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Les transistors HEMTs (High Electron Mobility Transistors) de la filière GaN sont destinés à des applications dans les domaines militaire et spatial. C’est pourquoi nous avons étudié l’influence de trois types de stress électriques : à canal ouvert, à canal pincé et NGB (Negative Gate Bias), ainsi que l’influence de neutrons thermalisés avec une fluence pouvant aller jusqu’à 1,7.1012 neutrons.cm-2, sur leurs performances électriques dc.Dans un premier temps, nous avons étudié des HEMTs AlInN/GaN de laboratoire. Pour les trois stress, nous avons observé une dégradation due à la création de pièges accepteurs et donneurs au cours des différents stress et à la présence de pièges préexistants. Nous avons ensuite irradié ces composants par des neutrons thermalisés et avons observé une légère dégradation des performances électriques des transistors non stressés et stressés à canal ouvert ou pincé. En revanche, nous avons mis en lumière une légère amélioration pour les transistors ayant subi un stress NGB. Nous avons également irradié des MOS-HEMTs AlInN/GaN et conclu que ceux-ci étaient plus sensibles vis à vis des irradiations.Dans un deuxième temps, nous avons stressé de manière analogue des HEMTs AlGaN/GaN du commerce. Dans le cas du stress à canal ouvert, nous avons observé une diminution importante du courant de drain tandis que pour les stress à canal pincé et NGB le courant de drain augmente légèrement à cause d’une libération de pièges préexistants sous l’action du champ électrique vertical. Lors des irradiations avec des neutrons thermalisés, ces transistors, stressés ou non, subissent là encore des dégradations. / The GaN based HEMTs (High Electron Mobility Transistors) are excellent candidates for military and spatial applications. That’s why we have analysed the influence of three different types of bias stress: on-state stress, off-state stress and NGB (Negative Gate Bias), and the influence of thermalized neutrons with a fluence up to 1.7x1012 neutrons.cm-2, on their dc electrical performances.First, we have studied laboratory AlInN/GaN HEMTs. For the three conditions of stress, we have observed a degradation due to pre-existing traps and to the creation of acceptor and donor traps during the stress. Then, we have irradiated these components with thermalized neutrons and we have found a small degradation of the electrical performances of unstressed and on-state stressed and off-state stressed transistors. On the other hand, we have highlighted a slight improvement for NGB stressed components. We have also irradiated AlInN/GaN MOS-HEMTs and we have concluded that they are more sensible to irradiation.In a second time we have stressed in the same way commercial AlGaN/GaN HEMTs. For the on-state stress, we have observed an important increase in the drain current. However, the drain current increases for the on-state and NGB stressed components due to a release of electrons from pre-existing traps under vertical electrical field. During the irradiation with thermalized neutrons, the unstressed and stressed transistors are degraded and a small decrease in the drain current is visible.

AlGaN/GaN and InAlN/GaN-based heterojunction field effect transistors (HFETs) have demonstrated great high power and high frequency performance. Although AlGaN/GaN HFETs are commercially available, there still remain issues regarding long-term reliability, particularly degradation and ultimately device failure due to the gate-drain region where the electric field peaks. One of the proposed degradation mechanisms is the inverse-piezoelectric effect that results from the vertical electric field and increases the tensile strain. Other proposed mechanisms include hot-electron-induced trap generation, impurity diffusion, surface oxidation, and hot-electron/phonon effects. To investigate the degradation mechanism and its impact on DC, microwave, and noise performance, comprehensive stress experiments were conducted in both un-passivated and passivated AlGaN/GaN HFETs. It was found that degradation of AlGaN/GaN HFETs under reverse-gate-bias stress is dominated by inverse-piezoelectric effect and/or hot-electron injection due to gate leakage. Degradation under on-state-high-field stress is dominated by hot-electron/phonon effects, especially at high drain bias. Both effects are induced by the high electric field present during stress, where the inverse-piezoelectric effect only relates to the vertical electric field and the hot-electron effect relates to the total electric field. InAlN/GaN-based HFETs are expected to have even better performance as power amplifiers due to the large 2DEG density at the InAlN/GaN interface and better lattice-matching. Electrical stress experiments were therefore conducted on InAlN/GaN HFETs with indium compositions ranging from 15.7% to 20.0%. Devices with indium composition of 18.5% were found to give the best compromise between reliability and device performance. For indium compositions of 15.7% and 17.5%, the HFET devices degraded very fast (25 h) under on-state-high-field stress, while the HFET devices with 20.0% indium composition showed very small drain. It was also demonstrated that hot-electron/phonon effects are the major degradation mechanism for InAlN/GaN HFETs due to a large 2DEG density under on-state operations, whereas the inverse-piezoelectric effect is very small due to the small strain for the near lattice-matched InAlN barrier. Compared to lattice-matched InAlN/GaN HFETs, AlGaN/GaN HFETs have much larger strain in the barrier and about half of the drain current level; however, the hot electron/hot phonon effects are still important, especially at high drain bias.

