EP2064374A1 - Procede pour la croissance de nitrure d' indium - Google Patents

Procede pour la croissance de nitrure d' indium

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Publication number
EP2064374A1
EP2064374A1 EP07823287A EP07823287A EP2064374A1 EP 2064374 A1 EP2064374 A1 EP 2064374A1 EP 07823287 A EP07823287 A EP 07823287A EP 07823287 A EP07823287 A EP 07823287A EP 2064374 A1 EP2064374 A1 EP 2064374A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
growth
substrate
indium nitride
nano
movpe
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07823287A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Sandra Ruffenach
Olivier Briot
Bernard Gil
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.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite Montpellier 2 Sciences et Techniques
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite Montpellier 2 Sciences et Techniques
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 Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Universite Montpellier 2 Sciences et Techniques filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP2064374A1 publication Critical patent/EP2064374A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C30B29/403—AIII-nitrides

Definitions

  • the present invention relates to the field of nanotechnology used for the manufacture of electronic devices and, more specifically, to a novel process for the growth of nitrides of elements of group NIb.
  • Certain nitrides of Group IHb metals in particular indium and gallium, have very interesting electronic properties for applications in electronics and optoelectronics. Indeed, these materials exhibit exceptional saturation speeds, which makes it possible to envisage the production of transistors operating at very high frequencies. Moreover, terahertzian radiation emission is possible in these materials.
  • Indium nitride has attracted increasing interest since we know that its bandgap could be close to 0.7-0.75 eV, a window used for infrared communications.
  • indium nitride associated with gallium nitride, covers the infrared range, in particular with emissions at 1, 3 ⁇ m and 1, 55 ⁇ m for telecommunications applications, but also for the visible range, the show in the red.
  • single photon emitter (“single photon emitter”) emitters can be produced from nanoscale semiconductor devices, called quantum dots.
  • This intermediate layer commonly called “buffer” (buffer) allows in particular to absorb the effects related to the disagreements mesh and coefficient of thermal expansion, and thus to improve the crystalline quality of the final layer.
  • the low indium nitride dissociation temperature of less than 750 °, preferably less than 700 ° C., results in very low growth rates, due to the low decomposition of ammonia, the usual precursor. nitrogen for MOCVD growth.
  • Obtaining a film of InN of sufficient quality, particularly in terms of crystallinity, for the production of a component necessarily passes through the optimization of the initial wetting of the substrate: it is an essential parameter which implies a high density of nucleation of InN on the surface. This is currently the limiting factor in conventional growing conditions.
  • nano-objects of indium nitride such as quantum dots
  • nucleation density Le. the density of nano-objects, both in the direction of high densities for the realization of "standard” devices such as light-emitting diodes for example, but also in the direction of low densities to allow to isolate a single nano-object .
  • the application WO 2005/014897 describes a method for manufacturing indium nitride quantum dots comprising indium nitride growth on a layer having a similar network structure, such as gallium nitride or nitride. aluminum, by MOVPE (Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy) with for precursors trimethylindium (TMIn) and ammonia.
  • MOVPE Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy
  • the size of the boxes obtained depends on the growth temperature, the molar ratio of the precursors and the deposition time.
  • the method described makes it possible to obtain a quantum-box density of indium nitride of less than 10 8 cm -2 , generally of the order of 10 7 cm -2, by modifying the parameters.
  • the adjustment of these parameters can, however, in practice prove to be long and difficult because of their complex interactions.
  • Application FR 2 875 333 describes the production of an indium nitride layer on an alloy layer of at least one atomic element of column II of the periodic table and / or at least one atomic element of the column IV of the Periodic Table and N 2 (II-IV-N 2 ) by MOVPE. This method does not teach the modulation of the nucleation density of the material.
  • the object of the present invention is to propose a method of growth of InN to overcome the disadvantages of the prior art, and in particular to control the nucleation density of the material.
  • the proposed MOVPE growth process relies on the use of noble gases as carrier gases. It makes it possible to control the nucleation density of indium nitride on a material. It applies equally well to the growth of films, heterostructures and nanostructures.
  • the inventors have, surprisingly, discovered that the use of a rare gas during growth makes it possible to modify the nucleation density of the material.
