Etude des états excitoniques dans les nanostructures cylindriques de semi-conducteurs - Université de Lorraine Access content directly
Theses Year : 1992

Study of the excitonic states in the cylindrical shape semiconductor nanostructures

Etude des états excitoniques dans les nanostructures cylindriques de semi-conducteurs

Abstract

Semiconductor quantum boxes are heterostructures which lead to a total quantization of the exciton energy for sizes near the excitonic radius. Their pratical interest resides essentially in their nonlinear optical properties and the possibility to realize high performance quantum dot lasers. Whereas the shape of microcrystallites in a glass matrix is approximately spherical, cylindrical shape is more suitable to small size boxes obtained by molecular beam epitaxy litographic techniques. We present the results of the first variational calculation of the ground state energy of an exciton in a finite cylindrical quantum well. We use the envelope function approximation, leading to an effective two-particle Schrödinger equation where the electron and hole confinement potentials, and the coulombic potential are in competition. We have first modelized the confinement potentials by infinite square wells, for which the confinement effects prevail over the coulombic interaction for very small sizes. The study has been carried on by using finite square wells, which lead to a different behaviour for very small sizes. Indeed, as in the case in spherical microcrystallites, the part of the confinement potential is no longer the strongest for evanescent box sizes near the excitonic radius
Les boîtes quantiques de semi-conducteurs sont des hétérostructures qui, pour des dimensions de l'ordre du rayon excitonique, conduisent à une quantification totale de l'énergie de l'exciton. Leur intérêt pratique réside surtout dans leurs propriétés optiques non linéaires et la perspective de réalisation de microlasers. Tandis que la géométrie sphérique décrit assez bien les microcristallites obtenues par voie chimique dans une matrice de verre, la géométrie cylindrique est mieux adaptée aux boites de petites dimensions obtenues par dépôt moléculaire suivi d'une microgravure. Nous présentons les résultats du premier calcul variationnel de l'énergie de l'état fondamental d'un exciton dans un puits quantique cylindrique fini. Nous nous sommes placés dans l'approximation de la fonction enveloppe, qui conduit à une équation de Schrodinger effective à deux particules, où entrent en compétition les potentiels de confinement de l'électron et du trou et le potentiel coulombien décrivant leur interaction. Le confinement a d'abord été modélisé par des puits carrés infinis et ensuite par des puits carrés finis. Le comportement est qualitativement différent pour les très petites dimensions : dans le premier modèle, les effets de confinement l'emportent sur l'interaction coulombienne, tandis qu'en puits fini, le rôle du potentiel de confinement n'est plus prédominant pour des dimensions de boîtes tendant vers zéro, mais pour des dimensions de boîtes de l'ordre du rayon excitonique
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Cite

Serge Le Goff. Etude des états excitoniques dans les nanostructures cylindriques de semi-conducteurs. Matière Condensée [cond-mat]. Université Paul Verlaine - Metz, 1992. Français. ⟨NNT : 1992METZ029S⟩. ⟨tel-01775991⟩
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