Ce travail concerne l'intégration, par épitaxie sous jets moléculaires (EJM), de matériaux nitrures d’éléments III (en particulier GaN) sur des substrats et couches tremplins à base d’oxyde de zinc (ZnO). L’objectif était la réalisation et l’étude d’hétérostructures nitrures de type puits quantiques (PQs) (Al,Ga)N/GaN et (In,Ga)N/GaN, en vue d’évaluer leurs potentialités pour la réalisation de diodes électroluminescentes (LEDs). En particulier, deux orientations cristallographiques ont été étudiées : le plan « polaire » (0001) (dit plan C) et le plan « non polaire » (11-20) (dit plan A). Les couches de GaN orientées suivant le plan A (11-20), « a-GaN », ont été épitaxiées sur des tremplins de (Zn, Mg)O (11-20) / saphir (10-12) réalisés par EJM. L’anisotropie de la morphologie de surface, de la microstructure cristalline, ainsi que de l'émission optique des couches de a-GaN, a été mise en évidence. Une série d'échantillons de PQs de a-(GaN/Al0.2Ga0.8N) avec des épaisseurs de puits différentes a été fabriquée, et l'absence d’effet Stark quantique confiné dans ces hétérostructures a été établie. Des procédés de croissance de GaN sur des substrats de ZnO massifs d’orientation A, « a-ZnO », et C, « c-ZnO », ont également été développés. En particulier, des couches de GaN (0001), « c-GaN », avec une polarité Ga- ou N- ont été épitaxiées sur la face O de substrats c-ZnO. Les mécanismes de détermination de la polarité ont été analysés. Des LEDs bleues contenant une zone active constituée de PQs (In, Ga)N / GaN ont été réalisées sur des substrats c-ZnO. Des puissances de sortie atteignant 40 µW à 20 mA et 0,1 mW à 60 mA ont été mesurées. Enfin, des PQs (In, Ga)N / GaN ont été fabriqués sur substrats a-ZnO et comparés à des PQs fabriqués sur c-ZnO avec des conditions de croissance équivalentes. Les résultats indiquent une concentration en In plus importante dans le cas des PQs épitaxiés sur c-ZnO et une polarisation de l’émission de PL suivant la direction <1-100> dans le cas des PQs épitaxiés sur a-ZnO. / This work focus on the integration of III-nitride materials, by molecular beam epitaxy (MBE), on ZnO based templates and substrates. The objective is to explore the potential of (Al,Ga)N/GaN and (In,Ga)N/GaN multi-quantum wells (MQWs) grown on ZnO for the fabrication of light emitting diodes (LEDs). In particular, two crystal orientations are studied: the polar (0001) plane (c-plane) and the nonpolar (11-20) plane (a-plane). The structural and optical properties of epitaxial layers are mainly characterized by AFM, SEM, XRD, TEM and PL. A-plane (11-20) GaN layers have been grown on a-(Zn,Mg)O/r-sapphire templates by MBE. The surface morphology, the crystal microstructure, as well as the optical emission of a-GaN layers show strong anisotropic properties. A series of a-plane Al0.2Ga0.8N/GaN MQWs with different well thicknesses have been fabricated and the absence of quantum confined Stark effect in these nonopolar heterostructures has been evidenced. Processes of growing GaN on both c- and a- plane bulk ZnO substrates have been developed. In particular, GaN layers with either Ga- or N- polarities have been grown on O face ZnO, and their polarity determination mechanisms have been analyzed. (In,Ga)N/GaN MQWs based blue LEDs have been demonstrated on c- ZnO substrates. Output powers of 40 µW at 20 mA and 0.1 mW at 60 mA have been measured. Finally, a-plane (In,Ga)N/GaN MQWs are fabricated on bulk a-ZnO substrates and compared with c-plane MQWs grown under similar conditions. PL measurements indicate that a-plane MQWs exhibit a lower In incorporation efficiency and a polarized emission along <1-100> direction.

