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In this thesis quantum phase slips in one-dimensional superconductors are studied. One-dimensional superconductors can be represented by two physical systems: a superconducting wire and a Josephson junction chain. A superconducting wire can be considered one-dimensional, if its transverse dimensions are smaller than the superconducting coherence length. In one-dimensional systems fluctuations strongly influence the system properties. The quantum phase slips correspond to quantum tunneling between different phase configurations along the superconductor. They can be of two types. Coherent quantum phase slips do not involve dissipation and only shift energy levels of the system. Incoherent quantum phase slips lead to a dissipative relaxation in the system.We start with studying an incoherent phase-slip process in a single underdamped current-biased Josephson junction. This process corresponds to dissipative tunneling between weakly broadened levels in neighboring minima of the tilted washboard potential. We derive an expression for the voltage peaks near the resonant values of the external current, which correspond to matching energies of the lowest level in one minimum and an excited level in the lower neighboring minimum. This process is analogous to resonant Zener breakdown known for electrons in a superlattice subject to a strong electric field.We continue with studying coherent quantum phase slips in a Josephson junction chain. First, we determine the amplitude of a coherent quantum phase slip in a homogeneous chain. It has already been shown that the amplitude is determined by the imaginary-time instanton action, which can be divided into the local (corresponding to phase winding by 2π on one junction) and environmental (corresponding to phase readjustment in the rest of the chain, which is determined by gapless Mooij-Schön modes) parts. We derive a numerical correction to the environmental part of the action, going beyond logarithmic precision. Second, we study the effect of spatial periodic modulations of the chain parameters on the coherent quantum phase slip process. We calculate the corrections both to the local and environmental part of the coherent quantum phase slip action and show that both of them can be significant, depending on the chain and modulations parameters. Then, we study the effect of two types of quenched disorder: random spatial modulation of the junction areas and random induced background charges. The main result is that the dominant contribution to the coherent quantum phase slip action is local. We also study the statistics of the mesoscopic fluctuations of the quantum phase slips amplitude and show that it can be non-Gaussian for chains which are not sufficiently long.Finally, we consider one-dimensional superconducting wires. There is no microscopic theory available for the fast phase winding in the phase-slip core, where the order parameter is suppressed. However, the slow phase readjustment process, determined by the Mooij-Schön modes with frequencies lower than 2Δ, is analogous to that in Josephson junction chains, so the resulting environmental part of the coherent quantum phase slip action takes the same form. Therefore, we discuss how our results, obtained for Josephson junction chains, can be applied to inhomogeneous superconducting wires.; Dans cette thèse, j'étudie les sauts de phase quantiques dans des supraconducteurs unidimensionnels. Les supraconducteurs unidimensionnels peuvent être représentés par deux systèmes physiques: un fil supraconducteur ou une chaîne de jonctions de Josephson. Un fil supraconducteur peut être considéré unidimensionnel si ses dimensions transversales sont inférieures à la longueur de cohérence supraconductrice. Dans les systèmes unidimensionnels, les fluctuations ont une grande influence sur les propriétés du système. Les sauts de phase quantiques correspondent au tunnel quantique entre différentes configurations de phase le long du supraconducteur. Ils peuvent être de deux types. Les sauts de phase quantiques cohérents n'impliquent pas de dissipation et ne font que déplacer les niveaux d'énergie du système. Les sauts de phase quantiques incohérents entraînent une relaxation dissipative dans le système.Nous commençons par étudier un processus incohérent de saut de phase dans une jonction de Josephson sous-atténuée et soumise à un courant externe. Ce processus correspond à un processus tunnel dissipatif entre des niveaux faiblement élargis dans les minima voisins du potentiel de planche à laver incliné. J'obtiens une expression pour les pics de tension proches des valeurs de résonance du courant externe, qui correspondent à l’énergie du niveau le plus bas dans un minimum et celle d'un niveau excité dans le minimum voisin étant