EP1661175A1 - Scellement metallique multifonction - Google Patents

Scellement metallique multifonction

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EP1661175A1
EP1661175A1 EP04787275A EP04787275A EP1661175A1 EP 1661175 A1 EP1661175 A1 EP 1661175A1 EP 04787275 A EP04787275 A EP 04787275A EP 04787275 A EP04787275 A EP 04787275A EP 1661175 A1 EP1661175 A1 EP 1661175A1
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EP
European Patent Office
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layer
substrate
semiconductor material
thin layer
intermediate substrate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04787275A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Sébastien Kerdiles
Fabrice Letertre
Hubert Moriceau
Christophe Morales
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Soitec SA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Soitec SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Soitec SA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP1661175A1 publication Critical patent/EP1661175A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H10P90/12—Preparing bulk and homogeneous wafers
    • H10P90/16—Preparing bulk and homogeneous wafers by reclaiming or re-processing
    • H—ELECTRICITY
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    • H10P90/19—Preparing inhomogeneous wafers
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    • H10P90/1916—Preparing SOI wafers using bonding with separation or delamination along an ion implanted layer, e.g. Smart-cut
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    • H10W10/00—Isolation regions in semiconductor bodies between components of integrated devices
    • H10W10/10—Isolation regions comprising dielectric materials
    • H10W10/181—Semiconductor-on-insulator [SOI] isolation regions, e.g. buried oxide regions of SOI wafers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/01—Manufacture or treatment
    • H10H20/011—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers
    • H10H20/018—Bonding of wafers

Definitions

  • This transfer is broken down into two critical steps: metallic bonding of the final support to the active epitaxial layers on the initial substrate, then removal of the latter.
  • the laser separation technique, or "lift-off" laser described for example in US 6,071,795 is a first known means for removing the initial support used for the growth of the active layers after metallic bonding.
  • This technique consists in decomposing using a laser the interface separating the initial substrate from the first thin layer resting on the latter, by illumination on the rear face of the starting structure. The interface thus broken down releases the thin layer from its support.
  • This technique is limited to the starting structures comprising an initial substrate transparent to the laser beam and a first thin layer absorbing the laser radiation.
  • the subject of the invention is firstly a method of producing a thin layer of semiconductor material on a substrate, called the final substrate, comprising: the formation of said layer of semiconductor material, on a support, said initial support, - the assembly of said thin layer and the final substrate, by metallic bonding, mechanical separation of the initial support and the thin layer.
  • the initial support comprises at least one surface film on which the thin layer of semiconductor material is formed, preferably by epitaxy, and a mechanical support.
  • the initial support is said to be removable because of the presence of a fragile interface between the layer of semiconductor material and the mechanical support.
  • Example 2 Realization of an intermediate substrate for the manufacture of LEDs or LDs emitting in red and based on AIGalnP.
  • Example 3 Realization of LEDs emitting in the green and based on GaN epitaxy on Si (111).
  • the removable substrate used in this example is composed of a support 101 in Si and a surface epitaxy film 102 in Si of crystallographic orientation (111). Between these two parts, there is a buried oxide layer as well as the removable interface 103.
  • the active layers 104 based on GaN and AIGaInN alloys are applied by epitaxy directly on the Si film 102 or via a buffer layer based on AIN. Then, metallic deposits are successively carried out over the active layers: Ni / Cr / Au: ohmic contact on the p layer, with diffusion barrier integrated in Cr Au: mirror and bonding layer.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de réalisation d'une couche mince (104) en matériau semi-conducteur sur un substrat (107), dit substrat final, comportant : - la formation de ladite couche en matériau semi-conducteur, sur un support, dit support initial (101), - l'assemblage de la couche mince (104) et du substrat final (107), par collage métallique, - la séparation mécanique du support initial (101) et de la couche mince (107). On obtient ainsi un substrat intermédiaire qui peut être utilisé pour la fabrication de divers composants tels que des diodes électroluminescentes ou des diodes laser. Ce procédé permet la réalisation d'une couche mince sur un substrat final à partir d'un substrat de départ qui peut être recyclé grâce à un démontage mécanique non destructif.