Le Nitrure de Gallium est devenu un matériau incontournable pour le développement de dispositifs semi-conducteurs aux performances très supérieures aux composants silicium. L'immense potentiel du dispositif HEMT AlGaN / GaN provient du gaz d'électrons à haute densité et à forte mobilité formé au niveau de son hétéro-structure. Cependant, le fonctionnement sous champ électrique, température et conditions de stress élevés rend le dispositif vulnérable aux problèmes de fiabilité qui limitent son efficacité et sa durée de vie. Les pièges présents dans la structure, qui limitent la densité porteurs du canal et pénalisent la réponse du dispositif, constituent le facteur majeur déterminant plusieurs effets électriques parasites et la fiabilité du dispositif. L’industrie du GaN est confrontée à la nécessité de disposer de dispositifs de haute fiabilité si bien qu’il est nécessaire de faire des progrès dans l’analyse de l’impact des pièges pour en déduire des solutions technologiques permettant leur inhibition.La motivation de ce travail est d’identifier les signatures électriques associées à l’activité de différents pièges ainsi que leurs conséquences sur les performances et la fiabilité des HEMT GaN grâce à une étude dédiée des dispositifs de la technologie GH-25 conçue pour des applications RF de puissance fonctionnant jusqu’à 20 GHz. L’étude utilise des simulations physiques TCAD. Une analyse détaillée des effets indépendants et interdépendants est réalisée afin d'identifier l'impact relatif des pièges pour des études de cas où les caractéristiques électriques présentent des écarts importants par rapport à la réponse idéale du dispositif.La méthodologie utilisée pour développer un modèle TCAD représentatif et dérivé de la physique interne est décrite en accordant une attention particulière au courant de fuite de grille qui reflète l'influence de processus physiques fondamentaux ainsi que les effets parasites couramment rencontrés dans les dispositifs GaN. Les simulations ciblées établissent un lien entre l'observation d'un problème de fiabilité et son origine sous-jacente dans les phénomènes de piégeage.L’établissement d’associations entre la localisation spatiale des pièges et les dégradations qu’ils pourraient provoquer est un objectif important de cette thèse.Plusieurs stratégies de simulation sont présentées, permettant d’explorer le comportement des pièges en régime permanent et en régime transitoire et donnant une perception détaillée de la manière dont les paramètres des pièges affectent les caractéristiques opérationnelles. Des approches pour distinguer les interactions de pièges différents sont également décrites. L’étude centrale de cette thèse est un phénomène de courant de fuite parasite complexe, identifié dans le procédé GH 25comme conséquence du vieillissement accéléré. Connu sous le nom de «belly-shape», il représente un exemple intéressant de la façon dont les stratégies développées peuvent être appliquées pour discerner la causalité, l'impact et l'évolution des pièges responsables du phénomène. Afin d'approfondir l'analyse des modes de piégeage, nous avons procédé à des tests de vieillissement accéléré et des caractérisations électro-optiques afin de modifier la dynamique générale du mécanisme de piégeage et d'observer la modulation du mécanisme du piégeage sur la réponse du dispositif. / Gallium Nitride has emerged as a terrific contender to lead the future of the semiconductor industry beyond the performance limits of silicon.The immense potential of the AlGaN/GaN HEMT device is derived from the high density, high mobility electron gas formed at its hetero-structure. However, frequent subjection to high electric field, temperature and stress conditions makes the device vulnerable to reliability issues that restrict its efficiency and life time. A dominant contributor to several parasitic and reliability issues are traps present within the semiconductor structure which restrict the channel density and aggravate the device static and dynamic response. As the GaN industry addresses an increasing demand for superior devices, reliability analysis is of critical importance. There is a necessity to enable advancements in trap inhibition which would allow the realization of stronger, efficient devices.The motivation of this work is to recognize distinct ways in which various traps affect the performance and reliability metrics of GaN 0.25 µm HEMTs through a study of devices of the GH-25 process optimized for high power applications up to 20 GHz. The