Ce travail concerne la croissance par épitaxie sous jets moléculaires avec NH3 comme source d'azote de diodes électroluminescentes (DELs) blanches monolithiques. La méthode proposée au laboratoire consiste à insérer dans la zone active de la DEL des puits quantiques (Ga,In)N émettant dans le bleu et le jaune. Bien que la concentration en In de l'alliage InxGa1-xN soit limitée à 20-25%, la présence d'un champ électrique interne dans les hétérostructures nitrures permet d'obtenir des longueurs d'onde balayant tout le spectre visible. Malheureusement, ce champ électrique diminue aussi la force d'oscillateur de puits quantiques de largeur de plus de 2nm. Ainsi, l'efficacité radiative de puits quantiques émettant dans le jaune est faible comparé à un puits quantique émettant dans le bleu. L'émission dans le jaune pose donc problème et il nous a fallu tenté de contrebalancer les effets du champ électrique afin d'accroître le rendement quantique des puits larges. D'autre part, la puissance des DELs EJM est faible par rapport à celles épitaxiées en EPVOM. Une des grandes différences entre ces deux techniques est la croissance du GaN de type p. Différents paramètres ont été testés afin de déterminer les conditions de croissance adéquates à l'épitaxie du GaN de type p de bonne qualité optoélectronique. Finalement, ces différents affinages ont été vérifiés par l'élaboration de DELs et en particulier d'une DEL blanche monolithique à large spectre.

Ce travail concerne la réalisation et l'étude de structures de périodes sub-microniques pour le contrôle et l'optimisation des propriétés d'émission de films minces organiques luminescents.<br />Dans une première partie nous avons étudié l'influence d'une modulation transitoire des propriétés optiques (indice et gain) des films sur leurs propriétés d'émission. Les modulations transitoires sont induites par excitation du matériau luminescent à l'aide d'un système d'interférences. La source est un laser pulsé Nd :YAG doublé (532nm) ou triplé (355nm). Une première manifestation de l'action des réseaux sur l'émission a été l'obtention d'un effet laser dans les films suivant une configuration «distributed feedback» (DFB). L'étude des seuils et de la structure spectrale de l'émission en fonction des paramètres du film et des réseaux induits a montré l'importance du confinement et du recouvrement des modes guidés avec les modulations.<br />Une deuxième étape concerne la réalisation de réseaux permanents. Pour cela nous avons mis en oeuvre une méthode originale de structuration basée sur des mouvements moléculaires induits optiquement dans des films de polymères azoïques. L'illumination des films par un système d'interférence conduit à la formation de réseaux de surface qui résultent d'un mouvement de matière photoinduit dont on peut contrôler la période et l'amplitude de modulation. Les principales caractéristiques de ces processus de migration ont été étudiées et des réseaux de périodes inférieures à 200nm ont pu être réalisés par excitation dans l'ultraviolet.<br />Dans la dernière partie, on décrit l'application de cette technique de modulation à la mise en oeuvre de lasers DFB et à l'optimisation de l'émission de diodes électroluminescentes. On montre en effet qu'une modulation de la surface des diodes permet d'extraire par des processus de diffraction une partie de l'énergie guidée dans les couches. Il en résulte une augmentation du rendement externe des diodes qui s'accompagne d'une modification de leur spectre d'émission.

