Résumé
Les excitons sont des bosons composites formés par une paire électron-trou liée par interaction coulombienne. Ces particules offrent une plateforme unique pour l'étude de phénomènes collectifs quantiques, tels que la condensation de Bose-Einstein (BEC) en physique des solides. Dans ce cadre, les excitons indirects (IXs), où l'électron et le trou sont spatialement séparés en présence d'un champ électrique, sont particulièrement intéressants. Leur durée de vie prolongée, pouvant atteindre quelques microsecondes, permet aux IXs de se thermaliser avec le réseau cristallin. Leur moment dipolaire électrique permanent les rend sensibles aux champs électriques et induit de fortes interactions entre eux, favorisant ainsi la formation d'états collectifs variés. Cette thèse explore le diagramme de phase d'un fluide excitonique dans des puits quantiques GaN/(Al,Ga)N. L'énergie de liaison des excitons indirects y est de l'ordre de 15 meV, et la condensation est attendue à des températures de quelques kelvins. De plus, les hétérostructures constituées de semiconducteurs III-N possèdent un champ électrique intrinsèque, rendant naturellement les excitons indirects. Le contrôle du fluide excitonique, notamment sa densité et son transport, est assuré par des pièges électrostatiques constitués d'électrodes métalliques déposées à la surface de l'hétérostructure. Les principaux résultats de cette étude sont : (i) la caractérisation de méthodes alternatives pour contrôler le fluide excitonique à l'aide de pièges électrostatiques. L'application d'une tension de polarisation négative permet de moduler la profondeur du piège, mais n'améliore pas leur efficacité. Cela est dû au fait que cette tension augmente également l'amplitude du champ électrique dans le plan, au niveau des bords des pièges, entraînant la dissociation non radiative des excitons. La déposition de matériaux 2D à la surface des hétérostructures GaN/(Al,Ga)N constitue une autre approche pour modifier le potentiel dans le plan perçu par les IXs. Nos résultats ont démontré que quelques couches de graphène induisent une modulation du potentiel six fois plus faible que celle produite par les électrodes Ni/Au précédemment étudiées, ce qui pourrait être avantageux pour la conception de dispositifs excitoniques. Toutefois, cet effet n'a pas été observé pour d'autres matériaux, comme des couches de MoS2 ou de hBN. (ii) L'exploration de l'influence de la longueur du dipôle des excitons sur les propriétés du fluide excitonique. En comparant la photoluminescence de différents échantillons ne variant que par la taille du dipôle, certaines propriétés (comme la durée de vie radiative) ont pu être reliées à la taille du dipôle, tandis que d'autres propriétés (comme le transport) dépendent également des caractéristiques de l'hétérostructure. (iii) La première observation expérimentale de l'assombrissement de la luminescence du fluide excitonique dans des puits quantiques GaN/(Al,Ga)N. Cet effet n'a été observé que pour certaines densités de puissance d'excitation et uniquement à basses températures. Une interprétation possible de cet effet par la condensation du fluide d'IXs dans leur état sombre demande des études expérimentales et théoriques supplémentaires.