Epitaxial challenges

The expertise of the group for the epitaxy of a wide range of semiconductor nanostructures allows together (i) to develop thematic explorations in material science (such as nucleation mechanisms or new forms of materials i.e. nanowires), (ii) to provide on demand samples for internal or external studies at the local, national and international levels, and (iii) to propose new kinds of nano-objects for new functionalities and potential applications.

Over the period, a special interest was paid to nanowire (NW) heterostructures, which open a way to grow quantum objects whatever the lattice mismatch with barrier material. In these structures, the quantum dot (QD) can be a thin slice of small gap material inserted in a narrow NW with a position, shape and size determined by the growth conditions, by contrast to the Stranski-Kratstanov QDs, which are due to a self-assembled process having the elastic strain relaxation as a driving force. This gives rise to a lot of new possibilities for the engineering of these QDs embedded into NWs : QDs of GaN, InGaN, GaAs, CdSe, CdTe, CdMnTe were inserted into NWs made of respectively AlN, GaN, AlGaAs, ZnSe, ZnTe barriers. Depending on the semiconductor compounds, the axial growth to achieve these NWs is a vapor-liquid-solid growth process, which is done either without any catalyst (nitrides), either with a self-catalyst (gallium for arsenides) or with a gold catalyst (II-VI materials). These nanowire based structures are optimized using both Molecular Beam Epitaxy (MBE) and Metal-Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD).

Besides this expertise, the control of the radial growth in these 1D structures was also developed ; it permits :

  • a proper choice of the shell around the NW, which allows tailoring the strain in the QD and achieving electrical doping ;
  • an efficient passivation of the surface in order to inhibit the surface non-radiative recombination channels ;
  • a growth of multi-quantum wells on non-polar planes (facets of the NWs) such as InGaN /GaN or GaN / AlInN.

Moreover, the easy dispersion of NWs afterwards makes possible the study of structural, optical and electrical properties of single objects, which is one of the main research lines of our group.

Cohérence quantique - CQ

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Hélium : du fondamental aux applications - HELFA

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Magnétisme et Supraconductivité - MagSup

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Transport électronique et spectroscopie locale de structures quantiques
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Nano - optique et forces
Nanophysique et Semiconducteurs - NPSC

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Élaboration de nanostructures de semi-conducteurs III-V et II-VI et étude de leurs propriétés physiques en vue de nouvelles fonctionnalités
Nanospintronique et Transport Moléculaire - NanoSpin

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Studying magnetism at the nanoscale, where classical and quantum properties can be combined and used for molecular quantum spintronics
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De la physique du diamant et autres semi-conducteurs à grand gap vers les applications en électronique et biotechnologies
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Etudes expérimentales et théoriques de systèmes de basse dimensionnalité
Systèmes Hybrides de basse dimensionnalité - HYBRID

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Propriétés électroniques, optiques, vibrationnelles, mécaniques, et leur couplage à l’échelle quantique, de nouveaux systèmes hybrides (nanotubes, graphène, matériaux bi-dimensionnels, fonctionnalisés) que l’équipe développe.
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Phénomènes physiques nouveaux dans les matériaux et systèmes modèles.
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Instrumentation ultrasensible pour sonder les propriétés électronique et thermique : de la matière condensée à basse température aux systèmes biologiques à l’ambiante.
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Étude théorique du transport électronique dans des dispositifs nanométriques aux propriétés quantiques remarquables.
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La physique quantique à la limite des ultra-basses températures.

A quantum dot in a nanowire : GaN/AlN, CdSe/ZnSe, ...

We have developed the growth techniques for semiconductor nanowires based on different material systems such as III-N (InN, GaN, AlN], II-VI(,CdSe,ZnSe) and III-As (InAs, GaAs, AlAs). Currently, these nanowires have demonstrated single photon operation respectively in the UV and in the visible.... > suite

Semiconductor nanowires for ultimate magnetic objects

Our research aims to fabricate, study, and manipulate different forms of magnetic polarons embedded in semiconductors nanowires. One challenge is to make a link between the quantum limit (single magnetic impurity, single carrier), and ferromagnetic-like system involving an ensemble of magnetic impurities and several carriers confined in a quantum dot, or a one dimensional hole gas. It may open also new routes for semiconductor structures embedding ferromagnetic elements, in the search for higher ordering temperatures by wavefunction engineering, for controlled anisotropy by strain engineering, and for strong magneto-electric effects.

Non-polar and polar nitrides quantum dots

People : Edith Bellet-Amalric, Bruno Daudin, Henri Mariette Benoît Amstatt, Johann Coraux, Sébastien Founta Overview and results : Study of the growth and of structural and optical properties of GaN quantum dots (QDs) obeys several motivations, from both basic and applied research points... > suite

Elaboration of II-VI quantum dots

People : Régis ANDRE, Catherine BOUGEROL, Hervé BOUKARI, Henri MARIETTE, Serge TATARENKO. Thomas AICHELE, Laurent MAINGAULT, Rita NAJJAR, Ivan-Christophe ROBIN Results : CdSe/ZnSe self-organized QDs The case of CdSe differs from other strained materials such as Si/Ge or InAs/GaAs :... > suite

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