Action d'un champ magnétique et d'un champ électrique sur un exciton lié à une impureté de type donneur ionisé dans un puits quantique de semi-conducteur

Abstract

Le travail présenté dans ce mémoire de thèse est consacré à l’étude des propriétés électroniques d’un exciton lié à une impureté ionisé de type donneur (D⁺, X), dans les puits quantiques de semi-conducteurs de type GaAs/Ga₁₋xAlxAs et CdTe/Cd₁₋xZnxTe, en présence des champs magnétique et électrique. Cette étude s’inscrit dans un contexte de recherche en plein développement, en raison des applications potentielles des nanostructures dans le domaine de l’optoélectronique. Dans le cadre de l’approximation de la masse effective et dans un modèle à deux bandes paraboliques, simples et non dégénérées, nous avons comparé l’énergie de corrélation du complexe (D⁺, X), du donneur neutre (D⁰) et de l’exciton libre (X) dans un puits quantique. Nous avons déduit que le complexe est toujours stable dans le domaine de variation de la largeur L du puits étudié. Nous avons discuté également l’effet de la position du donneur dans un puits quantique sur la stabilité du complexe pour une largeur du puits donnée. Enfin, nous avons examiné l’influence d’un champ magnétique et d’un champ électrique sur l’énergie de l’état fondamental et sur la stabilité du complexe dans un puits quantique. Dans le cas d’un puits quantique de type GaAs/Ga₁₋xAlxAs, l’application d’un champ magnétique conduit à une augmentation de l’énergie du complexe. La stabilité du complexe doit être étudiée soit par rapport au donneur, soit par rapport à l’exciton suivant une valeur critique du champ qui diminue quand la largeur du puits augmente. Dans les puits quantiques de type et GaAs/Ga₁₋xAlxAs et CdTe/Cd₁₋xZnxTe le complexe est stable par rapport aux produits de dissociation les plus probables, dans tout le domaine de la largeur du puits et de l’intensité de champ magnétique étudié. En présence d’un champ électrique, l’énergie de corrélation du complexe dépend de l’intensité du champ appliqué : dans le cas d’un puits quantique de type GaAs/Ga₁₋xAlxAs, cette dépendance, faible pour un puits étroit, devient significative pour un puits large. Le complexe est stable dans le domaine de la largeur du puits et d’intensité du champ électrique étudiés.