investigation employs physical TCAD simulations to provide insight and perspective to electrical and optical characterizations. Detailed analysis into independent and interrelated effects is performed to identify the relative impact of traps in circumstances presenting notable deviations from the ideal device response.The methodology to develop a representative TCAD model derived closely from internal physics is described with special focus on the sensitive gate leakage characteristic which reflects the influence of fundamental physical processes as well as parasitic effects commonly encountered in GaN HEMTs. Targeted simulations provide a pivotal link between the observation of a reliability issue and its underlying origin in trapping phenomena. Establishing associations between the spatial location of traps and the degradations they could trigger is an important objective of this thesis.Several simulation strategies that explore trapping behavior in various steady state and transient environments are discussed which allow detailed perception into the manner and extent to which trap attributes affect operational considerations. Approaches to distinguish disparate trap interactions are also described. The central case study in this thesis is an abstruse parasitic leakage phenomenon, identified in the GH 25 process as a consequence of aging stress. Referred to as the “belly shape”, it presents an interesting example of how the developed strategies can be applied to discern the causality, impact and evolution of the responsible traps. In order to take a deeper look into trapping modes, further aging and LASER characterizations are performed to alter the general occupational dynamics and observe the modulation of trap control over device response.

Dans l'aéronautique, l'alimentation d'un système embarqué contribue largement à augmenter le coût récurrent, l'efficacité globale et le volume de l'équipement. De plus, les alimentations sont installées dans un environnement sévère avec une large plage de tension d'entrée et un milieu confiné. Dans ces conditions, les pertes du convertisseur influent fortement sur le volume et le poids du système qui doit s'efforcer de limiter les échauffements. Ainsi, la réduction des pertes du convertisseur est l'un des leviers les plus efficaces pour augmenter la densité de puissance des convertisseurs. Parmi les techniques connues, la commutation douce peut être une solution pour réduire les pertes du convertisseur tout en augmentant sa fréquence de découpage. La sélection d'une topologie à commutation douce se fait selon 3 critères; un faible nombre de composants, une fonction de transfert et des commutations douces qui couvrent toute la plage de fonctionnement. En prenant tout cela en considération, la meilleure candidate semble être la topologie Flyback active-clamp. Avec seulement une capacité et un transistor supplémentaires, cette topologie possède une fonction abaisseuse et élévatrice et réalise des commutations en ZVS au primaire.Un travail technologique doit également être réalisé afin d'améliorer davantage l'efficacité du convertisseur. Les technologies qui ont été sélectionnées sont les transistors GaN pour leurs performances en commutation et le transformateur planar pour son intégration dans le PCB. Par ailleurs, une intégration verticale du convertisseur qui est à présent sur deux cartes superposées, une pour les fonctions BF et l'autre pour les fonctions HF, a permis de minimiser l'empreinte du convertisseur.Les technologies émergentes vont faire un important saut technologique, en particulier dans les systèmes où l'alimentation représente une part significative de l'équipement. Le succès des transistors GaN met clairement en lumière que l'électronique de puissance devient plus performante. Dans ce contexte, réduire les éléments parasites est une priorité. En se projetant dans le futur, l'intérêt porté aux alimentations intégrées va accélérer le développement des techniques de packaging telles que l'enfouissement des composants dans le PCB et les modules sur céramique / The power supply system in an onboard aeronautical application represents an important contribution to the recurring cost, global efficiency and the volume of the system. Moreover, power supplies are installed in a harsh environment with a wide input voltage range and a confined area. In these conditions, power supply losses impact the converter volume and weight to prevent the system from overheating. Therefore, a gain in efficiency is the main