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This work reports on the growth and the structural and optical properties of non-polar m-plane GaN/AlN heterostructures deposited on m-plane 6H-SiC by Plasma Assisted Molecular Beam Epitaxy.We first studied AlN and GaN thick layers. The optimal growth conditions were achieved in metal-rich conditions. They both exhibit anisotropic surface morphology: stripped for AlN and slatted for GaN.Next, we studied the growth of GaN/AlN heterostructures. GaN quantum wells are obtained in N-rich conditions whereas GaN quantum wires or quantum dots are formed in Ga rich conditions by Stranski-Krastanow growth mode. The shape of these GaN nanostructures is depending on the strain state of the AlN buffer layer. Optical studies revealed a strong reduction of the internal electric field in m-plane GaN/AlN heterostructures.Finally, we focused on the shape evolution of wires and dots with the amount of GaN deposited. We demonstrated the existence of a dots to wires transition. It takes place above a critical size that can be controlled by the amount of GaN deposited or by the growth of superlattices., Ce travail de thèse a porté sur l'étude de la croissance et des propriétés structurales et optiques des hétérostructures non-polaires de GaN/AlN plan m, déposées sur 6H-SiC plan m par épitaxie par jets moléculaires assistée par plasma d'azote.Nous avons tout d'abord étudié les couches épaisses d'AlN et de GaN. Les conditions de croissance de ces couches sont optimales en conditions riche métal. Toutes deux présentent des morphologies de surface anisotropes mais différentes l'une de l'autre avec une morphologie de type « tôle ondulée » pour l'AlN et « toît de tuiles » pour le GaN.Nous nous sommes ensuite intéressés à la croissance d'hétérostructures de GaN/AlN. Nous avons démontré que la croissance de GaN en conditions riche N aboutit à la formation de puits quantiques de GaN tandis que la croissance en conditions riche Ga permet de former des fils ou des boîtes quantiques par le mode de croissance Stranski-Krastanow. Nous avons démontré que cette différence de morphologie pour les nanoobjets de GaN était liée à l'état de relaxation de la couche tampon d'AlN. Des études optiques ont mis en évidence une forte réduction du champ électrique interne dans les hétérostructures de GaN/AlN plan m.Pour finir, nous avons étudié l'évolution de la morphologie des fils et des boîtes en fonction de la quantité de GaN déposée. Nous avons démontré l'existence d'une transition de forme ''boîtes-fils'' lorsque l'aire des boîtes excède une taille critique. Cette aire peut être contrôlée par la quantité de matière déposée mais également par la réalisation de superréseaux.

The combination of spin-orbit coupling and effects associated with breakdown of inversion symmetry leads to the splitting of energy levels of real and complex band structure of bulk materials and of bidimensionnal systems such as : quantum well and heterojunction. The first part of this work consists in calculating numerically all of three contributions of spin splitting : BIA, SIA and IIA using 14-band k.p extended Kane model and new parameterization based on fits of the tight-binding band structure. Various numerical results are then compared to previous experimental results. We have obtained, for the first time, a satisfactory quantitative description of hole dispersion curves of GaAs/(AlGa)As quantum well (obtained experimentally by L. Eaves using resonant magneto-tunneling spectroscopy) and its spin splitting (reported by H. Stormer et al. some 20 years ago.). This result seems to indicate that IIA term is small in this case. We also calculated optical absorption spectra of quantum wells and obtained a good agreement with experimental result of the "quantum confined Pockels effect".Then, we examine complex band structure of GaAs. Non-trivial exploration of complex plan is used and proves that evanescent states exist for any direction in the Brillouin zone. The complex bands emerge from extrema of the band structure in real k space and form complete loops connecting the conduction and valence bands. This result is an original contribution to the concept of spin filter.The second part of this work reports on the experimental study of the role of spin-orbit coupling in