  • the presence of the rare gas affects the nucleation density of the material.
  • the nucleation density can be increased or decreased, depending on the choice of rare gas, all the other parameters of the process being kept constant. Also, it is possible to easily vary the nucleation density, to higher and lower densities, without changing the process parameters. This method is also advantageous in that it does not require modification of the equipment and can be implemented on conventional equipment.
  • the present invention therefore relates to a method of growing InN on a substrate, characterized in that said growth step is carried out by MOVPE in the presence of a rare gas.
  • the rare gas may be selected from helium, neon, argon, krypton, xenon and radon or a mixture thereof. For reasons of availability, helium and argon are preferred.
  • MOVPE Metal Organic Vapor Phase Epitaxy
  • MOCVD Metal Organic Chemical Vapor Deposition
  • MOVPE Molecular Beam Epitaxy
  • MOVPE Metal Organic vapor-phase epitaxy: Theory and Practice
  • film means a continuous layer, preferably a thin layer, of a thickness generally between 1 atomic monolayer and 10 microns.
  • nano-object means an individual structure having at least one nanometric dimension, between 1 and 50 nm.
  • the implementation of the process is fast and easy. Although the addition of a specific line of arrival for the rare gas may be considered in some cases, this is not necessary and standard MOCVD growth equipment can be used.
  • the starting materials and the usual deposition conditions are not modified.
  • the method is particularly advantageous in that it makes it possible to modulate the nucleation density without having to adjust the highly interdependent process parameters.
  • the choice of substrate is not particularly limited. It is selected from the substrates usually used, depending on the material to be deposited and its structure. It may be in particular sapphire, SiC, Si or GaN. It generally has a thickness of several hundred microns.
  • the substrate may be covered by a layer of material selected from AIN,
  • GaN GaN, SiC, Si, InGaN, AIInGaN. GaN will preferably be chosen.
  • the epitaxial surface of the substrate can be worked to improve its physical properties for growth.
  • One or more of the following techniques can be implemented: polishing, chemical etching, or other techniques known to those skilled in the art.
  • the material is formed by thermal decomposition of the precursors and reaction between the decomposition products.
  • Suitable precursors are selected from derivatives having limited thermal stability. Nitrogen can easily be provided by ammonia or dimethylhydrazine, for example.
  • the precursors of indium may be chosen from organometallic compounds. More particularly, alkyl derivatives such as methyl and ethyl derivatives such as trimethylindium and triethylindium can be used.
  • the precursors are generally in gas, liquid or solid form. Also, a carrier gas is used to drive the precursors and to ensure a laminar flow of gases in the reactor.
  • the carrier gas is constituted in whole or in part by a rare gas. Also, it is possible to use a carrier gas comprising a rare gas and a usual carrier gas such as nitrogen or hydrogen.
  • the molar ratio between the precursors in the gas phase is adjusted so as to obtain that of the desired material in the solid phase.
  • the amount of carrier gas will depend essentially on the growth equipment used.
  • the total pressure is generally between about 20 millibars and atmospheric pressure.
  • the growth temperature is a function, in particular, of the constitution of the layer to be deposited and of the precursor chosen. For example, it is generally less than or equal to 750 c C, in particular between 25O 0 C and 650 0 C for InN. Growth by MOVPE in the presence of a rare gas makes it possible to modify the nucleation density of the material. The direction of control of the nucleation density (increase or decrease) depends on the nature of the rare gas chosen.
  • the elements of InN can in particular be films or nano-objects such as quantum boxes.
  • the height of the nano-objects is not affected by the presence of the rare gas, thus preserving the control of the emission emission characteristics (wavelength, efficiency, etc.) related to the confinement in the boxes.
  • the method described allows, for identical deposition parameters, to obtain films and nano-objects of the considered materials having a higher or lower nucleation density.
  • the present invention therefore relates to a substrate carrying a film or one or more nano-objects of material considered likely to be obtained by this method.
  • indium nitride films and nano-objects having a nucleation density greater than or equal to 10 9 cm -2 , preferably 10 10 cm -2, are part of the present invention.
  • the invention relates to the use of a rare gas as a carrier gas in the growth of indium nitride by MOVPE to modify the nucleation density.