purposes, since it has a significant impact on the reduction of weight and volume of the equipment.Soft-switching is a reasonable technique to increase the switching frequency and limit the power losses. The selection of the topology should take into account 3 considerations: a low number of components, an efficient control, which allows to cover the wide input voltage range and a soft-switching validity over a large input voltage range. Regarding all the considerations, the Flyback active-Clamp topology seems to be the best candidate which has a step-up and down transfer function and ZVS at the primary with only ones additional capacitor and transistor.A technological work is also done to further increase the power supply efficiency. The technologies which have been selected are the GaN transistors for its good switching performances and a planar transformer for its integration into the PCB. Also, the vertical integration of the converter which is actually on two stackable boards, one for the low frequency functions and the other one for the high frequency functions, minimizes the footprint of the converter. The new technologies will make a huge technological leap, especially in the systems where the power supply represents a significant proportion of the equipment. The success of GaN transistor highlights that the power electronics is currently driving by the performance and reducing the parasitic elements is becoming the priority. Looking forward into the future, the interest in 3D packaging and PCB integration will grow rapidly to provide a fully embedded power supply

Les transistors à base de nitrure de gallium (GaN) ont, de par leurs propriétés physiques, des performances inégalables par les technologies classiques à base de silicium pour l’amplification de puissance hyperfréquence. Cependant, cette technologie souffre d’effets mémoires basses fréquences inhérents aux défauts présents dans la structure du transistor : les effets de pièges. La première partie de cette thèse vise à caractériser et modéliser les effets de pièges. La séparation des effets de pièges ayant des constantes de temps courtes (quelques ms) à ceux ayant des constantes de temps longues (quelques s) a été montrée à travers des mesures I-V impulsionnelles spécifiques. Un nouveau modèle électrique, basé sur la physique, a été développé au sein d’un simulateur CAO pour prendre en compte les effets de pièges lents. Ce modèle, une fois greffé à un modèle de transistor GaN déjà existant, est validé par comparaison avec des mesures en régime grand signal. La deuxième partie de cette thèse traite la conception d’une architecture d’amplificateur reconfigurable en fréquence et en puissance pour une application E/R aéroportée. Un démonstrateur a été réalisé avec des transistors GaN sur circuit imprimé à 10 GHz. Les mesures grand signal de cet amplificateur ont démontré la reconfigurabilité de l’architecture d’amplificateur équilibré à charge modulée (LMBA). Par ailleurs, deux amplificateurs de puissance GaN ont été conçus pour servir de briques de base à une version intégrée (MMIC) de l’architecture bi-mode : un forte puissance bande X (employant un combineur de puissance innovant) et un moyenne puissance bande C à X. / GaN based High Electron Mobility Transistors (HEMT) present outstanding performances for microwave power amplification with respect to their silicon-based counterparts. However, this technology still suffers from low frequency memory effects originated from defaults in the structure, the so-called trapping effects. First part of this thesis aims to characterize and model the trapping effects. It has been shown that the slow-rate trapping effects could be separated from the fast-rate ones, by carrying specific pulsed I-V measurements. Consequently, a new, physic based, electrical model has been developed in order to take into account the slow traps. This model, added into an already existing GaN CAD model, has been validated through large signal measurements. Secondly, the thesis goal is to design a reconfigurable power amplifier architecture between a high power X band mode and a medium power C to X band mode for airborne T/R modules. A 10 GHz, encapsulated GaN transistors based PCB demonstrator has been realized in order to demonstrate both the power and the frequency bandwidth reconfigurability of the Load Modulated Balanced Amplifier (LMBA) architecture. Moreover, two GaN integrated power amplifiers have been designed in order to be reused in a full MMIC version of the architecture.

