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Fiche détaillée Thèses
Université Joseph-Fourier - Grenoble I (2008-06-13), Jean-Michel Gérard (Dir.)
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Nouvelles géométries de confinement optique pour le contrôle de l'émission spontanée de boîtes quantiques semi-conductrices
Yoanna-Reine Nowicki-Bringuier1

Ce travail de thèse porte sur l'étude par spectrophotométrie de phénomènes de couplage entre un émetteur photonique discret et une cavité optique dont les propriétés sont adaptées à l'émetteur. Nous nous sommes intéressés à l'interaction de boîtes quantiques semiconductrices InAs/GaAs avec des microcavités optiques dont la géométrie originale diffère selon les propriétés dont on veut tirer partie. Ainsi, nous partirons de la fabrication de ces systèmes par épitaxie par jets moléculaires, pour nous focaliser sur trois grands types de microcavités, dont nous décrirons à la fois les étapes de fabrication, mais aussi les études optiques réalisées par spectrophotométrie Infra-rouge. Ainsi, les microdisques reportés sur saphir par collage moléculaire ont montré un important potentiel pour la réalisation de microlasers, grâce à de très bonnes propriétés de dissipation thermique. Sur les micropiliers à miroirs de Bragg, nous avons expérimentalement montré pour la première fois la co-existence de modes de galerie et de modes de micropiliers, ainsi que la possibilité d'exploiter l'effet laser sur ces modes, ce qui ouvre de nouvelles perspectives en termes de systèmes photoniques. Nous avons également développé une technique originale et reproductible de métallisation à l'or des flancs et démontré son innocuité sur les propriétés optiques de ces modes, ce qui permet d'envisager son application à d'autres dispositifs. Enfin, nous terminons par la fabrication et l'étude de nano-fils photoniques à boîtes quantiques uniques, dont les capacités prometteuses permettent de conclure à une concurrence sérieuse vis-à-vis des micropiliers en tant que source de photon unique.
1 :  NPSC - Laboratoire Nanophysique des Semiconducteurs
Microcavité – Boîtes Quantiques – Effet Purcell – Spectrométrie Infra-Rouge – Epitaxie par Jets Moléculaires – Fils photoniques – InAs/GaAs – microphotoluminescence

Novel geometries of optical confinement for the control of Semiconductor Quantum Dots' spontaneous emission
The aim of this ph-D thesis was to study by spectrophotometry coupling phenomenon between single emitters such as InAs/GaAs quantum dots inside an optical microcavity tailored to the emitter. The purpose was to propose and to demonstrate the potential of several microcavities' original geometries. In this manuscript, we will start from the growth's description of such structures by Molecular Beam Epitaxy (MBE) to focus on three different proposals of innovative geometries for which we will both describe the technological process leading to their manufacturing, as well as the optical studies performed to demonstrate their potential. For example, microdisks directly bonded to sapphire showed very interesting thermal dissipation leading to amazing properties for microlasers. On Bragg mirrors micropillars, we have shown for the first time that those structures were able to sustain both high-Q whispering-gallery modes and lateral standard micropillars modes, as well as the ability to use those modes as lasing modes, which open new possibilities in term of microphotonic devices. We also developed a specific reproducible Au-coating technique and studied its effect on the micropillars modes, showing that no degradation of the optical properties of the pillar due to the metal occurred, leading to the possibility to use this technique for various specific applications. Finally, we propose and demonstrate the potential of using a single quantum dot inserted in a monolithic nanowire for its very high collection efficiency, showing that this kind of structure could be a very serious competitor to the usual geometry used for single photon sources, the micropillar.
microcavity – quantum dots – Purcell effect – Infra-red Spectrophotometry – Molecular Beam Epitaxy – nanowires – InAs/GaAs/ microphotoluminescence