EP4268266A1 - Method for producing a iii-n material layer - Google Patents

Method for producing a iii-n material layer

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EP4268266A1
EP4268266A1 EP21840633.8A EP21840633A EP4268266A1 EP 4268266 A1 EP4268266 A1 EP 4268266A1 EP 21840633 A EP21840633 A EP 21840633A EP 4268266 A1 EP4268266 A1 EP 4268266A1
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EP
European Patent Office
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section
basal
basal section
pads
etching
Prior art date
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Pending
Application number
EP21840633.8A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Matthew Charles
Guy Feuillet
Carole Pernel
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.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Filing date
Publication date
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Definitions

  • the invention relates to the production of a layer based on an III-N material, for example a nitride (N) obtained from at least one of gallium (Ga), indium (In) and aluminum (Al).
  • a nitride (N) obtained from at least one of gallium (Ga), indium (In) and aluminum (Al).
  • the invention finds, for example, an application in the field of optoelectronic devices comprising a plurality of light-emitting diodes (LEDs) of micrometric size, generally called micro-LEDs, or even the production of power components such as transistors or power diodes.
  • LEDs light-emitting diodes
  • III-N material typically nitrides of at least one of gallium, indium and aluminum.
  • Specific applications relate for example to the production of micro-LEDs (pLED).
  • Other specific applications may relate to the production of power electronic devices such as diodes or power transistors, for example HEMT transistors (acronym of their Anglo-Saxon name "High Electron Mobility Transistor” meaning field-effect transistor with high electron mobility) or even vertical transistors or diodes.
  • nitride for example gallium nitride GaN, which has: a high thickness (typically greater than 5 or even 8 pm 10' 6 meters), and a low density of dislocations ( typically less than 1 E 8 cm' 2 ).
  • a major challenge therefore consists in minimizing the density of defects in the nitride layer obtained by epitaxy. Indeed, the performance of microelectronic or optoelectronic devices made from these nitride layers are very sensitive to the density of structural defects such as dislocations.
  • dislocations originate from the difference in lattice parameters between the epitaxial layer and the substrate, as well as the coalescence of the small-sized grains which are formed at the start of the growth; these grains are slightly disoriented relative to each other and they join, forming at the level of the coalescence joint, dislocations which then cross the entire epitaxial structure.
  • Patent application WO2019122461 describes a solution which consists in growing a layer of nitride on studs, also referred to as pillars.
  • These pads include a creep section surmounted by a crystalline section. More specifically, these pads are formed by etching an SOI (silicon on insulator) type substrate.
  • SOI silicon on insulator
  • the thin silicon film (active layer) and the buried oxide layer (burned oxide - BOX) of the SOI substrate form, after etching, respectively the crystalline section and the creep section of each pad.
  • crystallites are then grown by epitaxy on the surface of the pads. The crystallites come together during the coalescence, the creep sections deforming to allow coalescence without the formation of defects, then form a layer of nitride which continues to grow while thickening.
  • a method for obtaining at least one layer of nitride based on an III-N material.
  • the process comprises the following successive steps:
  • each pad comprising at least:
  • a germination section, crystalline, carried by the basal section selectively modifying the basal section vis-à-vis the germination section so as to form a modified basal section having a lower rigidity than the basal section before modification.
  • the basal section and more generally the stud are made more easily deformable, in particular under the effect of a mechanical stress generated during the coalescence phase of the crystallites.
  • the proposed method provides for firstly having studs, then modifying the basal crystalline sections, for example based on Si, in order to make them more easily deformable during the growth step by epitaxy.
  • the portion of the stud which is formed by the modified basal section can then deform.
  • the mechanical stresses generated by this contact are transferred to the studs and therefore to the basal sections.
  • the latter deform, thereby absorbing some or all of the mechanical stresses. It is thus possible to considerably reduce, or even avoid, the appearance and propagation of dislocations at the level of the coalescence joints between the crystallites which form, for example, a vignette of III-N material.
  • the disorientation between crystallites results in the creation of a grain boundary to coalescence.
  • This grain boundary is highly energetic since it results from the superposition of the stress fields of the defects that compose it. If the crystallites grow on studs which can deform as the process described allows, the Adjacent crystallites then orient themselves in-plane or out-of-plane to minimize the total energy of the system without the formation of grain boundaries. On the contrary, if the crystallites grow on pads which cannot deform, there is formation of grain boundaries and therefore appearance of dislocations.
  • the studs are relatively undeformable
  • the studs are made more deformable.
  • This section is taken in a plane substantially parallel to an upper face from which the studs extend. More specifically, the proposed method allows the studs, before the modification step, to have a large section, and in particular a section which would not allow the basal crystalline sections to deform sufficiently during growth by epitaxy in order to avoid the formation of dislocations.
  • This section of initial pads since it is relatively large, can be obtained with a very wide choice of conventional manufacturing processes, such as ultraviolet photolithography which is inexpensive.
  • the modification step carried out on the crystalline sections for example by reducing their section and/or by modifying their material by oxidation by modification, makes it possible to increase the capacity of these studs to deform, this in order to reduce, or even avoid, the dislocations.
  • the proposed method therefore makes it possible, by relaxing the dimensional constraints on the definition of the pads, to reduce the duration and the cost of manufacturing the III-N nitride layers and the components made from these layers.
  • the pads etched in the SOI substrate must have a very small section, for example less than 200 nm. This small dimension implies the use of lithography techniques that are very costly and time-consuming to implement.
  • etching by electron beam (E-beam) This process is particularly long since it requires defining each of the plots individually and successively. It becomes excessively expensive when it becomes necessary to carry out numerous studs.
