Nanofils pour l’intégration sur silicium

L’objectif de cet axe de recherche est d’utiliser la « technologie nanofils » pour permettre l’intégration monolithique sur silicium de semiconducteurs III-V et de nouvelles fonctionnalités associées (photonique, photovoltaïque, photocatalyse). Nous utilisons l’épitaxie par jets moléculaires comme technique de croissance des nanofils III-V via la méthode Vapeur Liquide Solide. Cette méthode permet d’obtenir une grande variété de structure et de morphologie avec un contrôle unique des interfaces et de la qualité des matériaux. Les travaux menés dans cet axe ont pour objectifs de mieux comprendre les mécanismes de nucléation et croissance des nanofils afin de contrôler finement leurs morphologies, leurs structures cristallographiques et leur organisation sur la surface. Comme suite au projet ANR INSCOOP, des boîtes quantiques d’InAs ont été insérées dans des nanofils InP dont : 1- le rapport hauteur/diamètre de la boîte quantique d’InAs a permis de contrôler la polarisation de la lumière émise et 2- l’optimisation de la géométrie conique des nanofils (angle conique ~2°) a permis de produire des sources de photons uniques efficaces aux longueurs d’ondes télécom et intégrées monolithiquement sur silicium. Dans le cadre du projet ANR HETONAN, des réseaux organisés de nanofils cœur/coquille p-GaAs/p.i.n-Al0.2Ga0.8As ont été réalisés sur silicium, comme brique de base pour la fabrication d’une cellule solaire tandem. Enfin, un savoir-faire spécifique a été développé dans le domaine des nanofils hybrides cœur GaAs/coquille oxyde (SrTiO3 ou TiO2) adaptés pour des applications dans la photoélectrocatalyse, par exemple pour la photoélectrolyse de l’eau tel que visé dans le cadre du projet ANR BEEP.

 

Responsables de l’axe de recherche : J. Penuelas et M. Gendry

 

Participants : R. Bachelet, C. Botella, A. Danescu, H. Dumont, M. Gendry, G. Grenet, J. Penuelas, P. Regreny, G. Saint-Girons

 

Doctorants :

J.B. Barakat (2011-2015) : « Croissance auto-catalysée de nanofils d’InP sur silicum par épitaxie par jets moléculaires en mode Vapeur-Liquide-Solide. Application aux interconnexions optiques sur puce »

A. Benali (2013-2017) : « Nanofils Ga(Al)As sur silicium pour le photovoltaïque de 3ème génération : simulation et croissance auto-catalysée »

A. Mavel (2013-2017) : « Nanofils de semiconducteurs III-V épitaxiés sur Si(111) pour la photonique sur silicium »

J. Becdelièvre (2014-2017) : « Etudes des propriétés électriques et mécaniques de nanofils GaAs : vers une modulation du transport par effet piézoélectrique ou ferroélectrique »

X. Guan (2014-2017) : «Growth of semiconductor (core) / functional oxide (shell) nanowires : application to photoelectrochemical water splitting »

M. Vettori (2015-2019) : « Growth optimization and characterization of regular arrays of GaAs/AlGaAs core/shell nanowires for tandem solar cells on silicon »

A. Jaffal (2016-2019) : « InAs quantum dot in a needlelike tapered InP nanowire: a telecom band single photon source monolithically grown on silicon”

T. Dursap (2018-2021) : « Nanofils III-V/oxyde pour la photoélectrolyse de l’eau »

 

Projets contractuels :

– ANR P2N 2011-2015 : INSCOOP      site web: http://inscoop.ec-lyon.fr/

– ANR JCJC 2012-2015 : COSCOF

– CFQCU 2013-2015 : Nanofils et nanostructures semiconductrices: des applications optoélectroniques à spintroniques

– Labex IMUST 2014-2015 : ESOP

– PEPS Cellule Energie de l’INSIS-CNRS 2014-2015 : 1D-RENOX

– BQR ECL 2015 : Intégration de nanofils d’oxydes fonctionnels sur silicium pour la récupération d’énergie en nanoélectronique avancée

– Région ARC 4, 2013-2016 : Nanofils III-V sur Si pour le PV

– API CNRS  2015-2016 :  NANOPHASE

– ANR PGER 2015-2019 : HETONAN         site web: https://inl.cnrs.fr/projects/hetonan/

– ANR PRC 2018-2021 : BEEP      site web : https://inl.cnrs.fr/projects/beep/

 

Collaborations: C2N-Palaiseau, LTM Grenoble, DOPT-CEA Grenoble, FOTON Rennes, IMEP-LAHC Grenoble, CLYM Lyon, ILM Lyon, Institut Camille Jordan Lyon, UMI-LN2 et Université de Sherbrooke (Canada), Université de Monastir (Tunisie), Université de Keio (Japon), ICMAB-CSIC Barcelone (Espagne), Université de Groninguer (Pays-Bas), INSP Paris, TEMPO – Synchrotron Soleil, ILL Grenoble, Sociétés IT4iP (Belgique), Société SILSEF (France), LCBM Grenoble, SPEC-CEA Saclay, ESRF Grenoble, MATEIS Lyon.

Collaborations internes INL avec les équipes Spectroscopie et Nanomatériaux, Nanophotonique, Dispositifs Electroniques, plateforme Nanolyon.

INL CNRS