Développement de nanostructures à base de semiconducteurs III-Nitrures pour l'optoélectronique infrarouge PDF Download
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Author: Fabien Guillot
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 184
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Book Description
Ce travail a consisté en la croissance (par épitaxie à jets moléculaires) et la caractérisation de nanostructures à base de semiconducteurs nitrures (GaN, AlN et alliages) afin de développer de composants optoélectroniques avancés basés sur les transitions intrabandes pour la prochaine génération de systèmes de télécommunications à très haut débit. Une première série de résultats concerne la croissance de couches minces de nitrures, notamment celle des alliages d'AlGaN. D'après notre étude, la croissance de couches dont la fraction molaire d'Al reste en deçà de 35 % nécessite la présence d'un excès de Ga. Au delà, il est nécessaire d'utiliser l'In en tant que surfactant ou bien de réaliser des superalliages GaN/AlN. Des études du dopage Si de ce type de structures ont été menées. Nous avons ensuite étudié des structures à multicouches de puits quantiques GaN/AlN dopées Si. Celles-ci présentent les pics d'absorption ISB polarisée p à des longueurs d'onde de la gamme des télécommunications à température ambiante. L'effet de divers paramètres de croissance et de design a été étudié. L'analyse des caractérisations de ces échantillons a permis d'évaluer le champ électrique interne ainsi que l'offset de bande de conduction entre le GaN et l'AlN de nos structures. Concernant la synthèse des structures multicouches de boîtes quantiques GaN/AlN dopées Si, nous avons adapté la technique de croissance de ces structures pour minimiser la taille de boîtes, et ce, de manière à ce que leur absorption intrabande puisse atteindre les longueurs d'onde des télécommunications optiques. L'énergie du pic d'absorption des boîtes peut être ajustée en modifiant la quantité de GaN dans les boîtes, la température de croissance, et le temps d'interruption de croissance. Enfin, les résultats obtenus sur la réalisation de composants sont développés. Nous nous sommes focalisés sur les dispositifs basés sur l'absorption (photodétecteurs à puits et à boites quantiques, modulateurs électro-optiques) et l'émission de lumière infrarouge dans la gamme de longueurs d'onde des télécommunications. Des résultats prometteurs ont été obtenus sur l'ensemble de ces composants, ils forment une première étape vers la fabrication de composants pour les télécommunications à base de semiconducteurs nitrures.
Author: Fabien Guillot
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Languages : fr
Pages : 184
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Ce travail a consisté en la croissance (par épitaxie à jets moléculaires) et la caractérisation de nanostructures à base de semiconducteurs nitrures (GaN, AlN et alliages) afin de développer de composants optoélectroniques avancés basés sur les transitions intrabandes pour la prochaine génération de systèmes de télécommunications à très haut débit. Une première série de résultats concerne la croissance de couches minces de nitrures, notamment celle des alliages d'AlGaN. D'après notre étude, la croissance de couches dont la fraction molaire d'Al reste en deçà de 35 % nécessite la présence d'un excès de Ga. Au delà, il est nécessaire d'utiliser l'In en tant que surfactant ou bien de réaliser des superalliages GaN/AlN. Des études du dopage Si de ce type de structures ont été menées. Nous avons ensuite étudié des structures à multicouches de puits quantiques GaN/AlN dopées Si. Celles-ci présentent les pics d'absorption ISB polarisée p à des longueurs d'onde de la gamme des télécommunications à température ambiante. L'effet de divers paramètres de croissance et de design a été étudié. L'analyse des caractérisations de ces échantillons a permis d'évaluer le champ électrique interne ainsi que l'offset de bande de conduction entre le GaN et l'AlN de nos structures. Concernant la synthèse des structures multicouches de boîtes quantiques GaN/AlN dopées Si, nous avons adapté la technique de croissance de ces structures pour minimiser la taille de boîtes, et ce, de manière à ce que leur absorption intrabande puisse atteindre les longueurs d'onde des télécommunications optiques. L'énergie du pic d'absorption des boîtes peut être ajustée en modifiant la quantité de GaN dans les boîtes, la température de croissance, et le temps d'interruption de croissance. Enfin, les résultats obtenus sur la réalisation de composants sont développés. Nous nous sommes focalisés sur les dispositifs basés sur l'absorption (photodétecteurs à puits et à boites quantiques, modulateurs électro-optiques) et l'émission de lumière infrarouge dans la gamme de longueurs d'onde des télécommunications. Des résultats prometteurs ont été obtenus sur l'ensemble de ces composants, ils forment une première étape vers la fabrication de composants pour les télécommunications à base de semiconducteurs nitrures.