Les études et recherches portant sur les nanomatériaux tels que les nanofils, nanoparticules ou les nano-fibres ont connu un progrès significatif. Le développement de ces structures fut soutenu par les avancées réalisées dans le domaine des technologies de micro fabrication qui permettent de nos jours, l’intégration des nanostructures sur les puces électroniques par le biais des procédés CMOS conventionnels. Ces travaux de thèse portent sur l’étude et le développement de capteurs piézoélectriques souples à base de nanofils de Nitrure de Gallium (GaN) assemblés selon deux architectures. Ces deux géométries furent étudiées dans le cadre d’une approche globale qui traite à la fois de la croissance des fils, la fabrication des capteurs et la caractérisation électrique. En se basant sur des calculs en éléments finis, nous nous sommes d’abord penchés sur la compréhension des mécanismes de fonctionnement des dispositifs dans les deux cas de figures. Nous avons également utilisé cet outil pour établir des règles de design. Les effets des paramètres géométriques des fils et des dimensions des capteurs ont été étudiés d’un point de vue théorique afin de déduire les adaptations qu’il fallait apporter sur nos procédés de fabrication pour cibler les grandeurs optimales. Finalement, des caractérisations électriques ont été réalisées sur les capteurs fabriqués? Dans le but d’approuver les règles de design d’un point de vue expérimental. Dans ce contexte, une électronique appropriée a été développée pour la lecture des signaux piézoélectriques issus des capteurs sollicités en compression sur un banc de test automatisé. / Nanomaterials sush as nanowires, nanoparticles and nanofibers have araised in past few years as a novel solution for next generation electronics thanks to their outstanding physical properties sustained by the capability of being integrated into microchips using conventional CMOS processes. Within the frame of this thematic, piezoelectric wires are one of subjects that has been studied the most recently. They have been used as an active material for electromechanical energy harvesting or sensing applications.This work studies GaN wire-based flexible piezoelectric sensors developped into two different architec-tures. We present a complete overview of the device fabrication and design starting from wire growth by MOVPE to the final electrical characterization of the sensors. Using Finite Element Modelling, we have explored the working principles of both architectures in order to understand deeply the potential genera-tion mechanisms occuring at the wire level. This method was also used to help us establish the main de-sign rules which provided guideness for the fabrication: The effects of wire geometrical parameters and device dimensions on the electrical performances of the devices were studied from a theoritical point of view to figure out the optimal geometry to be targeted by the process and adapt it accordingly. Finally, electrical characterization has been carried out on several devices in order to approve the design rules experimentally. An appropriate automated mechanical bench has been used and a proper readout circuit was developed to be able to correctly detect the actual piezoelectric signal provided by the sensors.

Ces travaux s'inscrivent dans le cadre de la qualification des technologies GaN de UMS et plus particulièrement celle de la technologie GH25, et a pour objectif d’apporter un soutien direct au développement des technologies UMS à base de GaN. Le premier chapitre traite des généralités sur les HEMTs AlGaN/GaN. Le deuxième chapitre est consacré à la description des technologies GH50 et GH25 de UMS. Les éléments passifs de la technologie GH25 ont été caractérisés électriquement et thermiquement, puis des mesures de claquage utilisant une technique d’injection de courant de drain ont été mises en oeuvre sur des HEMTs de la technologie GH50 afin d’évaluer l'aire de sécurité de fonctionnement. Le troisième chapitre est dédié à l'étude des effets parasites rencontrés sur les deux technologies GH50 et GH25.Chacun des effets parasites est décrit puis caractérisé de façon approfondie. Le dernier chapitre se concentre sur l'étude de la fiabilité de la technologie GH25. Après avoir présenté les différentes variantes technologiques, les résultats des tests de vieillissement accéléré mis en oeuvre à UMS sont analysés afin d'évaluer leur impact sur la fiabilité de la technologieGH25 et d’identifier les mécanismes de dégradation et les effets parasites. / This work is incorporated within the framework of the qualification of UMS GaNtechnologies and more particularly of the GH25 technology, and aims to support thedevelopment of UMS GaN based technologies. The first part of this report deals withAlGaN/GaN HEMT generality. The second part is dedicated to the description of the UMStechnologies GH50 and GH25. Passive components of GH25 technology have beencharacterized through electrical and thermal measurement, and then breakdown measurementsusing a drain current injection technique have been carried out on GH50 HEMT in order toevaluate the safe operating area of these devices. The third part is dedicated to the study of theparasitic effects observed on the two technologies GH50 and GH25. Each of these parasiticeffects is described and fully characterized. The last part of this work focuses on the study ofthe GH25 technology. Technological variations are first introduced, and then results ofaccelerated aging test carried out at UMS are analyzed to evaluate their impact on thereliability of the GH25 technology and to identify wear out mechanism and parasitic effects.