  • the proposed method is particularly advantageous when the studs are defined by less restrictive and expensive techniques such as ultraviolet photolithography, more complex techniques such as E-beam lithography or nanoimprinting can perfectly be used to implement the method. offers.
  • the proposed method makes it possible to use crystalline basal sections having a relatively large thickness (the thickness is taken in a direction perpendicular to the upper face of the support substrate). It is then possible to implement this process from bulk substrates.
  • This type of substrate is much less expensive than elaborate substrates comprising a thin crystalline layer. This is for example the case of SOI substrates, in which a thin crystalline layer (the active layer) rests on a dielectric layer which itself rests on a support substrate. SOI type substrates are expensive and increase the cost of manufacturing components based on III-N materials.
  • the proposed method makes it possible to obtain layers formed of III-N material, the coalescence of which is usually more complex to obtain. Such is the case of the AIN.
  • the preferred direction of growth is substantially perpendicular to the upper face of the base substrate.
  • This direction, designated direction c is not conducive to rapid coalescence of the crystallites carried by the adjacent pads.
  • the rapid coalescence requires having a significant growth in the plane perpendicular to the direction c (ie, in a plane parallel to that of the upper face of the support substrate).
  • the proposed method by providing very narrow studs, makes it possible to bring the adjacent studs very close together. The distance between adjacent pads being reduced, the crystallites must grow over a very short distance to come into contact with the adjacent crystallites.
  • the coalescence of the crystallites then takes place more rapidly.
  • the proposed method thus makes it possible to reduce the time and the cost of obtaining layers of III-N materials in which the growth of the c direction is highly preponderant.
  • the proposed method thus makes it possible to reduce the cost of obtaining AIN-based components, such as than UV LEDs. More specifically, coalescence from close plots allows faster coalescence.
  • the growth from deformable pads makes it possible to reduce the density of dislocations in AlN.
  • the crystalline quality of the buffer layers of AIN is a predominant factor for UV LEDs.
  • the proposed method provides the advantages of the method described in document WO2019122461, in terms of reduction, or even elimination, of dislocations at the coalescence joints between two crystallites.
  • the proposed process makes it possible to obtain in a layer, even a thick one, lower dislocation densities than those obtained with conventional solutions for growing GaN on silicon (Si) or on silicon carbide (SiC) or on sapphire.
  • the proposed method makes it possible to obtain layers of III-N materials, having a large thickness and a low dislocation density.
  • the proposed method is then particularly advantageous for the production of microelectronic components such as LEDs, power components, for example vertical transistors or HEMT transistors.
  • FIG. 1A illustrates an example of a stack from which an example of a method according to the invention can be implemented.
  • several layers of nitride, each forming a thumbnail, are formed on a base substrate.
  • Figure 1B illustrates the stack of Figure 1A on which a seed layer is formed.
  • Figure 1C illustrates the result of a step consisting in forming sets of pads from the stack of Figure 1 A or that of Figure 1 B.
  • FIG. 1D illustrates a step for modifying the crystalline sections.
  • this modification comprises a reduction in the section of the crystalline sections.
  • Figure 1E illustrates an epitaxial growth phase of crystallites, in particular on the top of the pads, this growth phase not having been completed.
  • FIG. 1F illustrates the result of the epitaxial growth of crystallites, after coalescence of the crystallites carried by studs of the same set, the crystallites carried by studs of the same set then forming a thumbnail.
  • Figure 1G illustrates an optional step for making a component, for example an LED with the formation of multiple quantum wells within each nitride vignette.
  • Figures 2 to 6 illustrate several embodiments for performing the step of modifying the basal sections so as to make them less rigid.
  • FIG. 2 illustrates an embodiment in which the modification step comprises a reduction by etching of the section of the crystalline basal sections.
  • FIG. 3 illustrates an embodiment in which the modification step comprises a transformation of the basal crystalline sections, for example by amorphization of their material, so as to make them more easily deformable during growth by epitaxy.
  • FIG. 4 illustrates an embodiment in which the modification step comprises a reduction by etching of the section of the basal crystalline sections and an amorphization of the basal crystalline sections.
  • Figure 5 illustrates an embodiment in which the modification step includes porosification of the basal crystalline sections.
  • Figure 6 illustrates an embodiment in which the modification step includes porosification and amorphization of the basal crystal sections.
  • Figures 7A to 7D illustrate, very schematically, a sectional view of the different steps of an example of a process for forming a layer of III-N material favoring the c direction during growth by epitaxy.
  • Figure 8 is a top view corresponding to that of Figure 7C.
  • providing the stack comprising a plurality of pads comprises: - provide a basic structure comprising at least:
  • a base substrate crystalline, preferably based on silicon, for example Si, SiGe or SiC,
  • the etching defines, in the seed layer, the seed section of each pad.
  • This etching also defines in the base substrate: the basal section of each stud and the support substrate from which extends the basal section of each stud.
  • the section of the basal sections is greater than 100 nm ( 10'9 meters), preferably greater than 200 nm.
  • the etching to define the plurality of pads in the base structure is carried out through an etching mask surmounting the seed layer, the etching mask being preferably produced by ultraviolet photolithography.
  • the modification is carried out so that the force F1 which should be applied to obtain a given deformation of the modified basal section is less than 0.8*F2, F2 being the force which should be applied to obtain a deformation identical to the given deformation of the unmodified basal section, preferably F1 ⁇ 0.6*F2 and preferably F1 ⁇ 0.4*F2.
  • selectively modifying the basal section comprises etching the basal section selectively to the germination section, so as to form a modified basal section having a section d 310 less than a section d 50 o of the germination section, preferably d 310 s 0.8* d 50 o and preferably d 310 s 0.5*d 50 o.
  • the etching is an isotropic etching.
