O presente estudo avaliou a ação precoce do laser terapêutico de baixa potência de Arsenieto de Gálio (AsGa) no processo de regeneração de uma lesão experimental por esmagamento de nervo ciático de ratos. Foram utilizados vinte ratos, da linhagem Wistar, divididos em dois grupos: grupo nãoirradiado (controle, n=10) e grupo irradiado (tratado com laser AsGa, n=10). O nervo ciático dos animais de ambos os grupos foi devidamente exposto, e, uma área de 5mm foi submetida a carga estática de 15000g, aplicada por meio de um dispositivo portátil de esmagamento, durante dez minutos. A irradiação transcutânea de laser de AsGa, com dose pontual de 4J/cm2, teve seu início no 1º dia pós-operatório, sendo a aplicação realizada diariamente, por um período de dez dias consecutivos. A recuperação funcional foi avaliada nos períodos préoperatório, 7º, 14º e 21º dias, através de valores fornecidos por um programa de cálculo do Índice Funcional do Ciático (IFC), apresentando uma melhora progressiva em ambos os grupos, porém, com valores mais expressivos para o grupo irradiado com laser a partir do 14º dia. Os animais foram sacrificados no 21º dia pós-operatório para a análise histológica e morfometria dos nervos. Os resultados demonstram um aumento de densidade média de fibras nervosas em grupo de animais irradiados com laser de baixa potência e uma melhora do aspecto morfológico em comparação ao grupo não-irradiado . A conclusão aponta que o laser de arsenieto de gálio (AsGa), na dose utilizada, possui efeito benéfico temporário sobre o nervo ciático de ratos submetido a lesão por esmagamento, contribuindo para a melhora do aspecto morfológico nervoso, evidenciando um processo regenerativo acentuado, em comparação com o grupo não tratado, segundo avaliação funcional e morfológica. / The present study has investigated the earlier influence of low power laser irradiation (GaAs) on nerve regeneration process after experimental crush injury of the sciatic nerve of rats . Twenty Wistar's rats were used and divided into two groups: non irradiated group (control, n=10) and irradiated group (laser treatement, n=10). The sciatic nerves were exposed, for both groups, and an area of 5mm was crushed with 15000g static load for ten minutes, in a portable crushing device. Low power irradiation (4J/cm2) were aplied transcutaneously for ten consecutive days, after the first day post-operative. Functional recovery was checked before crushing procedure, 7º , 14º and 21º days after crush damage and was evaluated by means of the Sciatic Functional Index (SFI) calculated by a specific software. Values showed a progressive improvement in both groups but more marked in that with laser irradiation, begining at 14º day. Animals were killed on the 21º postoperative day for morphometric and histological examination of the nerves. Results showed an increased nerve fiber density in the laser irradiated group, as well as an improvement in the morphological aspects. In conclusion, low power laser irradiation GaAs , with a dose of 4J/cm2, has a temporary beneficial effect on the sciatic nerve of rats submitted a crush injury, improving morphological nerve aspects and showing an increase regenerative process, according to functional and histologic evaluation.

Ce travail de thèse porte sur l'étude par spectrophotométrie de phénomènes de couplage entre un émetteur photonique discret et une cavité optique dont les propriétés sont adaptées à l'émetteur. Nous nous sommes intéressés à l'interaction de boîtes quantiques semiconductrices InAs/GaAs avec des microcavités optiques dont la géométrie originale diffère selon les propriétés dont on veut tirer partie. Ainsi, nous partirons de la fabrication de ces systèmes par épitaxie par jets moléculaires, pour nous focaliser sur trois grands types de microcavités, dont nous décrirons à la fois les étapes de fabrication, mais aussi les études optiques réalisées par spectrophotométrie Infra-rouge. Ainsi, les microdisques reportés sur saphir par collage moléculaire ont montré un important potentiel pour la réalisation de microlasers, grâce à de très bonnes propriétés de dissipation thermique. Sur les micropiliers à miroirs de Bragg, nous avons expérimentalement montré pour la première fois la co-existence de modes de galerie et de modes de micropiliers, ainsi que la possibilité d'exploiter l'effet laser sur ces modes, ce qui ouvre de nouvelles perspectives en termes de systèmes photoniques. Nous avons également développé une technique originale et reproductible de métallisation à l'or des flancs et démontré son innocuité sur les propriétés optiques de ces modes, ce qui permet d'envisager son application à d'autres dispositifs. Enfin, nous terminons par la fabrication et l'étude de nano-fils photoniques à boîtes quantiques uniques, dont les capacités prometteuses permettent de conclure à une concurrence sérieuse vis-à-vis des micropiliers en tant que source de photon unique.

