Etude combinée par simulation ab initio et expérimentale des propriétés physiques de l'Alliage InxGa1-xAs/InP pour les applications optoélectroniques

Abstract

Le but de ce travail de mémoire est d’étudier les propriétés physiques de l’alliage substitutionnel InxGa1-xAs en fonction de la concentration x de l’indium. Des calculs numériques ont été effectués en utilisant des méthodes de premier principe. Des supercellules représentant les compositions x = 0,125, 0,25, 0,53 et 0,75 ont été créées. Les paramètres cristallins optimisés sont en cohérence avec les résultats expérimentaux et théoriques de la littérature. L’étude de la structure électronique montre que l’alliage InₓGa₁₋ₓAs possède un gap direct dont l’énergie décroît avec l’augmentation de la concentration d’indium. L’analyse de la densité d’états met en évidence une forte contribution des états p de As et s de In dan s la bande de valence, ainsi que des états s et p de In dans la bande de conduction. L’analyse des propriétés optiques montre un déplacement des spectres optiques et du seuil d’absorption vers les basses énergies (infrarouge), une polarisation qui s’accroî t avec la concentration d’indium et une variété de transitions optiques actives pour In₀.₅₃Ga₀.₄₇As. L’allure numérique de la fonction de perte d’énergie électronique ELF(ω) de In₀.₅₃Ga₀.₄₇As est en accord avec les courbes expérimentales introduites dans ce mémoire, confirmant la fiabilité des simulations numériques. Les résultats trouvés révèlent que des concentrations d’indium supérieures à 25 % confèrent à l’alliage InxGa1-xAs des caractéristiques optoélectroniques intéressantes pour les détecteurs UV et IR, les LEDs photoluminescentes et les panneaux solaires à haut gain optique.