semi-ballistic quantum wires that are obtained from a heterostructure of GaAs/(AlGa)As using electron beam lithography. We expect to observe a crossover between weak localization regime and antilocalization regime. The peaks of the magneto-resistance curve show well the weak localization regime. The analysis of weak localization curves allows to extract various characteristic times of samples and to observe the crossover between high magnetic field regime and low magnetic field regime that are associated with the nature of quasi-ballistic of the samples., Le couplage spin-orbite combiné avec des effets de brisure de la symétrie d'inversion conduit au dédoublement de niveaux d'énergie de la structure de bande réelle et complexe des matériaux massifs et des hétérostructures bidimensionnelles tels que puits quantiques et hétéro-jonctions. La première partie de ce travail calcule numériquement les trois contributions au splitting de spin : BIA, SIA et IIA en se basant sur le modèle k.p de Kane étendu à 14 bandes et sur les nouveaux paramètres obtenus par la méthode des liaisons fortes. Plusieurs résultats numériques sont confrontés aux résultats expérimentaux anciens. Nous avons obtenu, pour la première fois, une description quantitative satisfaisante des relations de dispersion des sousbandes de valence d'un puits quantique GaAs/(AlGa)As (mesurées par le groupe de L. Eaves par effet tunnel résonnant en présence d'un champ magnétique dans le plan.) et de leur splitting de spin (mesuré il y a déjà longtemps par H. Stormer et al.). Ces résultats semblent indiquer que le terme IIA est effectivement petit dans ce cas. Nous avons également calculé les spectres d'absorption optique de puits quantiques et obtenu, avec la nouvelle paramétrisation, un accord remarquablement bon avec des résultats expérimentaux d'O. Krebs sur l'effet Pockels confiné quantiquement.Nous examinons ensuite la structure de bande complexe du GaAs et montrons par une représentation complexe et non purement imaginaire du vecteur d'onde que les états évanescents existent pour toutes les directions de la zone de Brillouin. Cette existence se manifeste par des boucles reliant les bandes de conduction et les bandes de valence. Ce résultat est une contribution originale sur le concept de filtre de spin.La deuxième partie de ce travail porte sur l'étude expérimentale du rôle de couplage spin-orbite dans des fils quantiques semi-balistiques obtenus par gravure à partir d'une structure à gaz bidimensionnel d'électrons. Nous espérons observer une transition entre le régime de localisation faible et celui, opposé, d'antilocalisation faible. Les pics observés expérimentalement lors des mesures de la magnétorésistance ont des propriétés qui sont bien expliquées en termes de la localisation faible. Ces mesures nous ont permis d'extraire des différents temps caractéristiques des échantillons et d'observer les changements de régime fort champ magnétique/bas champ magnétique liés à la nature quasi-balistique des échantillons.

The imaging of local spectroscopic properties, by microphotoluminescence, allowed us to understand and analyze the localization properties of V-shape semiconducting quantum wires, and to identify the structural origins of disorder. We evidenced the differences between two generations of quantum wires. In the first one, the roughness of the hetero-interfaces involved in the confinement of the carriers is important and leads to the localization of excitons; the quantum wire can thus be seen as a collection of quantum boxes and is told to be in the "0D regime". In the second one, the hetero-interface fluctuations are much fewer (2 per µm in the best samples) and the excitons are delocalized over a few hundreds of nanometers. Each island can thus be considered as a portion of real quantum wire, and the wires are told to be in the "1D regime". The electronic properties of the quantum wires have been studied by microphotoluminescence experiments on a single quantum box or island, and have been correlated to their structural properties. This "single nano-object" approach gives us access to the intrinsic properties of these objects, which are free of the inhomogeneous broadening of the results usually obtained on a macroscopic population. In the 0D regime quantum wires, the fine structure