Les boites quantiques de semiconducteurs représentent une voie attractive pour la réalisation de sources de photon efficaces pour le transfert quantique de l'information, avec un fort potentiel de miniaturisation et d'intégration. Dans ce travail, les paires de photons intriqués sont générées via le déclin radiatif de bi-excitons, à partir de boite quantiques d'InAs auto-assemblées placé dans une jonction p-i-n. Dans une première série d'expérience d'interférence à deux photons, nous avons démontré des corrélations de polarisation non classiques et la capacité de deux photons à interférer. L'intrication a été démontrée avec une fidélité de 0.87±0.04, et une visibilité des interférences de 0.60±0.05. Nous avons ensuite réalisé le premier téléporteur injecté électriquement dans un circuit à fibre monomode. Une fidélité moyenne de 0.704±0.016 a été mesurée pour 6 états distribués symétriquement sur la sphère de Poincaré, ce qui supérieur à la limite classique de 2/3 et prouve la téléportation. Un dispositif modifié de téléportation permettant d'injecter des photons à partir d'un laser continu indépendant a été développé. L'interférence à deux photons entre sources différentes a été démontrée et des battements quantiques observés. La téléportation quantique des états de polarisation portés par les photons a été obtenue avec une fidélité moyenne 0.76±0.012. Le contrôle du spin des charges confinés dans les nanostructures tels que les boites quantiques requiert une compréhension profonde de la physique des matériaux constituant, y compris au niveau nucléaire. Ainsi, nous avons démontré le contrôle électrique de l'interaction hyperfine entre les spins électroniques et nucléaires en utilisant un composant à charge ajustable. La modélisation suggère que le mécanisme est contrôlé par le temps de corrélation hyperfine de l'électron et le temps de dépolarisation du noyau.

Le marché des diodes électroluminescentes (LEDs) de puissance est en perpétuelle croissance depuis une vingtaine d’années. Le marché de l’éclairage évolue car les besoins ont changé : nous souhaitons, par exemple, aujourd’hui réduire la consommation électrique, ou avoir des éclairages plus flexibles (couleur, cycle d’allumage, encombrement, …). Les LEDs de puissance permettent d’apporter des solutions où les autres éclairages font défauts. Une étude comparative est menée entre les LEDs et les autres sources d’éclairages. Une LED de puissance émettant une lumière blanche est constituée d’une puce semi-conductrice, d’un substrat, d’un PAD et d’une optique primaire. Différentes méthodes permettent d’obtenir de la lumière blanche avec des LEDs : plusieurs puces, une puce avec un ou des luminophores, ou la méthode PRS-LED. Le luminophore a un rôle optique important et un rôle thermique non négligeable. Après avoir été excité par la lumière émise de la puce, il réémet de la lumière dans une longueur d’onde supérieure. L’efficacité de ce processus dépend de nombreux paramètres, comme la mise en oeuvre du luminophore ou le type de luminophore utilisé. L’étude et la caractérisation des propriétés optiques et thermiques sont faites pour des LEDs commerciales, composées d’une même puce émettant de la lumière bleue, avec et sans luminophore jaune. Afin de maitriser le maximum de facteurs, nous avons mené une étude et un dimensionnement du circuit imprimé (PCB) sur lequel va être implanté nos LEDs. Dans le but d’évaluer les matériaux constituant les LEDs, des analyses au microscope à balayage électronique et par microsonde ont été menées. Ces travaux ont permis de révéler, notamment, la position de la jonction p-n dans la puce et la composition de la couche de luminophore par deux types différents. De plus, afin d’améliorer notre compréhension, une étude comparative a été menée sur trois luminophores jaunes. Ensuite, les deux types de LEDs, puce nue et puce avec luminophore, ont été testés dans le but d’obtenir le flux lumineux et le rendement des LEDs. La caractérisation optique nous a amené à créer un banc pour obtenir la luminance énergétique spectrale sur une partie minime de la puce. D’autre part, nous nous intéressons à la température de jonction de la puce nue, que nous mesurons par différentes méthodes, dont la thermographie infrarouge. Pour cela, l’émissivité a été estimée pour la puce nue et la puce avec luminophore. Puis nous comparons aussi ces différentes méthodes pour le calcul de la résistance thermique Rth j-PAD entre la jonction et le PAD. Le maillage de fils conducteurs implanté sur la surface de la puce est modélisé électriquement. Cette étude, qui est composée