Description

SCELLEMENT METALLIQUE MULTIFONCTION
Domaine technique et art antérieur L'invention concerne le domaine de l'assemblage de couches minces et de substrats. Elle s'applique en particulier à la réalisation de diodes électroluminescentes (LEDs) ou de diodes laser (LDs) avec un report de couche par scellement métallique. Les couches actives des LEDs et LDs émettant dans le vert, bleu ou ultra-violet (constituées de GaN ou d'alliages AIGalnN) sont habituellement épitaxiées sur des substrats en saphir ou SiC (voir, par exemple, IEEE Journal On Selected Topics in Quantum Electronics, 8 (2002) 264, T. Mukai, "Récent progress in group-III nitride light emitting diodes" ou encore, Phys. Stat. Sol (a) 180 (2000) 5, V. Hârle et al., "GaN- based LEDs and lasers on SiC"), alors que les couches actives des LEDs ou LDs émettant dans le rouge, orange ou jaune (constituées de GaAs, ou d'alliages AIGalnP) sont épitaxiées essentiellement sur des substrats de GaAs, voire d'InP, comme décrit par exemple dans IEEE Journal On Selected Topics In Quantum Electronics, 8 (2002) 321, K. Streubel et al., "High brightness AIGalnP light emitting diodes". Ces substrats massifs sont sélectionnés principalement pour leurs propriétés physiques : paramètres de maille et coefficient de dilatation thermique adaptés à la croissance des couches actives par épitaxie. Pourtant, des substrats tels que le silicium ou certains métaux seraient préférables pour le fonctionnement du dispositif final en raison de leure meilleure conductivité thermique (évacuation de la chaleur produite par la LED ou LD en fonctionnement) et électrique (possibilité d'établir un bon contact électrique sur toute la face arrière du dispositif, opposée à la face utilisée pour extraire la lumière émise). Un moyen connu de bénéficier de ces deux types de substrats et de leurs avantages combinés consiste à réaliser la croissance des couches actives du dispositif sur le premier type de substrat (saphir, SiC ou GaAs) puis d'opérer le transfert par collage métallique de ce dispositif préfabriqué vers un substrat adapté aux dernières étapes de sa fabrication et surtout à son fonctionnement optimal. Ce transfert se décompose en deux étapes critiques : le collage métallique du support final sur les couches actives épitaxiées sur le substrat initial, puis le retrait de ce dernier. La technique de séparation par laser, ou laser "lift-off" décrite par exemple dans US 6,071,795 est un premier moyen connu pour retirer le support initial utilisé pour la croissance des couches actives après le collage métallique. Cette technique consiste à décomposer à l'aide d'un laser l'interface séparant le substrat initial de la première couche mince reposant sur ce dernier, par illumination en face arrière de la structure de départ. L'interface ainsi décomposée libère la couche mince de son support. Cette technique est limitée aux structures de départ comprenant un substrat initial transparent au faisceau laser et une première couche mince absorbant le rayonnement laser. L'unique application de cette technique semble concerner le détachement d'une couche mince de GaN épitaxiée sur saphir. Ainsi, N.W. Cheung et al. (US-6,335,263) utilisent un empilement à base d'In et Pd pour le collage à 200°C d'une structure de LED à base de GaN sur un substrat Si ou GaAs. Le substrat de départ en saphir est détaché par séparation par laser. Cet empilement Pd-In ne pourrait pas convenir au démontage mécanique d'un substrat démontable en raison de sa trop faible tenue mécanique. De plus, la couche Pdln3 formée ne constitue pas un bon miroir pour la lumière de la LED. D'autres moyens connus pour retirer le support initial consistent à l'amincir mécaniquement ("grinding" ou "lapping"), ou à le graver chimiquement ("etching"), ou encore à combiner l'amincissement mécanique avec la gravure chimique. Ces méthodes autorisent le retrait du support initial mais conduisent à la destruction de ce dernier. L'opération d'amincissement mécanique est particulièrement délicate pour les substrats fragiles comme GaAs, et longue pour les substrats durs comme ceux en SiC, GaN, AIN ou saphir. L'attaque