This paper described a comparison between a numerical Finite Element Analysis (FEA) and an analytical approach in order to extract the thermal time constants and the thermal resistances of simple but realistic structures. Understanding the complex contribution of multidimensional thermal spreading, the effect of multiple layers, and the correlation with the heat source length is mandatory due to the severe mismatch of thermal expansion in different epitaxial layers and high operating temperatures. This is especially true on GaN HEMT (High Electron Mobility Transistor) with the continuous decrease of the gate length and the increase of the power density. Moreover, in this paper, we extracted the time constants with a Model Order Reduction (MOR) technique based on the Ritz vector approach with inputs coming from the FE matrices. It was found that the time constants obtained by an analytical solution and a model order extraction from FEA were exactly the same. This result validated the idea that our MOR technique provides the real time constants and resistances for our device structures and in this case unified the analytical world with the numerical one.

La forte demande de l'industrie électronique en termes de niveaux de puissance et de fréquences élevées a fortement encouragé le développement de la technologie des transistors HEMT en nitrure de gallium (GaN). Cependant, malgré les efforts accomplis sur d’optimisation thermique de ces composants par utilisation de substrats hautes performances tels que le SiC, la dégradation des performances électriques résultant de l'auto-échauffement du transistor dans les couches épitaxiées du dispositif pendant son fonctionnement reste un problème majeur. Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à la thermique transitoire dans ces composants de puissance. Notre travail a été double. D’une part, à l'aide de la simulation numérique nous avons étudié théoriquement les constantes de temps mises en jeu en insistant à la fois sur l’influence de la couche la GaN et du substrat SiC mais également en examinant l’influence de la longueur de grille sur les performances thermiques des composants. Nous avons d’autre part mis en place pour la première fois au laboratoire, une mesure de température des HEMT GaN par thermoréflectance. Nous avons validé cette nouvelle approche par les méthodes électriques développées jusqu’alors au laboratoire. La thermoréflectance se révèle parfaitement complémentaire à nos autres outils de caractérisation thermique.