Study of the growth of InAs/InP(001) quantum dots by metalorganic vapor phase epitaxy for 1.55 µm applications
Etude de la croissance de boîtes quantiques InAs/InP(001) par épitaxie en phase vapeur aux organométalliques pour des applications à 1,55 µm
Résumé
We have studied the growth of InAs/InP(001) quantum dots by metalorganic vapor phase epitaxy for the realisation of 1.55 µm devices. The structural properties of the dots, studied by transmission electronic microscopy, and their optical properties, studied by photoluminescence, have been correlated to the growth conditions. Our study evidences on one hand thermodynamic and kinetic influences of InAs growth parameters, and on the other hand the influence of the cap-layer growth.
We show that quantum dot wavelength can be tuned by varying the cap-layer growth rate or by an intentional phosphorus incorporation (InAsP dot formation). The good control of the morphology and of the emission wavelength of the dots opens the way for applications in the 1.55 µm telecommunication domain aimed by this study. The use of high cap-layer growth rate to embed the quantum dots allows to obtain an emission beyond 2 µm, and then opens the way for new applications in gas sensing.
Finally, the observation at low temperature (4 K) of the exciton and biexciton of a single InAs/InP(001) quantum dot by micro-photoluminescence shows that these quantum dots could be used for the realisation of single photon sources for 1.55 µm quantum cryptography.
We show that quantum dot wavelength can be tuned by varying the cap-layer growth rate or by an intentional phosphorus incorporation (InAsP dot formation). The good control of the morphology and of the emission wavelength of the dots opens the way for applications in the 1.55 µm telecommunication domain aimed by this study. The use of high cap-layer growth rate to embed the quantum dots allows to obtain an emission beyond 2 µm, and then opens the way for new applications in gas sensing.
Finally, the observation at low temperature (4 K) of the exciton and biexciton of a single InAs/InP(001) quantum dot by micro-photoluminescence shows that these quantum dots could be used for the realisation of single photon sources for 1.55 µm quantum cryptography.
Nous avons étudié la croissance de boîtes quantiques InAs/InP(001) par épitaxie en phase vapeur aux organométalliques en vue de la réalisation de composants à 1,55 µm. Les propriétés structurales des boîtes, étudiées par microscopie électronique en transmission, et leurs propriétés optiques, étudiées par photoluminescence, ont été corrélées aux conditions de croissance. Notre étude met en évidence d'une part les influences d'origine thermodynamique et cinétique des paramètres de croissance de l'InAs, et d'autre part une influence de l'étape de recouvrement des boîtes (encapsulation).
Nous montrons que la longueur d'onde d'émission des boîtes peut être ajustée soit en modifiant la vitesse d'encapsulation, soit en incorporant volontairement du phosphore (formation de boîtes InAsP). Le bon contrôle de la morphologie et de la longueur d'onde d'émission des boîtes permet d'envisager des applications dans le domaine des télécommunications à 1,55 µm qui ont motivé ce travail. L'encapsulation des boîtes InAs/InP à forte vitesse de croissance nous a par ailleurs permis d'obtenir une émission au delà de 2 µm, ce qui ouvre de nouvelles perspectives d'applications dans la réalisation de sources pour la détection de gaz.
Enfin, l'observation à basse température (4 K) de l'exciton et du biexciton d'une boîte quantique InAs/InP(001) unique en micro-photoluminescence montre que ces boîtes pourraient être utilisées pour la réalisation de sources de photons uniques pour la cryptographie quantique à 1,55 µm.
Nous montrons que la longueur d'onde d'émission des boîtes peut être ajustée soit en modifiant la vitesse d'encapsulation, soit en incorporant volontairement du phosphore (formation de boîtes InAsP). Le bon contrôle de la morphologie et de la longueur d'onde d'émission des boîtes permet d'envisager des applications dans le domaine des télécommunications à 1,55 µm qui ont motivé ce travail. L'encapsulation des boîtes InAs/InP à forte vitesse de croissance nous a par ailleurs permis d'obtenir une émission au delà de 2 µm, ce qui ouvre de nouvelles perspectives d'applications dans la réalisation de sources pour la détection de gaz.
Enfin, l'observation à basse température (4 K) de l'exciton et du biexciton d'une boîte quantique InAs/InP(001) unique en micro-photoluminescence montre que ces boîtes pourraient être utilisées pour la réalisation de sources de photons uniques pour la cryptographie quantique à 1,55 µm.
Domaines
Matière Condensée [cond-mat]
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