chimique est, quant à elle, longue et limitée aux substrats pour lesquels il existe une solution (acide) permettant la gravure sélective du support et non des couches actives épitaxiées sur celui-ci. GaAs et Si sont quasiment les seuls exemples de support initial dans ce cas. La gravure chimique sélective de GaN, SiC, AIN et du saphir semble en revanche impossible. Par exemple, K. Streubel et al. (voir article déjà cité ci-dessus) font appel à l'alliage AuSn pour réaliser le collage métallique à 350°C d'une structure de LEDs à base de GaAs sur un substrat Si. Le substrat initial en GaAs, gravé chimiquement par la suite, n'est dans ce cas par recyclable puisque détruit. Dans les procédés de fabrication de LEDs mis au point par Visual Photonics Epitaxy Co. (décrits par exemple dans US-6,287,882), un alliage AuBe est mis en oeuvre pour le collage métallique. A nouveau, la méthode n'est pas économiquement optimale car le substrat initial est retiré par gravure chimique. Dans le document WO 02/33760 est divulgué un procédé de réalisation de LEDs sur un substrat composite qui sera partiellement retiré lors de ce procédé. Parmi les méthodes de démontage proposées, on note : - la gravure chimique (destruction du support initial), adaptée à
GaAs et Si, mais pas à SiC, à GaN ni au saphir, - la séparation par laser, limitée à un substrat transparent tel que le saphir, et inadaptée aux supports de Si, SiC. Dans le procédé décrit dans ce document, des motifs sont réalisés dans les couches actives, avant application du support final. Cette étape de réalisation de motifs par combinaison de photolithographie et gravure est complexe, coûteuse et cela fragilise l'ensemble de la structure. Dans le cas, non envisagé dans ce document, d'un démontage mécanique du support initial, les couches actives découpées en motifs seraient ainsi une zone privilégiée de rupture. Les solutions de démontage proposées dans ce document WO 02/33760 ne sont donc pas universelles (pas de solution de démontage pour les supports SiC), pas économiques (recyclage envisageable uniquement avec un support saphir retiré par séparation par laser) ; en outre, un démontage mécanique est exclu par le type de structure proposée, du fait des motifs fragilisant les couches actives Par ailleurs, ce document divulgue également la présence d'une couche miroir métallique assurant le contact électrique. Toutefois, aucune précaution n'est prise pour limiter la diffusion des métaux dans les couches actives de la LED. Un autre moyen connu pour retirer le substrat initial consiste à démonter mécaniquement la structure, réalisée par épitaxie sur un substrat démontable, c'est-à-dire un substrat formé d'un support et d'une couche mince adhérant faiblement à celui-ci. Plusieurs types de substrats démontables sont envisageables, par exemple, du type décrit dans FR- 2823599 ou FR-2809867. Cette approche, nécessitant l'utilisation d'un substrat initial démontable, est relativement universelle quant à la nature du substrat initial et autorise le recyclage du support initial après démontage. En effet, elle n'est pas limitée aux substrats transparents (comme dans le cas de la technique de séparation par laser) ou aux matériaux que l'on peut graver chimiquement. Après séparation des couches actives du support initial, ce dernier peut être recyclé pour de nouveau servir de substrat démontable pour l'épitaxie. Toutefois, les contraintes inhérentes au démontage mécanique du substrat de départ requièrent une forte tenue mécanique du collage entre les couches actives et le substrat final afin d'éviter qu'une fracture ne se produise. Il se pose donc le problème de disposer d'un procédé de réalisation d'une couche mince sur un substrat final, à partir d'un substrat de départ qui permette de recycler ce dernier (quelle que soit sa nature), grâce à un démontage mécanique non destructif. Du point de vue du dispositif lui-même, il n'existe actuellement aucune combinaison de couches entre le substrat final et les couches actives ayant les propriétés de contact ohmique, et de réflectivité optique, et éventuellement de conductivité électrique et/ou de tenue mécanique.