L'intégration monolithique de GaAs sur Si permettrait la réalisation de sources de lumière sur Si pour des applications notamment dans les interconnexions optiques ou les cellules solaires à haut rendement et faible coût. Toutefois, les différences intrinsèques entre les deux matériaux conduisent à l'apparition de défauts dans la couche de GaAs (dislocations, fissures, parois d'inversion). Nous démontrons que l'utilisation de pseudo-substrats, constitués d'une couche tampon de Ge sur un substrat de Si, combinée à l'insertion d'un super-réseau par épitaxie par couche atomique (ALE) en début de croissance permet d'obtenir du GaAs avec de bonnes propriétés optiques. Des dispositifs émetteurs de lumière (DEL, laser, diode à émission par la surface) à base de puits et de boîtes quantiques ont été réalisés. Leurs caractéristiques ont été étudiées et comparées à des structures de référence sur substrat de GaAs pur.

Ce travail de thèse a porté sur la génération aux fréquences THz par la technique dite de photomélange. La première partie de cette étude a été consacrée aux éléments essentiels d'un tel dispositif utilisé au THz : le GaAs épitaxié à basse température (GaAs BT), un photodétecteur à électrodes interdigitées, et une antenne planaire. Cette étude a permis d'obtenir une source largement accordable entre 100 GHz et 4 THz, adaptée aux études spectroscopiques. Dans un second temps, l'effort d'optimisation s'est porté sur le photodétecteur avec deux topologies envisagées, verticale et distribuée. La topologie verticale a en effet permis de s'affranchir d'effets bidimensionnels, néfastes pour les performances et la robustesse du photodétecteur. La fabrication du photodétecteur vertical a nécessité la mise au point d'un procédé de report de couches épitaxiales en cours de procédé technologique s'appuyant sur les techniques de report élaborées au sein du laboratoire. La comparaison expérimentale a montré une amélioration d'un facteur 2 à 3 en réponse statique, et d'un facteur 7 en photomélange. La seconde voie, à savoir l'utilisation d'un photodétecteur, passe par l'étude préalable des lignes de propagation aux fréquences THz. Nous avons tout d'abord mis en évidence les effets induits par la montée en fréquence, et plus particulièrement l'effet des conditions aux limites, qu'elles soient diélectriques ou métalliques. Puis en utilisant ces conditions aux limites, nous avons imaginé des lignes de propagation fonctionnant au THz et utilisables en photomélange. Toutefois la voie la plus prometteuse à cours terme est certainement la transposition aux longueurs d'onde 1.3 Μm-1.5 Μm. Dans cette optique, deux solutions sont envisagées, la première s'appuie sur l'épitaxie de couche d'InGaAs à basse température, tandis que la seconde utilise l'absorption anormale du GaAs BT à ces longueurs d'ondes et la cavité intrinsèque au photodétecteur vertical.

Pour certaines applications, les lasers offrent un choix trop restreint de longueurs d'ondes, et une faible accordabilité. Ces limitations viennent du fait que l'effet laser utilise des résonances atomiques. L'optique non-linéaire permet de s'en affranchir c'est un phénomène non résonnant, donc peu sélectif en longueur d'onde. Néanmoins elle présente des caractéristiques particulières : trois fréquences différentes mises en jeu, l'absence de stockage d'énergie, et le rôle primordial de la phase relative entre les ondes. Dans ce travail nous mettons à profit ces specificités pour mettre en forme spectralement ou temporellement l'émission de lumière dans des sources infrarouges. La première source réalisée est un oscillateur paramétrique optique (OPO) à 3 μm utilisant deux cristaux de KTA. Ses performances sont discutées en régime nanoseconde. Puis nous réalisons un OPO à cristal de PPLN générant des impulsions courtes sous pompage continu par modulation active des pertes. Nous proposons ensuite d'utiliser un absorbant saturable pour verrouiller passivement les modes d'un OPO continu présentant un fort désaccord de vitesse de groupe entre la pompe et le signal. Enfin, nous considérons le cas des sources intégrant à la fois un milieu laser et un dispositif non-linéaire. Nous présentons d'abord un miroir non-linéaire à base de PPLN intégré dans un laser Cr:ZnSe, permettant de produire des impulsions picosecondes accordables autour de 2,5 μm. Nous proposons ensuite de généraliser ce principe en intégrant un OPO dans un laser afin de réaliser une source ultrabrève compacte et accordable.