de niveaux progressifs de modélisation, permet de comprendre la répartition du courant électrique qui traverse la jonction, et ainsi d’appréhender la répartition du flux lumineux et de la température au niveau de la surface de la puce. Après, un modèle thermo-optique décrit les phénomènes présents au niveau de la jonction d’une puce nue : la conversion de la puissance électrique en lumière bleue et en chaleur, et les transferts de chaleur. Nous complétons ce premier modèle pour obtenir un modèle d’une puce avec le luminophore. Ce dernier modèle prend en compte la photo-conversion du luminophore avec le calcul de flux lumineux à la sortie du luminophore et le calcul de la chaleur due à la photo-conversion. La résolution de ce modèle nous permet d’obtenir la température de jonction d’une puce avec luminophore. La conservation d’énergie du modèle est aussi vérifiée. Le modèle thermo-optique est appliqué à une cartographie de température de surface afin d’obtenir une cartographie de la température de jonction. Ces cartographies sont regroupées avec les clichés de thermographie infrarouge et de luminance énergétique. / The high brightness LED market is constantly growing last twenty years. The lighting market is changing as needs have changed: we would like, for example, reduce power consumption, or have more flexible lighting (color, lighting cycle, dimensions ...). High brightness LEDs help provide solutions where others are lighting defects. A comparative study is conducted between the LEDs and other lighting sources.The operation of a high brightness LED emitting white light is explained with the description of each element: chip, substrate, the PAD and optics. Then the different methods of obtaining white light with LEDs are compared: several chips, a chip with one or more phosphors, or PRS-LED method. The phosphor has a significant optical role and an important thermal role. After being excited by the light emitted from the chip, it re-emits light in a greater wavelength. The effectiveness of this process depends on many parameters, such as the implementation of the phosphor, or the type of phosphor used. The study and characterization of optical and thermal properties are made for commercial LEDs, composed of a single chip emitting blue light with and without yellow phosphor. To master the maximum factors, we conducted a study and design of the printed circuit board (PCB) on which will be implanted our LEDs. In order to evaluate the materials constituting the LEDs, analyzes made at scanning electron microscope, and by microprobe were conducted. This work has revealed in particular the position of the p-n junction in the chip, and the composition of the phosphor layer of two different types. Moreover, to improve our understanding, a comparative study will be conducted on three yellow phosphors. Then the two types of LEDs, bare chip and chip with phosphor, were tested in order to obtain the luminous flux and efficiency of LEDs. The optical characterization has led us to create a bench for spectral radiance over a small portion of the chip. Furthermore, we are interested in the junction temperature of the bare chip, which we measure by various methods, including infrared thermography. For this, the emissivity was estimated for the bare chip and the chip with phosphor. Then we also compare these different methods to calculate the thermal resistance Rth j-PAD between the junction and the PAD. The mesh of conductive wires, implanted on the surface of the chip, is electrically modeled. The study, which is composed of three progressive levels of modeling, provides an understanding of distribution of the electric current through the junction, and thus to understand the distribution of the light flow and temperature at the surface of the chip. Afterwards, an optical-thermal model describes the phenomena present at the junction of a bare chip: converting electrical power into blue light and heat, and heat transfer. We complete this first model for a model of a chip with the phosphor. This model takes into account the photo-conversion of the phosphor with the calculation of the luminous flux at the output of the phosphor and the calculation of the heat due to the photo-conversion. The resolution of this model allows us to obtain the junction temperature of a chip with phosphor. The model of energy conservation is also verified. The optical-thermal model is applied to a surface temperature mapping in order to obtain a mapping of the junction temperature. These maps are combined with pictures of infrared thermography and radiance.