Exposé de l'invention L'invention a tout d'abord pour objet un procédé de réalisation d'une couche mince en matériau semi-conducteur sur un substrat, dit substrat final, comportant : la formation de ladite couche en matériau semi-conducteur, sur un support, dit support initial, - l'assemblage de ladite couche mince et du substrat final, par collage métallique, la séparation mécanique du support initial et de la couche mince. Le support initial comporte au moins un film superficiel sur lequel est formée la couche mince en matériau semi-conducteur, de préférence par épitaxie, et un support mécanique. Le support initial est dit démontable en raison de la présence d'une interface fragile entre la couche en matériau semi-conducteur et le support mécanique. Le collage métallique permet d'assurer un assemblage de la couche mince et du substrat final, à la fois suffisamment résistant mécaniquement et compatible avec une séparation ultérieure à l'interface fragile et non à l'interface de collage, sans destruction du support initial. Le collage métallique est réalisé à l'aide d'un empilement de couches comportant au moins une couche de contact ohmique directement formée sur la couche épitaxiée de matériau semi-conducteur, une couche réfléchissante et une couche à base d'or ou d'aluminium. La couche réfléchissante (miroir) est de préférence à base d'argent, ou d'aluminium, ou de rhodium, ou de platine, ou d'or. Une couche supplémentaire, assurant le rôle d'une barrière de diffusion, peut en outre être prévue. Elle est de préférence à base de tungstène, ou de titane, ou de chrome, ou de platine, ou de tantale. Le collage métallique peut être réalisé à l'aide d'un dépôt métallique, formé, d'une part, sur la couche mince et, d'autre part, sur le substrat final. Le substrat final peut être un substrat de silicium ou un substrat conducteur recouvert d'un film de silicium. Après le dépôt métallique, l'assemblage de la couche mince et du support final comporte une étape de mise en contact des surfaces à coller, et un traitement thermique qui vise à former une phase eutectique alliant le silicium fourni par le support final et l'or ou l'aluminium déposé en couche mince au moins sur la couche de matériau semi-conducteur. La formation Au-Si ou Al-Si assure la forte tenue mécanique du collage métallique. L'empilement des couches métalliques assure une bonne conduction thermique et électrique entre le substrat final et la couche mince de matériau semi-conducteur. L'étape de séparation mécanique suivant l'assemblage par collage métallique comporte une séparation le long de l'interface fragile initialement présente. Selon une caractéristique de l'invention, le matériau semi- conducteur de la couche mince est un alliage Alx Gaι-x-y Iny P ou Alx Gaι-X.y Iriy N avec O≤x≤l et O≤y≤l. L'invention concerne également un substrat intermédiaire comportant un substrat et une couche mince en un matériau semiconducteur, reliés par un collage métallique. Un tel substrat intermédiaire peut ensuite être utilisé pour la fabrication de divers composants et de diverses manières, notamment pour la réalisation de dispositifs optoélectroniques tels que des LEDs, des diodes laser, des cellules solaires ou des photorécepteurs. En particulier, des plots de contact peuvent être formés sur la couche mince de matériau semi-conducteur après l'étape de séparation mécanique. Ces plots peuvent être transparents et/ou ne pas couvrir toute le surface de la couche en matériau semi-conducteur.
Brève description des figures
Les figures 1A à IF décrivent des étapes d'un mode de réalisation de l'invention.
Description détaillée de modes de réalisation de l'invention
Un exemple de réalisation de l'invention va être donné en relation avec les figures 1A à IF. Un exemple de substrat initial est représenté en figure 1A. Ce substrat est de type démontable et comporte un film superficiel 102, servant de support d'épitaxie, lié à son support 101 via une interface ou zone enterrée fragile. Cette interface, démontable mécaniquement, est désignée par la référence 103. Elle permet un démontage non destructif du substrat. Cette zone fragile résulte par exemple d'une implantation d'espèces ioniques ou atomiques, comme par exemple décrit dans FR-2
