There are two sections in this thesis, the first section we measured the photoluminescence (PL) spectra¡Bphotocurrent spectra and electro absorption spectra of InGaAsN single quantum well structures grown by MBE. From temperature-dependent PL spectra of InGaAsN, we observed a localized level at low temperature, and the carrier localization effect increases when the mole fraction of nitrogen increases (2.1%~3.25%). This peculiarity influences the PL peak position and the PL linewidth, and it can be improved by adequate annealing. We also obtained the activation energies about 52~59meV by Arrhenius plot and thermal quenching model. For the photocurrent spectra we observe the sub-band transition and quantum confined stark effect. From the electro-absorption spectra, we obtain the maximum absorption changes (

From PL spectrum of InGaAsN LD structures grown by MOCVD and MBE, we observe remarkable red shift of the wavelength after the addition of small concentration of nitrogen. For MOCVD growth, the concentration of nitrogen increases from 0.3% to 0.5%, and the wavelength improve from 1.17£gm to 1.202£gm. For MBE growth, the concentration of nitrogen increases from 2.1% to 2.6%, and the wavelength improve from 1.196£gm to 1.289£gm. When the concentration arrived 3%, we find the wavelength already unable to improve to long wavelength. We also observed the changes the PL peak like S-shaped from temperature-depentent PL spectrum. For the photocurrent and electroabsorption measurement, we prepared two the same concentration of nitrogen 2.1% samples, but different structures ,one is TR538 single quantum well structure, the other is TR515 double quantum well structure. The e1-hh1transition can be observed clear at £f=1.192 of TR515, but it was unapparent for TR538. Now, let us focus on the photocurrent and £G£\ signal of the fundamental e1-hh1 transitions for the largest reverse bias voltage swing(0-6v) , the maximum absorption changes of around 5394cm-1 for TR538 and 14439cm-1 for TR515. The refractive index changes of 0.019 for TR538 and 0.035 for TR515.

GaAs-based nitride is found to be sensitive to growth conditions and ex-situ annealing processes. The critical thickness is almost one order thicker than the theoretical prediction by force balance model. The growth process could be sped up by the nitrogen incorporation itself, while the nitrogen incorporation could be affected by Beryllium doping. The incorporated nitrogen atoms partly occupy substitutional sites for Arsenic. Some nitrogen atoms are at interstitial sites. Annealing could drastically increase the optical quality of GaAs-based nitrides. As an end of this paper, some preliminary results of InGaAsN/GaAsN/AlGaAs laser diodes are also presented. / Singapore-MIT Alliance (SMA)

GaAs-based InGaAsN/GaAs quantum well is found to be very sensitive to growth conditions and ex-situ annealing processes. Annealing could drastically increase the optical quality of GaAs-based InGaAsN/GaAs quantum well. As an end of this paper, some results on InGaAsN/GaAsN/AlGaAs laser diodes are also presented. / Singapore-MIT Alliance (SMA)

Submitted by JONATAS DA SILVA CAVALCANTE null (jonatasunesp@hotmail.com.br) on 2016-05-30T18:25:16Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_CAVALCANTE, J. S..pdf: 2922725 bytes, checksum: 28bbd38e0e0a062b2c9458d85fbf5f58 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-05-31T16:41:38Z (GMT) No. of bitstreams: 1 cavalcante_js_me_bauru.pdf: 2922725 bytes, checksum: 28bbd38e0e0a062b2c9458d85fbf5f58 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-31T16:41:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 cavalcante_js_me_bauru.pdf: 2922725 bytes, checksum: 28bbd38e0e0a062b2c9458d85fbf5f58 (MD5) Previous issue date: 2016-03-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho investiga as propriedades ópticas de um sistema semicondutor que tem alto potencial para aplicação em optoeletrônica. As amostras estudadas são baseadas no sistema InxGa1-xAs0,984N0,016/GaAs, a concentração x de índio encontra-se na faixa de 0,26 a 0,43 e foram crescidas nas temperaturas de 400°C e 430°C e, passaram por tratamento térmico, a temperatura de 720 °C, durante o tempo de 30 min. Em ambas amostras a espessura do poço é de 6,5 nm. A técnica utilizada na investigação é a fotoluminescência, que permite analisar o comportamento de portadores em diferentes faixas de temperatura e regimes de excitação, para caracterizar a qualidade estrutural das amostras. No estudo procuramos compreender o comportamento das emissões ópticas analisando a largura de linha a meia altura (FWHM) da emissão, a variação do band gap com a temperatura e a localização e ativação térmica dos portadores de carga. / This work investigates the optical properties of a semiconductor system which has high potential for application in optoelectronics. The samples studied are based on InxGa1-xAs0,984N0,016 / GaAs system, the indium concentration x is in the range from 0.26 to 0.43, and were grown at temperatures of 400 °C and 430 °C and received thermal treatment, at 720 oC, during 30 minutes. In both samples the well thickness is 6.5 nm. The technique used in the investigation is the photoluminescence, which allows to analyze the behavior of carriers in different temperature ranges and excitation regimes, in order to characterize the structural quality of the samples. In the study we sought to understand the behavior of the optical emissions by analyzing the full width at half-maximum (FWHM) of the emission line, the variation of the band gap with temperature and the trapping and thermal activation of charge carriers.

