Matériaux pour l'optoélectronique IR et THz

Actuellement, les composants qui émettent et détectent dans de très grandes longueurs d’ondes (30-300µm, ou 1 a 10 THz –gamme THz-) sont limités en termes de performances et de température de fonctionnement. Les matériaux à large bande interdite tels que le ZnO ou le GaN présentent des propriétés particulières offrant un formidable potentiel encore inexploré pour lever ce verrou technologique.

Une condition pour atteindre cet objectif est de maitriser la croissance de ces matériaux et ce, sans défauts cristallins. Par exemple, sur ZnO, nous utilisons des substrats massifs et un nouveau réacteur de croissance (EJM). Pour le GaN, des orientations dites ‘semi polaires’ sont développées au sein du laboratoire.

A travers ces objectifs de composants optoélectroniques, des approches plus fondamentales sont abordées dans le domaine de l’infra-rouge et du THz : plasmons, polarons d’inter-sousbandes, physique des excitons d’inter-sousbandes, métamatériaux, etc…

Plus d’informations et partenaires associés : projet européen FET-Open ZOTERAC (coordination : Jean-Michel Chauveau), ANR OPTOTERAGAN (Coordination : Yvon Cordier).

Réalisations récentes :

  1. Homoepitaxy of non-polar ZnO/(Zn, Mg) O multi-quantum wells: From a precise growth control to the observation of intersubband transitions, N Le Biavan et al. Applied Physics Letters 111 (23), 231903 (2017)
  2. Multisubband Plasmons in Doped Quantum Wells, MM Bajo, et al., Physical Review Applied 10 (2), 024005 (2018) –figure 1 gauche-
  3. Short infrared wavelength quantum cascade detectors based on m-plane ZnO/ZnMgO quantum wells, A. Jollivet et al, in press (2018) –figure 1 droite-
Graphiques et photo du dipositif
Figure 1. Gauche (haut): Relation de dispersion des plasmons de multi-sous-bandes, les cercles blancs sont expérimentaux. (bas) : Evolution de la résonance phonon avec la densité électronique due au couplage entre les plasmons de multi sous-bandes et les phonons. Droite: Spectre de photo-courant pour les polarisations TM- et TE-polarized light d’un détecteur à cascade quantique de 100x100 µm2. En insert, est montrée une image optique du mesa.

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