681 472 ou EP - 807 970, ou encore d'une porosification, comme décrit dans EP - 925 888, ou encore d'un collage par adhésion moléculaire avec contrôle de l'hydrophilie et de la rugosité des surfaces en contact, au niveau de la zone fragile, comme décrit dans FR-2 823 599. Dans le cas où les couches actives à déposer sont à base d'alliages du type AIGalnN, le film superficiel 102 est de préférence une couche de SiC, ou de saphir, ou de Si, ou en AIN ou en GaN. En revanche, si les couches actives sont plutôt à base de matériaux du type AIGalnP, le film superficiel est préférentiellement en GaAs, Si ou InP. Dans tous les cas, le film superficiel est de préférence monocristallin. Après application des couches actives 104 par épitaxie, une première série de dépôts métalliques 105 est réalisée sur le haut des couches actives (figure 1B). Ce premier empilement métallique peut éventuellement se décomposer en plusieurs films minces de natures différentes . La couche métallique, directement en contact avec les couches actives, est par exemple une très fine couche (d'épaisseur par exemple comprise entre 1 et 50 nm) assurant à la fois une bonne adhérence mécanique (couche d'accroché) et un bon contact ohmique sur le semiconducteur de la dernière couche active (faible résistance de contact). Par exemple, si la dernière couche active est constituée de GaN de type p, le contact peut être de préférence l'empilement Ni (5nm) + Au (5nm) ou une couche de Pt (50nm). Si, en revanche, il s'agit de GaAs de type p, un contact Zn/Au, Zn/Pd ou Ti/Pt sera adapté. L'établissement d'un bon contact ohmique sur les couches actives 104 peut nécessiter un traitement thermique après application de la couche de contact ohmique et avant l'étape de collage métallique. Au-dessus de ce contact ohmique est déposée la couche réfléchissante (miroir) de préférence à base de : Ag, ou Al, ou Rh pour faire un miroir dans un domaine spectral comme l'ultraviolet et/ou le bleu et/ou le vert, ou de Au, ou Ag, ou Al, ou Rh, ou Pt pour faire un miroir dans un domaine spectral tel que le jaune et/ou l'orange et/ou le rouge et/ou l'infrarouge. Selon le semi-conducteur constituant la dernière couche active, il se peut que le contact ohmique soit de même nature que la couche réfléchissante (ex : contact ohmique sur p-GaAs constitué de zinc puis d'or (Zn/Au), puis miroir constitué d'or (Au), la couche miroir étant alors déposée dans la continuité du contact ohmique). Une barrière de diffusion peut aussi être établie pour limiter la diffusion d'éléments métalliques vers les couches actives. Un tel phénomène de diffusion parasite aurait pour conséquence de réduire la durée de vie des composants produits sans cette précaution. La barrière peut être placée directement par dessus le miroir déposé lors de l'étape précédente, ou encore être intégrée au sein du contact ohmique, si elle est très fine. Elle est de préférence à base de W, ou de Ti, ou de Cr, ou de Pt, ou de Ta (phase pure et / ou nitrurée telle que TiN, WN,....). L'empilement métallique déposé peut se terminer par une couche permettant un collage mécaniquement fort, à savoir une couche à base d'or (ou d'aluminium). Une autre série de dépôts métalliques 106 peut être appliquée au support final 107, de préférence constitué de silicium, ou d'un substrat conducteur recouvert de silicium. Ainsi, une fine couche de Ti, Cr (d'épaisseur par exemple comprise entre 1 et 50 nm) peut être appliquée directement sur la surface désoxydée du support final, pour assurer une bonne adhérence et donc une bonne tenue mécanique. Une autre couche d'or (ou d'aluminium) peut être enfin déposée en vue du collage métallique. La nature des dépôts métalliques 106 est choisie de façon à assurer un contact électrique ohmique avec le support final 107. Le procédé se poursuit par une étape de collage métallique (figure 1C) lors de laquelle les deux supports métallisés sont mis en contact et scellés l'un à l'autre, par exemple grâce à un traitement thermique éventuellement sous atmosphère contrôlée (vide, atmosphère inerte, ) et pression mécanique pour renforcer le collage. Les deux supports sont de préférence collés par la formation d'une phase eutectique, par exemple Au-Si (l'or pouvant être celle des métallisations affleurant sur l'un et l'autre des supports, le silicium diffusant du support final 107 entièrement constitué de Si ou disposant d'un dépôt de Si à sa surface). Le scellement eutectique Al-Si peut par exemple aussi être utilisé, malgré une température requise supérieure : Teutectique (Al-Si) = 580°C > Teutectique (Au-Si) = 363°C, et aussi en prenant garde que les surfaces recouvertes d'aluminium ne s'oxydent pas avant la mise en contact. Le support initial 101 peut ensuite être détaché, notamment de façon mécanique (figure 1D) : c'est le démontage du substrat démontable au niveau de l'interface fragile 103. Le support initial n'étant pas détruit, il peut alors être recyclé pour servir de base à un nouveau substrat démontable. Une forme préférée de démontage consiste à introduire une lame fine au niveau de l'interface fragile entre le support initial et les couches actives. Sous la contrainte de cette lame, la fracture se propage