Etude de l'émission spontanée dans des structures à cascades quantiques en microcavité métallique

Abstract

Dans ce travail de thèse, on aborde la manifestation des effets d'Électrodynamique Quantique en Cavité (EDQC) dans le domaine THz. Les longueurs d'ondes THz ( ~100 m) sont beaucoup plus grandes que l'épaisseur typique des émetteurs à l état solide qui les génèrent (~1 m). Dans ces conditions, lorsque la source est mise dans une cavité métallique planaire, le taux de l'émission spontanée croît comme l'inverse de l'épaisseur de la cavité. Un analyse théorique portant sur des cavités planaires sub-longueur d'onde, permet de distinguer un effet "utile", associé au mode TM0 guidé dans la cavité, et un effet d'absorption, associé aux plasmons supportés par les couches de contact dopées qui sont nécessaires pour l'injection électrique dans le dispositif. Le problème d'extraction de l'émission de la cavité est analysé. Pour cela on étudie une "cavité complexe", dans lequel on a remplacé le miroir métallique supérieur par un réseau métallique. Un modèle de diffraction conique général est développé pour cette étude. Expérimentalement, un facteur de Purcell de 50 a été mis en évidence pour des dispositifs AlGaAs/GaAS obtenus par la voie MOCVD.The manifestation of Quantum Electrodynamics (QED) effects in the THz domain are the subject of this PhD work. The wavelengths in this spectral range ( ~100 m) are much larger than the thickness of the semiconductor hetero-structure that is generating the radiation (~1 m). In these conditions, if the source is inserted inside a metallic cavity, the spontaneous emission rate increases as the inverse of the cavity thickness. A theoretical analysis of sub-wavelength cavities allows to distinguish between a useful part of the spontaneous emission, radiated into the TM0 guided mode, and an absorption due to the plasmon wave supported by the doped contact layers serving for the electrical injection into the device. The problem of extraction of the emission from the cavity is the addressed. . For this purpose, we study a photonic device of a new type, "a complex cavity", in which the upper metallic mirror is replaced by a metallic grating. A general model of conical diffraction is developed for these studies. Experimentally, a Purcell factor of 50 has been put into evidence for AlGaAs/GaAs devices obtained by MOCVD growth.PARIS-BIUSJ-Thèses (751052125) / SudocPARIS-BIUSJ-Physique recherche (751052113) / SudocSudocFranceF