proches. Ce processus est analogue à la rupture résonante de Zener connue pour les électrons dans un super-réseau soumis à un champ électrique fort.Nous continuons à étudier les sauts de phase quantiques cohérents dans une chaîne de jonctions de Josephson. Tout d'abord, nous déterminons l'amplitude d'un saut de phase quantique cohérent dans une chaîne homogène. Il a déjà été montré que l’amplitude est déterminée par l’action de l'instanton dans un temps imaginaire, qui peut être divisée en deux parties: l’action locale (correspondant à un enroulement de la phase par 2π sur une jonction) et l’environnement (correspondant à un réajustement de la phase dans le reste de la chaîne, qui est déterminée par des parties de Mooij-Schön sans gap). Nous obtenons une correction numérique de la partie environnementale de l'action, allant au-delà de la précision logarithmique. Deuxièmement, nous étudions l'effet de la modulation périodique spatiale des paramètres de la chaîne sur la phase quantique cohérente. Nous calculons les corrections aux parties locale et environnementale de l’action du sauts de phase quantique cohérent et montrons que les deux peuvent être significatives, en fonction des paramètres de la chaîne et des modulations. Puis nous étudions l’effet des deux types de désordre : modulation spatiale aléatoire des surfaces des jonctions et des charges de fond induites de manière aléatoire. Le résultat principal est que la contribution dominante à l'action cohérente du saut de phase quantique est locale. Nous étudions également la statistique des fluctuations mésoscopiques de l’amplitude des sauts de phase quantiques et montrons qu’elle peut être non Gaussienne pour des chaînes qui ne sont pas suffisamment longues.Enfin, nous considérons des fils supraconducteurs unidimensionnels. Il n'y a pas de théorie microscopique disponible pour l'enroulement de phase rapide dans le noyau du saut de phase, où le paramètre d'ordre est supprimé. Cependant, le processus lent de réajustement de la phase, déterminé par les modes de Mooij-Schön avec des fréquences inférieures à 2Δ, est analogue à celui des chaînes de jonction de Josephson, de sorte que la partie environnementale résultante de l'action du saut de phase quantique cohérent prend la même forme. Par conséquent, nous discutons de la façon dont nos résultats, obtenus pour les chaînes de jonction Josephson, peuvent être appliqués à des fils supraconducteurs inhomogènes.

In this thesis quantum phase slips in one-dimensional superconductors are studied. One-dimensional superconductors can be represented by two physical systems: a superconducting wire and a Josephson junction chain. A superconducting wire can be considered one-dimensional, if its transverse dimensions are smaller than the superconducting coherence length. In one-dimensional systems fluctuations strongly influence the system properties. The quantum phase slips correspond to quantum tunneling between different phase configurations along the superconductor. They can be of two types. Coherent quantum phase slips do not involve dissipation and only shift energy levels of the system. Incoherent quantum phase slips lead to a dissipative relaxation in the system.We start with studying an incoherent phase-slip process in a single underdamped current-biased Josephson junction. This process corresponds to dissipative tunneling between weakly broadened levels in neighboring minima of the tilted washboard potential. We derive an expression for the voltage peaks near the resonant values of the external current, which correspond to matching energies of the lowest level in one minimum and an excited level in the lower neighboring minimum. This process is analogous to resonant Zener breakdown known for electrons in a superlattice subject to a strong electric field.We continue with studying coherent quantum phase slips in a Josephson junction chain. First, we determine the amplitude of a coherent quantum phase slip in a homogeneous chain. It has already been shown that the amplitude is determined by the imaginary-time instanton action, which can be divided into the local (corresponding to phase winding by 2π on one junction) and environmental (corresponding to phase readjustment in the rest of the chain, which is determined by gapless Mooij-Schön modes) parts. We derive a numerical correction to the environmental part of the action, going beyond logarithmic precision. Second, we study the effect of spatial periodic modulations of the chain parameters on the coherent quantum phase slip process. We calculate the corrections both to the local and environmental part of the coherent quantum phase slip action and show that both of them can be significant, depending on the chain and modulations parameters. Then, we study the effect of two types of quenched disorder: random spatial