'optique.