ANALYSE DU POMPAGE OPTIQUE DES PAIRES ÉLECTRON-TROU ET DES EXCITONS DANS LES SEMICONDUCTEURS A L'AIDE DU FORMALISME DE LA MATRICE DENSITÉ

Résumé
Nous avons utilisé l'opérateur densité pour étudier le pompage optique interbande dans un semiconducteur. A partir d'une description statistique de la lumière excitatrice et des excitations élémentaires du semiconducteur (excitons, paires électron-trou), nous avons développé un formalisme qui permet de traiter de façon compacte les problèmes relatifs à la polarisation de la luminescence. L'excitation de paires électron-trou est traitée en considérant que les électrons et les trous photoexcités évoluent indépendamment avant de se recombiner. Au cours de cette évolution, il apparaît une perte de cohérence même en l'absence de relaxation. On prévoit que, en l'absence de relaxation, l'intensité de la luminescence dans une direction donnée dépend de la polarisation de la lumière excitatrice. La relaxation des trous conduit à une luminescence qui n'est que partiellement polarisée et dont l'intensité ne dépend plus de la polarisation de la lumière excitatrice. Dans le cas ou les excitations élémentaires sont des excitons, l'électron et le trou évoluent de façon couplée. La polarisation de la luminescence des excitons piégés sur des donneurs neutres est calculée et les résultats expérimentaux sont en bon accord avec les considérations théoriques.

Abstract
We have used the density operator to study interband optical pumping in semiconductors. From a statistical description of the excitation light and of the elementary excitations in the semiconductor (excitons, electron-hole pairs), we have developped a formalism which enables us to treat in a compact manner the various problems concerning the polarization of the luminescence. Excitation of electron-hole pairs is studied by considering that the evolution of photoexcited electrons and holes is uncorrelated. During this evolution, a loss of coherence takes place even in the absence of relaxation. It is shown that, when there is no relaxation, the intensity of the luminescence in a given direction depends upon the polarization of the exciting light. The relaxation of the holes leads to a partially polarized luminescence whose intensity does not depend anymore on the polarization of the exciting light. When the elementary excitations of the crystal are excitons, the evolution of the electron and the hole are coupled. The polarization of the luminescence of excitons bound to neutral donors is calculated and the experimental results are in good agreement with the theoretical considerations.