Physique des semi-conducteurs et des composants optoélectroniques

Abstract

L'Optoélectronique est une science fonnée par l'imbrication de plusieurs disciplines: optique quantique, structure de bandes d'énergie, semi-conducteurs, électromagnétisme, effets de transport ... etc. La conversion énergie électrique - énergie optique est basée sur l'interaction électronphoton qui est liée à la structure de bandes d'énergie (donc à la cristallographie) L'étude de l' optique présente deux aspects: un aspect corpusculaire (photon) et un aspect ondulatoire (onde électromagnétique) A la présence des électrons dans un solide est associée une fonction d'onde 'l'Cr) de longueur d'onde: ).=-..lL... (Longueur d'onde de De Broglie) ,J2mE h: constante de Planck E: énergie des électrons l'l'f représente la probabilité de présence de l'électron. L'optoélectronique est fortement liée aux matériaux semi-conducteurs dont l'étude entre dans le domaine plus large de l'étude des solides. Du point de vue cristallographique, on peut classer les solides en: - Solides cristallins (ou monocristallins): fonnés par un arrangement régulier d'atomes sur tout le volume - Solides polycristallins: fonnés par un ensemble de grains monocristallins - Solides amorphes (ou verreux): aucun arrangement à l'échelle macroscopique Du point de vue électrique, on peut classer les solides en: - Conducteurs: Quand la température augmente la résistivité augmente o Au dessus de la température ambiante, la résistivité varie linéairement avec la température o Aux très basses températures, la résistivité varie approximativement en T5 - Isolants: La résistivité est très élevée (elle est comprise entre 108 et 1018 Ohm-cm) - Semi-conducteurs: La résistivité varie en fonction de paramètres extérieurs (température, éclairement, champ magnétique, .. . ). Elle diminue quand la température augmente Il y a les SC simples (Si et Ge) et les SC composés (GaAs, InP, GaN, ... ). On peut aussi fonner des alliages SC ternaires (GaInAs, GaAIAs, .. . ), quaternaires (GaInAsP, GalnNAs, ... ) et même quinaires (GalnNAsSb, ... ). Il y a des oxydes SC (très complexes) connus surtout pour leurs propriétés magnétiques