  • selectively modifying the basal section comprises transforming the basal section so as to make the material of the basal section more easily deformable in particular at a temperature T eP axis to which the stack is subjected during growth by epitaxy.
  • T eP axis to which the stack is subjected during growth by epitaxy.
  • selectively modifying the basal section or transforming the material of the basal section comprises at least partial amorphization of the section basal, preferably selectively to the germination section, so as to form an amorphous modified basal section.
  • the amorphization is obtained by oxidation of the basal section, preferably selectively to the germination section.
  • the basal section is modified by oxidation.
  • the basal section is made of silicon and the modified basal section is made of SixOy, x and y being non-null integers, preferably the SixOy being SiO2.
  • the oxidation is a thermal oxidation.
  • the modified section then exhibits the behavior of a viscous material.
  • the section modified by oxidation has a glass transition temperature Glass transition-
  • the epitaxial growth is carried out at an epitaxial temperature, such that .
  • the oxidation is carried out so as to oxidize the basal section over a thickness e 320 corresponding to less than half of the section d 30 o of the basal section, the thicknesses e 32 o and d 30 o being taken in a plane parallel to an xy plane in which mainly extends an upper face of the support substrate.
  • the oxidation is carried out so as to oxidize the entire section d 3O o of the basal section, the section being taken in a plane parallel to a plane in which an upper face of the support substrate mainly extends.
  • e 320 d 30 o.
  • the transformation of the material of the basal section is obtained by nitriding the basal section.
  • selectively modifying the basal section comprises: said transformation, preferably by oxidation, and
  • the etching is carried out before amorphization by oxidation, because it is desirable to have higher times and temperatures to make a thicker thermal oxidation.
  • modifying the basal section includes porosifying the basal section, preferably selectively to the germination section.
  • the Si substrate has or is a heavily doped layer on the surface to limit the extension of the porosification.
  • selectively modifying the basal section comprises: said transformation and
  • selectively modifying the basal section comprises at least two and preferably the following three steps: said transformation, for example by amorphization of the basal section, and said porosification of the basal section. said etching of the basal section selectively to the germination section.
  • the amorphization is carried out after the porosification.
  • the transformation for example by amorphization, is carried out after the porosification and the porosification is carried out after the etching.
  • the studs are distributed over the support substrate so as to form a plurality of sets of studs and the step of growth by epitaxy is interrupted before the crystallites belonging to two distinct sets come into coalescence, so that the layer formed on each set forms a thumbnail, the thumbnails being spaced from each other.
  • the crystalline seed section is made of a second III-N material, possibly identical to the III-N material of said nitride layer based on an III-N nitride material.
  • the seed section is based on one of gallium (Ga), indium (In) and aluminum (Al).
  • the germination section, crystalline is made of a different material from the material of the basal section.
  • the basal section extends from an upper face of the support substrate.
  • the basal section and the support substrate are formed from the same material.
  • the basal stretch is made or is based on one of silicon (Si), germanium (Ge), silicon germanium (Si-Ge), silicon carbide (SiC).
  • the pads also include at least one buffer section, located between the basal section and the germination section.
  • the basal section is based on Si
  • the buffer section (400) is in AIN and the germination section is in GaN.
  • the buffer section is directly in contact with the basal section.
  • the buffer section is directly in contact with the germination section.
  • the basal section is based on Si
  • the seed section is AlN
  • the seed section preferably being directly in contact with the basal section.
  • the germination sections are separated by a distance D and the section d 5O o of the germination sections is such that D ⁇ d 5O o, preferably, D ⁇ O.7*d 5 oo and preferably D ⁇ O.5*d 5O o.
  • D ⁇ d 5O o preferably, D ⁇ O.7*d 5 oo and preferably D ⁇ O.5*d 5O o.
  • the III-N material increases mainly in direction c and slowly in a plane xy perpendicular to the main direction z in which the pads extend.
  • the section d 310 of the modified basal sections 310 is such that d 310 ⁇ 0.5* d 50 o.
  • each of these layers has a lower face and an upper face, substantially parallel to an upper face of the substrate.
  • Each layer forms a thumbnail. All the lower faces of the layers are substantially included in the same plane. It is the same for the upper faces.
  • the basal section modified for example by oxidation, is made of a viscous material. It exhibits a viscoplastic transition.
  • the epitaxial growth being carried out at an epitaxial temperature, such that . Tepitaxy — k1 X Glass transition, with k1 S 0.8.
  • the epitaxial growth is carried out at an epitaxial temperature, such as . Tepitaxy — k1 X Glass transition, with k1 S 0.8.
  • k1 0.92.
  • k1 0.95.
  • the method can have at least any one of the following characteristics and steps which can be combined or taken separately:
  • the distance D separating two adjacent studs of the same set is less than the distance W1 separating two adjacent studs belonging to two different sets.
  • k4 1.5
  • k4 2.
  • W1 can be equal to 1.5 microns.
  • W2 being the distance separating two adjacent thumbnails (see W2 in FIG. 1F), W2 must be non-zero so that the two adjacent thumbnails do not touch. Thus, W2 > 0.
  • W1 > k5 x W2, with:
  • - W2 is the distance separating two adjacent thumbnails, W2 being > 0.
  • each pad has a section whose maximum dimension d piot is between 10 and 500 nm ( 10'9 meters), the maximum dimension d piot being measured in a plane parallel to a plane (xy) in which mainly extends an upper face of the substrate, preferably 20 nm ⁇ d piot ⁇ 200 nm and preferably 50 nm ⁇ d piot ⁇ 100 nm.