  • the growth method then allows access to the single nano-object but also to a high density of nano-objects or a high nucleation density film, useful for "standard" optoelectronic components.
  • the present invention also relates to the components comprising a film or nano-object as described above.
  • Said components are particularly useful in the field of optoelectronics. It may be in particular electroluminescent diodes, laser diodes or even transistors.
  • FIG. 1 represents atomic force microscopy images of indium nitride nano-objects on a GaN substrate (2 ⁇ m ⁇ 2 ⁇ m).
  • FIG. 1A represents InN nano-objects obtained with argon as carrier gas according to Example 1;
  • FIG. 1B shows InN nano-objects obtained with nitrogen as carrier gas according to Example 2;
  • FIG. 1C represents nano-objects obtained in InN with helium as vector gas according to example 3.
  • TMI trimethylindium
  • TMGa trimethylgallium
  • NH 3 NH 3
  • the carrier gas employed is hydrogen except for step 5 where nitrogen is used.
  • the flows entering the reactor are strictly or as closely as possible in the ratio by volume 7: 1, for NH 3 on the one hand and TMI and TMGa, on the other hand, the injection of NH 3 and precursors organometallic compounds separately.
  • Fig.1A shows the atomic force microscopy image of the sample obtained.
  • a density of nano-objects of indium nitride with a density of about 1.6 ⁇ 10 9 cm -2 is determined by counting.
  • Example 2 The procedure is the same as in Example 1, except to replace the nitrogen used as the carrier gas in step 5 with argon.
  • Fig.1B shows the image of atomic force microscopy of the sample obtained. Is determined by counting a nano-objects indium nitride density of a density of about 7x10 9 cm "2, which corresponds to an increase of almost 340% with respect to Example 1 using the nitrogen as carrier gas.
  • Example 2 The procedure is the same as in Example 1, except to replace the nitrogen used as the carrier gas in step 5 with helium.
  • Fig.1C shows the atomic force microscopy image of the sample obtained.
  • a density of nano-objects of indium nitride of a lower density, ie 10 9 cm -2 , or a 38% decrease over Example 1 using nitrogen as a carrier gas is determined by counting.
  • the density, slightly the diameter, but not the height of the nano-objects are modified by changing the carrier gas.
  • This aspect is of importance insofar as the confinement in the boxes and therefore the emission efficiency depends on the dimensions of the box, and therefore on their height.

Abstract

La présente demande concerne un procédé pour la croissance de nitrure d' indium sur un substrat par MOVPE en présence d'un gaz rare comme gaz vecteur de croissance.

Description

PROCEDE POUR LA CROISSANCE DE NITRURE D ' INDIUM
La présente invention concerne IΘ domaine des nanotechnologies utilisée pour la fabrication de dispositifs électroniques et, plus précisément, un nouveau procédé pour la croissance de nitrures d'éléments du groupe NIb.
Certains nitrures des métaux du groupe IHb, notamment d'indium et le gallium, présentent des propriétés électroniques très intéressantes pour des applications en électronique et en optoélectronique. En effet, ces matériaux présentent des vitesses de saturation exceptionnelles, ce qui permet d'envisager la réalisation de transistors opérant à très hautes fréquences. Par ailleurs, l'émission de radiation térahertzienne est possible dans ces matériaux.
Le nitrure d'indium suscite un intérêt croissant depuis que l'on sait que sa bande interdite pouvait être proche de 0,7-0,75 eV, fenêtre utilisée pour les communications en infrarouge. Ainsi, le nitrure d'indium, associé au nitrure de gallium, couvre le domaine de l'infrarouge avec notamment des émissions à 1 ,3 μm et 1 ,55 //m pour les applications aux télécommunications, mais également pour le domaine visible, l'émission dans le rouge.
Par ailleurs, il a été mis en évidence que l'on peut fabriquer des émetteurs de photon unique (« single photon emitter ») à partir de dispositifs nanométriques de semiconducteurs, appelés boîtes quantiques (« quantum dots »).
Le développement de technologies à base d'InN a été cependant jusqu'à présent limité par les difficultés liées à la croissance de ce matériau.
