Dynamique de spin dans des structures semiconductrices à base de ZnO et de GaN

Abstract

Ce travail de thèse est une contribution à l'étude de la dynamique de spin des porteurs dans les structures semiconductrices de grande énergie de bande interdite à base de GaN et de ZnO. Nous avons mis en œuvre la technique de pompage optique orienté résolu en temps dans le domaine de l'ultra-violet pour mesurer les temps de relaxation de spin dans ces structures.\ud Les propriétés de spin du trou et de l'exciton ont été analysées dans des couches épitaxiées de ZnO à partir des propriétés de polarisation de la photoluminescence issue des complexes d'excitons piégés sur des donneurs neutres. Nous avons mesuré à la fois le temps de relaxation de spin et le temps de cohérence de spin du trou localisé et avons mis en évidence le temps de relaxation de spin rapide de l'exciton libre. \ud Nous avons également réalisé des études de pompage optique orienté sur des structures de GaN en phase cubique (blende de zinc), du matériau massif aux boîtes quantiques. Dans ces dernières, en analysant l'alignement optique de l'exciton dans des conditions d'excitation quasi-résonante, nous avons démontré le blocage de la relaxation de spin de l'exciton jusqu'à température ambiante.------------------------------------------------------------------------------This thesis work is a contribution to the study of the spin dynamics of carriers in ZnO- or GaN-based wide bandgap semiconductor structures. We use time-resolved optical pumping experiments dedicated to the ultra-violet to measure spin relaxation times in those structures.\ud \ud The spin properties of hole and exciton in epitaxial layers of ZnO have been analysed from the polarization properties of the photoluminescence detected from neutral-donor bound exciton complexes. We measure both the localized hole spin relaxation time and spin decoherence time and have evidenced the fast spin relaxation time of the free exciton. \ud \ud We have also performed optical orientation experiments on cubic (zinc blende) GaN structures, from bulk material to quantum dots. In those, by studying the optical alignment of exciton spin under quasi-resonant excitation, we demonstrate the quenching of the exciton spin relaxation up to room temperature.\ud \u