Les travaux de these s’inscrivent dans le cadre de deux projets: ReAGaN et ExtremeGaN avec des industriels (UMS, Serma Technologies, Thales TRT) et des laboratoires derecherche (LEPMI, LAAS et l’université de Bristol).Les deux technologies GaN (GH50 et GH25) étudiées dans cette thèse sont fournies parla société United Monolithic Semiconductors (UMS) et elles ont été qualifiées durant cettethèse. Plusieurs composants ont subi des tests de vieillissement accéléré en températureréalisés par UMS, ensuite une campagne de caractérisation électrique approfondie a étéréalisée au laboratoire IMS afin d’étudier les effets parasites et les mécanismes de dégradationqui limitent la fiabilté de cette filière.Le premier chapitre traite les bases du transistor HEMT à base de GaN. Les avantagesdu matériau nitrure de gallium ainsi que les substrats adaptés au HEMT à base de GaN sontprésentés. Une brève description du marché europeen des composants GaN est donnée.Ensuite, la structure ainsi que le fonctionnement du HEMT AlGaN/GaN sont décrit ainsi queles deux technologies d’UMS.Le deuxième chapitre présente les tests de vieillissement utilisés pour l’analyse defiabilité. Ensuite, un état de l’art des effets parasites et des mécanismes de dégradation desHEMTs AlGaN/GaN est donné. Le projet ReAGaN est décrit et les différentes techniques decaractérisation utilisées durant les travaux de cette thèse sont présentées.Le troisième chapitre est divisé en quatre études de cas ; les trois premières sont dans lecadre du projet ReAGaN et la quatrième dans le cadre du projet Extreme GaN. Dans lapremière étude de cas, les mécanismes de conduction qui augmentent les courants de fuitesdes HEMTs AlGaN/GaN issus de la technologie GH50 ont été étudiés. La deuxième étude decas est dédiée à l’étude d’un effet parasite électrique qui apparait après un vieillissementaccéléré en température sur la caractéristique de la diode Schottky en polarisation directe.Dans la troisième étude de cas, l’influence de la variation de la fraction molaire des HEMTsAlGaN/GaN sur les paramètres électriques a été analysée. La dernière étude de cas consiste enla détermination des limites de fonctionnement et l’aire de sécurité de la technologie GH25d’UMS en réalisant les mesures des lieux de claquage en mode diode et en mode transistor. / This thesis is in the framework of two projects: ReAGaN and Extreme GaN withindustrials (UMS, Serma Technologies, Thales TRT) and academics (LEPMI, LAAS andUniversity of Bristol).The studied AlGaN/GaN HEMTs are provided by the society United MonolithicSemiconductors (UMS) from the GH50 and GH25 GaN processes that were qualified duringthis thesis. Many devices were submitted to high temperature accelerated life tests by UMSand characterized at IMS laboratory to study the parasitic effects and degradationsmechanisms that are limiting the electrical reliability of GaN based HEMTs technology.The first chapter gives an overview of the basics of GaN based high electron mobilitytransistors (HEMTs). Gallium Nitride material features are reviewed as well as substratessuited for GaN based devices. GaN market in Europe and the main industrial actors are listed.Furthermore, the structure and operation of GaN based HEMTs are described. In the last part,the two UMS GaN processes are described.The second chapter presents the life tests that are used for reliability studies. State of theart of parasitic effects and degradation mechanisms of AlGaN/GaN HEMTs is given.Furthermore, the ReAGaN project in which the main part of this thesis is involved isdescribed. The electrical characterization techniques used at IMS during this thesis arepresented.The third chapter is divided into four case studies; three case studies are in theframework of ReAGaN project and the fourth one in the Extreme GaN project. In the firstcase study, we investigate the conduction mechanisms inducing the leakage current inAlGaN/GaN HEMTs issued from GH50 process. The second case study is dedicated to thestudy of an electrical parasitic effect that appears on the Schottky diode forward characteristicafter temperature accelerated life tests. In the third case study, we study the influence of Almole fraction on the DC electrical parameters of AlGaN/GaN HEMTs. The last case studyconsists in the determination of the limits and safe operating area (SOA) of UMS GH25 GaNHEMTs by carrying out the two and three terminal breakdown voltages measurements.