  • d pin d p
  • each thumbnail has a section whose maximum dimension of the thumbnail is between 0.5 and 20 ⁇ m ( 10'6 meters), the maximum dimension of the thumbnail being measured in a plane parallel to a plane (xy) in which s' mainly extends an upper face of the substrate, preferably 0.8 ⁇ m ⁇ 3 ⁇ m poop and preferably 1 ⁇ m ⁇ 2 ⁇ m poop.
  • the maximum dimension dvignette thus corresponds to the maximum dimension of a projection of the vignette in a plane parallel to the xy plane in which the upper face of the substrate mainly extends.
  • the pads of the same set are distributed on the substrate in a non-periodic manner.
  • the stamps are distributed over the substrate periodically.
  • the studs comprise at least one buffer section surmounting the basal crystalline section.
  • This buffer section is made of a different material than the nitride stickers.
  • the nitride decals are made of gallium nitride (GaN) and the buffer layer is aluminum nitride (AIN). This makes it possible to avoid the appearance of the phenomenon of melt back etching (etching by reflow), generated by the very strong reactivity between the gallium and the silicon.
  • each pad has an upper face still designated apex and the growth by epitaxy of the crystallites takes place at least in part and preferably only from said upper face.
  • the basal section has a height h 310 such that h 310 s O. lxdpiot, dpiot being the diameter of the stud or more generally the edge-to-edge distance of the stud taken, at the level of the basal section and in a direction parallel to a plane (xy) in which mainly extends an upper face of the substrate.
  • h 310 s Ixdpiot.
  • the studs have a height H piot , and in which two adjacent studs are separated by a distance D, such that: H piot / D ⁇ 2 and preferably H p iot / D ⁇ 1.
  • the basal section, before modification, is based on silicon.
  • the basal section is made of silicon.
  • the basal crystalline section can also be based on materials other than Si and which allow the epitaxy of nitride materials.
  • the basal crystalline section can be based on SiC or on Al 2 O 3 .
  • the base substrate having served to form the basal crystalline section is a monocrystalline layer.
  • crystals are grown by epitaxy on all the pads.
  • the nitride of the vignettes is a nitride
  • the material forming the nitride (N) of the vignettes is any one of: gallium nitride (GaN), indium nitride (InN), aluminum nitride (AIN), aluminum gallium nitride (AIGaN), indium gallium nitride (InGaN), aluminum gallium indium nitride (AIGalnN), aluminum indium nitride (AllnN), indium gallium aluminum nitride (AlInGaN).
  • k3 3. According to an example 100 > k3 > 3. Preferably, 50 > k3 > 3. Preferably, 5 > k3 > 3.
  • P piot The pitch according to which the plots of the same set are distributed is denoted P piot .
  • P pio t/d p iot 4 Preferably, P pio t/d pio t 5-
  • P pio t/d pio t 5.
  • micro-LED designates an LED of which at least one dimension taken in a plane parallel to the main plane in which extends the substrate supporting the micro-LED (ie, the xy plane of the orthogonal reference referenced in the figures) is micrometric, that is to say strictly less than 1 mm (10' 3 meters).
  • the micro-LEDs have, in projection in a main extension plane parallel to the main faces of the micro-LEDs, ie, parallel to an upper face of the substrate, maximum dimensions of micrometric dimension in the plan.
  • these maximum dimensions are less than a few hundred micrometers.
  • these maximum dimensions are less than 500 ⁇ m and preferably less than 100 ⁇ m.
  • HEMT type transistors (acronym for "High Electron Mobility Transistor”) field effect transistors with high mobility of electrons, sometimes also referred to by the term field effect transistor with heterostructure.
  • Such a transistor includes the superposition of two semiconductor layers having different forbidden bands which form a quantum well at their interface. Electrons are confined in this quantum well to form a two-dimensional electron gas. For reasons of high voltage and temperature resistance, the materials of these transistors are chosen so as to have a wide forbidden energy band.
  • the terms “over”, “overcomes”, “covers” or “underlying” or their equivalents do not mean “in contact with”.
  • the deposition of a first layer on a second layer does not necessarily mean that the two layers are directly in contact with one another, but it does mean that the first layer at least partially covers the second layer. by being either directly at his contact, or by being separated from it by at least one other layer or at least one other element, including air.
  • a stud surmounting a first layer does not mean that the stud is necessarily in contact with this first layer but means that the stud is either in contact with this first layer, or in contact with one or more layers arranged between the first layer and the pad.
  • stages of formation of the different layers and regions are understood in the broad sense: they can be carried out in several sub-stages which are not necessarily strictly successive.
  • the thickness or height is taken in a direction perpendicular to the main faces of the different layers.
  • the thickness or height is taken along the vertical or along the z axis of the orthogonal reference frame shown in Figure 1A.
  • a substrate, a layer, a device, "based" on a material M is understood to mean a substrate, a layer, a device comprising this material M only or this material M and possibly other materials, for example elements alloy, impurities or doping elements
  • FIGS. 1A to 1G An example of a process for forming a nitride layer will now be described with reference to FIGS. 1A to 1G.
  • a plurality of layers of III-N material are produced, each forming a thumbnail 550A, 550B.
  • a base structure 20 comprising a base substrate 10, surmounted by at least one buffer layer 40.
  • the base substrate 10 is crystalline, preferably monocrystalline. According to one example, the base substrate 10 is based on silicon. Preferably, the base substrate 10 is a bulk substrate (bulk substrate) of monocrystalline silicon. Alternatively, the base substrate 10 can be made of germanium (Ge), silicon germanium (SiGe) or else be based on SiC or Al 2 O 3 .
  • the base substrate 10 is self-supporting. It is not attached to another substrate. Alternatively, the base substrate 10 itself rests on an additional substrate or an additional layer, fixed on its lower face 11.
  • the buffer layer 40 illustrated in FIG. 1A is preferably deposited by epitaxy on the upper face 12 of the base substrate 10. This buffer layer 40 is only optional.