L'utilisation d'impulsions laser femtoseconde en technique pompe sonde est une technique commune en vue de générer et détecter des phonons acoustiques cohérents, dont les longueurs d'onde caractéristiques nanométriques sont adaptées à la caractérisation de nanostructures. Les caractéristiques de ces phonons cohérents peuvent être contrôlées par la connaissance du processus de transduction optoacoustique, dépendant de la longueur d'onde d'excitation optique et de l'intensité du laser. L'interaction laser-matière entre le faisceau de pompe optique et le semiconducteur conduit à l'existence de contraintes mécaniques (déformation de potentiel, thermo-élastique, électrostrictif, piézo-électrique). Les expériences et l'analyse théorique de la transduction opto-acoustique dans le GaAs, pour différents niveaux de dopage et/ou orientations cristallographiques ont été menées, et la dépendance du processus de transduction avec la fluence du rayonnement laser de pompe a été mise en évidence.

Ce travail expérimental et théorique porte sur l'injection tunnel de photoélectrons à partir de GaAs vers des surfaces métalliques et de spin vers des surfaces magnétiques. On y présente la première mise en évidence de la dépendance en spin du courant tunnel vers une surface magnétique. Ce travail comporte deux parties distinctes : 1ere partie : Cette partie est consacrée à l'étude de l'injection de charge et de spin de photoélectrons à partir de microleviers de GaAs (sans pointe) sous pompage optique, vers des surfaces nonmagnétiques d'or et magnétiques de cobalt. La dépendance du courant injecté vers une surface d'or en fonction de la tension appliquée sur le levier et de la distance levier/surface métallique est en accord avec les prédictions d'un modèle original. A l'aide d'une cellule de Pockels, le même montage est utilisé pour moduler la polarisation de spin des électrons tunnel et pour étudier la dépendance en spin du courant tunnel dans des couches de cobalt. Ce travail conduit à la première mise en évidence de la dépendance en spin de l'effet tunnel de photoélectrons vers une couche magnétique. Le retournement de la polarisation de spin des électrons tunnel par rapport à l'aimantation de la couche magnétique induit une variation de 6% du courant tunnel, alors que la valeur maximale observée pour une couche non magnétique est de l'ordre de 0.1%. On observe une diminution de ce signal en fonction de la tension appliquée qui est attribuée à la diminution de la vitesse de recombinaison de surface. Les résultats sont en accord quantitatif avec les prédictions théoriques. 2e partie : Cette partie regroupe deux études distinctes du transport de charge et de spin faisant appel à l'imagerie de luminescence polarisée pour caractériser les propriétés de spin. Cette technique nouvelle d'imagerie a été mise au point dans le cadre de ce travail. La première étude analyse les propriétés de spin de pointes de GaAs qui pourraient être utilisées ultérieurement pour l'imagerie du nanomagnétisme, dans le but de prédire le taux de polarisation de spin des électrons injectés. En utilisant des mesures sur des couches planaires équivalentes et en modélisant la diffusion de charge et de spin dans la pointe, on montre que l'on peut s'attendre à obtenir des polarisations de spin atteignant 40%. Par ailleurs, la microscopie de luminescence polarisée permet d'étudier le transport de charge et de spin dans des couches minces de GaAs, respectivement oxydées et passivées. On montre que la recombinaison de surface joue un rôle crucial pour la diffusion de charge et de spin, car la diminution de la vitesse de recombinaison de surface de 107 cm/s à 103 cm/s induite par la passivation fait passer les longueurs de diffusion de charge et de spin de 21 micron et 1.3 micron respectivement à 1.2 micron and 0.8 micron.

