L'intégration de composants discrets sur un système unique, tel une puce électronique, augmente les performances totales du système, fait apparaitre de nouvelles fonctionnalités et diminue les coûts associés à la fabrication des dispositifs. Ces améliorations, appliquées au secteur de la microélectronique, sont grandement responsables des avancements importants qu'ont connus les technologies de l'information et des communications au cours des dernières années. Puisque la fabrication de circuits photoniques intégrés nécessite l'intégration de structures ayant des bandes interdites différentes à partir d'une même puce semiconductrice, leur niveau d'intégration est bien inférieur que celui atteint pour un microprocesseur standard. Parmi les techniques ayant le potentiel de fabriquer des circuits photoniques intégrés monolithiquement, l'interdiffusion de puits quantique post-expitaxial contrôlée spatialement augmente la bande interdite d'une hétérostructure semiconductrice à l'intérieur de régions définies. Le processus d'interdiffusion, activé thermiquement, est accéléré par la diffusion d'impuretés et de défauts ponctuels tels que les lacunes et les interstitiels. L'hypothèse de départ de mes travaux de doctorat suppose que la radiation laser ultra-violette module la diffusion et la génération de défauts ponctuels dans les hétérostructures reposant sur les technologies à base de GaAs et d'InP et, conséquemment, contrôle spatialement l'interdiffusion de puits quantiques. Nous avons démontré que lorsque appliquée sur des hétérostructures à base de GaAs, l'irradiation laser excimère l'interdiffusion en favorisant la croissance d'un stresseur de surface qui empêche la diffusion des défauts ponctuels vers les puits quantiques. Nous avons souligné l'influence de la vapeur d'eau physisorbée sur la croissance du stresseur et avons déterminé la résolution spatiale de la technique. Dans les hétérostructures basées sur les technologies InP, même sous le seuil d'ablation, l'absorption des impulsions laser UV favorise la désorption des atomes de surface ce qui génère des défauts ponctuels en concentration excédentaire. Lors d'un recuit thermique, ces défauts ponctuels augmentent la vitesse de l'interdiffusion sous les régions irradiées.

Nous rapportons une étude des effets induits par les micro-ondes sur un GE2D de haute mobilité au moyen de mesures de magnéto-photoluminescence (PL). Nous montrons que pour des fréquences micro-ondes élevées, l'unique absorption résonante est attribuée à la résonance cyclotron électronique, mais que pour des gammes de fréquences plus faibles, des pics d'absorption supplémentaires apparaissent et rendent la compréhension des effets induits plus complexe. Le sondage des propriétés des GE2D en champ magnétique sous irradiation micro-ondes, permet de connaître la distribution en énergie des porteurs de charge et de mettre en évidence les fortes augmentations de la température électronique mais également de celle des trous. Nous montrons que les micro-ondes contribuent à une modification de la fonction de distribution électronique,<br />à l'apparition d'absorptions secondaires comme l'harmonique de la résonance cyclotron, mais aussi à très faible énergie micro-ondes, à l'existence de magnéto-plasmons. Finalement, nous discutons la contribution de l'ensemble des effets observés sur le phénomène des MIROs.

