Reprise de croissance MOVPE des contacts ohmiques pour des dispositifs de type HEMT à base de GaN

Abstract

Les transistors à haute mobilité électronique utilisés dans le domaine des hyperfréquences nécessitent une réduction constante de leurs dimensions et de l'optimisation de leurs caractéristiques électriques. Pour répondre à cette exigence, la reprise de croissance de GaN fortement dopé en silicium est appliquée sous les métaux de contacts ohmiques. Cette technique, nommée SAG (Selective Area Growth) permet de réduire les résistances de source et de drain en améliorant à la fois la résistance de contact et le contrôle des dimensions. Nous nous intéressons dans cette étude à l'application de la SAG par épitaxie en phase vapeur sur une structure HEMT InAlGaN/AlN/GaN. La barrière quaternaire en accord de maille avec le GaN permet d'obtenir une densité de porteur à 1,7.1013 cm-2 dans le gaz d'électron bidimensionnel. Toutefois, une telle hétérostructure nécessite que la reprise de croissance soit réalisée à des températures inférieures à 850 °C de sorte à ne pas dégrader le gaz d'électron bidimensionnel en raison de la volatilité de l'indium. Cette thèse expérimentale vise à étudier le dopage du GaN et la SAG en respectant cette condition. Les objectifs physiques et électriques sont définis en amont de chaque étude ce qui nous a permis d'atteindre un haut niveau de dopage l'ordre de 1.1020 cm-3 et une reprise de croissance hautement sélective, homogène et reproductible à 850 °C. Nous avons ensuite appliqué ces résultats à la fabrication des contacts ohmiques et une résistance de contact Rc = 0,06 Ω.mm à l'état de l'art est extraite sur une hétérostructure sur SiC. L'étude des performances des transistors montre une nette amélioration de la transconductance jusqu'à 914 mS.mm-1 engendrant des fréquences de coupures mesurées à ft = 92 GHz et fmax = 190 GHz sur un transistor 2x50 µm et Lg = 100 nm. Nous démontrons ainsi le développement d'une technologie de rupture qui peut être intégrée dans le procédé de fabrication actuel.