En effet, on ne dispose pas de substrats adaptés en maille, ce qui implique l'utilisation de procédés de croissance alternatifs de type "double step". Ce procédé, mis au point par S. Yoshida (S.Yoshida et al. J.Appl.Phys.53(10), (1982) 6844) pour la MBE et reprise par Amaπo et Akasaki (H.Amano et al., Appl.Phys.Lett.48, (1986) 353) pour la MOCVD consiste à introduire entre le substrat et la couche de matériau recherché une couche intermédiaire de ce même matériau ou d'un matériau de paramètre de maille et de structure compatibles déposé à plus basse température que le matériau cristallin. Cette couche intermédiaire communément appelée "buffer" (tampon) permet notamment d'absorber les effets liés aux désaccords de mailles et de coefficient de dilatation thermique, et donc d'améliorer la qualité cristalline de la couche finale. Par ailleurs, la faible température de dissociation du nitrure d'indium, inférieure à 750°, de préférence inférieure à 7000C, se traduit par des vitesses de croissance très faibles, en raison de la faible décomposition dθ l'ammoniac, précurseur usuel de l'azote pour la croissance MOCVD. L'obtention d'un film de InN de qualité suffisante, notamment en termes de cristallinité, pour la réalisation d'un composant passe obligatoirement par l'optimisation du mouillage initial du substrat : c'est un paramètre essentiel qui implique une forte densité de nucléation d'InN sur la surface. Ceci est actuellement le facteur limitant dans les conditions de croissance classiques. Pour la croissance de nano-objets de nitrure d'indium, tels que les boîtes quantiques, il est également intéressant de contrôler la densité de nucléation, Le. la densité de nano-objets, à la fois dans le sens des fortes densités pour la réalisation de dispositifs "standard" tels que les diodes électroluminescentes par exemple, mais également dans le sens des faibles densités pour permettre d'isoler un nano-objet unique.
Diverses méthodes de croissance de nitrure d'indium sur un support sont connues.
Ainsi, la demande WO 2005/014897 décrit un procédé de fabrication de boîtes quantiques de nitrure d'indium comprenant la croissance de nitrure d'indium sur une couche présentant une structure de réseau similaire, tel que le nitrure de gallium ou le nitrure d'aluminium, par MOVPE (Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy) avec pour précurseurs le triméthylindium (TMIn) et l'ammoniac.
Dans ce procédé, la taille des boîtes obtenues dépend de la température de croissance, du ratio molaire des précurseurs et du temps de dépôt. Le procédé décrit permet d'obtenir une densité de boîtes quantiques de nitrure d'indium inférieure à 108 cm"2, généralement de l'ordre de 107cm"2 en modifiant les paramètres. L'ajustement de ces paramètres peut toutefois en pratique se révéler long et difficile en raison leurs interactions complexes.
La demande FR 2 875 333 décrit la réalisation d'une couche de nitrure d'indium sur une couche en alliage d'au moins un élément atomique de la colonne II de la classification périodique et/ou d'au moins un élément atomique de la colonne IV de la classification périodique et de N2 (II-IV-N2) par MOVPE. Ce procédé n'enseigne pas la modulation de la densité de nucléation du matériau.
Le but de la présente invention est de proposer un procédé de croissance d'InN permettant de surmonter les inconvénients de l'art antérieur, et notamment de contrôler la densité de nucléation du matériau.
Le procédé de croissance MOVPE proposé repose sur l'utilisation de gaz rares comme gaz vecteurs. Il permet de contrôler la densité de nucléation du nitrure d'indium sur un matériau. Il s'applique aussi bien à la croissance de films, d'hétérostructures que de nanostructures.
En effet, les inventeurs ont, de façon surprenante, découvert que l'utilisation d'un gaz rare lors de la croissance permet de modifier la densité de nucléation du matériau.
On constate que la présence du gaz rare affecte la densité de nucléation du matériau. Par la présence du gaz rare, la densité de nucléation peut se trouver augmentée ou diminuée, selon le choix du gaz rare, tous les autres paramètres du procédé étant maintenus constants. Aussi, il est possible ainsi de varier de manière aisée la densité de nucléation, vers des densités plus élevées et plus faibles, sans modifier les paramètres de procédé. Ce procédé est par ailleurs avantageux en ce qu'il ne nécessite pas de modification de l'appareillage et peut être mis en œuvre sur un équipement classique.