We correlated experimental results with theoretical estimations of the dielectric function ε(ω) in two contexts: the effect of an electric field in quantum wells and that of the spin polarization of an interacting electron-hole plasma in bulk semiconductors. In the first part, we recorded photoreflectance spectra from Ge/GeSi quantum wells of different widths but having comparable builtin electric fields caused by doping. The reason why the spectra differed in overall shape was difficult to understand by conventional methods, for example, by calculating the allowed transition energies or by fitting the data with lineshape functions at each transition energy. Instead, we computed the photoreflectance spectra from first-principles by using the confined electron and hole wavefunctions. This method showed that the spectra differ in overall shape because of the experimentally hitherto unobserved trend in quantum well electro-optical properties, from the quantum confined Franz-Keldysh effect to the bulk Franz-Keldysh effect, as the well width is increased. The second part develops a threeband microscopic theory for the optical properties due to spin-polarized carriers in quasiequilibrium. We show that calculations based on this theory reproduce all the trends observed in a recent circularly polarized pump-probe experiment reported in the literature. To make the computation less intensive, we proposed a simplified, two-band version of this theory which captured the main experimental features. Besides, we constructed a cw diode laser-based pump-probe setup for our own optical studies of spin-polarized carriers by Kerr rotation. We achieved a sensitivity of detection of Kerr rotation of 3 x 10¯ 8 rad, corresponding to an order of magnitude improvement over the best reports in the literature. The efficacy of our setup allowed for the demonstration of a pumpinduced spin polarization in bulk GaAs, under the unfavorable conditions of steady-state and room temperature.

Semiconductor devices are the building blocks of electronics and communication technology in the modern world. The charge, mass and spin of charge carriers in the semiconductor devices lay the foundations of the technology developments in the modern age. But to date only the electronic charge of the semiconductors has been exploited for such applications. The significance of the spin of charge carriers is completely ignored because in a semiconductor the half of the carriers are in spin-up state and the remainder are in spin-down state. A new electronics termed as spintronics, spin-transport based electronics, is focused to utilise the spin degree of freedom of the charge carriers in addition to its electronic charge. The devices based on these have the potential for various technological advancements like non-volatility, increased data processing speed, decreased electronic power consumption and increased integration densities as compared to the conventional semiconductor devices. In this study, the author intended to study the growth and properties of magnetic impurity doped antimony based III-V compounds and compare these results with those of the films grown by MBE. This thesis is organised into seven chapters. The first introductory chapter gives a brief review of the work on spintronics, diluted magnetic semiconductors, Ferromagnetic / paramagnetic semiconductor hybrid structures with special emphasis on the properties of antimonides which have already been reported in the literature. This is followed by the scope of the thesis. The second chapter deals with technical details of various instruments used in the present research work. Third chapter describes the growth and structural properties of bulk crystals grown by Bridgman method and thin films grown by liquid phase epitaxy (LPE). Bulk crystals of InSb and GaSb doped with magnetic elements such as Mn and Fe are grown with different doping concentrations. Thin films of InSb and GaSb doped Mn with different doping concentrations are grown by LPE. The grown crystals are processed by slicing, lapping, polishing and chemical etching methods. X-ray diffraction studies are carried out to confirm alloy formation and to find the change in lattice parameter if any. From the powder diffraction patterns, the lattice parameter is refined with the help of Retvield refinement program. A systematic change of lattice parameter with the incorporation of magnetic impurities into InSb and GaSb is observed. Scanning electron microscopy and energy dispersive x-ray analysis are carried out to identify the secondary phases and their composition respectively. Chapter 4 gives the detailed magnetotransport studies carried out on InSb and GaSb crystals doped with Mn and Fe. Also, the magnetotransport studies carried out on thin films grown by liquid phase epitaxy are presented here. This chapter is divided into three sections of which the first section deals with Mn doped bulk crystals of InSb and GaSb, the second section deals with Fe doped bulk crystals of InSb and GaSb and the third section deals with Mn doped InSb and GaSb films grown on GaAs by Liquid Phase Epitaxy. Temperature dependence of zero field resistivity, magnetoresistance and Hall measurements are carried out from 1.4 to 300K. All the samples show p type conduction throughout the temperature range studied except for Fe doped InSb. Mn doped crystals show negative magnetoresistance and anomalous Hall effect below 10K. Anisotropy in magnetoresistance is also observed at low temperatures in InMnSb crystals. On the other hand, Fe doped samples exhibit positive magnetoresistance throughout the temperature range and no anomalous Hall effect is observed. Chapter 5 describes the magnetic properties of bulk InMnSb, GaMnSb, InFeSb and GaFeSb crystals so also the thin films of InMnSb/GaAs. DC magnetization measurements are carried out in the temperature range 2 - 300K. The Mn doped InSb and GaSb crystals as well as InMnSb/GaAs films, show a magnetic ordering below 10K which could arise from the InMnSb and GaMnSb alloy formation. Also, saturation in magnetization observed even at room temperature suggests the existence of ferromagnetic MnSb clusters in the crystals which has been verified by scanning electron microscopy studies. In Fe doped InSb crystals, the temperature dependent DC magnetization shows irreversibility under field cooled and zero field cooled conditions below 12K, suggesting a spin glass-like behaviour. Also, magnetization measurement shows the coexistence of ferromagnetic and paramagnetic phases throughout the temperature range studied. Existence of ferromagnetic phase could arise from secondary phases Fe1-xInx or FeSb2 present in the crystal as clusters and paramagnetic phase could arise from the randomly distributed Fe atoms in the InSb matrix. Fe doped GaSb crystals show interesting magnetic property that arises from the FeGa alloy (secondary phase) present in it. The EPR studies on Ga0.98Mn0.02Sb cluster-free (?) crystal suggest that the dominant Mn impurity in GaMnSb is Mn2+ (d5), described as ionized acceptor A−. This conclusion was derived from EPR experiments, which reveal a strong absorption line with an effective g factor very close to 2.00, the value typical for centre A−. The absence of EPR signal typical for neutral Mn acceptor A0 suggests that this center is absent in the crystal under investigation. The observed behavior is similar to that of Ga1-xMnxAs and In1-xMnxAs epilayers. EPR studies also reveal that the competition between antiferromagnetic and ferromagnetic phases exists in the studied crystal. Chapter 6 describes the optical measurements carried out on bulk Ga1-xMnxSb crystals and their films with different Mn doping concentrations. FTIR studies are carried out in the temperature range 4 - 300 K. From the FTIR studies, it is found that intra valance spin – orbit splitting band absorption is dominant compared to the fundamental absorption in doped crystals. In higher doped crystals (x > 0.01), fundamental band absorption merges with split-off band and could not be resolved. Free carrier absorption studies are also carried out in the energy range below the band gap. FTIR studies on GaMnSb/GaAs films suggest band gap narrowing effect due to Mn doping. Furthermore the Photoluminescence measurements are carried out in the temperature range 10 – 300 K for all the Mn doped GaSb crystals. PL studies also support the band gap narrowing and band filling effects. A comprehensive summary of this research investigation and scope for the further work are presented in the last chapter.

