Substrat avancé pour l'industrialisation du Nitrure de Gallium – ASGEIR

Le Nitrure de Gallium (GaN) et les composés III-N sont devenus les semiconducteurs les plus utilisés après le Silicium (Si). Les propriétés exceptionnelles de ces matériaux à large bande interdite ont permis le développement des diodes électroluminescentes (DELs) pour l’éclairage et l’affichage ainsi que celui des transistors à électrons à haute mobilité (HEMTs) pour les applications RF et la commutation de puissance. Cependant, leur développement industriel est freiné par l’absence de substrat GaN de grand diamètre. La synthèse par hétéro-épitaxie de ces matériaux sur des substrats de Silicium de grande taille serait une voie idéale pour accéder aux chaines de fabrication compétitives de l’industrie du Silicium. Toutefois, cette hétéro-épitaxie est difficile en raison des grandes différences de paramètre de maille et de coefficients de dilatation entre les matériaux III-N et Si qui génèrent des contraintes mécaniques responsables de la courbure, d’inhomogénéités des propriétés, et de risques de fissuration et de fracture des substrats. Le projet ASGEIR propose de lever ces verrous en développant une nouvelle plateforme basée sur la transformation du Silicium en un nano-composite mésoporeux de Silicium stabilisé par du graphène. Ce substrat compliant pourra accommoder une partie des contraintes et déformations durant la croissance, ce qui limitera la courbure et améliorera l’uniformité des films épitaxiés en termes de qualité, d’épaisseur et de composition. De plus, en réduisant les contraintes thermo-élastiques générées durant le refroidissement, il limitera les risques de fissuration. Ce substrat compliant sera développé en trois étapes par le GREMAN, le LN2 et le CRHEA. Le CRHEA réalisera l’épitaxie des structures III-N. Tous les partenaires apporteront leur expertise pour la caractérisation de ce substrat et celle des matériaux épitaxiés. Des composants LEDs et des transistors seront fabriqués respectivement au CRHEA et au LN2 qui aidés par le GREYC procèderont à l’évaluation de leurs performances. Les aspects thermiques seront étudiés au GREYC. Le premier critère de succès du projet ASGEIR sera la démonstration d’un procédé de fabrication de films III-N moins contraints, extensible à des substrats de diamètre 200 mm ou plus, pour des composants aux performances plus homogènes et au moins égales à celles obtenues sur des substrats de Silicium standard. Enfin, le projet entend utiliser les avantages apportés par ce substrat pour aller plus loin dans l’optimisation de l’épitaxie et l’amélioration des performances des composants.