Selon un premier aspect, la présente invention concerne donc un procédé de croissance d'InN sur un substrat, caractérisé en ce que ladite étape de croissance est réalisée par MOVPE en présence d'un gaz rare.
Ledit gaz rare peut être choisi parmi l'hélium, le néon, l'argon, le krypton, le xénon et le radon ou l'un de leurs mélanges. Pour des raisons de disponibilité, on préfère l'hélium et l'argon.
Le terme MOVPE (Métal Organic Vapor Phase Epitaxy) ou MOCVD (Métal Organic Chemical Vapor Déposition) fait référence à l'épitaxie à partir d'organométalliques en phase vapeur.
La MOVPE consiste à former des structures en couches par dépôt atomique sur un substrat. Généralement, elle est réalisée en phase gazeuse, sous pression modérée (typiquement de quelques millibars à la pression atmosphérique) à partir de précurseurs gazeux et organométalliques contrairement à l'épitaxie par jets moléculaires (MBE pour Molecular Beam Epitaxy) qui est réalisée dans l'ultra-vide généralement à partir de sources solides.
La croissance par MOVPE est connue en tant que telle et peut être réalisée par l'homme du métier dans le domaine considéré. Un tel procédé de croissance par MOVPE est décrit par exemple dans la demande WO 2005/014897 et dans l'ouvrage de G.B.Stringfellow, "Organometallic vapor-phase epitaxy: Theory and Practice", Académie Press, San Diego CA (1989).
Selon l'invention, on entend par "film" une couche continue, de préférence une couche mince, d'une épaisseur généralement comprise entre 1 monocouche atomique et 10 microns.
Selon l'invention, on entend par "nano-objet" une structure individuelle présentant au moins une dimension nanométrique, entre 1 et 50 nm.
La mise en œuvre du procédé est rapide et aisée. Bien que l'ajout d'une ligne spécifique d'arrivée pour le gaz rare puisse être envisagée dans certains cas, cela n'est pas nécessaire et on peut utiliser un équipement de croissance MOCVD standard.
De préférence, les matériaux de départ et les conditions de dépôt habituelles ne sont pas modifiés. En effet, le procédé est particulièrement avantageux en ce qu'il permet de moduler la densité de nucléation sans avoir à procéder à un réglage des paramètres du procédé hautement interdépendants.
Le choix du substrat n'est pas particulièrement limité. Il est choisi parmi les substrats habituellement utilisés, en fonction du matériau à déposer et de sa structure. Il peut s'agir notamment de saphir, SiC, Si ou GaN. Il présente généralement une épaisseur de plusieurs centaines de microns. Le substrat peut être recouvert par une couche de matériau choisi parmi AIN,
GaN, SiC, Si, InGaN, AIInGaN. On choisira de préférence le GaN.
La surface d'épitaxie du substrat peut être travaillée de façon à améliorer ses propriétés physiques pour la croissance. On peut mettre en œuvre une ou plusieurs des techniques suivantes : polissage, gravure chimique, ou d'autres techniques connues de l'homme du métier.
Le matériau est formé par décomposition thermique des précurseurs et réaction entre les produits de décomposition.
Des précurseurs appropriés sont choisis parmi les dérivés présentant une stabilité thermique limitée. L'azote peut être apporté aisément par l'ammoniac ou le diméthylhydrazine par exemple.
Les précurseurs de l'indium peuvent être choisis parmi les composés organométalliques. Plus particulièrement, on peut utiliser des dérivés alkyles, comme les dérivés méthyle et éthyle, tels que le triméthylindium et le triéthylindium. Les précurseurs se présentent généralement sous forme gaz, liquide ou solide. Aussi, on utilise un gaz vecteur afin d'entraîner les précurseurs et d'assurer un écoulement laminaire des gaz dans le réacteur.
Selon l'invention, le gaz vecteur est constitué en tout ou en partie par un gaz rare. Aussi, il est possible d'utiliser un gaz vecteur comprenant un gaz rare et un gaz vecteur habituel comme l'azote ou l'hydrogène.