Author: Mark Beeler
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : en
Pages : 0
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Book Description
GaN/Al(Ga)N nanostructures have emerged during the last decade as promising materials for new intersubband (ISB) optoelectronics devices, with the potential to cover the whole infrared (IR) spectrum. These technologies rely on electron transitions between quantum-confined states in the conduction band of nanostructures -quantum wells (QWs), quantum dots (QDs), nanowires (NWs). The large conduction band offset between III-N compounds, and their sub-ps ISB recovery times make them appealing for ultrafast telecommunication devices and for fast IR optoelectronics in the 3-5 μm band. Furthermore, the large energy of GaN LO phonon (92 meV) opens prospects for room-temperature THz quantum cascade lasers and ISB devices covering the 5-10 THz band, inaccessible to GaAs. A variety of GaN-based ISB optoelectronic devices have recently been demonstrated, including photodetectors, switches and electro-optical modulators. However, a number of issues remain open, particularly concerning the extension towards longer wavelengths and the improvement of electrically pumped devices performance. One of the main challenges to extend the GaN-ISB technology towards the far-IR comes from the polarization-induced internal electric field, which imposes an additional confinement that increases the energetic distance between the electronic levels in the QWs. In order to surmount this constraint, I propose alternative multi-layer QW designs that create a pseudo-square potential profile. The robustness of the designs in terms of variations due to growth uncertainties, and the feasibility of their integration in devices architectures requiring resonant tunneling transport are discussed. Experimental realizations by molecular-beam epitaxy displaying TM-polarized THz absorption are presented. A quantum cascade laser design incorporating pseudo-square QWs is introduced. An alternative approach to obtain square potential profiles is the use of nonpolar orientations. In this thesis, I compare GaN/Al(Ga)N multi-quantum wells grown on a and m nonpolar bulk GaN showing that the best results in terms of structural and optical (interband and ISB) performance are obtained for m-plane structures. Room-temperature ISB absorption in the range of 1.5-5.8 μm is demonstrated, the longer wavelength limit being established by the second order of the Reststrahlen band in GaN. As ISB devices are pushed towards higher efficiencies, the control of carrier relaxation becomes a key aspect for device engineering. Longer intraband lifetimes have been proven to exist in laterally confined systems, which motivates studies to incorporate NWs as active elements in ISB devices. Furthermore, the large NW surface-to-volume ratio allows misfit strain to be elastically released, extending the viable active region size and composition beyond the limits of planar systems or QDs. In this thesis, I report the experimental observation of TM-polarized IR absorption assigned to the s-pz intraband transition in Ge-doped GaN/AlN nanodisks inserted in self-assembled GaN NWs. Results are compared with theoretical calculations accounting for the 3D strain distribution, surface charges and many-body effects.STAR.
Author: M.O. Manasreh
Publisher: Elsevier
ISBN: 0080534449
Category : Science
Languages : en
Pages : 463
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Book Description
Research advances in III-nitride semiconductor materials and device have led to an exponential increase in activity directed towards electronic and optoelectronic applications. There is also great scientific interest in this class of materials because they appear to form the first semiconductor system in which extended defects do not severely affect the optical properties of devices. The volume consists of chapters written by a number of leading researchers in nitride materials and device technology with the emphasis on the dopants incorporations, impurities identifications, defects engineering, defects characterization, ion implantation, irradiation-induced defects, residual stress, structural defects and phonon confinement. This unique volume provides a comprehensive review and introduction of defects and structural properties of GaN and related compounds for newcomers to the field and stimulus to further advances for experienced researchers. Given the current level of interest and research activity directed towards nitride materials and devices, the publication of the volume is particularly timely. Early pioneering work by Pankove and co-workers in the 1970s yielded a metal-insulator-semiconductor GaN light-emitting diode (LED), but the difficulty of producing p-type GaN precluded much further effort. The current level of activity in nitride semiconductors was inspired largely by the results of Akasaki and co-workers and of Nakamura and co-workers in the late 1980s and early 1990s in the development of p-type doping in GaN and the demonstration of nitride-based LEDs at visible wavelengths. These advances were followed by the successful fabrication and commercialization of nitride blue laser diodes by Nakamura et al at Nichia. The chapters contained in this volume constitutes a mere sampling of the broad range of research on nitride semiconductor materials and defect issues currently being pursued in academic, government, and industrial laboratories worldwide.
Author: Zhe Chuan Feng
Publisher: World Scientific
ISBN: 1848162235
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 477
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Book Description
Devices, nanoscale science and technologies based on GaN and related materials, have achieved great developments in recent years. New GaN-based devices such as UV detectors, fast p-HEMT and microwave devices are developed far more superior than other semiconductor materials-based devices.Written by renowned experts, the review chapters in this book cover the most important topics and achievements in recent years, discuss progress made by different groups, and suggest future directions. Each chapter also describes the basis of theory and experiment.This book is an invaluable resource for device design and processing engineers, material growers and evaluators, postgraduates and scientists as well as newcomers in the GaN field.
Author: Agnes Buka
Publisher: World Scientific
ISBN: 1848167997
Category : Science
Languages : en
Pages : 299
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Book Description
The book intends to give a state-of-the-art overview of flexoelectricity, a linear physical coupling between mechanical (orientational) deformations and electric polarization, which is specific to systems with orientational order, such as liquid crystals. Chapters written by experts in the field shed light on theoretical as well as experimental aspects of research carried out since the discovery of flexoelectricity. Besides a common macroscopic (continuum) description the microscopic theory of flexoelectricity is also addressed. Electro-optic effects due to or modified by flexoelectricity as well as various (direct and indirect) measurement methods are discussed. Special emphasis is given to the role of flexoelectricity in pattern-forming instabilities. While the main focus of the book lies in flexoelectricity in nematic liquid crystals, peculiarities of other mesophases (bent-core systems, cholesterics, and smectics) are also reviewed. Flexoelectricity has relevance to biological (living) systems and can also offer possibilities for technical applications. The basics of these two interdisciplinary fields are also summarized.
Author: Jerome V. Moloney
Publisher: Springer Science & Business Media
ISBN: 9780387985817
Category : Business & Economics
Languages : en
Pages : 270
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Book Description
Mathematical methods play a significant role in the rapidly growing field of nonlinear optical materials. This volume discusses a number of successful or promising contributions. The overall theme of this volume is twofold: (1) the challenges faced in computing and optimizing nonlinear optical material properties; and (2) the exploitation of these properties in important areas of application. These include the design of optical amplifiers and lasers, as well as novel optical switches. Research topics in this volume include how to exploit the magnetooptic effect, how to work with the nonlinear optical response of materials, how to predict laser-induced breakdown in efficient optical devices, and how to handle electron cloud distortion in femtosecond processes.
