Optimisation de l'épitaxie VLS du semiconducteur 4H-SiC : Réalisation de dopages localisés dans 4H-SiC par épitaxie VLS et application aux composants de puissance SiC

L'objectif du projet VELSIC a ete de demontrer la faisabilite de jonctions p+/n- profondes dans le semiconducteur 4H-SiC, de haute qualite electrique, comprenant une zone p++ realisee par un procede original d'epitaxie localisee a basse temperature (1100 – 1200°C), en configuration VLS (Vapeur - Liquide - Solide). Cette technique innovante de dopage par epitaxie utilise le substrat de SiC mono cristallin comme un germe de croissance sur lequel un empilement enterre de Al - Si est porte a fusion pour constituer un bain liquide, lequel est alimente en carbone par la phase gazeuse. Cette methode se positionne comme une alternative avantageuse a l'implantation ionique, actuellement utilisee par tous les fabricants de composants en SiC, mais qui presente des limitations problematiques encore non resolues a ce jour. Les travaux de these ont explore toutes les facettes du processus complet de fabrication de diodes de test, avec une attention particuliere portee sur l'optimisation de la gravure de cuvettes dans le substrat SiC. Le cœur des travaux a ete concentre sur l'optimisation de l'epitaxie VLS localisee. L'etude a confirme la necessite de limiter la vitesse de croissance vers 1 µm/h pour conserver une bonne cristallinite du materiau epitaxie. Elle a egalement mis en evidence l'action directe du champ electromagnetique radiofrequence sur la phase liquide, conduisant a une tres forte influence du diametre des cuvettes gravees sur l'epaisseur du SiC depose. Un remplissage quasiment complet des cuvettes de 1 µm de profondeur a tres fort dopage p++ a ete demontre. A partir des couches VLS optimisees, des demonstrateurs de types diodes p+/n- ont ete fabriques. Sur les meilleurs echantillons, sans passivation ni protection peripherique, des tensions de seuil en regime direct (entre 2,5 et 3 V) ont, pour la premiere fois, ete mesurees, sans recourir a un recuit haute temperature apres epitaxie. Elles correspondent aux valeurs attendues pour une vraie jonction p-n sur 4H-SiC. Des densites de courant de plusieurs kA/cm2 ont egalement pu etre injectees pour des tensions situees autour de 5 - 6 V. En regime de polarisation inverse, aucun claquage n'est observe jusqu'a 400 V et les densites de courant de fuite a faible champ electrique dans la gamme 10-100 nA/cm2 ont ete mesurees. Toutes ces avancees si situent au niveau de l'etat de l'art pour des composants SiC aussi simples, toutes techniques de dopage confondues