Les semi-conducteurs issus de l'hétéro-épitaxie au C.R.H.E.A sont étudiés sur place par l'équipe de "caractérisation optique". Des études de réflectivité et de luminescence d'un échantillon permettent d'obtenir des informations sur sa nature (énergie des excitons, présence d'impuretés par exemple).
Lors de notre projet nous avons étudiés plusieurs échantillons par mesures de réflectivité. Une fois les mesures effectuées, nous avons ajusté nos courbes expérimentales (c'est à dire tenter de trouver une courbe théorique, s'approchant le plus possible de la courbe expérimentale afin d'en déduire un modèle théorique fiable).

Dans l'intitulé du projet, il était spécifié qu'il fallait créer un programme permettant d'ajuster les courbes à partir de données théoriques. Ce programme devait être simple d'utilisation et comporter une interface graphique. Compte tenue de nos modestes connaissances en langage C ainsi que de la difficulté que nous avons eu à comprendre tous les paramètres qui entrent en jeu dans ces expériences, nous n'avons pas élaboré ce programme pour se concentrer sur la compréhension et l'explication de ces phénomènes. Les courbes ont étés fittées à l'aide d'un programme préexistant.

Dans cette partie du site, nous allons expliquer l'expérience de réflectivité. La physique des phénomènes observés sera détaillée dans le rapport.

Expérience de réflectivité:

          La réflectivité est la capacité d'un matériaux à réfléchir la lumière reçue. On va donc éclairer un échantillon avec une lumière blanche et étudier l'intensité lumineuse réfléchie en fonction de la longueur d'onde.

Montage:

          La lampe halogène émet la lumière blanche. Le faisceau est "haché" de façon périodique par un chopper (hacheur) et focalisé sur le matériau à l'aide d'une lentille convergente. Le semi-conducteur va alors absorber une partie de l'énergie lumineuse et en réfléchir une autre partie. Le rayonnement réfléchi est focalisé à l'aide d'une lentille convergente, sur la fente d'entrée du monochromateur. Il est alors diffracté sur un réseau qui va sélectionner une longueur d'onde particulière. Le faisceau lumineux est ensuite réfléchi à l'entrée du photomultiplicateur qui va l'amplifier et le transformer en signal électrique. La détection synchrone permet de sélectionner la composante du signal qui comporte la même période et la même phase que le chopper. On élimine ainsi le bruit issu des sources de lumières autres que celle qui est réfléchie par l'échantillon. L'ordinateur trace l'intensité lumineuse reçue en fonction de la longueur d'onde sélectionnée par le monochromateur; il gère aussi la rotation du réseau blasé.

Conditions expérimentales:
Les échantillons sont placés dans un cryostat sous vide (30mTorr). Sa température est refroidie à l'aide d'une double détente de Joule Thompson d'hélium gazeux. Lors de nos mesures, les échantillons sont à une température de 12K. L'étalonnage du programme d'acquisition (et du monochromateur) se fait à l'aide d'une lampe mercure.

L'expérience ne nous fournit qu'une information relative de l'intensité réfléchie car une partie de la lumière réfléchie est perdue. Mais les phénomènes importants restent tout à fait observables et interprétables. Les courbes seront présentées dans le compte rendu. Cette expérience permet, entre autres, de déterminer les énergies excitoniques.

A, B et C sont les noms donnés aux trois excitons identifiables.

Conclusions:

          L'exciton peut-être modélisé par un oscillateur. Dans ce cas, les mesures de réflectivité nous renseignent sur l'énergie où se trouve l'exciton, la force d'oscillateur qui lui est associé ainsi qu'a son élargissement homogène (propriété intrinsèque). Ces trois paramètres doivent être ajustés pour chaque exciton afin de bien ajuster la courbe.
Nous remarquons que malgré tout, des différences avec les résultats expérimentaux sont à noter sur nos courbes théoriques. Il faut prendre en compte un nouveau paramètre: l'élargissement inhomogène, qui traduit les imperfections et les états de contrainte de notre échantillon.

Matériaux HEMT (High Electron Mobility Transistor), phénomène de couche morte:
Des mesures effectuées sur ce type de matériau traduisent un autre phénomène du à la barrière d'AlGaN du matériau. La différence de gap entre l'AlGaN et le GaN est à l'origine d'une différence de potentiel engendrant un champ électrique. A l'endroit où ce champ électrique est fort il ne peut pas y avoir d'exciton. On parle alors de couche morte. Le phénomène de couche morte a des effets sur le spectre de réflectivité du matériau. Les deux matériaux étudiés étant composé de GaN épitaxié sur saphir, on s'attend a retrouver des excitons situés aux mêmes énergies, avec des forces d'oscillateur égales. Or on remarque que les énergies sont légèrement différentes, de plus les forces d'oscillateur ont presque doublées dans le cas du HEMT (il semblerait que le second phénomène soit du à une erreur dans l'ajustement de notre courbe).
La différence d'énergie des excitons des deux échantillons s'explique par la différence de contrainte entre les matériaux.