Les travaux reportés dans ce mémoire concernent la conception et la réalisation technologique de diodes laser à émission surfacique de type DBR (Distributed Bragg Reflector), dans la filière GaAlAs/GaAs. Dans une première partie, l'étude porte sur la modélisation et la conception de diodes laser à réflecteurs de Bragg distribués du second ordre. Il est présenté un modèle global qui regroupe, de façon consistante, les propriétés spectrales de la cavité DBR et celles de la structure à puits quantique, notamment en ce qui concerne le gain dans les régions pompées et l'absorption dans les régions non pompées. Ce modèle est mis en œuvre pour analyser, de façon systématique, l'influence des paramètres géométriques du composant sur ses performances en courant de seuil, rendement différentiel, diagramme de rayonnement et spectre d'émission. On en déduit le choix des paramètres permettant un fonctionnement optimal et on démontre que, compte tenu de la position aléatoire de la première dent des réseaux de Bragg par rapport à la zone de gain, il est impossible de prévoir, dans l'état de l'art actuel, la valeur du rendement différentiel ou la forme du diagramme de rayonnement. La seconde partie de l'étude concerne la définition d'un processus de fabrication, la réalisation technologique et la caractérisation de diodes laser DBR à émission surfacique. Il est présenté une étude détaillée de la mise en œuvre d'un banc d'insolation holographique destiné à la réalisation de réseaux diffractants sur semiconducteur. On établit ensuite un procédé complet d'élaboration de la diode DBR qui tient compte à la fois des critères de conception et des conditions particulières imposées par le principe de la structure. Les diodes laser réalisées présentent une émission surfacique selon des performances qui démontrent à la fois la validité de l'approche théorique et la qualité du procédé d'élaboration proposé