  • this buffer layer 40 is typically made of aluminum nitride (AIN). This makes it possible to avoid the so-called “Melt-back etching” phenomenon (reflow etching), generated by the very strong reactivity between silicon and gallium at the usual epitaxy temperatures (1000/1100°C) and which leads to very strongly degrade the 550A, 550B vignettes of GaN.
  • AIN aluminum nitride
  • the AlN layer thickness is between 10 and 100 nanometers (10.9 meters).
  • a seed layer 50 has the function of facilitating the resumption of growth of the crystallites 510 during the following steps. .
  • This seed layer 50 is from an upper face of the seed layer 50 that at least partly the growth by epitaxy of the crystallites 510A1-510B4 takes place, the crystallites being illustrated in FIG. 1E.
  • This seed layer 50 is preferably made of the same material as that of the thumbnails 550A, 550B that it is desired to obtain in the end.
  • the seed layer 50 is also GaN.
  • This seed layer 50 has for example a thickness of between 50 and 200 nanometers.
  • buffer layer 40 is placed directly in contact with base substrate 10. Also preferably, buffer layer 40 is placed directly in contact with seed layer 50.
  • thumbnail 550A For the sake of conciseness and clarity, only four studs 1000A1-1000A4 are shown in the figures to support a thumbnail 550A.
  • a sticker 550A can be formed on a greater number of pads. As will be described later, the number of pads as well as their period will be adapted according to the size desired for the microelectronic device, such as an LED, a transistor (of the HEMT type for example) or a diode of power, which we wish to achieve from this thumbnail.
  • studs 1000A1-1000B4 are then formed from the stack. These pads are obtained by etching the stack into the base substrate 10.
  • etching To form the studs by etching, many techniques can be used known to those skilled in the art. It will be possible in particular to use conventional lithography techniques, such as ultraviolet photolithography techniques comprising the formation of a mask, for example in resin, then the transfer of the patterns of the mask into the stack. These etching techniques have the major advantage of being fast and inexpensive. It will also be possible to use electron beam (e-beam) lithography techniques or nanometric printing techniques.
  • e-beam electron beam
  • studs 1000A1-1000B4 are small in size and can be qualified as nano-studs or nano-pillars.
  • the maximum dimension of the section of the pads taken in a plane parallel to the plane xy of the orthogonal coordinate system xyz or to the plane of the upper face 110 of the substrate 100, is between a few tens and a few hundreds of nanometers. This dimension is denoted by piot according to the studs.
  • d piot is between 50 and 1000 nanometers and preferably between 100 and 250 nm and preferably between 200 and 500 nm, for example of the order of 200 nm or 300 nm.
  • This maximum dimension of the section of the studs is referenced d piot in FIG.
  • this maximum dimension d stud corresponds to the diameter of the studs. If the studs are of hexagonal section, this maximum dimension d stud corresponds to the diagonal or to the diameter of the circle passing through the angles of the hexagon. If these studs are of rectangular or square section, this maximum dimension of stud corresponds to the largest diagonal or to the side of the square.
  • the pads 1000A1-1000B4 are not all distributed evenly on the surface of the substrate 100.
  • the pads 1000A1-1000B4 form sets 1000A, 1000B of pads, each set comprising a plurality of pads.
  • the pads 1000A1-1000A4 forming the same set 1000A define a network of pads remote from the network of pads 1000B1-1000B4 forming another set 1000B.
  • the adjacent pads 1000A1-1000A4 of the same set 1000A are separated by a distance D.
  • the adjacent pads 1000A4-1000B1 belonging to two separate sets 1000A, 1000B are separated by a distance W1.
  • the distances D and W1 are taken in planes parallel to the xy plane and are illustrated in FIG. 1C.
  • the studs 1000A1-1000A4 of the same set 1000A are intended to support a single thumbnail 550A which will be distant from another thumbnail 550B supported by another set 1000B of studs 1000B1-1000B4.
  • the distance D may vary.
  • the plots 1000A1-1000A4 of the same 550A vignette can be distributed non-periodically. Their distribution can thus be adapted to promote the growth of the thumbnail.
  • D can take the following values for the same thumbnail: 100 nm, 90 nm, 85 nm, 107 nm.
  • the vignettes 550A, 550B formed on sets of pads 1000A, 1000B distributed in a non-periodic manner can for their part be arranged in a periodic manner on the substrate. This facilitates the realization of a micro screen.
  • the 1000A1-1000B4 studs are made up of a stack of sections.
  • the sections extend along the main extension direction of the block, i.e. vertically (z) in Figures 1A to 1G.
  • Each section corresponds to one of the layers of the base structure 20.
  • a first section designated basal section 300 extends from a non-etched portion of the base substrate 10.
  • This non-etched portion of the base substrate 10 defines a support substrate 100 for pads 1000A, 1000B.
  • the basal section 300 and the support substrate 100 are formed in the base substrate 10.
  • the basal section 300 has continuity of material with the support substrate 100.
  • the pads 1000A1-1000B4 comprise, above the basal section 300, a seed substrate 500 and optionally a buffer substrate 400.
  • the seed substrate 500 and the buffer substrate 400 correspond respectively to the non-etched portion of the seed layer 50 and to the non-etched portion of the buffer layer 40.
  • the sections of the same plot have substantially the same section.
  • the sections are solid.
  • the section of the sections is taken parallel to the xy plane, i.e. parallel to the planes in which the faces of the base substrate 10 mainly extend.
  • the basal sections 300 of the studs 1000A1-1000B4 have a height H 30 Q, referenced in FIG. 1C.
  • d piot is the maximum dimension of the section of the pad taken in a direction parallel to a plane (xy) in which mainly extends an upper face of the substrate.