of the radiative doublet has been evidenced for the excitons localized in quantum boxes, and it has been related to the exchange Coulomb interaction. The temperature evolution of the microluminescence spectra has been interpreted as the setting up of the strong coupling between excitons and acoustical phonons : the zero phonon peak observed at low temperature is progressively replaced by a broader line corresponding to recombinations assisted by emission and absorption of phonons. In the 1D regime quantum wires, we have shown that the excitons delocalized in the islands feel the residual disorder caused essentially by internal piezoelectric fields. The theory of the exciton has been reworked in the case of quantum wire, in which its singularity needs to pay a carefull attention to the resolution of the hydrogen atom 1D hamiltonian. The radiative lifetime of the excitons has been shown to scale as sqrt(T); this proves that the excitons are locally at thermal equilibrium at the bottom of the band, and that their density of state follows, within kT, the 1/sqrt(E) law expected for a one-dimensional system. We finally evidenced the Mott transition from a diluted gas of excitons to a dense electron-hole plasma as the density of photocreated carriers is increased, and we characterized these density regimes. The formation of biexcitons in the diluted gas of excitons has been confirmed.; L'imagerie des propriétés spectroscopiques locales, par microphotoluminescence, nous a permis de comprendre et d'analyser les propriétés de localisation dans les fils quantiques semiconducteurs gravés en V, et d'identifier les causes structurales de désordre. Nous avons ainsi mis en évidence les différences entre deux générations de fils quantiques. Dans la première, la rugosité des hétéro-interfaces impliquées dans le confinement des porteurs est importante et donne lieu à la localisation des excitons; le fil quantique, dit en "régime 0D", se comporte comme une collection de boîtes quantiques. Dans la deuxième génération, les fluctuations des hétéro-interfaces sont beaucoup plus rares (2 par µm dans les meilleurs échantillons) et les excitons sont délocalisés sur plusieurs centaines de nanomètres. Chaque îlot peut alors être considéré comme une portion de fil quantique, justifiant l'appellation de "régime 1D". Les propriétés électroniques des fils quantiques ont été étudiées en microluminescence sur une boîte quantique ou un îlot unique, et ont été corrélées à leurs propriétés structurales. Cette approche "nano-objet individuel" nous a donné accès aux propriétés intrinsèques de ces objets, en nous affranchissant de l'élargissement inhomogène des résultats habituellement obtenus sur une population macroscopique. Dans les fils quantiques en régime 0D, la structure fine du doublet radiatif de l'exciton localisé dans les boîtes quantiques a été mise en évidence expérimentalement et reliée à l'interaction Coulombienne d'échange. L'évolution en température des spectres de microluminescence a été interprétée comme l'établissement du couplage fort entre excitons et phonons acoustiques : le pic zéro phonon observé à basse température disparaît dès 30 K au profit d'une raie plus large de luminescence assistée par les processus d'émission et d'absorption de phonons. Dans les fils quantiques en régime 1D, nous avons montré que les excitons délocalisés dans les îlots sont sensibles au désordre résiduel, principalement dû à la présence de champs piézoélectriques internes. La théorie de l'exciton a été reprise dans le cas des fils quantiques, dont la singularité nécessite une grande rigueur dans la résolution de l'hamiltonien de l'atome d'hydrogène à 1D. Le temps de vie radiatif des excitons a été mesuré et suit à basse température une loi en sqrt(T), prouvant que les excitons de bas de bande sont localement à l'équilibre thermique et que leur densité est en 1/sqrt(E) à l'échelle de kT, comme attendu pour un système unidimensionnel. Nous avons enfin mis en évidence la transition de Mott entre un gaz dilué d'excitons en interaction Coulombienne et un plasma dense d'électrons et de trous lorsque la densité de porteurs photocréés est augmentée, et nous avons caractérisé ces différents régimes de densité. La formation de biexcitons dans le gaz dilué d'excitons a en particulier été confirmée.

