L’activité principale de recherche du CRHEA est liée à l’épitaxie des semi-conducteurs. Le terme "épitaxie", tiré du grec "epi" (par dessus) et "taxis" (ordre) a été proposé en 1928 par le minéralogiste français Louis Royer pour désigner la juxtaposition de deux espèces cristallines. Actuellement, on utilise le terme d'épitaxie pour tout dépôt monocristallin dont l'orientation est fixée par un substrat. Si ce substrat est de même nature que le dépôt, on parle d'homoépitaxie, s'il est de nature différente, on emploie le terme d'hétéroépitaxie. Les matériaux épitaxiés sont analysés par différentes techniques de caractérisations structurales et optiques. Les matériaux sont ensuite processés sous forme de micro et nanodispositifs dans un environnement de salle blanche.

L’activité de recherche au CRHEA est organisée autour de six équipes de recherche et d’un pôle de caractérisation avancée et technologie. Les six équipes de recherche sont l’équipe SEMI, l’équipe 2D+, l’équipe SENS, l’équipe µLEDs, l’équipe METASURFACES et l’équipe QUANTIC. La coordination des activités entre les équipes est assurée par le groupe de photonique avancée et le groupe d’électronique avancée. Le pôle d’épitaxie constitué d’une plateforme pour l’épitaxie en phase vapeur et d'une plateforme d’épitaxie sous ultra-vide soutient les activités de croissance des matériaux. Le pôle de caractérisation avancée et technologie regroupe la plateforme de caractérisation et la plateforme CRHEATEC.