La thèse intitulée «Design, Synthesis and SupramolecularArchitectures of New Heterocyclic Compounds with PotentialApplications in Material Chemistry and Photovoltaic Conversion” eststructurée en cinq chapitres traitant de nouveaux: a)cyclopenta[c]pyrannes hétérocyclique; b)des propriétés fluorescentes; d) potentiels dispositifs de l'électroniquemoléculaire; d) donneurs moléculaires pour les photovoltaïquesorganiques et e) carbon‘quantum’dots électroluminescents.Le premier chapitre présente une étude des dérivéspseudoazulenique ayant une unité cyclopenta[porte sur leur synthèse, l'analyse structurale et leur comportement dansdes réactions de substitution électrophile pour obtenir des composésayant des propriétés fluorescentes.Le deuxième chapitre présentediastéréoisomères et l'étude de propriétés de fluorescencedérivés d’indenopyrone.Le troisième chapitre décrit la synthèse des nouvellesarchitectures basées sur l’unité cyclopenta[être modifiés structurellement par l'influence d'un stimulus chimiqueou électrochimique afin d'élaborer des potentiels dispositifs del'électronique moléculaire.Dans le quatrième chapitre, la synthèsedes propriétés électroniques des nouvelles molécucellules solaires organiques (OSC) ontLe cinquième et dernier chapitre décrit la passivation desdéfauts de surface des nanoparticules de carbone avec desmolécules organiques ou des polymères pour obtenir desnanoparticules de carbone photoluminescentse surnommé ‘quantum dots. / The thesis entitled “Design, Synthesis and SupramolecularArchitectures of New Heterocyclic Compounds with PotentialApplications in Material Chemistry and Photovoltaic Conversion” isstructured into five chapters concerning new: a) heterocycliccyclopenta[c]pyrans; b) indenopyrone derivatives with fluorescentproperties; c) potential devices of molecular electronics; d)donors for organic photovoltaics and e) electroluminescent carbon‘quantum’ dots.The first chapter presents a study of pseudoazulenederivatives having a cyclopenta[c]pyran unit. The survey comprises thesynthesis, structural analysis and reactivity towards electrophilicsubstitution in order to obtain fluorescent compounds.The second chapter deals with the separation odiastereoisomers and the study of fluorescent propertiesindenopyrone derivatives.The third chapter describes the synthesis of newarchitectures based on cyclopenta[c]pyran unit that can be structurallymodified by the influence of a chemical or electrochemical stimulus inorder to work as potential devices in molecular electronics.In the fourth chapter, the synthesis andelectronic properties of new molecular donors for organic solar cellswas described.The fifth and last chapter outlines the passivation of surfacedefects on carbon nanoparticles using small organic molecules orpolymers in order to obtain photoluminescent carbon nanoparticlesdubbed as carbon‘quantum’dots.

Dans ce travail, nous avons décrit dans un premier temps la croissance de GaN<br />avec traitement Si/N élaboré à haute température et à pression atmosphérique par<br />Epitaxie en Phase Vapeur par pyrolyse d'OrganoMétalliques (EPVOM). Cette phase<br />de traitement Si/N, juste après l'étape de nitruration du substrat saphir (0001), induit<br />le passage d'un mode de croissance 3D-2D à mesure que la couche de GaN s'épaissie.<br />L'étude de différents niveaux de croissance montre une amélioration de la qualité morphologique,<br />électrique, structurale et optique lorsque l'épaisseur de la couche de GaN<br />augmente. Par la suite, nous nous présentons une étude systématique du dopage de type<br />p dans GaN en utilisant le magnésium. Les paramètres évoqués sont le débit de TMG,<br />le débit de Cp2Mg et la température de croissance. Une fois les conditions optimales<br />de GaN:Mg sont obtenues et après avoir étudier l'effet de la durée d'envoi de TMG et<br />la température de croissance de GaN dopé silicium, nous avons réalisé deux types de<br />diodes électroluminescentes bleues ; un premier type à base d'une homojonction p/n et<br />un deuxième type avec l'intercalation de cinq puits quantiques standards InGaN.

