CDD Doctorant en physique des matériaux H/F

Description du sujet de thèse

Les nitrures d’élements III comme le GaN sont des semi-conducteurs à grande bande interdite omniprésents dans notre vie quotidienne avec les éclairages LEDs. Grâce à leurs propriétés intrinsèques, les nitrures d’éléments III sont des candidats idéaux pour développer des dispositifs photoniques plus avancés que les LEDs comme des circuits intégrés photoniques fonctionnant dans le domaine spectral visible.
A travers des interactions non linéaires, ces circuits photoniques peuvent générer des sources optiques agiles et accordables, comme des oscillateurs paramétriques optiques, des peignes de fréquence, ou des paires de photons intriqués pour les technologies quantiques.
L’objectif de cette thèse sera de poursuivre le développement des circuits photoniques III-nitrure et de démontrer différents types de sources optiques réalisables avec ces systèmes, i.e. un oscillateur paramétrique optique dans le proche infrarouge, un peigne de fréquence visible et une source de paires de photons.
Le doctorant sera impliqué dans le design des circuits photoniques, la croissance épitaxiale des matériaux, la microfabrication en salle blanche et les caractérisations optiques des dispositifs réalisés.

Contexte de travail

Le Centre de Recherche pour l’Hétéro-Epitaxie et ses Applications (CRHEA – UPR10) est un laboratoire de recherche du CNRS spécialisé dans l’épitaxie des matériaux semi-conducteurs à grande bande interdite comme les matériaux nitrures d’éléments III (GaN, AlN), l’oxyde de zinc (ZnO), le carbure de silicium (SiC) et leur micro- et nanofabrication en salle blanche. Le CRHEA étudie également les matériaux 2D comme le graphène, ou le nitrure de bore.

Les grands domaines couverts par le CRHEA concernent la transition énergétique, les communications du futur, l’environnement et la santé. Le CRHEA effectue également des études fondamentales en nanosciences et en croissance cristalline.

Les matériaux à grande énergie de bande interdite sont des éléments clefs pour l’électronique de puissance, l’électronique à très haute fréquence, l’éclairage à base de LEDs et les nouvelles générations de micro-afficheurs. Les sources lasers fonctionnant dans le visible et dans l’Ultra-Violet réalisées au CRHEA ont des applications multiples pour l’éclairage, la biophotonique et pour la purification de l’eau. Le CRHEA développe également des composants dans le domaine THz, des circuits photoniques, des composants optiques avancés à base de métasurfaces, des applications en spintronique, des capteurs et s’implique dans le développement des technologies quantiques.

Le laboratoire dispose de huit réacteurs de croissance par épitaxie par jets moléculaires et de six réacteurs de croissance en phase vapeur. Il dispose également d’outils de caractérisation structurale des matériaux et une salle blanche pour la micro et nanofabrication.

Le pôle épitaxie regroupe les différentes activités de croissance qui constituent la base de la recherche menée au CRHEA. Il est constitué de 13 chercheurs et 8 ingénieurs autour de réacteurs d’épitaxie adaptés la croissance de matériaux à grand gap, en particulier des nitrures d’éléments III, mais aussi SiC et ZnO ainsi que des matériaux 2D tels que le graphène.
Les différents équipements se distinguent par le type de méthode d’épitaxie, soit par jets moléculaires sous ultra-vide (MBE/EJM, 8 réacteurs) soit par phase vapeur (CVD ou MOCVD, 6 réacteurs).
L’équipe Opto étudie les propriétés optiques et optoélectroniques des matériaux à base de nitrure de gallium (GaN) et d’oxyde de zinc (ZnO), qui sont élaborés par croissance épitaxiale par épitaxie en phase vapeur (EPV) et/ou par épitaxie sous jets moléculaires (EJM), et les développe dans des composants (LEDs, lasers, détecteurs…) en vue d’applications potentielles. En particulier, en s’appuyant sur les spécificités de ces techniques de croissance et des savoir-faire développés pour ces deux familles de matériaux, la possibilité de couplage (EPV-EJM et/ou GaN-ZnO) est au plan mondial un atout exceptionnel du CRHEA.

Contraintes et risques

Activité exercée en étroite collaboration avec le laboratoire C2N à Palaiseau ; de ce fait prévoir des déplacements et séjours sur site.
Participation active au programme GANEX (présentations de résultats etc …)

Informations complémentaires

Délais de recrutement pouvant être rallongés du fait de la nationalité du candidat (procédures convention d’accueil, titre de séjour etc…)