modulation of the junction areas and random induced background charges. The main result is that the dominant contribution to the coherent quantum phase slip action is local. We also study the statistics of the mesoscopic fluctuations of the quantum phase slips amplitude and show that it can be non-Gaussian for chains which are not sufficiently long.Finally, we consider one-dimensional superconducting wires. There is no microscopic theory available for the fast phase winding in the phase-slip core, where the order parameter is suppressed. However, the slow phase readjustment process, determined by the Mooij-Schön modes with frequencies lower than 2Δ, is analogous to that in Josephson junction chains, so the resulting environmental part of the coherent quantum phase slip action takes the same form. Therefore, we discuss how our results, obtained for Josephson junction chains, can be applied to inhomogeneous superconducting wires., Dans cette thèse, j'étudie les sauts de phase quantiques dans des supraconducteurs unidimensionnels. Les supraconducteurs unidimensionnels peuvent être représentés par deux systèmes physiques: un fil supraconducteur ou une chaîne de jonctions de Josephson. Un fil supraconducteur peut être considéré unidimensionnel si ses dimensions transversales sont inférieures à la longueur de cohérence supraconductrice. Dans les systèmes unidimensionnels, les fluctuations ont une grande influence sur les propriétés du système. Les sauts de phase quantiques correspondent au tunnel quantique entre différentes configurations de phase le long du supraconducteur. Ils peuvent être de deux types. Les sauts de phase quantiques cohérents n'impliquent pas de dissipation et ne font que déplacer les niveaux d'énergie du système. Les sauts de phase quantiques incohérents entraînent une relaxation dissipative dans le système.Nous commençons par étudier un processus incohérent de saut de phase dans une jonction de Josephson sous-atténuée et soumise à un courant externe. Ce processus correspond à un processus tunnel dissipatif entre des niveaux faiblement élargis dans les minima voisins du potentiel de planche à laver incliné. J'obtiens une expression pour les pics de tension proches des valeurs de résonance du courant externe, qui correspondent à l’énergie du niveau le plus bas dans un minimum et celle d'un niveau excité dans le minimum voisin étant proches. Ce processus est analogue à la rupture résonante de Zener connue pour les électrons dans un super-réseau soumis à un champ électrique fort.Nous continuons à étudier les sauts de phase quantiques cohérents dans une chaîne de jonctions de Josephson. Tout d'abord, nous déterminons l'amplitude d'un saut de phase quantique cohérent dans une chaîne homogène. Il a déjà été montré que l’amplitude est déterminée par l’action de l'instanton dans un temps imaginaire, qui peut être divisée en deux parties: l’action locale (correspondant à un enroulement de la phase par 2π sur une jonction) et l’environnement (correspondant à un réajustement de la phase dans le reste de la chaîne, qui est déterminée par des parties de Mooij-Schön sans gap). Nous obtenons une correction numérique de la partie environnementale de l'action, allant au-delà de la précision logarithmique. Deuxièmement, nous étudions l'effet de la modulation périodique spatiale des paramètres de la chaîne sur la phase quantique cohérente. Nous calculons les corrections aux parties locale et environnementale de l’action du sauts de phase quantique cohérent et montrons que les deux peuvent être significatives, en fonction des paramètres de la chaîne et des modulations. Puis nous étudions l’effet des deux types de désordre : modulation spatiale aléatoire des surfaces des jonctions et des charges de fond induites de manière aléatoire. Le résultat principal est que la contribution dominante à l'action cohérente du saut de phase quantique est locale. Nous étudions également la statistique des fluctuations mésoscopiques de l’amplitude des sauts de phase quantiques et montrons qu’elle peut être non Gaussienne pour des chaînes qui ne sont pas suffisamment longues.Enfin, nous considérons des fils supraconducteurs unidimensionnels. Il n'y a pas de théorie microscopique disponible pour l'enroulement de phase rapide dans le noyau du saut de phase, où le paramètre d'ordre est supprimé. Cependant, le processus lent de réajustement de la phase, déterminé par les modes de Mooij-Schön avec des fréquences inférieures à 2Δ, est analogue à celui des chaînes de jonction de Josephson, de sorte que la partie environnementale résultante de l'action du saut de phase quantique cohérent prend la même forme. Par conséquent, nous discutons de la façon dont nos résultats, obtenus pour les chaînes de jonction Josephson, peuvent être appliqués à des fils supraconducteurs inhomogènes.

