PHOTONIQUE POUR LES LASERS À CASCADE QUANTIQUE ...

tel-00740111, version 1 - 9 Oct 2012
CHAPITRE 2 . THÉORIE ET MODÉLISATION DES TRANSITIONS
INTER-SOUS-BANDES
2.4.2 Phonons acoustiques
L’effet de la relaxation assistée par les phonons acoustiques ne va pas
avoir un rôle important dans les transitions inter-sous-bandes, particulièrement
à basse température où la population de phonon est faible. Les
durées de vie typiques des diffusions par les phonons acoustiques est de
l’ordre de 100 ps [37].
2.4.3 Collisions électron-électron
En dessous de l’énergie du phonon LO, et à basse température quand
l’émission de phonons activés thermiquement est interdite, le processus
dominant de relaxation va être la diffusion par collision électron électron.
Expérimentalement il est difficile de mesurer les durées de vie associées
aux transitions par collision électron électron, car il est difficile
d’attribuer sans ambiguïté les durées de vie mesurés à des collisions
électron électron. Dans la littérature les durées de vie ont été mesurés
[38, 39, 40, 41, 42], mais il reste néanmoins une grande incertitude sur
le rôle exact de l’interaction électron électron. Les exemples comprennent
l’absorption et les mesures de photovoltage faite par Heyman et collaborateurs,
en utilisant un laser infrarouge lointain pour un système constitué
de deux niveaux énergétiques séparés de 11 meV. En fonction de l’intensité
du laser de pompe, la durée de vie à 10 K varie de 15 ps à 10 -3
ps ! Toutefois il est difficile de corréler ces résultats avec la population des
sous bandes. Des durées de vie plus courtes ont été mesurées par Hartig
et collaborateurs [41] en observant la photoluminescence résolue dans
le temps pour une structure avec un écart énergétique de 28 meV. Des
durées de vie de l’ordre de 2 ps ont été mesurées pour des densités de
population de 5 · 10 10 cm −2 . Il est difficile d’attribuer ces durées de vie aux
collisions électron électron et non pas à une émission de phonons activée
thermiquement (l’écart énergétique est proche de celle du phonon
LO). Il est probable que l’utilisation d’un laser interbande pour pomper la
structure crée une population “chaude” d’électrons dans l’état excité et
ainsi favorise l’émission de phonons activée thermiquement. Des simulations
Monte-Carlo faites par Dür et collaborateurs [43] ont confirmé cette
conclusion.
Du point de vue théorique, il est tout aussi difficile d’estimer les taux de
transitions, car un calcul de type N corps est nécessaire. On peut cependant
fournir une interprétation semi-quantitative : ces transitions sont liées
à l’interaction entre électrons créée par le potentiel de Coulomb qui est lui
même modifié par la présence des électrons.
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