Infrared photodetection with semiconductor self-assembled quantum dots

Semiconductor self-assembled quantum dots are potential candidates to develop a new class of midinfrared quantum photodetectors and focal plane arrays. In this article, we present the specific midinfrared properties of InAs/GaAs quantum dots associated with the intersublevel transitions. The electronic structure, which accounts for the strain field in the islands, is obtained within the framework of a three-dimensional 8 band $\text{k.p}$ formalism. The midinfrared intersublevel absorption in n-doped quantum dots is described. We show that the carrier dynamics can be understood in terms of polarons which result from the strong coupling regime for the electron–phonon interaction in the dots. The principle of operation of vertical and lateral quantum dot infrared photodetectors is described and discussed by comparison with quantum well infrared photodetectors. We review the performances of different type of detectors developed to date and finally give some orientation to realize high performance quantum dot infrared photodetectors. To cite this article: P. Boucaud, S. Sauvage, C. R. Physique 4 (2003). Les boı̂tes quantiques semi-conductrices auto-assemblées sont des candidates pour le développement d'une nouvelle classe de photodétecteurs quantiques et de matrices fonctionnant dans le moyen infrarouge. Dans cet article, nous décrivons les propriétés des transitions intersousniveaux des boı̂tes quantiques InAs/GaAs. La structure électronique qui tient compte du champ de contrainte dans les boı̂tes est obtenue dans un formalisme $\text{k.p}$ à 8 bandes en tenant compte du confinement tridimensionnel. L'absorption intersousniveaux dans le moyen infrarouge de boı̂tes quantiques dopées n est décrite. Nous montrons que la dynamique des porteurs peut être comprise dans le cadre d'une théorie de polarons qui résulte du régime de couplage fort pour l'interaction électron–phonon dans les boı̂tes. Le principe de fonctionnement de photodétecteurs moyen infrarouge à boı̂tes quantiques verticaux et latéraux est décrit et discuté par référence à celui des photodétecteurs à puits quantiques. Les performances de différents types de détecteurs développés à ce jour sont présentées et nous donnons des directions pour la réalisation de photodétecteurs moyen infrarouge à boı̂tes quantiques performants. Pour citer cet article : P. Boucaud, S. Sauvage, C. R. Physique 4 (2003).