This thesis focuses on the study and realization of broadband vertical cavity lasers emitting at 1,55 µm, useful for telecom applications, integrated sensors and medical imaging. ln order to achieve tunable VCSELs over broad spectral range(>> 50 nm), this thesis focused on the study and improvement the key components of these devices, which are: Bragg mirrors, active region and optical and thermal performances of VCSELs. The high index contrast (Δn~1,9) of dielectric materials (a-Si/a-SiN.) allowed a large bandwidth mirror (~700 nm) and high reflectivity (99.6%), ensuring a good VCSEL operation. For the active region, we opted for using quantum dashes, and thanks to their size dispersion allow having a broadband gain material. The realization of the quantum dashes based VCSEL with dielectric mirrors allowed a first international demonstration of a laser emission over a broadband of 117 nm, covering the optical telecommunication C and L bands. The laser emission is obtained under continuous optical pumping up to 42°C with a maximum output power of 1.3 mW. To improve the emitted laser power, a study based on the number of the output mirror pairs was conducted. For a variable number of pairs (4, 5 and 6 pairs), the best compromise was obtained for an output mirror with 4 pairs only, for which the output power is increasing from 0.1 mW (6 pairs) to 1.3 mW (4 pairs). ln this case, besides the increase of the output power, performance improvement is also reflected by improved external differential quantum efficiency of the laser and an increase in the operating range of the pump power. To improve the thermal aspect of the VCSEL, an approach based on the use of hybrid mirror was developed. This allows to keep even to improve the reflectivity of the standard dielectric mirror while reducing its number of pairs. Experimentally, it has been demonstrated a 29 % reduction in thermal resistance, confirming the effectiveness of the hybrid mirror to be a potential alternative to standard dielectric mirror. This improvement in term of thermal dissipation allowed an increase in operating temperature up to 45°C and a maximum output power of 1.8 mW. The realization of TSHEC process based on buried hybrid mirror, allowed further optical and thermal enhancements. Thus, with a 20 µm Bragg mirror diameter, we have demonstrated a maximum output power of 2.2 mW with a larger pump power operating range and a temperature operating up to 55 °C. All these optimizations will soon be implemented within the tunable VCSEL structures of HYPOCAMP ANR project., Ce travail de thèse porte sur l'étude et la réalisation de lasers à cavité verticale accordable et émettant à 1,55 µm, destinés aux applications télécom, capteurs intégrés et imagerie médicale. En vue de réaliser des VCSELs accordables sur de large gamme spectrale (>> 50 nm), ce travail de thèse s'est attaché à étudier et à améliorer les éléments clés constitutifs de ces dispositifs, à savoir : les miroirs de Bragg, la zone active, et les performances optiques et thermiques des VCSELs. Le fort contraste d'indice (Δn~1,9) des matériaux diélectriques (a-Si/a-SiN,x) a permis d'avoir une bande passante du miroir de Bragg suffisamment large (~700 nm) et des hautes réflectivités (~99,6%), assurant un bon fonctionnement du VCSEL. Pour la région active, nous avons opté pour les fils quantiques, qui grâce à leur dispersion en taille, permettent de bénéficier d'un gain matériau large bande. La réalisation d'un VCSEL à fils quantiques avec des miroirs diélectriques a permis une première démonstration internationale d'une émission laser sur un large domaine spectral de plus de 117 nm, couvrant ainsi les bandes de télécommunication optique C et L. L'émission laser est obtenue sous pompage optique continu jusqu'à une température de 42°C avec une puissance émise maximale de 1,3mW. Pour améliorer la puissance émise du laser, une étude en fonction du nombre de paires du miroir de sortie a été conduite. Pour un nombre de paires variable (4, 5 et 6 paires), le meilleur compromis a été obtenu pour un miroir de sortie comportant uniquement 4 paires, permettant d'accroitre la puissance émise de 0,1 mW (6 paires) à 1,3 mW (4 paires). Dans ce cas, l'amélioration des performances optiques s'est traduite également par un meilleur rendement quantique différentiel externe du laser et une augmentation de la plage de fonctionnement en puissance de pompe. Afin d'améliorer la dissipation thermique du VCSEL, le concept du miroir hybride a été développé. Ce dernier permet de conserver voire d'améliorer la réflectivité du miroir diélectrique classique tout en réduisant le nombre de paires le constituant. Ceci a permis de démontrer expérimentalement une diminution de 29 % de la résistance thermique, ce qui confirme l'efficacité du miroir hybride pour être une alternative potentielle au miroir diélectrique classique. Cette amélioration de l'aspect thermique a permis une augmentation de la température de fonctionnement jusqu'à 45°C et une puissance émise maximale de 1,8 mW. La réalisation du procédé TSHEC combiné au miroir hybride enterré, a permis d'améliorer encore davantage les performances optiques et thermiques du VCSEL. Ainsi, avec un miroir enterré de 20 µm de diamètre, nous avons démontré une puissance émise maximale de 2,2 mW avec une plage de fonctionnement en puissance de pompe plus large et une température de fonctionnement allant jusqu'à 55°C. L'ensemble de ces optimisations seront prochainement implémentées dans les structures VCSELs accordables du projet ANR HYPOCAMP.