  • H 30 Q is such that, if the etching technology imposes d piot >50 nm, it is preferable for H 30 Q > 2*d piot to be H 30 Q > 100 nm, preferably H 30 Q > 150 nm.
  • dpiot 150nm, it is preferably H 30 Q > 300nm etc. It will be noted that this height is advantageously greater than the usual thickness of the crystalline active layer of a SOI substrate.
  • the buffer sections 400 have a height H 40 o.
  • H 40 o is greater than 50 nm.
  • H 4O o is greater than 100 nm.
  • H 400 is greater than 150 nm.
  • H 400 is between 100 nm and 300 nm.
  • the germination sections 500 have a height H 50 o.
  • H 50 o is greater than 100 nm.
  • H 5O o is greater than 200 nm.
  • H 500 is between 100 nm and 2 ⁇ m.
  • the heights H 30 Q, H 40 Q, H 5O o of the sections 300, 400, 500 are measured in a direction z perpendicular to the main plane xy in which mainly extends an upper face 110 of the base substrate 100, the basal sections 300 extending from this upper face 110.
  • D corresponds to the smallest distance separating two adjacent spots before growth by epitaxy of the crystallites. D is measured parallel to the xy plane.
  • Each plot has a height, referenced H piot , corresponding to the sum of the heights of its sections.
  • Hpiot/D ⁇ 2 and preferably Hpiot /D ⁇ 1.5.
  • H piot is measured along the z direction.
  • the pads are etched through the entire seed layer 50, the entire buffer layer 40 (when the latter is present). Preferably, only a portion of the thickness of the base substrate 10 is etched.
  • FIG. 1D illustrates the step for modifying pads 1000A1-1000B4. This step is also illustrated in FIG. 2. This step is configured so as to make at least the basal sections 300 more deformable. At the end of this step, the basal sections 300 are modified, for example in terms of geometry or in terms of materials. Consequently, if the 510A1-510A1 crystallites carried by two adjacent pads 1000A1-1000A2 are disoriented with respect to each other, during the coalescence of these two crystallites, the joint 560 formed at their interface, usually referred to as the grains or coalescence joint, will form without dislocation to catch up with these disorientations. These coalescence joints are illustrated in FIG. 1F.
  • the deformation of the modified basal sections 310 thus makes it possible to compensate for these disorientations and to obtain thumbnails 550A, 550B without or with very little dislocations at coalescence 560 joints.
  • the step of modifying the basal section 300 is such that it allows, during the coalescence of the crystallites 510A1-510B4, the deformation of the basal section 300 so that the crystallites 510A1-510B4 can orient themselves to compensate for a disorientation 510A1-510A1 crystallites carried by two adjacent pads 1000A1-1000A2.
  • the step of modifying the basal section 300 is such that it allows, during the coalescence of the crystallites 510A1-510B4, the deformation of the basal section 300 so that the crystallites 510A1-510B4 can orient themselves to minimize the energy of the system.
  • this modification step includes a reduction in the section of the basal sections 300.
  • the basal sections 300 Before the modification step, the basal sections 300 have a section d 3 oo. At the end of the modification step, they each have a section d 310 such that d 3 io 0.8 * d 30 o. Preferably d 3 io 0.6 * d 3 oo, and even more preferably d 310 ⁇ 0.5 * d 30 o.
  • the references d 3O o and d 31o are indicated in figures 1 D and 2.
  • d 310 ⁇ 100 nm.
  • d 310 ⁇ 50 nm.
  • this etching makes it possible to etch the material of the basal sections 300 selectively to the other sections of the pads.
  • this etching is isotropic.
  • this etching is a wet etching. It can also be isotropic dry etching. Thus, it consumes a part 101b of the upper face 110 of the support substrate 100, the part 101a of the support substrate 100 not being etched.
  • the basal section 300 is based on silicon
  • the buffer section 400 is AlN
  • the seed section 500 is GaN
  • a wet etching based on a dry etching solution can be provided. , based on XeF2
  • the thickness e 32 o of the basal section 300 consumed during this etching is referenced in FIG. 2. This thickness e 32 o is preferably time-controlled.
  • Figure 1E illustrates the formation of crystallites 510A1-510B4 by epitaxial growth from seed layer 50.
  • the studs 1000A1-1000B4 each support a crystallite 510A1-510B4 carried by a stack of sections 500A1-400B4, 400A1-400B4, 300A1-300B4.
  • the growth by epitaxy of the crystallites 510A1-510B4 takes place at least in part or only from the upper face 1010 of the pad 1000A1-1000B4, also designated vertex 1010 of the plot. This makes it possible in particular to quickly obtain 510A1-510B4 crystallites of significant thickness.
  • the upper faces of the buffer layer 40 and of the seed layer 50 that is to say the faces turned with regard to the thumbnails 550A, 550B which it is desired to grow, have polarities of the type Gallium (Ga), and not nitrogen (N), which considerably facilitates obtaining 550A, 550B vignettes of high quality epitaxial nitride.
  • crystallites 510A1-510B4 continue and extends laterally, in particular along planes parallel to the xy plane.
  • the crystallites 510A1-510B4 of the same set 1000A of pads 1000A1-1000A4 develop until they coalesce and form a block or vignettes 550A, 550B as illustrated in figure 1 F.
  • each thumbnail 550A, 550B extends between several pads 1000A1-1000A4.
  • Each vignette 550A, 550B forms a continuous layer.
  • step 1F a plurality of thumbnails 550A, 550B are obtained, each thumbnail 550A being supported by the studs 1000A1-1000A4 of a same set 1000A of studs.
  • Two adjacent vignettes 550A, 550B are separated by a distance W2, W2 being the smallest distance taken between these two vignettes. W2 is measured in the xy plane.
