Nouveau procédé épitaxial de GaN dopé pour dispositif de puissance protégé par avalanche – AVALGaN

Le projet AVALGAN vise le développement de nouvelles structures à base de Nitrure de Gallium (GaN) sur substrat Silicium pour démontrer un transistor de puissance capable de supporter des tensions supérieures à 1200 V. Au-delà des difficultés liées à la nécessité de recourir à l’hétéro-épitaxie de ces matériaux sur des substrats en Silicium bon marché et de grande taille, le développement des composants de puissance se heurte aux limitations liées au claquage dans le Silicium qui oblige à recourir à des films de GaN très épais. Grâce à un phénomène d’avalanche ayant lieu dans le GaN, les nouvelles structures proposées par le projet permettront, avec des films plus fins, d’éviter le claquage destructif dans le Silicium. De plus, ceci permettra de concevoir des structures supportant des grandes tensions avec des films de GaN contenant moins de carbone, ce qui est un avantage pour réduire les pertes en régime de commutation (phénomène de dégradation de la résistance dynamique). Ces idées ont fait l’objet d’une première démonstration de principe à plus basse tension avec des films fins et une demande de brevet est en cours. Des difficultés techniques demeurent cependant pour la réalisation de couches épitaxiales optimales, conformes à notre nouvelle approche et capables de résister à une tension de 1400 V. L’objet du projet est de faire sauter ces verrous. Le projet regroupe 3 laboratoires et une entreprise. Le CRHEA coordonne le projet, explore les différentes stratégies épitaxiales par EJM, EPVOM ou leur combinaison et assure les caractérisations du matériau. La startup EasyGaN adapte le process EJM sur un réacteur de production pouvant traiter des substrats de diamètre 200 mm. Le LN2 conçoit les structures, fabrique les composants et réalise les caractérisations électriques à basse tension. Les caractérisations électriques en modes continu et pulsé sont réalisées sous haute tension au LAAS pour démontrer les atouts de ces nouveaux dispositifs.