Propriétés optiques linéaires et nonlinéaires du matériau semiconducteur Cd₁₋xZnxTe

Abstract

Nous étudions et comparons les propriétés optiques linéaires et nonlinéaires du tellurure de cadmium et de zinc Cd₁₋xZnx, Te préparé par différentes méthodes de croissance et contenant différentes concentrations en Zn au voisinage de son bord d’adsorption fondamental. Ce conducteur ternaire est particulièrement intéressant puisque sa concentration en Zn(x) permet d’accorder la largeur de sa bande interdite entre 1,6 et 2,4 eV à température ambiante. De plus, ce matériau est présumé posséder une phase ferroélectrique entre 90 et 200°C en fonction de x. Nous avons montré au cours de ce travail qu’un monocristal massif (Cd₀,₁₃Zn₀,₈₇Te), préparé par la méthode de fusion de zone) présente une bande de fortes nonlinéarités optiques au voisinage de son bord d’adsorption fondamental. Cette bande est accordable en fonction de la concentration en Zn et conduit à des nonlinéarités optiques d’amplitudes largement supérieures à celles observées dans ZnTe ou d’autres semiconducteurs II-IV. Ainsi, en soumettant ce type d’échantillon à une excitation laser de forte puissance nous observons une absorption induite avec une importante défocalisation de faisceau lumineux à travers le cristal. Les constantes de temps de relaxation sont comprises entre 5 et 9 ns suivant l’énergie de photon. Dans ce contexte, il était important d’étudier des couches minces de Cd₁₋xZnx. Car, une épaisseur de quelques µm suffirait à créer un déphasage de γ/2 entre régions excitée et non excitée du matériau avec une faible atténuation du faisceau qui le traverse. Ceci parait important vis-à-vis des applications mettant en jeu les phénomènes d’interférence. De plus, il est beaucoup plus facile de contrôler la préparation des couches micrométriques que celle des matériaux massifs. D’autre part, nous avons montré que les propriétés optiques linéaires et nonlinéaires des couches polycristallines et épitaxiales par jets moléculaires sont dominés par les états localisées en dessous du bord de mobilité. Ceci contrairement au cas des échantillons massifs dont les propriétés sont dominées par des excitons liés à des accepteurs neutres. Cette différence se traduit par : - Une dynamique des quasi-particules beaucoup plus rapide. - Un blanchiment de l’absorption important. - Des constantes de diffusion important ; Nous avons expliqué ces différences notamment par la contribution de processus de recombinaison de surface et un remplissage quasi complet des états localisés avec la présence de porteurs libres au-dessus du bord de mobilité.