L'objectif d'un dispositif de mesure qnd est de contrôler l'action en retour, imposée par la mécanique quantique, qui se produit sur un système soumis a une mesure. Il est, en effet, possible de rejeter cette perturbation entièrement sur l'observable complémentaire de celle mesurée, laissant cette dernière inchangées. Nous présentons ici, de manière détaillée, un ensemble de critères quantitatifs permettant d'évaluer les performances d'un dispositif mesurant l'intensité d'un faisceau lumineux. Ces critères permettent en particulier de séparer clairement des domaines classique et quantique de fonctionnement d'un tel dispositif. La première expérience realisee utilise le couplage par effet kerr croise de deux faisceaux laser dans un milieu non linéaire. Ce milieu est compose d'un jet atomique de sodium place dans une cavite optique doublement résonnante. Nous avons effectue une analyse théorique complète des proprietes de bruit quantique d'un tel système. Nous avons identifie un régime de paramètres, base sur des effets de déplacement lumineux, pour lequel il existe un transfert efficace d'information du faisceau incident vers la voie de mesure, sans dégradation appréciable du signal. Ces prévisions théoriques ont ensuite été vérifiées dans notre expérience. Nous présentons également une deuxième expérience utilisant la détection puis la réémission de la lumière par des composants optoélectroniques a semi-conducteur. Nous montrons que lorsque les taux de conversion photon-électron pour les photodiodes et électron-photon our les diodes electro-luminescentes sont proches de l'unité, ce dispositif permet de mesurer puis de recréer les fluctuations quantiques du faisceau incident. La démonstration de principe que nous avons realisee laisse présager des applications possibles dans le domaine des réseaux de télécommunication optique.

Ce manuscrit décrit la synthèse et la caractérisation de nouveaux systèmes moléculaires à base de phosphore : dans la première partie sont étudiés des dérivés π-conjugués du cycle phosphole et la seconde partie fait état d'assemblages supramoléculaires à ligands phosphines. Tout d'abord, une introduction à la chimie du phosphole (historique, méthodes de synthèse, insertion dans des systèmes π-conjugués) est présentée. Le premier chapitre décrit la synthèse et l'étude physico-chimique de dérivés phospholes possédant un système π étendu afin de les utiliser en tant qu'émetteurs oranges-rouges dans des diodes électroluminescentes organiques (OLEDs). Différentes modifications chimiques de la triple liaison sont ensuite mises en place pour modifier les propriétés optiques des dérivés synthétisés en déplaçant leurs maximas d'absorption et/ou d'émission vers les plus grandes longueurs d'onde. Le chapitre II décrit la synthèse et l'étude de complexes utilisant une brique phosphole acétylénique comme connecteur conjugué entre deux centres métalliques. De nouveaux complexes de Fe(II), Pt(II) et d'Au(I) ont ainsi été développés et la communication électronique entre les métaux est étudiée. La deuxième partie de ces travaux de thèse commence avec un historique sur les complexes de Cu(I) luminescents, qu'ils soient mono- ou polynucléaires, qu'ils possèdent une structure de forme cubane ou autres. Dans le chapitre III, sont présentées les synthèses, les études structurales et optiques de nouveaux assemblages supramoléculaires émissifs à l'état solide synthétisés à partir de clips moléculaires de Cu(I) préassemblés et stabilisés par des ligands phosphines (dppm ou dpmp) avec des ligands connecteurs de type cyano CN-. Ensuite, le dernier chapitre utilise cette même stratégie de synthèse en utilisant des ligands connecteurs organiques à fonctions nitriles terminales et de nouveaux complexes de Cu(I) discrets ou étendus sont caractérisés. Tout au long de cette deuxième partie, les propriétés de luminescence des dérivés de Cu(I) sont étudiées en fonction de leur environnement extérieur et des phénomènes de thermochromisme, de vapochromisme et de mécanochromisme sont mis en évidence chez certains d'entre eux. / This manuscript describes the synthesis and characterization of new molecular systems based on phosphorus atom: we developed and studied π-conjugated systems based on phosphole and secondly supramolecular assemblies with phosphine ligand have been studied. Firstly, an introduction to the phosphole chemistry (history, synthesis methods, integration into π-conjugated systems) is presented. The first chapter describes the synthesis and physico-chemical study of phospholes derivatives having an extended π-system for the development of orange-red emitters in organic light-emitting diodes (OLEDs). Different molecular engineering involving the triple bond leads to modifications of the optical properties of the synthesized compounds by red-shifting their absorption and/or emission maxima. Chapter II describes the synthesis and the physical properties of complexes using phosphole based π-systems as linkers between two metal centers. New Fe (II), Pt (II) and Au (I) complexes have been developed and the electronic communication between the two metals is studied. The second part of the thesis work starts with a review on the emissive Cu(I) complexes. In Chapter III, are presented the syntheses, the structural and optical studies of new solid-state emissive supramolecular assemblies synthesized from pre-assembled Cu(I) molecular clips and stabilized by phosphine ligands (dppm or dpmp) with cyano ligands as linkers. Then in the final chapter new Cu(I) complexes are synthesized by using organic ligands with terminal nitrile functions as linkers. The solid-state luminescence properties of these new Cu(I) derivatives are studied according to their external environment and thermochromism, vapochromism and mechanochromism phenomena have been demonstrated for some of them.