  • W2 depends on W1, the duration and the speed of epitaxial growth. W2 is nonzero. W2 ⁇ W1.
  • poop the maximum dimension of a vignette measured parallel to the xy plane.
  • poop corresponds to the maximum dimension of a projection of the thumbnail in a plane parallel to the xy plane.
  • 0.8 pm ⁇ poop 3 pm corresponds to an example 0.8 pm ⁇ poop 3 pm.
  • 1 pm ⁇ poop 2 pm corresponds to an example poop is between 10pm and 200pm.
  • poop is of the order of 1000 pm.
  • power transistors of the HEMT type. poop depends on the speed and the duration of the epitaxial growth as well as on the number, the dimension and the pitch Ppiot of the studs of the same set.
  • the process for making the vignettes 550A, 550B can be stopped at the end of FIG. 1F. Alternatively, this process can be continued to form a device integrating the layer of III-N material.
  • the III-N material layer forms a thumbnail
  • the method can be continued to form, for example, a micro-LED, a diode or a transistor from each of the thumbnails 550A, 550B.
  • FIG. 1G illustrates a non-limiting embodiment in which quantum wells 590 are produced within each thumbnail 550. This embodiment advantageously makes it possible to directly produce a micro-LED of size corresponding to the initial size of the thumbnail.
  • quantum wells 590 within each thumbnail 550 those skilled in the art will be able to implement known solutions from the state of the art.
  • the crystallites 510 have coalesced, the same growth conditions are adopted for the wells as during conventional two-dimensional growth.
  • micro-LEDs The smallest dimension possible for micro-LEDs depends on the ultimate resolution of the structuring methods chosen: for example, for networks produced by nanoimprinting, we reach spot sizes of 50 nm and periods P piot of 150 to 200 n. This means that one obtains poop dimensions of vignettes of 1 to 2 ⁇ m. This is therefore of the order of the pixel sizes sought for high resolution p-displays.
  • the pads 1000 are distributed over the substrate 100 so as to form distinct sets 1000A, 1000B so that a layer of III-N material is formed. on each set and that the growth by epitaxy is interrupted before the different layers come into contact, thus forming distinct and separate thumbnails 550A, 550B on the substrate 100.
  • the step of modifying the basal sections makes them less rigid.
  • This lower rigidity can for example be checked by applying a force, for example a torsion around an axis parallel to the plane of the upper face of the support substrate:
  • This force can also be applied to the basal section itself. We can then measure the difference in deformation of the stud or the basal section when an identical force is applied before and after modification.
  • the reduction in rigidity of the basal section or of the stud is greater than 20% and preferably 50%.
  • the force F1 that should be applied to obtain a given deformation of the modified basal section 310 is less than 0.8*F2, F2 being the force that should be applied to obtain an identical deformation of the basal section 300 unmodified.
  • the ratio between F2 and F1 can simply be the ratio of the sections or the radii of the studs. If the material of the pad is transformed, for example by amorphization, it is then necessary to bring in the elastic moduli of the material before and after modification. For example, if without modification of the stud, diameter ratios of a factor of two are needed for the same applied force to produce the same "deformation", this factor can become equal to 1 if the elastic moduli, after deformation, are reduced by a factor of two.
  • FIG. 2 schematically illustrates the embodiment of FIG. 1D.
  • the modification of the basal section 300 is obtained by reducing its section using an etching, preferably isotropic.
  • an etching preferably isotropic.
  • This embodiment has the advantage of being based on well-known techniques. Moreover, it can be implemented at low temperature. It also does not imply any limitation in terms of silicon doping.
  • Embodiments also make it possible to form the basal sections 300 to from particularly hard materials such as Al 2 O 3 or SiC.
  • a passivation layer on the surface of the basal sections 300 before regrowth of the nitride based on a III-N material (for example GaN).
  • a III-N material for example GaN.
  • these basal sections 300 are made of silicon based on silicon.
  • this passivation layer it is possible to provide oxidation or nitriding of only a portion of the thickness of the basal sections 300. This passivation layer naturally extends from the outer face of the basal sections 300. To this end, very slight oxidation or nitriding can be provided, for example with NH 3 before growth by epitaxy.
  • this passivation layer avoids the appearance of the reflow etching phenomenon, usually referred to as meltback ecthing, which can occur when GaN and Si are in contact.
  • FIG. 3 illustrates an embodiment in which the modification of the basal section 300 is obtained by transformation of the crystalline material constituting the basal section 300.
  • This transformation causes the material of the basal section 300 to become more easily deformable, in particular at the temperature T éP itaxia to which the stack is subjected during growth by epitaxy. After transformation, the basal section 300 thus has a lower rigidity than before transformation.
  • this transformation is obtained by at least partial nitriding of the crystalline material.
  • the transformation is obtained by amorphization of the crystalline material.
  • the amorphization is obtained by oxidation of the crystalline material.
  • the modified basal section 310 then has a different material from that of the basal section 300. Preferably, this modification is carried out throughout the section d300 of the basal section 300.
  • this oxidation does not alter the sections 400, 500 surmounting the basal section 300. This oxidation is therefore selective.
  • the oxidatively modified basal section 310 is made of a viscous material. It then presents the behavior of materials with glass transition or viscoplastic transition. In particular, it can be characterized by its glass transition temperature Glass transition- Like all materials having a glass transition temperature, the creep section 300, under the effect of a rise in temperature, deforms without breaking and without resume one's position initial after a drop in temperature.
  • the temperature T éP itaxie at which the epitaxy is carried out is greater than or of the order of the glass transition temperature Tt ra nsition vitreous transition of the material constituting the modified basal section 310.
