THèse (H/F): Epitaxie sélective de boîtes quantiques InAs pour l’émission de photons uniques en bande C

Sujet de thèse :
Le projet de thèse vise à développer des sources de photons uniques émettant à 1,55 µm à partir de boîtes quantiques InAs obtenues par épitaxie sélective sur substrat InP. Il prévoit d’une part la croissance et la caractérisation morphologique et optique des boîtes quantiques et d’autre part le développement de mirroirs de Bragg à haut facteur de qualité sur substrat InP favorisant l’ultra-brillance des sources de photons.
Bien que cette technologie existe pour le système de matériaux GaAs/AlAs, les sources sur substrat GaAs ne peuvent pas émettre à 1,55 μm, une longueur d'onde très importante pour les communications quantiques fibrées et des applications telles que la distribution de clés quantiques, la cryptographie quantique et l'informatique quantique distribuée. Jusqu'à présent, l'obtention de photons uniques très purs et indiscernables à 1,55 μm a été limitée à la conversion de fréquence ou l’utilisation de MoTe2 mais les résultats en terme d’indissociabilité et de brillance restent limités. Grâce aux progrès réalisés ces dernières années à l’IEMN dans la nanofabrication de masque de croissance sélective pour l’épitaxie, il est possible aujourd’hui d’envisager la définition d’un masque en oxyde de silicium présentant des ouvertures avec un diamètre inférieur à 30 nm. D’autre part, la maîtrise de l’épitaxie sélective de semiconducteurs III-V démontrée au sein du groupe EPIPHY pour la croissance de nanofils planaires [1] pourra être mise à profit pour la croissance des boîtes InAs dans ces ouvertures nanométriques. Concernant l’épitaxie des mirroirs de Bragg, le doctorant bénéficiera de l’arrivée en 2025 d’un nouveau réacteur de croissance pourvu d’un système permettant de contrôler précisément la composition des alliages par la mesure en temps réel de la courbure du substrat engendrée par les contraintes de la couche épitaxiée.
Grâce au caractère déterministe de cette technologie permettant de localiser précisément les boîtes quantiques à la surface du substrat, nous espérons améliorer significativement le rendement et les possibilités d’intégration de ces sources tout en atteignant des taux d'émission de photons uniques ultra-élevés dépassant l'efficacité d'extraction de 17 % constatée dans la littérature.
Pendant sa thèse, le candidat sera formé sur différentes technologies de nanofabrication incluant l’épitaxie par jets moléculaires et la lithographie électronique mais aussi sur différentes techniques de caractérisations morphologiques (AFM), structurales (XRD) et optiques (PL) lui permettant de démontrer l’émission de photons uniques par les boîtes quantiques.

Références :
[1] Desplanque et al 2018 Nanotechnology 29 305705

Contexte :
Le travail de thèse se déroulera à l’Institut d’Electronique de Microélectronique et de Nanotechnologie (IEMN) situé à Villeneuve-d’Ascq près de Lille en région Hauts-de-France. L'IEMN est un laboratoire de recherche regroupant 500 pers
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