Ce manuscrit présente une étude sur les ondes de spin de vecteur d'onde nul par le moyen de la rotation Kerr résolue en temps. Les ondes de spin sont générées dans un puits quantique CdMnTe dopé n, ce qui introduit de la complexité dans le système. Le résultat principal de cette étude est l'apparition d'un anticroisement de mode d'excitation du gaz d'électron appelé onde de spin et du mode d'excitation des spins localisés sur les sites des ions magnétiques. Cet effet est provoqué par le couplage des deux systèmes de spin par l'interaction d'échange. On accède alors à la mesure de la polarisation du gaz bidimensionnel d'électrons qui ce compare très bien à la théorie tenant compte de l'augmentation de la polarisation par les effets à N-corps. Une partie de ce manuscrit est consacré à la mise en place expérimentale de la rotation Kerr résolue en temps. On étudie ensuite l'onde de spin pour les champs magnétiques hors résonance. On montre que le temps de relaxation de l'onde n'est pas encore complètement compris, même si nous décrivons un modèle de relaxation inhomogène. Puis nous étudions finalement la résonance où nous montrons que la description habituelle en champs moyen ne convient pas, et nous proposons un modèle au delà de cette approximation qui permet une mesure de la polarisation du gaz bidimensionnel d'électrons en accord avec la théorie. / This manuscript present a study of nul wave vector spin flip waves by time resolved Kerr rotation. Spin flip waves are generated in a n doped CdMnTe quantum well, increasing the complexity of the system. The main result of this study is the apparition of an anticrossing between the excitation mode of the electron gaz called spin flip wave and the excitation mode of localized spin on magnetic ions. This effect is caused by the coupling of the two spin sytem by the exchange interaction. We acces then to the gaz spin polarization which is compared to theorie explaining the enhancement of the polarization by many-body effects. A part of this manuscript is dedicated to the experimental set-up of the time resolved Kerr rotation. Next, we study the spin flip wave for magnetic field below the resonance. We show that the relaxation time of the spin wave is not well understand even if we describe a model of inhomogeneous relaxation. Finally we study the resonance and we show that the mean field description don't work and we propose a model beyond the mean field which allow a measurement of the spin polarization of electron gas in agreement with the theorie.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Ce travail a porté sur la modélisation, l'épitaxie et la caractérisation de puits quantiques et de boîtes quantiques Al(Ga)N/GaN, qui forment la région active de composants intersousbande (ISB) opérant dans l'infrarouge proche (NIR) et l'infrarouge moyen (MIR). La croissance de ces structures a été réalisée par épitaxie par jets moléculaires. La caractérisation optique infrarouge montre que les champs électriques induits par la polarisation introduisent un décalage vers le bleu des transitions et peuvent modifier de façon critique la magnitude de l'absorption. Les boîtes quantiques (QDs) de GaN/AlN confinées en trois dimensions introduisent de nombreuses nouvelles propriétés pour leur utilisation en tant que région active de composants ISB. La croissance des QDs a été réalisée dans des conditions riche-Ga et riche-N. Les études spectroscopiques révèlent l'absence de recombinaisons non radiatives même dans le cas de QDs ayant des longs temps de vie. Les photodétecteurs fabriqués à partir de superréseaux de QDs de GaN/AlN présentent un photocourant dans le NIR et dans le MIR attribué respectivement aux transitions s-pz et s-pxy. Le courant d'obscurité dépend de la densité des QDs dû au transport hopping. Prévoyant l'importance des composants ISB dans les régions spectrales du MIR et de l'infrarouge lointain, nous avons obtenu une extension de la longueur d'onde ISB jusqu'à ~ 10 µm. Ce résultat a été obtenu en diminuant le champ électrique interne et en réduisant le confinement dans les puits quantiques GaN/AlGaN. Le dopage peut introduire un décalage vers le bleu de plus de 50% de l'énergie de transition ISB dû aux effets des corps multiples.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L'objet de cette thèse vise à montrer expérimentalement l'amplification dans le domaine terahertz d'échantillons à base de puits quantiques en nitrure de gallium (GaN), maintenus à basses températures (< 100 K), grâce au mécanisme physique de "résonance du temps de transit des phonons optiques". Po ur ce faire, un banc expérimental permettant de mesurer le spectre en transmission des échantillons dans différentes gammes de fréquences (0.220-0.325, 0.843-1.100 et 0.7-1.7 THz suivant la source utilisée), et sous différentes conditions (température, orientation, champ électrique appliqué) a été développé. Un deuxième banc, servant à mesurer les caractéristiques courant-tension en régime continu ou pulsé a également été réalisé en vue de l'étude électrique des composants à basses températures. Les résultats montrent l'existence d'un effet conséquent sur le spectre de transmission au fur et à mesure que le champ électrique appliqué augmente. / The objective of this thesis is to experimentally demonstrate the amplification in the terahertz frequency domain by quantum wells of gallium nitride (GaN), maintained at low temperatures (< 100 K), thanks to the so called "optical phonon transit time resonance" mechanism. To achieve that goal, an experimental setup have been developed to measure the transmission spectra of the samples under study in different frequency bands (0.220-0.325, 0.843-1.100, and 0.7-1.7 THz depending on the source), and under different experimental conditions (temperature, orientation, applied electric field). Besides this first setup, another bench have been developed to measure the DC and pulsed current-voltage characteristics at low temperatures. The results show a significant enhancement on the transmission spectra as the applied electric field is increased.

Dans un semiconducteur polaire, la propagation d'un phonon optique longitudinal s'accompagne d'un champ électrique macroscopique qui se couple aux porteurs libres pour donner naissance à l'effet magnéto-polaron résonant. Cet effet est une des manifestations les plus spectaculaires de l'interaction électron-phonon dans un milieu polaire et devrait se manifester par un comportement d'anti croisement entre les niveaux de Landau. Du point de vue expérimental, les résultats sont souvent masqués par la forte absorption du substrat et cette interaction n'a jamais été clairement observée. Nous avons pu résoudre ce problème en décollant les structures de leur substrat originel de GaAs pour les recoller sur un substrat de silicium qui est transparent dans l'infrarouge lointain. Ces structures décollées nous permettent de mesurer, de manière absolue, la transmission dans la région énergétique des phonons optiques de GaAs. Je présenterai des expériences de transmission infra rouge effectuées sur une série de puits quantiques de GaAs de haute mobilité et fortement dopées en configuration de Faraday perpendiculaire et de Faraday oblique. Les résultats seront interprétés dans le formalisme de la fonction diélectrique.

Nous avons étudié la dynamique de spins de Mn dans des boîtes et des puits quantiques magnétiques II-VI, et mis en évidence que la dynamique complexe de ces Mn est régie par leur couplage avec les différentes excitations du solide. L'influence de l'environnement a notamment été explorée en fonction de la dimensionnalité des structures étudiées, de leur concentration en Mn ou du champ magnétique appliqué. Nous avons montré qu'en fonction de la valeur de ces variables, le couplage d'une des excitations du solide avec les Mn prend généralement le pas sur les autres. Grâce à des études de micro-spectroscopie magnéto-optique de boîtes quantiques magnétiques, nous avons d'abord mis en exergue l'influence des porteurs photocréés au voisinage des boîtes sur la dynamique des Mn. Ces porteurs génèrent un effet de chauffage des Mn via un mécanisme de flip-flop entre porteurs et Mn, contrôlé par une boucle de rétroaction positive. De plus, cet effet est d'autant plus important que le champ magnétique et la concentration en Mn sont faibles et que les dimensions du système sont petites. Ensuite, le développement expérimental d'une technique de "fort" champ magnétique pulsé nous a permis de sonder optiquement la dynamique des Mn dans des puits quantiques magnétiques. Ceci a permis d'observer une dynamique très rapide des Mn, en champ magnétique nul ou au voisinage, et à faible concentration en Mn. Cette dynamique, encore mal comprise, semblerait être liée à l'évolution, pendant l'impulsion de champ, de Mn isolés dont la structure énergétique interne est complexe à cause de l'interaction hyperfine et des contraintes.