Effet piezo-electrique dans les puits quantiques CdTe/CdMnTe et CdTe/CdZnTe - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 1994

Piezoelectric effect in quantum wells CdTe/CdMnTe and CdTe/CdZnTe

Effet piezo-electrique dans les puits quantiques CdTe/CdMnTe et CdTe/CdZnTe

Régis André

Résumé

Materials with zinc-blende type structure are piezoelectric: any strain along a polar axis generates an electrical polarisation. Strained quantum wells of cubic II-VI or III-V semiconductors, grown along [111] or [112] axis, exhibit a strong built-in piezo-electric field (100 kV/cm for 1% strains). Such structures are very promising for applications to optical modulation, but it is necessary to study first the physical properties of piezoelectric heterostructures before they can be used in optical devices. For this purpose, we have performed an optical study of strained CdTe/CdMnTe or CdTe/CdZnTe quantum wells coherently grown by molecular beam epitaxy on [111] or [112] oriented substrates. Effects of piezoelectric field on optical and electronic properties of quantum wells have been analyzed in terms of the envelop function model, taking into account the effects of biaxial strains for [hhk] growth axis. Moreover, we have proposed an original way of measuring piezoelectric field in strained quantum wells, and we have used this method to show that CdTe exhibits strong non-linearities for piezoelectric field versus strain. This effect has never been mentioned before. We have also performed measurements of the piezoelectric coefficient e14 under high hydrostatic pressure inducing strains up to 2%, which shows that part of the non-linear effect is a volume effect. We have also studied the effects of the piezoelectric field on excitons in quantum wells. The binding energy decreases slightly when the electric field increases, but the oscillator strength, for the fundamental transition, decreases dramatically with the overlap of the envelope wavefunctions of electrons and holes. We have performed a modelisation of an exciton in a piezoelectric quantum well using two variational parameters. This model provides an accurate calculation of excitonic absorption. Our experimental and theoretical results are in very good agreement, without any fitting parameters, for a large range of samples exihibiting absorption values spread over two orders of magnitude.
Les matériaux de structure cubique blende de zinc sont piézo-électriques: une déformation de ces cristaux selon un axe polaire induit une polarisation électrique. Les puits quantiques contraints, de semi-conducteurs cubiques II-VI ou III-V, d'orientation [111] ou [211] présentent un champ électrique permanent de l'ordre de 100 kV/cm pour 1% de déformation. Ces structures sont particulièrement intéressantes pour la modulation optique, mais il est nécessaire d'étudier préalablement leurs propriétés spécifiques avant de pouvoir envisager de les utiliser dans des dispositifs optiques. Dans ce but, nous avons étudié par spectroscopie optique des puits contraints CdTe/CdMnTe ou CdTe/CdZnTe, élaborés par épitaxie par jets moléculaires, avec comme axe de croissance [111] ou [211]. Les résultats de spectroscopie ont été confrontés à une modélisation en termes de fonctions enveloppes prenant en compte les effets de contraintes biaxiales pour une direction de croissance [hhk]. De plus, nous avons développé une méthode originale de mesure du champ piézoélectrique dans les puits quantiques grâce à laquelle nous avons mis en évidence un effet piézo-électrique fortement non linéaire dans CdTe. Cet effet n'avait jamais été mentionné par ailleurs. Nous avons également mesuré l'évolution du coefficient piézo-électrique e14 CdTe avec une forte pression hydrostatique, jusqu'à des déformations d'environ 2% et montré qu'une part des non-linéarités provient d'un effet de volume. Enfin, nous avons étudié l'effet du champ piézo-électrique sur l'exciton. L'énergie de liaison de l'exciton est assez peu affectée, par contre, la force d'oscillateur décroît fortement pour la transition fondamentale du puits, avec le recouvrement des fonctions enveloppes d'électron et de trou. Notre modélisation de l'exciton, utilisant deux paramètres variationnels, fournit un calcul précis, sans paramètre ajustable, de l'absorption excitonique à travers un puits piézo-électrique: les calculs sont en très bon accord, sur près de deux ordres de grandeurs, avec les mesures d'absorption que nous avons réalisées sur une série d'échantillons de compositions variées.
Fichier principal
Vignette du fichier
tel-00002688.pdf (3.07 Mo) Télécharger le fichier
Loading...

Dates et versions

tel-00002688 , version 1 (07-04-2003)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00002688 , version 1

Citer

Régis André. Effet piezo-electrique dans les puits quantiques CdTe/CdMnTe et CdTe/CdZnTe. Physique [physics]. Université Joseph-Fourier - Grenoble I, 1994. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00002688⟩

Collections

UGA CNRS UJF LIPHY
431 Consultations
977 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More