Hétéro-épitaxie de nitrure de gallium semi-isolant peu disloqué sur substrat de saphir pour applications HEMTs AlGaN/GaN

par Mohamed Azize

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Zahia Bougrioua et de Pierre Gibart.


  • Résumé

    Dans ce travail, il a été question de réaliser par épitaxie par phase vapeur à partir d’organo-métalliques de couches tampons de GaN peu disloquées et semi-isolantes sur substrat de saphir pour applications de transistors AlxGa1-xN/GaN (HEMTs). Les techniques de croissance latérale («traitement Si/N» du saphir ou masque SixNy sur GaN) sont alors utilisées pour la réduction de la densité de dislocations. Dans ce type de procédé de croissance, l’épitaxie de GaN à haute température débute en mode 3D et l’aplanissement de la couche se fait en mode 2D. Ces techniques permettent d’atteindre, pour les films de GaN non intentionnellement dopé (nid) de nature conducteurs (de type n), des densités de dislocations (Ndislo) dans la gamme de 5x106 cm-2 à 5x108 cm-2. La compensation électrique de ces couches de GaN peu disloquées est assurée par le dopage au Fer (ferrocène). Les couches tampons de GaN:Fe de nature semi-isolante avec une faible densité de dislocations (108 cm-2<Ndislo<8x108 cm-2) sont utilisés pour la réalisation de transistors AlxGa1-xN/GaN. Les propriétés des gaz 2D sont en moyenne meilleures que l’état de l’art : la mobilité est en moyenne de 2100 cm²/Vs pour une densité de porteurs ns ~ 8x1012 cm². A travers cette étude de transistors sur des tremplins GaN SI et peu disloqués (Ndislo~108-8x108 cm-²), nous confirmons que les dislocations ont une influence sur la mobilité du gaz 2D : cet effet est d’autant plus vrai dans un régime à faible ns. La réduction de la densité des dislocations a ainsi provoqué un décalage du maximum de la courbe µ(ns).

  • Titre traduit

    Semi-insulating and less dislocated gallium nitride templates grown on sapphire for HEMTs applications


  • Résumé

    In this work, we have realized by metal organic vapor phase epitaxy semi-insulating GaN templates with low dislocations densities grown on sapphire for AlxGa1-xN/GaN HEMTs applications. Lateral growth techniques are used in order to reduce density dislocation. In this type of growth, the first stage of epitaxy at high temperature begins in 3D growth mode just before to end up with 2D growth mode. This growth process permits to lead low dislocations densities in the range of 5x106 cm-2 to 5x108 cm-2 and that non intentionally doped GaN layers are conductive (n type). The electrical compensation of this kind of layers is possible due to the iron doping (using ferrocene). The semi-insulating behaviour and low dislocated (108 cm-2<Ndislo<8x108 cm-2) GaN:Fe templates are used for applications HEMT structures. The 2D gas electrons properties are excellent and are better than the state of art : indeed the mobility reaches 2100 cm²/Vs for carrier density equals to 8x1012 cm-2. Through this transistors study using SI templates with different dislocations density, we observe that the dislocations influence on the mobility of the 2D gas is more predominant at low carrier density. Moreover the maximum of the µ(ns) curve is shifted toward to the low carrier density and the best mobility are usually obtained for the low dislocated templates.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (209 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres

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  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 06NICE4065
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