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Optoélectronique, Hétéroépitaxie et Matériaux (OHM)

 

responsable Olivier DURAND

Cette équipe étudie la croissance et les propriétés électriques, optiques et optoélectroniques des structures à puits et îlots quantiques à semi-conducteurs sur substrat InP, GaP ou Si. Pour satisfaire cet objectif, nous disposons en un même lieu de moyens techniques qui vont de la croissance de structures par épitaxie par jets moléculaires (MBE) à la fabrication de composants en salle blanche en passant par la modélisation, la caractérisation structurale, optique, électrique, électro-optique et fonctionnelle.

Thèmes de recherche

L’équipe OHM (Optoélectronique, Hétéroépitaxie et Matériaux) étudie les trois thèmes de recherche suivants :
- Nanostructures pour les télécommunications optiques
Nous développons des nanostructures dans le but de créer divers composants pour les télécommunications optiques. Nous avons par exemple démontré que des puits de GaNAsP ou des boîtes quantiques de InGaAsN peuvent former des émetteur de lumière efficaces dans la filière GaP/Si ; l’objectif étant d’intégrer monolithiquement des lasers III/V sur silicium. Dans la filière InAs/InP où les techniques de croissance sont plus matures, nous poussons plus loin les propriétés des sources existantes, que ce soit pour réaliser des VCSELs bas coût et accordables ou des lasers à modes bloqués très stables.
- Nanostructures pour la réduction de la consommation d’énergie
Alors que le silicium est le matériau dominant des cellules photovoltaïques, il est connu que la partie UV du spectre solaire est mal exploitée par le silicium dont la bande interdite est trop faible. Pour augmenter le rendement de ces cellules, nous proposons d’utiliser des cellules tandem Si/GaNAsP, qui permettraient des rendements théoriques de 35%, la bande interdite du GaNAsP étant idéalement complémentaire de celle du Si. En intégrant monolithiquement le GaNAsP sur du silicium, nous pensons baisser considérablement les coûts des cellules tandems et les amener à celui des cellules silicium. Parallèlement, les cellules à base de perovskites organométalliques ont connu récemment un développement fulgurant, atteignant en l’espace de deux ou trois ans des rendements de 18%. Nous participons activement au développement de ce matériau prometteur, par la modélisation et la caractérisation de sa structure électronique.
- Matériaux avancés pour la photonique
Pour assurer un renouvellement régulier des thématiques de recherche, nous cherchons à soutenir des projets plus exploratoires. Les nanotubes de carbone ont montré leur grande rapidité lorsque nous les avons utilisés en tant qu’absorbants saturables, et nous développons maintenant des sources lasers basées sur un tri des nanotubes semi-conducteurs. En parallèle avec le développement de GaP sur silicium, nous essayons d’exploiter les fortes non-linéarités du second ordre du GaP grâce à un accord de phase modal. Ces travaux permettent également de développer l’optique intégrée sur le substrat silicium.

Moyens humains et techniques

L’équipe OHM est structurée en quatre groupes de recherche fonctionnels :

et met ses moyens techniques (incluant 120 m² de salle blanche) à la disposition du public grâce à une plate-forme technologique :

L’équipe est composée de personnels de l’INSA de Rennes et du CNRS, constituant une force vive de 47 personnels titulaires ou contractuels (au 1er janvier 2017), soit :

  • 21 enseignants/chercheurs (dont 1 éméritat)
  • 13 doctorants,
  • 12 ingénieurs techniciens et administratifs (ITA) pour un total de 9.2 ETP.

L’équipe OHM gère un budget d’environ 400 k€ par an financé par l’État (45%), la Région Bretagne et l’Europe (50%) et l’Industrie (5%).

Vidéo de présentation de l’équipe (2007)