Les matériaux semi-conducteurs III-N sont à l’origine d’une véritable révolution technologique. Mais malgré l’effervescence autour de ces sources lumineuses, leurs performances dans le vert et l’UV demeurent limitées. La principale raison à cela est l’orientation cristalline (0001)III-N (dite polaire) selon laquelle ces matériaux sont généralement épitaxiés et qui induit de forts effets de polarisation. Ces effets peuvent cependant être fortement atténués par l’utilisation d’orientations de croissance dite semi-polaires. Malheureusement, les films de GaN semi-polaires hétéroépitaxiés présentent des densités de défauts très importantes, ce qui freine très fortement leur utilisation. L’enjeu de cette thèse de doctorat est de réaliser des films de GaN semi-polaire (11-22) de haute qualité cristalline sur un substrat de saphir en utilisant la technique d’épitaxie en phase vapeur aux organométalliques. La réduction de la densité de défaut étant l’objectif majeur, différentes méthodes d’ingénieries de défauts s’appuyant sur la structuration de la surface des substrats et sur la croissance sélective du GaN ont été développées. Elles ont permis d’établir l’état de l’art actuel du GaN semi-polaire hétéroépitaxié. Par la suite, dans le but d’améliorer les performances des DELs vertes, une étude dédiée à l’optimisation de leur zone active a été menée. D’autre part, le développement de substrats autosupportés de GaN semi-polaires, ainsi que la confection de cristaux 3D de grande taille dont la qualité cristalline est comparable aux cristaux de GaN massifs ont été démontrés. Ces deux approches permettant de s’approcher encore plus de la situation idéale que serait l’homoépitaxie. / Nitride based materials are the source of disruptive technologies. Despite the technological turmoil generated by these light sources, their efficiency for green or UV emission is still limited. For these applications, the main issue to address is related to strong polarization effects due to the (0001)III-N crystal growth orientation (polar orientation). Nevertheless these effects can be drastically decreased using semipolar growth orientations. Unfortunately semipolar heteroepitaxial films contain very high defect densities which hamper their adoption for the time being. The aim of this doctoral thesis is to achieve semipolar (11-22) GaN of high quality on sapphire substrate by metalorganic chemical vapor deposition. Defect reduction being the main objective, several defect engineering methods based on sapphire substrate patterning and GaN selective area growth have been developed. Thanks to refined engineering processes, the remaining defect densities have been reduced to a level that establishes the current state of the art in semipolar heteroepitaxial GaN. These results have enabled the achievement of high quality 2 inches semipolar GaN templates, thus forming an ideal platform for the growth of the forthcoming semipolar optoelectronic devices. With this in mind, to improve green LEDs, a study dedicated to the optimization of their active region has been conducted. Finally, the development of semipolar freestanding substrate has been performed, and beyond, the realization of large size crystals with a structural quality similar to that of bulk GaN has been demonstrated. These last two approaches pave the way to quasi-homoepitaxial growth of semipolar structures.