Les travaux reportés dans cette thèse concernent la conception et la réalisation<br />technologique d'une diode laser à puits quantiques InGaAsN émettant à 1,3μm, épitaxiée sur<br />substrat de GaAs, et comportant une structure à ruban à base d'un diaphragme d'oxyde<br />d'aluminium (Alox). Nous présentons, tout d'abord, l'étude de modélisation et de conception de ces<br />diodes laser. En nous appuyant sur un outil incluant la modélisation de la structure de bande des<br />puits quantiques InGaAsN/GaAs, une étude complète d'optimisation des propriétés d'émission des<br />puits quantiques est menée. Nous en dégageons les critères de conception de la structure<br />bidimensionnelle pour obtenir une émission laser à 1,3μm présentant de bonnes performances en<br />terme de stabilité thermique et de réponse dynamique, compatible avec les réseaux optiques<br />d'accès.<br />La seconde partie porte sur la réalisation technologique des composants. Nous présentons la<br />mise au point de l'étape d'oxydation latérale humide et au développement d'un procédé<br />technologique complet et reproductible de réalisation de diodes laser avec injection latérale des<br />porteurs et diaphragme d'oxyde en tenant compte des contraintes technologiques des différentes<br />étapes du procédé. La réalisation et la caractérisation de diodes laser à diaphragme d'oxyde ont<br />constitué la dernière phase de ce travail. Après avoir validé le procédé technologique dans la filière<br />AlGaAs/GaAs, nous avons procédé à une caractérisation approfondie des composants à multi puits<br />quantiques InGaAsN/GaAs afin d'évaluer les potentialités de cette nouvelle filière et de confirmer<br />l'intérêt du confinement procuré par le diaphragme Alox pour l'obtention de composants<br />monomodes stables.

La génération d'onde THz de grande pureté spectrale par photomélange est une technique très prometteuse afin de réaliser des oscillateurs locaux THz performants. Nous avons donc proposé une approche originale consistant à associer un laser bi-fréquence émettant autour de 1 µm à un photomélangeur de bande interdite compatible. Le choix de cette longueur d'onde permet la réalisation de lasers pompés diodes compacts et peu onéreux ainsi que l'utilisation de photoconducteurs présentant les propriétés électriques requises. <br />Ainsi, nous avons développé 2 lasers bi-fréquence amplifiés utilisant des milieux actifs (KGW et CaF2) dopés Yb dont l'utilisation permet de générer des puissances optiques supérieurs à 1 W ainsi qu'un signal de battement électrique continu de bonne pureté spectrale (<30 kHz).<br />Nous avons ensuite étudié et caractérisé 2 matériaux photoconducteurs compatibles avec une illumination à 1 µm : l'InGaAsN et l'In.23Ga.77As-BT épitaxié à basse température (BT) sur substrat métamorphique et dopé Be. Les propriétés de ces deux matériaux ont été étudiées et comparées avec celles du GaAs-BT.<br />Après avoir modélisé le fonctionnement de photomélangeurs (en prenant en compte la participation des trous) nous avons effectué des expériences de photomélange : nous avons détecté un signal de quelques dizaines de nW dont la fréquence a pu être accordée jusqu'à 2 THz.<br />Enfin, nous avons proposé un nouveau type de photomélangeur guide vertical. Les modélisations ont montré que la puissance THz émise (0,2 mW à 1 THz), l'accordabilité (0-3 THz) et la pureté spectrale du signal généré (< 30 KHz) de cette source devraient en faire une des plus attractive dans cette gamme de fréquence.