Etude et modélisation des diodes lasers à boites quantiques à base des matériaux nitrurés.

Abstract

الملخص(بالعربية):

قد حظيت النقاط الكمونية لأشباه النواقل بقدر كبير من الاهتمام في العقود الأخيرة بسبب خصائصها الرائعة بالنسبة إلي البئر الكموني حيث تحبس حاملات الشحن في الاتجاهات الثلاثة للفضاء. هذا الحبس يمنحهم طيفا من الطاقة المنفصلة، و تعد هذه الهياكل مفيدة في أشعة الليزر حيث يؤدي استخدامها إلى مكاسب أعلى مع خفض الكثافة الحالية للعتبة. في إطار هذه الأطروحة، نقدم دراسة نظرية لتحسين الليزر الضوئية مع النقاط الكمونية على أساس مواد نيتريد، إذ تعتبر هذه عائلة مثيرة جدا للاهتمام من أشباه النواقل ذات الفجوة الواسعة بالنسبة للتطبيقات الضوئية، لأنها تغطي مجال واسع من الأطوال الموجية تتراوح ما بين الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية. في الجزء الأول من هذه الأطروحة ، ذكرنا بالخصائص العامة لمواد النيتريد الثنائية وسبائكها وفي الجزء الثاني، قمنا بعرض تأثير الليزر وأعطينا وصفا عاما للنقاط الكمونية. كما قدمنا بالتفصيل النموذج النظري الذي يؤدي للوصول إلى خصائص الثنائيات الليزر مع النقاط الكمونية في الجزء الثالث. وفى الأخير قدمنا نتائجنا من المحاكاة والتحسين في الجزء الرابع.

----------------------------------------------

Résumé (Français et/ou Anglais) :

Les boites quantiques semi-conductrices ont fait l’objet d’une attention très considérable ces dernières décennies en raison de leurs propriétés remarquables par rapport au puits quantique, où les porteurs de charges sont confinés dans les trois directions de l’espace. Ce confinement leur confère un spectre en énergie discret. Ces structures ont fait l’objet d’un avantage dans les lasers où leur utilisation donne lieu à des gains plus élevés et des densités de courant de seuil faibles. Dans cette thèse, nous présentons une étude théorique d’optimisation de composants optoélectroniques lasers à boites quantiques à base des nitrures, famille très intéressante de matériaux semi-conducteurs III-V à large gap pour les applications optoélectroniques, car ils couvrent un large domaine de longueurs d’ondes allant de l’infrarouge à l’ultraviolet. Au premier chapitre, nous rappelons les propriétés générales de ces matériaux binaires (GaN,AlN,InN) et leurs alliages (InGaN,AlGaN). Au deuxième chapitre, nous décrivons l’effet laser et nous donnons une description générale des boites quantiques. Dans le troisième chapitre, nous détaillons le modèle théorique suivi, pour aboutir aux caractéristiques des diodes lasers à boites quantiques. Au quatrième chapitre, nous présentons nos résultats de simulation et optimisation. ---------------------------------------------- Abstract Semiconductor quantum dots have received considerable attention in recent decades because of their remarkable properties with respect to the quantum well, where charge carriers are confined in the three directions of space. This confinement gives them a spectrum in discrete energy. These structures have been advantageous in lasers where their use gives rise to higher gains and lower threshold current densities. In this thesis, we present a theoretical study of optimization of optoelectronic lasers with quantum dots based on nitrides, a very interesting family of III-V wide-gap semiconductor materials for optoelectronic applications, as they cover a wide field of wavelengths ranging from infrared to ultraviolet. In the first chapter, we recall the general properties of these binary materials (GaN,AlN,InN) and their alloys (InGaN,AlGaN). In the second chapter, we describe the laser effect and give a general description of quantum dots. In the third chapter, we detail the theoretical model followed to arrive at the characteristics of the laser diodes with quantum dots. In the fourth chapter, we present our results of simulation and optimization.