de manière privilégiée le long de l'interface 103. L'ouverture peut aussi être assistée par un jet de fluide (gaz inerte ou corrosif, eau, ). Une autre forme de démontage consiste à appliquer une force de traction sur la structure issue du collage métallique, par exemple en écartant progressivement le support initial du support final à l'aide de préhenseurs et d'une aspiration par le vide. Avant le démontage, un nettoyage chimique (acide HF, solution Aqua Regia, dite Eau Régale,....) peut être utilisé pour faciliter l'ouverture mécanique. A l'issue du démontage, le film 102 utilisé comme surface de départ pour l'épitaxie et, éventuellement, une partie des couches actives 104 peuvent être retirés par polissage mécano-chimique ou par gravure chimique (applicable à un film en GaAs, Si), par gravure plasma ou à base de faisceau d'ions (adapté à la plupart des matériaux constituant le film 102, y compris les matériaux inertes et durs comme GaN, SiC, le saphir, AIN, ....). Cette étape de gravure permet de faire affleurer les couches actives 104 épitaxiées auparavant. Est ainsi obtenu un substrat intermédiaire pouvant être utilisé pour la fabrication de LEDs ou LDs, ou encore de cellules solaires ou de photorécepteurs. Ce produit (figure 1E) est intéressant, en soi, puisqu'il permet la fabrication de divers composants et de diverses manières. Pour achever la réalisation des composants, une voie possible consiste à déposer un contact ohmique 108 sur la face dégagée des couches actives (figure IF). Si le semi-conducteur 104 mis à nu par la gravure est du GaN de type n, le contact sera de préférence un empilement Ti/AI, ou un oxyde transparent conducteur (ex : ln203 :Sn, alliages de ZnO et de ln203). Si le semi-conducteur est par contre du GaAs de type n, le contact sera de préférence un empilement AuGe/ Au. La face sur laquelle est déposé ce contact étant la face d'extraction de la lumière émise par le composant, le contact sera de préférence transparent et/ou ne recouvrira pas toute cette surface. Les avantages procurés par le procédé décrit ci-dessus sont nombreux : - le support initial 101 utilisé pour l'épitaxie, et éventuellement très coûteux, n'est pas détruit et peut ainsi être recyclé, le démontage mécanique permet de détacher tout type de supports, y compris SiC, GaN pour lesquels une gravure chimique est impossible et une gravure plasma ou faisceau d'ions est très longue. Le détachement du support initial par voie mécanique n'est pas limité aux matériaux transparents, comme dans le cas de la séparation par laser "lift- off" , ni aux matériaux réagissant aux attaques chimiques : c'est un moyen de détachement universel et économique, les différentes couches métalliques utilisées présentent toutes les propriétés désirées : assurer à la fois les fonctions de contact ohmique et de miroir, établir une bonne conduction thermique et électrique entre le support et les couches actives sans perdre en performance à cause de phénomènes de diffusion non contrôlés, et une excellente tenue mécanique grâce à une sélection de matériaux résistants. Divers exemples particuliers de réalisation de l'invention vont être donnés ci-dessous.
Exemple de réalisation 1 : Réalisation de LEDs émettant dans le bleu-UV et à base de AIGaInN
Le substrat démontable utilisé dans cet exemple est composé d'un support 101 en SiC polycristallin ou en silicium et d'un film superficiel d'épitaxie 102 en 6H-SiC. Entre ces deux parties, on trouve une couche enterrée d'oxyde ainsi que l'interface démontable 103. Les couches actives à base de GaN et d'alliages AIGaInN sont appliquées par épitaxie sur le film 102. Ensuite, on procède successivement aux dépôts métalliques 105 par dessus les couches actives : Ni (épaisseur 5nm) + Au (épaisseur 5nm) : contact ohmique sur la couche p Pt : à titre de barrière de diffusion Ag : couche formant un miroir Au : pour le collage
Dans le même temps, un support final 107 est préparé pour le collage eutectique grâce aux métallisations suivantes : - Cr (épaisseur 5 nm) : couche d'accroché Au : pour le collage
Les substrats métallisés sont mis en contact sous vide puis chauffés à une température voisine de 400°C sous une légère pression mécanique appliquée à l'aide d'un piston (P<2 bar). Il se forme une phase eutectique à base d'or et de silicium, ce qui conduit à un collage mécaniquement résistant. Après refroidissement, les plaques collées sont détachées l'une de l'autre à l'aide d'une lame fine introduite au niveau de l'interface fragile. Le film 102 de 6H-SiC est retiré par gravure ionique réactive (RIE). Finalement, un contact ohmique Ti / Al est réalisé sur la couche de n-GaN mise à nu par la gravure selon la géométrie illustrée par la figure IF.
