I.1.3. Propriétés optiques.
L'interaction de la lumière (onde
électromagnétique) avec la matière (électrons du
matériau) peut expliquer les propriétés optiques d'un
matériau.
Lors de l'application de la théorie de dispersion sur
un matériau, il convient de séparer l'absorption fondamentale de
l'absorption des porteurs libres. Si seule la première contribution est
présente, le matériau est qualifié de diélectrique.
Le cas échéant, le matériau est un métal. Pour les
semi-conducteurs, les deux contributions sont importantes. La première
correspond au seuil d'absorption interbandes et sépare la zone
d'absorption dans l'ultraviolet de la zone à forte transparence dans le
visible. La seconde repère le front de la montée de la
réflectivité dans l'infrarouge correspondant aux oscillations de
plasma des électrons de conduction.
Une onde électromagnétique interagissant avec le
semi-conducteur sera complètement absorbée par celui-ci si
l'énergie associé à l'onde électromagnétique
est capable de transférer des électrons de la bande de valence
à la bande de conduction, c'est-à-dire, si cette énergie
est au moins égale à celle de la largeur de la bande
interdite.
L'indice de réfraction (n) est un paramètre
physique important caractéristique des matériaux. La structure du
cristal de ZnO est de type hexagonal compact, ce qui conduit à une
anisotropie des propriétés physiques. Dans le cas de l'indice de
réfraction, on obtient deux indices différents selon
l'orientation du cristal, l'un noté no (polarisation E // à l'axe
c du cristal) et
l'autre noté ne (polarisation E - à l'axe c
du cristal). La figure I.7 montre la dispersion des indices de
réfraction ne et n0 en fonction de la longueur d'onde
[20].
Figure I.7. Courbe de dispersion des indices de
réfraction ne (a) et no(b) dans ZnO
[20].
L'indice de réfraction de l'oxyde de zinc sous la forme
massive est égal à 2,0 [21]. En couches minces, son indice de
réfraction et son coefficient d'absorption varient en fonction des
conditions d'élaboration des couches. L'indice de réfraction a
une valeur variant entre 1,7 et 2,2 [22, 23]. L'amélioration de la
steochiométrie de ZnO conduit à une diminution du coefficient
d'absorption et à une augmentation de l'énergie de la bande
interdite [24, 25]. L'oxyde de zinc dopé entre dans la classe des oxydes
transparents conducteurs dits TCO. Très peu dopé, il peut
être utilisé en luminescence [26].
Sous l'effet d'un champ électromagnétique
intense, d'une énergie supérieure à l'énergie de la
bande interdite (dans notre cas supérieure à 3,37 eV),
l'oxyde de zinc émet des photons, c'est ce qu'on appelle la
photoluminescence. En pratique, différentes émissions (bandes de
luminescence) peuvent être observées en fonction des
méthodes d'élaboration et de traitement. Dans les couches minces
de ZnO, la luminescence visible est due aux défauts liés aux
émissions des niveaux profonds (niveaux virtuels entre la bande de
conduction et la bande de valence), tels que les interstitiels de zinc et les
lacunes d'oxygène [27].
| 
