Rev. Phys. Appl. (Paris) 22, 1239-1251 (1987)
DOI: 10.1051/rphysap:0198700220100123900

Observation d'états excitoniques à température ambiante dans les semiconducteurs à puits quantiques de type InGaAs/InP (Applications)

J.P. Pocholle¹, M. Razeghi¹, J. Raffy¹, M. Papuchon¹, C. Weisbuch¹, C. Puech¹, A. Vandenborre², J.L. Bezy², L. Heinrich³ et J.E. Vimont<sup>3

1</sup>  Thomson-CSF/LCR, Domaine de Corbeville, BP 10, 91401 Orsay, France
²  Ecole Supérieure d'Optique, Bât. 503, Centre Universitaire, BP 43, 91406 Orsay, France
³  Ecole Polytechnique, 91128 Palaiseau, France

Abstract
Semiconductor quantum wells and their band gap resonant nonlinear optical properties have been shown to be important because of their potential for applications in optical switching and signal processing. The near band gap optical properties of quantum well structures are dominated by strong excitonic effects due to quantum confinement. There is much interest in the use of optical devices as MQW for performing all optical switching or by using electrostatic field to change the absorption directly by driving electrons in the QW structure. Such effects are able to produce a family of optical logic elements. In this paper, we present the linear and nonlinear optical properties seen in III-V (GaInAs/InP) multi quantum well structures. The nonlinear properties associated to the absorption saturation of the heavy hole excitons are demonstrated. We review the applications of these nonlinear processes in the field of the 2D and integrated optics (intrinsic bistability and nonlinear coupler).

Résumé
Les structures à base de semiconducteurs constituant des puits quantiques présentent de remarquables propriétés électroniques et optiques. En particulier les états excitoniques peuvent être observés à température ambiante et les propriétés optiques qui leur sont attachées permettent de concevoir l'utilisation de tels composants dans le domaine du traitement optique de l'information. Dans ce cadre, des éléments logiques commandés par voie purement optique ou assistés sous champ électrique peuvent constituer un des éléments de base devant être pris en compte pour la conception des futurs ordinateurs. Cet article présente les caractéristiques optiques de transmission de structures de type multi-puits quantiques réalisées à partir de matériaux III-V InGaAs/InP. Les effets non linéaires associés à l'existence d'un effet collectif des excitons sont démontrés et l'emploi de ces effets en optique surfacique ou en optique guidée est évoqué au travers de deux exemples (bistabilité et coupleur non linéaire).

PACS
4230 - Optical information, image formation and analysis.
4265G - Optical transient phenomena, self induced transparency, optical saturation and related effects.
4265P - Optical bistability, multistability and switching.
4282 - Integrated optics.
7135 - Excitons and related phenomena.
7320D - Electron states in low dimensional structures.
7820W - Other optical properties of condensed matter.
4140 - Integrated optics.
4340 - Nonlinear optics and devices.

Key words
excitons -- gallium arsenide -- III V semiconductors -- indium compounds -- integrated optics -- optical bistability -- optical information processing -- optical saturable absorption -- semiconductor superlattices -- optical signals processing -- semiconductors -- linear optical properties -- excitonic states -- room temperature -- band gap resonant nonlinear optical properties -- optical switching -- quantum confinement -- absorption saturation -- heavy hole excitons -- intrinsic bistability -- nonlinear coupler -- InGaAs InP multiquantum wells