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Les progrès des techniques d'épitaxie et de fabrication ont conduit à la réalisation de structures mettant en évidence des effets quantiques marqués. Lorsque l'on diminue la dimensionalité du système, on modifie la symétrie de translation du réseau et une quantification des états apparaît dans la direction de confinement des excitations élémentaires. Cette quantification des états peut modifier de façon significative les propriétés optiques et électriques des matériaux car elle régit notamment les règles de sélection des transitions électroniques et optiques. Les ordres de grandeur des différents taux de diffusion des porteurs sont relativement bien connus dans les matériaux volumiques mais peu d'études expérimentales ont été réalisées sur des matériaux à dimensionalité réduite (1D et 0D). Les études en cours portent sur l'effet de la réduction de dimensionalité sur : 1) la structure électronique et phononique, 2) les différents mécanismes d'interaction des porteurs, 3) la compétition entre les processus radiatifs et non-radiatifs de relaxation de l'énergie des porteurs.
De nouvelles classes de composants photoniques pourraient tirer profit de la réduction de dimensionalité des structures (e.g. modulateur optique, laser à fils quantiques). L'objectif du programme de recherche est d'approfondir nos connaissances des temps caractéristiques associés aux différents types d'interaction des porteurs dans ces structures. L'objectif global est de développer, en collaboration avec des chercheurs du département de physique et de génie électrique, une technologie submicronique, pour la réalisation de dispositifs à base de composés III-V.
Les mécanismes de relaxation de l'énergie et de transport quantique des porteurs mettent en jeu des interactions du type porteur-phonons ou porteur-porteurs caractérisées par des temps de diffusion à l'échelle de la femtoseconde. Deux types de mesures optiques sont utilisés pour caractériser les différents taux de diffusion des porteurs : la photoluminescence résolue en temps et l'absorption transitoire. La photoluminescence (PL), tout comme la spectroscopie d'absorption, donne accès à la fonction de distribution des porteurs et permet donc de tracer l'évolution temporelle des porteurs dans l'espace des k (en énergie) ou dans l'espace réel. Un laser à impulsions ultracourtes (<100 fs) à haut taux de répétition (80 MHz) est utilisé comme source d'excitation de la photoluminescence. Les mesures temporelles sont obtenues à l'aide d'un montage de détection du signal de PL par conversion des fréquences vers le haut. Les mesures d'absorption transitoire sont réalisées à partir d'un montage indépendant, installé au département de médecine nucléaire (sous la supervision de D. Houde). Dans ce montage, un laser à impulsions ultracourtes (< 100 fs, 10 Hz) permet de générer des impulsions laser à grande énergie (0.5 mJ). Les matériaux de base pour ces études (GaAs/AlxGa1-xAs et InxGa1-xAs/GaAs) sont fabriqués localement ou obtenus via des collaborations externes.
Plusieurs travaux portant sur la relaxation inter-sous-bandes dans des structures à puits quantiques sont en cours. Des mesures d'absorption transitoire ont déjà été obtenues sur ces structures, et les résultats indiquent que les densités des populations de porteurs et de phonons jouent un rôle déterminant sur les temps de relaxation de l'énergie des porteurs.
C. Aktik (professeur)
J. Beauvais (professeur)
J. Beerens (professeur)
D. Houde (professeur)
Zhi-Zhong Xu (étudiante au 2e cycle)
S. Charbonneau (chercheur CNRC, Ottawa)
B. Deveaud (École Polytech. de Lausanne)
A. Regreny (France Telecom)
R. Leonelli (Université de Montréal)
P. Maigné (CRC Ottawa)
The density of states and the interaction potentials felt by the carriers are sensitively modified in low-dimensionality systems. These changes affect considerably the hot carrier relaxation mechanisms and the transport properties in these structures. The main goal of this project is to investigate the ultrafast phenomena observed in low-dimensionality (quantum wells, wires and dots) semiconductor structures. This experimental work will be performed using time-resolved photoluminescence (TRPL) and pump and probe experiments. The TRPL setup uses a Ti:sapphire laser and an up-conversion detection technique with 100 fs resolution. The pump and probe experiments are performed on an independent setup with a laser generating short and intense pulses (<100 fs, 10 Hz, 0.5mJ/pulse). GaAs and InP-based structures are studied. Samples are fabricated locally or obtained via collaboration with industries (CRC, BNR, France Telecom) and research center (NRCC).
Les dispositifs électroniques et optoélectroniques modernes fonctionnent à des fréquences de plus en plus élevées. Cela a motivé le développement de techniques de caractérisation optique pour l'étude des phénomènes ultra-rapides à la base du fonctionnement de ces dispositifs. Les mesures optiques que nous effectuons permettent de caractériser le temps de réponse des dispositifs optoélectroniques. Sur le plan fondamental, ces mesures sont utilisées pour caractériser les propriétés de transport des porteurs et les mécanismes de recombinaison des porteurs excités optiquement ou électriquement. Les technologies optiques développées au laboratoire pourront également permettre l'étude de la propagation des impulsions lumineuses et électriques et la génération de seconde harmonique dans des structures à puits quantiques.
L'objectif de ce programme de recherche consiste à intégrer et développer une série de techniques optiques pour la caractérisation des phénomènes ultra-rapides dans des matériaux et dispositifs III-V. Ces caractérisations optiques ont également pour but d'assister les activités locales de croissance et de fabrication.
Pour la réalisation des différentes études, le laboratoire de spectroscopie optique femtoseconde mis en place comprendra un montage de photoluminescence résolue en temps et un montage d'échantillonnage électro-optique. Les matériaux et dispositifs pour ces études (GaAs/AlxGa1-xAs et InxGa1-xAs1-yPy/InP) sont fabriqués localement ou obtenus via des collaborations externes.
Le laser Ti:saphir, utilisé comme source d'excitation des échantillons, constitue la pierre angulaire du laboratoire de spectroscopie femtoseconde. Ce laser permet d'obtenir des impulsions ultracourtes (< 100 fs), à haut taux de répétition (80 MHz), et réglable en longueur d'onde entre 0.7 et 1.0 µm. Le montage de photoluminescence résolue en temps est maintenant opérationnel; une résolution temporelle de 200 fs a pu être obtenue. Les travaux associés à la mise en place du montage d'échantillonnage électro-optique ont débuté. Le faisceau lumineux à la sortie du laser est suffisamment intense ( 1 Watt) pour permettre l'utilisation des deux montages simultanément.
C. Aktik (professeur)
J. Beauvais (professeur)
J. Beerens (professeur)
M. Assaad (Étudiant au 2e cycle)
J.F. Doucet (Étudiant 2e cycle)
R. Maciejko (École Polytech. de Montréal)
P. Maigné (CRC, Ottawa)
H.C. Liu (CNRC, Ottawa)
A.P. Roth (CNRC, Ottawa)
The objective of this project is the integration and development of new optical techniques for the characterization of the ultrafast phenomena in III-V-based materials and devices. These techniques include mainly : 1) an up-conversion detection technique use in a time resolved photoluminescence setup and 2) a fast electro-optic sampling technique. Both setups use the same Ti:sapphire laser which gives ultrashort pulses (<100 fs) at a high repetition rate (80 MHz) and tunable in wavelength between 0.7 - 1.0 µm.
Denière mise à jour, 13 janvier 1997
Page maintenue par :Gilbert Vachon
crps@physique.usherb.ca