The imaging of local spectroscopic properties, by microphotoluminescence, allowed us to understand and analyze the localization properties of V-shape semiconducting quantum wires, and to identify the structural origins of disorder. We evidenced the differences between two generations of quantum wires. In the first one, the roughness of the hetero-interfaces involved in the confinement of the carriers is important and leads to the localization of excitons; the quantum wire can thus be seen as a collection of quantum boxes and is told to be in the "0D regime". In the second one, the hetero-interface fluctuations are much fewer (2 per µm in the best samples) and the excitons are delocalized over a few hundreds of nanometers. Each island can thus be considered as a portion of real quantum wire, and the wires are told to be in the "1D regime". The electronic properties of the quantum wires have been studied by microphotoluminescence experiments on a single quantum box or island, and have been correlated to their structural properties. This "single nano-object" approach gives us access to the intrinsic properties of these objects, which are free of the inhomogeneous broadening of the results usually obtained on a macroscopic population. In the 0D regime quantum wires, the fine structure of the radiative doublet has been evidenced for the excitons localized in quantum boxes, and it has been related to the exchange Coulomb interaction. The temperature evolution of the microluminescence spectra has been interpreted as the setting up of the strong coupling between excitons and acoustical phonons : the zero phonon peak observed at low temperature is progressively replaced by a broader line corresponding to recombinations assisted by emission and absorption of phonons. In the 1D regime quantum wires, we have shown that the excitons delocalized in the islands feel the residual disorder caused essentially by internal piezoelectric fields. The theory of the exciton has been reworked in the case of quantum wire, in which its singularity needs to pay a carefull attention to the resolution of the hydrogen atom 1D hamiltonian. The radiative lifetime of the excitons has been shown to scale as sqrt(T); this proves that the excitons are locally at thermal equilibrium at the bottom of the band, and that their density of state follows, within kT, the 1/sqrt(E) law expected for a one-dimensional system. We finally evidenced the Mott transition from a diluted gas of excitons to a dense electron-hole plasma as the density of photocreated carriers is increased, and we characterized these density regimes. The formation of biexcitons in the diluted gas of excitons has been confirmed.; L'imagerie des propriétés spectroscopiques locales, par microphotoluminescence, nous a permis de comprendre et d'analyser les propriétés de localisation dans les fils quantiques semiconducteurs gravés en V, et d'identifier les causes structurales de désordre. Nous avons ainsi mis en évidence les différences entre deux générations de fils quantiques. Dans la première, la rugosité des hétéro-interfaces impliquées dans le confinement des porteurs est importante et donne lieu à la localisation des excitons; le fil quantique, dit en "régime 0D", se comporte comme une collection de boîtes quantiques. Dans la deuxième génération, les fluctuations des hétéro-interfaces sont beaucoup plus rares (2 par µm dans les meilleurs échantillons) et les excitons sont délocalisés sur plusieurs centaines de nanomètres. Chaque îlot peut alors être considéré comme une portion de fil quantique, justifiant l'appellation de "régime 1D". Les propriétés électroniques des fils quantiques ont été étudiées en microluminescence sur une boîte quantique ou un îlot unique, et ont été corrélées à leurs propriétés structurales. Cette approche "nano-objet individuel" nous a donné accès aux propriétés intrinsèques de ces objets, en nous affranchissant de l'élargissement inhomogène des résultats habituellement obtenus sur une population macroscopique. Dans les fils quantiques en régime 0D, la structure fine du doublet radiatif de l'exciton localisé dans les boîtes quantiques a été mise en évidence expérimentalement et reliée à l'interaction Coulombienne d'échange. L'évolution en température des spectres de microluminescence a été interprétée comme l'établissement du couplage fort entre excitons et phonons acoustiques : le pic zéro phonon observé à basse température disparaît dès 30 K au profit d'une raie plus large de luminescence assistée par les processus d'émission et d'absorption de phonons. Dans les fils quantiques en régime 1D, nous avons montré que les excitons délocalisés dans les îlots sont sensibles au désordre résiduel, principalement dû à la présence de champs piézoélectriques internes. La théorie de l'exciton a été reprise dans le cas des fils quantiques, dont la singularité nécessite une grande rigueur dans la résolution de l'hamiltonien de l'atome d'hydrogène à 1D. Le temps de vie radiatif des excitons a été mesuré et suit à basse température une loi en sqrt(T), prouvant que les excitons de bas de bande sont localement à l'équilibre thermique et que leur densité est en 1/sqrt(E) à l'échelle de kT, comme attendu pour un système unidimensionnel. Nous avons enfin mis en évidence la transition de Mott entre un gaz dilué d'excitons en interaction Coulombienne et un plasma dense d'électrons et de trous lorsque la densité de porteurs photocréés est augmentée, et nous avons caractérisé ces différents régimes de densité. La formation de biexcitons dans le gaz dilué d'excitons a en particulier été confirmée.