Exemple de réalisation 2 : Réalisation d'un substrat intermédiaire en vue de la fabrication de LEDs ou LDs émettant dans le rouge et à base de AIGalnP.
Le substrat démontable utilisé dans cet exemple est composé d'un support 101 en Si et d'un film d'épitaxie 102 en GaAs. Entre ces deux parties, on trouve une couche enterrée d'oxyde ainsi que l'interface démontable. Les couches actives à base de GaAs et d'alliages AIGalnP sont appliquées par épitaxie sur le film de GaAs. Ensuite, on procède successivement aux dépôts métalliques par dessus les couches actives : Au/Zn : contact ohmique sur la couche p - Ti : barrière de diffusion Au : couche formant un miroir et permettant le collage
Dans le même temps, un support final 107 est préparé pour le collage eutectique grâce aux métallisations suivantes : - Ti (5nm) : couche d'accroché Au : pour le collage Les substrats métallisés sont mis en contact sous vide puis chauffés à une température voisine de 400°C sous une légère pression mécanique appliquée à l'aide d'un piston (P < 2 bar). Il se forme une phase eutectique à base d'or et de silicium, ce qui conduit à un collage mécaniquement résistant. Après refroidissement, les plaques collées sont détachées l'une de l'autre à l'aide d'une lame fine introduite au niveau de l'interface fragile, assistée par l'injection d'un fluide. Le film 102 de GaAs est retiré par gravure chimique. On obtient alors un substrat composite avec des couches actives compatibles avec la fabrication de LEDs ou LDs haute performance puisqu'un contact ohmique miroir est déjà intégré sous toute la surface de la zone active (réflexion de la lumière émise vers le support, injection optimale du courant en face arrière,....).
Exemple de réalisation 3 : Réalisation de LEDs émettant dans le vert et à base de GaN épitaxie sur Si (111).
Le substrat démontable utilisé dans cet exemple est composé d'un support 101 en Si et d'un film superficiel d'épitaxie 102 en Si d'orientation cristallographique (111). Entre ces deux parties, on trouve une couche enterrée d'oxyde ainsi que l'interface démontable 103. Les couches actives 104 à base de GaN et d'alliages AIGaInN sont appliquées par épitaxie directement sur le film 102 de Si ou via une couche tampon à base d'AIN. Ensuite, on procède successivement aux dépôts métalliques par dessus les couches actives : Ni/Cr/Au : contact ohmique sur la couche p, avec barrière de diffusion intégrée en Cr Au : couche miroir et de collage.
Un support final 107 est préparé pour le collage eutectique, grâce aux métallisations suivantes : Cr (5 nm) : couche d'accroché Au : couche de collage Les substrats métallisés sont mis en contact sous vide puis chauffés à une température voisine de 400°C sous une légère pression mécanique appliquée à l'aide d'un piston (P < 2 bar). Il se forme une phase eutectique à base d'or et de silicium, ce qui conduit à un collage mécaniquement résistant. Après refroidissement, les plaques collées sont détachées l'une de l'autre à l'aide d'une lame fine introduite au niveau de l'interface fragile. Le film 102 de Si est retiré par gravure chimique (TMAH). L'éventuelle couche tampon à base d'AIN peut aussi être retirée par gravure sèche. Finalement, un contact ohmique 108 Ti / Al est réalisé sur la couche 104 de n-GaN, mise à nu, comme illustré sur la figure IF.