National audience; Les lasers à cavité verticale émettant par la surface (VCSEL) présentent de grands intérêts pour des applications variées (télécommunication, capteurs, ..), d'autant plus si ces derniers s'avèrent stables et accordables en longueur d'onde. Au-delà du procédé technologique utilisé, cette dernière propriété est aussi très limitée par l'extension du gain spectral de la zone active. Nous présentons ici la réalisation d'un VCSEL émettant à 1.55 μm, et présentant une émission laser sur une plage en longueur d'onde de 105 nm.

Les performances dynamiques des lasers à émission verticale (VCSELs) émettant aux longueurs d'ondes des télécommunications optiques (1.55 µm), et constitués de puits quantiques (PQs) ou de fils quantiques (FQs) sont analysées et comparées. La polarisation optique des VCSELs à PQs apparaît très instable, et peu prédictible. A l'inverse, les VCSELs à FQs présentent une émission laser fortement polarisée d'une grande stabilité.

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.

Intraband transitions are optical transitions between confined states of the conduction band or the valence band. Spectroscopy of intraband transitions gives an accurate measurement of the confinement energies as well as the spatial symmetry of the wave functions. The main applications are photodetection and unipolar lasers. In 1D and 0D nanostructures, the lateral confinement of the carriers allows intraband transitions polarised in the layer plane. Samples studied in this work have been grown by molecular beam epitaxy. Strains, due to the lattice mismatch between InAs and InP, give rise to nanometric islands in the Stranski-Krastanov growth mode. Structural characterization reveals that it is possible to obtain different types of nanostructures by adjusting growth parameters. The weak lattice mismatch (3%) allows a full coverage of the InAlAs surface by wires, elongated dots or isotropic dots. The samples have been characterized by photoluminescence, photo-induced absorption and photocurrent spectroscopies. These experiment s reveal the presence of intense infrared absorptions (12-14µm), polarized in the layer plane and attributed to optical transition between the ground state and the first excited state confined along [110]. This absorption reaches 26% in 10 planes of n-doped (1012cm-2) elongated dots. We also observe other transitions at shorter wavelength (9-12µm) in the [110] and [1-10] polarisations attributed to transitions between excited states in the conduction band. The synthesis of the different spectroscopies allows the reconstruction of the energetic diagram. Results are in agreement with calculations based on a k.p model.; Dans les nanostructures 1D et 0D, le confinement latéral des porteurs autorise des transitions intrabandes polarisées dans le plan des couches. Ces structures présentent alors un intérêt pour la photodétection à incidence normale ou l'émission de lumière par la surface. Les échantillons sont réalisés par épitaxie par jets moléculaires. Les contraintes dues au désaccord de maille entre l'InAs et l'InP donnent naissance à des îlots de taille nanométrique en suivant le mode de croissance Stranski-Krastanov. La caractérisation structurale de ces îlots par AFM et TEM montre un profil en forme de pyramide tronquée et un allongement le long de la direction [1-10]. Le faible désaccord de maille (3%) conduit à une couverture complète de la surface d'InAlAs par des boîtes allongées ou des fils. Les échantillons ont été caractérisés par photoluminescence et par spectroscopie d'absorption photo-induite. Ces expériences ont permis de montrer la présence d'absorptions infrarouges remarquables (12-14µm), polarisées dans le plan des couches et attribuées à la transition optique entre l'état fondamental et le premier état excité confiné suivant la direction [110]. D'autre part, nous mettons également en évidence la présence de transitions moins intenses à plus courte longueur d'onde (9-12µm) dans les polarisations [110] et [1-10] dont l'intensité est fortement dépendante de la température. Nous attribuons ainsi ces résonances à des transitions entre niveaux excités de la bande de conduction. Des mesures de spectroscopie de photocourant complètent l'étude optique et montrent les performances remarquables de ce système pour la photodétection à incidence normale. Les résultats issus de simulations, tenant compte de la non-parabolicité des bandes, montrent un accord satisfaisant avec les expériences et autorisent l'identification des raies observées. La synthèse des différentes spectroscopies conduit à la reconstruction de la structure énergétique des boîtes.

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.