Light-matter interaction in bulk ZnO-based microcavities : from the strong coupling regime at room temperature to the polariton laser.

Interaction lumière-matière dans les microcavités massives à base de ZnO : du couplage fort à température ambiante vers le laser à polariton.

Stéphane Faure (1)

1 GES - Groupe d'étude des semiconducteurs

This thesis is dedicated to the strong coupling regime between excitons and photons at room temperature in bulk ZnO-based microcavities grown on Si (111) substrate by molecular beam epitaxy. A preliminary theoretical study shows that the continuum absorption of excitonic resonances is responsible for the observed strong damping on the upper polariton branch, without affecting the lower polariton branch. The strong coupling regime, at room temperature, of the cavity mode and the Bragg modes of the microcavity is then demonstrated by angle-resolved spectroscopy. Moreover, we observe the presence of a bottleneck on the Bragg mode polariton branch. The latter may be suppressed by increasing the exciton density or the temperature. We compare our experimental results with recent theoretical predictions and discuss the achievement of the polariton laser regime.

Cette thèse est consacrée au couplage fort exciton-photon à température ambiante dans les microcavités massives à base de ZnO élaborées par épitaxie par jets moléculaires sur substrat Si(111). Une étude théorique préliminaire montre que le continuum d'absorption des résonances excitoniques est responsable du fort amortissement observé sur la branche haute de polaritons, sans toutefois affecter la branche basse de polaritons. Le couplage fort à température ambiante du mode de cavité ainsi que des modes de Bragg de la microcavité a ensuite été démontré par spectroscopie résolue en angle. De plus, nous observons la présence d'un goulot d'étranglement (bottleneck) sur le mode de Bragg de polaritons. Ce dernier peut être supprimé en faisant varier la densité d'excitons ou la température. Nous comparons nos résultats expérimentaux aux prévisions théoriques faites en vue de l'obtention d'un régime laser à polaritons.

Mots clés: Microcavité; semiconducteur; polariton; couplage fort; goulot d'étranglement; ZnO; photoluminescence résolue en angle; réflectivité résolue en angle; microphotoluminescence

Domaines: Matière Condensée [cond-mat]

Stéphane Faure. Interaction lumière-matière dans les microcavités massives à base de ZnO : du couplage fort à température ambiante vers le laser à polariton.. Matière Condensée [cond-mat]. Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00583517⟩