L'invention permet donc notamment : la réalisation de diodes électroluminescentes ou diodes lasers, de préférence à base de GaN (et alliages AIGaInN) ou de GaAs (et d'alliages AIGalnP) la réalisation d'un substrat intermédiaire comprenant les couches actives des composants mentionnés ci-dessus (cf. figure 1E).

Claims

Revendications
1. Procédé de réalisation d'une couche mince (104) en matériau semi-conducteur sur un substrat (107), dit substrat final, constitué de silicium ou d'un substrat conducteur recouvert de silicium, ledit procédé comportant : la formation de ladite couche en matériau semiconducteur, sur un support, dit support initial (101), - l'assemblage de ladite couche mince et du substrat final, par collage métallique, la réalisation d'un dépôt métallique (105, 106) sur la couche mince et sur le substrat final, en vue du collage métallique, la fracture mécanique du support initial le long d'une interface fragile.
2. Procédé selon la revendication 1, ladite couche mince (104) étant réalisée par épitaxie.
3. Procédé selon la revendication 2, le support initial comportant un substrat (101) et une couche d'épitaxie (102).
4. Procédé selon la revendication 3, l'étape de séparation mécanique comportant la séparation de l'ensemble le long de l'interface fragile.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, le collage métallique étant réalisé à l'aide d'un empilement de couches (105, 106) comportant une couche de contact ohmique, une couche réfléchissante et une couche à base d'or ou à base d'aluminium.
6. Procédé selon la revendication 5, la couche réfléchissante étant à base d'argent, ou d'aluminium, ou de rhodium, ou d'or, ou de platine.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, le collage métallique mettant en œuvre la formation d'une phase eutectique.
8. Procédé selon la revendication 7, la phase eutectique étant Au-Si ou Al-Si.
9. Procédé selon l'une des revendications 5 à 8, l'empilement de couches comportant en outre une couche formant une barrière de diffusion.
10. Procédé selon la revendication 9, la couche de barrière de diffusion comportant du tungstène, ou du titane, ou du chrome ou du platine, ou du tantale.
11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, comportant en outre la réalisation de plots (108) de contact sur la couche en matériau semi-conducteur, après l'étape de séparation mécanique.
12. Procédé selon la revendication 11, les plots étant transparents et/ou ne recouvrant pas toute la surface de la couche en matériau semi-conducteur.
13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, le matériau semi-conducteur de la couche mince (104) étant un alliage AlxGaι-x.y Iny P ou AlxGaι-x-y Iny N avec O≤x≤l et O≤y≤l.
14. Substrat intermédiaire comportant : un substrat (107) constitué de silicium ou recouvert de silicium et une couche mince (104) en un matériau semiconducteur, reliés par un collage métallique (105, 106).
15. Substrat intermédiaire selon la revendication 14, le collage métallique comportant un empilement de couches métalliques (105, 106).
16. Substrat intermédiaire selon la revendication 15, l'empilement de couches métalliques comportant une couche de contact ohmique, une couche réfléchissante et une couche à base d'or ou à base d'aluminium.
17. Substrat intermédiaire selon la revendication 16, la couche réfléchissante étant à base d'argent, ou d'aluminium, ou de rhodium, ou d'or, ou de platine.
18. Substrat intermédiaire selon la revendication 16 ou 17, l'empilement de couches métalliques comportant en outre une couche formant barrière de diffusion.
19. Substrat intermédiaire selon la revendication 18, la couche de barrière de diffusion comportant du tungstène, ou du titane, ou du chrome, ou du platine, ou du tantale.
20. Substrat intermédiaire selon l'une des revendications 14 à 19, comportant en outre des plots (108) de contact sur la couche mince (104) en matériau semi-conducteur.
21. Substrat intermédiaire selon la revendication 20, les plots étant transparents et/ou ne recouvrant pas toute la surface de la couche en matériau semi-conducteur.
22. Substrat intermédiaire selon l'une des revendications 14 à 21, le matériau semi-conducteur de la couche mince (104) étant un alliage AlxGaι-x-y Iny P ou AlxGaι-x-y Iny N avec O≤x≤l et O≤y≤l.
23. Dispositif optoélectronique comprenant un substrat intermédiaire selon l'une des revendications 14 à 22.
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