Le ratio molaire entre les précurseurs en phase gazeuse est réglé de manière à obtenir celui du matériau recherché en phase solide. La quantité de gaz vecteur dépendra essentiellement de l'équipement de croissance utilisé. La pression totale est généralement comprise entre environ 20 millibars et la pression atmosphérique.
La température de croissance est fonction notamment de la constitution de la couche à déposer et du précurseur choisi. A titre d'exemple, elle est généralement inférieure ou égale à 750cC, notamment entre 25O0C et 6500C pour le InN. La croissance par MOVPE en présence d'un gaz rare permet de modifier la densité de nucléation du matériau. Le sens du contrôle de la densité de nucléation (augmentation ou diminution) dépend de la nature du gaz rare choisi.
Ainsi, on dispose d'un outil simple pour contrôler la densité de nucléation d'InN déposé sur un support, sans modifier les autres paramètres du procédé. Les éléments d'InN peuvent notamment être des films ou des nano-objets tels que des boîtes quantiques.
Avantageusement, la hauteur des nano-objets n'est pas affectée par la présence du gaz rare, préservant ainsi le contrôle des caractéristiques d'émission d'émission (longueur d'onde, efficacité,...), lié au confinement dans les boîtes. Ainsi, le procédé décrit permet, pour des paramètres de dépôt identiques, d'obtenir des films et nano-objets des matériaux considérés ayant une densité de nucléation supérieure ou inférieure.
Selon un autre aspect, la présente invention concerne donc un substrat portant un film ou un ou plusieurs nano-objets en matériau considéré susceptible d'être obtenu par ce procédé.
En particulier, les films et nano-objets de nitrure d'indium présentant une densité de nucléation supérieure ou égale à 109 cm"2, de préférence à 1010 cm"2 font partie de la présente invention.
De même, les films ou nano-objets de nitrure d'indium présentant une densité de πucléation inférieure à 107 cm"2, de préférence 106 cm"2 font également partie de la présente invention.
Selon le gaz rare employé, on peut ainsi étendre un champ d'application d'un procédé de croissance caractérisé par un ensemble de paramètres de dépôt donné.
Aussi, selon un autre aspect encore, l'invention vise l'utilisation d'un gaz rare comme gaz vecteur dans la croissance de nitrure d'indium par MOVPE pour modifier la densité de nucléation.
Le procédé de croissance permet alors l'accès au nano-objet unique mais aussi à une forte densité de nano-objets ou un film de densité de nucléation élevée, utiles pour des composants opto-électronique "standard".
Ainsi, selon un dernier aspect, la présente invention concerne également les composants comprenant un film ou nano-objet tel que décrit ci-dessus.
Lesdits composants sont utiles notamment dans le domaine de l'optoélectronique. Il peut s'agir notamment de diodes électroluminescentes, de diodes lasers ou encore de transistors.
FIGURES
La figure 1 représente les images de microscopie à force atomique des nano- objets de nitrure d'indium sur un substrat GaN (2 μm x 2μm).
La figure 1A représente des nano-objets en InN obtenus avec l'argon comme gaz vecteur selon l'exemple 1 ; La figure 1 B représente des nano-objets en InN obtenus avec l'azote comme gaz vecteur selon l'exemple 2 ; et
La figure 1 C représente des nano-objets obtenus en InN avec l'hélium comme gaz vecteur selon l'exemple 3.
Les exemples suivants sont donnés à titre illustratif et non limitatif de la présente invention. EXEMPLES
EXEMPLE 1
Dépôt de boîtes αuantiques de InN avec azote comme gaz vecteur Dans un dispositif de croissance par MOVPE (Aixtron: AIX200/4RF-S), on procède à la croissance de boîtes quantiques d'InN sur un substrat de saphir (0001 ) "epi-ready", poli sur une face.
On utilise les précurseurs suivants: triméthylindium (TMI), triméthylgallium (TMGa) et NH3. Le gaz vecteur employé est l'hydrogène excepté pour l'étape 5 ou on utilise de l'azote.
