Manuscrit de thèse - Page professionnelle de François Réveret

Numéro d’ordre : D.U. 1854
UNIVERSITE BLAISE PASCAL −CLERMONT II
(U.F.R de Recherche Scientifique et Technique)
ECOLE DOCTORALE DES SCIENCES POUR L’INGENIEUR
N°: 409
THESE
présentée pour obtenir le grade de
DOCTEUR D’UNIVERSITE
(Spécialité : Matériaux et Composants pour l’Electronique)
par
François REVERET
Etude du couplage fort par spectroscopie optique dans
des microcavités GaN élaborées sur silicium
Soutenue publiquement le 12 septembre 2008, devant la commission d’examen :
Joël BELLESSA Rapporteur
Pierre DISSEIX Directeur de thèse
Nicolas GRANDJEAN Rapporteur
Mathieu LEROUX Examinateur
Joël LEYMARIE Directeur de thèse
Eric TOURNIE Président
Laboratoire des Sciences et Matériaux pour l’Electronique, et d’Automatique
(LASMEA)

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Remerciements
Ce travail de thèse a été réalisé au Laboratoire des Sciences des Matériaux pour l’Électronique
et d’Automatique dans l’opération spectroscopie des solides.
Je tiens tout d’abord à remercier mes directeurs de thèse Joël Leymarie et Pierre Disseix. Ils
m’ont fait bénéficier de leur expérience scientifique et ont été très présent durant ces trois années
de travail. Je leur adresse ma reconnaissance et je les remercie pour la grande confiance qu’il
m’ont accordé.
Je remercie Joël Bellessa et Nicolas Grandjean d’avoir accepté d’être rapporteur de ce travail
et pour l’attention qu’ils ont portée à ce manuscrit. Je remercie également Éric Tournié d’avoir
accepté examiner ce travail et de présider le jury de thèse.
L’étroite collaboration avec le CRHEA de Valbonne a rendu possible ce travail. Que Mathieu
Leroux trouve ici l’expression de ma grande gratitude pour ses précieux conseils, sa grande
expérience scientifique des nitrures ainsi qu’à sa participation en tant qu’examinateur à mon jury
de thèse et ses commentaires sur mon travail. Un grand merci à Fabrice Semond qui m’a fournit
l’ensemble des échantillons présents dans ce travail, merci aussi pour ces nombreux échanges
constructifs. Merci aussi à Éric Frayssinet qui a réalisé des structures pendant l’absence de
Fabrice. Je tiens également à remercier Jean-Yves Duboz pour ses précieux conseils.
Je remercie Aimé Vasson son aide précieuse pour les mesures optiques, il m’a fait partager sa
grande connaissance d’expérimentateur, je le remercie aussi pour sa disponibilité et sa sympathie.
Je tiens à remercier Martine Mihailovic pour son soutien et sa pédagogie. Merci également à
Pierre Bigenwald pour son aide et ses conseils. Je remercie globalement les membres de l’équipes
opération spectroscopie des solides pour cette ambiance de travail très agréable et bon courage
aux deux thésards François et Georges.
Un grand merci à Kasia Betjka et Robert Martin de l’université de Strathclyde de Glasgow pour
la confiance qu’ils m’ont accordé en m’envoyant leurs cavités hybrides qui leur ont demandé un
travail technologique important, merci aussi pour toutes ces discussions enrichissantes.
Je remercie Sophie Bouchoule pour la réalisation des miroirs diélectriques.
Je suis reconnaissant envers Guillaume Malpuech pour ses conseils et sa vision globale des mi-
crocavités fonctionnant en couplage fort.
Je remercie également Henni Ouerdane pour son aide et ses précieux conseils ainsi que pour ces
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discussions enrichissantes tant sur le plan scientifique que personnel, bonne chance pour la suite.
Je souhaite aussi remercier les personnes, amis et collègues avec qui j’ai passé de bon moments :
Julie T, François C, Bud, Chris, Mathieu, Vincent, Julie B, François M, les Sébastien de CEM,
Georges, Réda, Ouassila, Flavien, Anne-Line, Ouloum, Tarik, Guillaume et tous les doctorants
et stagiaires que j’ai côtoyé durant ces années de thèses, bon courage à vous tous pour la suite.
J’aimerai remercier plus généralement les membres du LASMEA qui m’ont aidé durant ces années
de thèse ainsi que le personnel de l’IUT de Mesures Physiques qui m’a très bien accueilli et guidé
pendant mon monitorat.
Ces derniers remerciements sont adressés à mes amis, ma fille, mes soeurs, mes parents et grand-
parents pour leur soutien permanent. Et particulièrement à mon épouse Carine qui m’a épaulé
quelque soit mon humeur. Son soutien inconditionnel et ses conseils m’ont considérablement aidé
pendant ces années de thèse.
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Table des matières
Introduction générale 1
Chapitre 1 Notions fondamentales 5
1.1 Propriétés du nitrure de gallium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.1.1 Propriétés physiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.1.2 L’exciton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.2 Les microcavités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.2.1 Les cavités Pérot-Fabry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.2.2 Les miroirs de Bragg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.2.3 Les miroirs métalliques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.2.4 Le mode optique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.3 Les polaritons de cavité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
1.3.1 Définition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
1.3.2 Modèle de quasi-particules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
1.3.3 Le laser à polariton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
1.4 État des résultats actuels sur les microcavités GaN . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Chapitre 2 Techniques expérimentales et modélisation 45
2.1 Techniques expérimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.1.1 Réflectivité en angle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.1.2 Transmission en angle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.1.3 Photoluminescence en angle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.1.4 Ellipsométrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.1.5 Mesures en température . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.2 Modélisation d’une structure multicouche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.2.1 Les coefficients de Fresnel complexes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.2.2 Formalisme matriciel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
2.2.3 Indice complexe des couches composant les structures . . . . . . . . . . . 62
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