Le nitrure de gallium fut étudié dans les années 1970 puis abandonné en raison des difficultés de synthèse. Dans les années 90, sous l'impulsion de groupes japonais, dont notamment S. Nakamura de la société Nichia, des progrès énormes furent réalisés sur la synthèse des nitrures de gallium, d'aluminium et d'indium. Des progrès rapides ont stimulé un effort extraordinaire dans le monde entier sur ce thème et ont porté ces matériaux à un degré de maturité suffisant pour une industrialisation de masse, surtout dans le domaine des diodes électroluminescentes bleues ou vertes. Les applications sont nombreuses, s'étendent aujourd'hui aux lasers bleus-UV pour l'enregistrement à très haute densité et s'étendront demain aux commucations hyperfréquences. Première historiquement sur la place, l'EPVOM a pris une place de choix pour ce matériau notamment pour les DEL et les lasers. Plus récente, l'EJM a fait des progrès spectaculaires et a obtenus des succès notables dans les transistors de puissance. L'activité du CRHEA s'appuie sur ces deux techniques, complétées encore par la croissance aux hydrures (EPVH). L'activité EPVOM a permis la création de LUMILOG, tandis que l'activité EJM est au coeur d'un laboratoire commun avec la société RIBER.
Les thèmes GaN traités au CRHEA recouvrent aussi bien le domaine
de l’électronique que celui de l’optoélectronique.
La maîtrise de la croissance du matériau requiert également
un socle d’études de fond, indispensables pour tous les thèmes.
On peut citer par exemple, la réduction des dislocations, l’étude
des premiers stades de la croissance de GaN sur différents substrats
afin d’optimiser la qualité des couches en termes de défauts,
contraintes mécaniques, la croissance sur le plan R du saphir, ou encore
le dopage fer pour la réalisation de couches très isolantes
pour transistors HEMT.
Dans le domaine de l’électronique, nous étudions le transport
dans les gaz électroniques 2D à l’interface GaN/AlGaN
et réalisons des transistors HEMT GaN/AlGaN pour des applications hyperfréquence
de puissance. Nous avons également commencé un travail de fond
sur la croissance de GaN sur Si (100) avec le soutien de STMicroelectronic.
Dans le domaine de l’optoélectronique, nous avons eu des résultats
remarqués sur les détecteurs UV AlGaN en collaboration avec
Thales TRT sur les microcavités où le couplage fort a été
observé pour la première fois au monde sur une structure CRHEA.Ce
dernier thème se prolonge d’ailleurs dans les diodes électroluminescentes
en cavité (RCLED). Les puits et boîtes quantiques InGaN/AlGaN
sont un sujet central, servant aussi bien pour des projets de transitions
intersousbandes que pour des sources à boîtes quantiques. Enfin,
citons les derniers développements en optique non linéaire avec
des structures à retournement périodique.