Plus spécifiquement, les étapes du procédé de croissance mis en œuvre sont comme suit:
1. Désorption du substrat: 10 minutes à 12000C à 100 mBar
2. Dépôt d'une couche de tampon d'une épaisseur de 25 nm de GaN à 540°C, 200mBar avec 3000sccm (sccm = cm3 standard / minute) de NH3 et 10sccm de TMGa refroidi à 00C ;
3. Recristallisation de la couche de tampon de GaN 1 minute à 10500C, 200 mBar, avec 2000sccm de NH3 ;
4. Croissance de la couche de GaN d'une épaisseur de 1 μm à 10900C, 200mBar avec 2000sccm de NH3 et 15sccm de TMGa refroidi à O0C ;
5. Croissance de boîtes de InN d'une hauteur moyenne de 22 nm :
45 s de croissance à 550°C, 200mBar avec 7000sccm de NH3 et 643sccm de TMI (200C) ;
Les flux entrants dans le réacteur se font strictement ou le plus fidèlement possible dans le rapport volumique 7:1 , pour le NH3 d'une part et le TMI et TMGa, d'autre part, l'injection du NH3 et des précurseurs organométalliques se faisant séparément.
La Fig.1A montre l'image de microscopie à force atomique de l'échantillon obtenu. On détermine par comptage une densité de nano-objets de nitrure d'indium d'une densité de l'ordre de 1 ,6x109 cm"2. EXEMPLE 2
Dépôt de boîtes quantiαues de InN sous argon comme gaz vecteur
On procède de la même manière qu'à l'exemple 1 , sauf à remplacer l'azote utilisé comme gaz vecteur à l'étape 5 par de l'argon.
La Fig.1B montre l'image de microscopie à force atomique de l'échantillon obtenu. On détermine par comptage une densité de nano-objets de nitrure d'indium d'une densité de l'ordre de 7x109 cm"2, ce qui correspond à une augmentation de près de 340 % par rapport à l'exemple 1 utilisant l'azote comme gaz vecteur.
EXEMPLE 3
Dépôt de boîtes guantigues de InN sous hélium comme gaz vecteur
On procède de la même manière qu'à l'exemple 1 , sauf à remplacer l'azote utilisé comme gaz vecteur à l'étape 5 par de l'hélium.
La Fig.1C montre l'image de microscopie à force atomique de l'échantillon obtenu. On détermine par comptage une densité de nano-objets de nitrure d'indium d'une densité plus faible, soit 109 cm"2, soit une diminution de 38 % par rapport à l'exemple 1 utilisant l'azote comme gaz vecteur.
Dans les exemples 2 et 3, la hauteur des nano-objets obtenus sont quasiment identiques à la hauteur obtenue en utilisant l'azote, seule la forme se trouve légèrement modifiée.
Ainsi, dans le système étudié, on modifie en changeant le gaz vecteur la densité, légèrement le diamètre, mais pas la hauteur des nano-objets. Cet aspect est d'importance dans la mesure où le confinement dans les boîtes et donc l'efficacité d'émission dépend des dimensions de la boîte, et donc de leur hauteur.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de croissance de InN sur un substrat, caractérisé en ce que l'étape de croissance est réalisée par MOVPE en présence d'un gaz rare.
2. Procédé selon la revendication 1 tel que ledit gaz rare est choisi parmi l'hélium ou l'argon.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel l'étape de croissance est réalisée par MOVPE à une température comprise entre 25O0C et 75O0C.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le substrat est choisi parmi le saphir, AIN, GaN, SiC ou Si.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, tel que ledit substrat est recouvert au préalable d'une couche de GaN.
6. Utilisation d'un gaz rare comme gaz vecteur dans la croissance de nitrure d'indium sur un substrat par MOVPE pour modifier la densité de nucléation.
7. Structure de nitrure d'indium disposés sur un substrat susceptible d'être obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.
8. Structure selon la revendication 7, sous forme de film ou nano-objets disposé sur le substrat.
9. Structure selon la revendication 7 ou 8, présentant une densité de nucléation supérieure ou égale à 1010 cm"2.
10. Structure selon l'une des revendications 7 à 9, présentant une densité de nucléation inférieure à 108 cm'2.
1 1. Composant comprenant une structure selon l'une quelconque des revendications 7 à 10.
12. Composant selon la revendication 11 choisi parmi les diodes électroluminescentes, les diodes lasers et les transistors.
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