  • the modified basal section 310 is brought to a temperature which allows it to deform. It can flow. It can be called a creep section.
  • T epitaxy ⁇ 600°C in the context of molecular beam epitaxy
  • epitaxy — 900°C and preferably T epitaxy 1000°C and preferably T epitaxy ⁇ 1100°C.
  • k2 0.9. This makes it possible to avoid a diffusion of the species of the material whose melting temperature is the lowest. If the buffer section 400 and the germination section 500 are made of AlN and GaN, the melting temperatures of which are greater than 2000 degrees, the risk of diffusion will be avoided.
  • the modified basal section 310 is a silicon oxide SixOy, (x and y being non-null integers) such as SiO 2 .
  • this oxidation affects the material of the base substrate 10 isotropically.
  • a portion 101b of the support substrate 100 supporting the basal sections 300 is also oxidized.
  • the portion of the support substrate 100 which is not oxidized is denoted 101a in FIG. 3.
  • this oxidation could be carried out with the following parameters: 1000° C. under oxygen or 950° C. under steam. Time varies with pillar size.
  • This embodiment also has the advantage of avoiding that during epitaxy the nitride of the vignettes 550A, 550B grows from crystalline portions of the basal sections 300 or of the upper face 110, crystalline, of the support substrate 100. amorphizes the basal sections 300 and the upper face 110 of the support substrate 100 by oxidizing them, prevents unwanted epitaxy on these surfaces.
  • This embodiment makes it possible to obtain modified basal sections 310 that are particularly deformable, in particular at conventional epitaxial temperatures. Furthermore, it does not require the implementation of complex or costly process steps.
  • this embodiment avoids the appearance of the meltback ecthing mentioned above
  • FIG. 4 illustrates an embodiment in which the modification of the basal section 300 is obtained by: reducing the section of the basal section 300, and
  • this embodiment corresponds to a combination of the embodiments described above with reference to figures 2 and 3. All the characteristics, steps and technical effects mentioned above with reference to figures 2 and 3 are applicable to the modes of realization illustrated in figure 4.
  • the reduction of the section of the basal section 300 by etching is carried out before the amorphization.
  • the reduction of the section of the basal section 300 by etching is carried out after the amorphization.
  • This embodiment has the advantage of making the etching of the basal sections 310 even more selective with respect to the other sections 400, 500 of the plot. Indeed, oxidized silicon etches more easily than crystalline silicon.
  • This embodiment is for example possible with an etching, for example by hydrofluoric acid (HF), to etch selectively and isotropically SiO 2 formed during the step of oxidation of the basal sections 300.
  • HF hydrofluoric acid
  • This embodiment combining reduction of the section and amorphization of the basal sections makes it possible to considerably promote the deformation of the latter during coalescence, which makes it possible to further reduce the density of dislocations.
  • FIG. 5 illustrates an embodiment in which the modification of the basal section 300 is obtained by porosification of the crystalline material constituting this section 300.
  • the modified basal section 310 then has a different material from that of the basal section 300.
  • the elastic moduli (Young's modulus E 310 and shear modulus >) of the modified basal section 310 is such that E 310 s E 30 Q le ratio between the two values being a function of the degree of porosification of the material considered, E300 being the Young's modulus of the basal section 300 before modification.
  • silicon reference may be made to the following publication: Phys. Status Solidi C 6, No. 7, 1680-1684 (2009) / DOI 0.1002/pssc.200881053.
  • this modification by porosification is carried out in the entire section d300 of the basal section 300.
  • this porosification does not alter the sections 400, 500 surmounting the basal section 300. This porosification is therefore selective.
  • this porosification affects the material of the base substrate 10 isotropically.
  • a portion 101b of the support substrate 100 supporting the basal sections 300 is also rendered porous.
  • the portion of the support substrate 100 which is not made porous is referenced 101a in FIG. 5.
  • the growth by epitaxy occurs between the pillars and from the substrate 100.
  • This embodiment by porosification is particularly advantageous when the material constituting the basal sections 300 is particularly hard. Such is the case of silicon carbide SiC.
  • this porosification can be carried out with the following parameters: the porosification of silicon is usually done in an electrolyte based on HF (preferably HF and isopropyl alcohol (IPA) for example).
  • HF preferably HF and isopropyl alcohol
  • the conditions are different: in the case of p-doped Si, the control of the process is done by the applied potential, whereas for n doping, irradiation with visible light (high power, for example greater than 700 watts) is required.
  • Unlike other materials (such as GaN) porosification is not completely selective with respect to doping.
  • the kinetics of the reactions vary according to the doping (resistivity of the plate).
  • the challenge of this step is to define the conditions to porosify only the base of the Si pillar without porosifying the GaN.
  • the AlN barrier and the difference in porosification mechanisms between Si p or n and GaN allows this process window to be determined.
  • This embodiment is thus particularly advantageous when the doping of the silicon wafer is controlled.
  • This doping of the silicon wafer can be done by implantation or during epitaxy. It also makes it possible, when combined with oxidation, to carry out this oxidation at very low temperatures.
  • FIG. 6 illustrates an embodiment in which the modification of the basal section 300 is obtained by:
  • this embodiment combines the embodiments described above with reference to Figures 2 and 5. All the characteristics, steps and technical effects mentioned above with reference to Figures 2 and 5 are applicable to the embodiments illustrated in figure 6.
  • the porosification of the section of the basal section 300 by etching is carried out before the amorphization.
  • the material is conductive when it is made porous.
  • the porosification of the section of the basal section 300 by etching is carried out after the amorphization.
  • This embodiment combining porosification and amorphization of the sections allows the deformation of the latter to be considerably favored during coalescence, which makes it possible to further reduce the density of dislocations.
  • the modification of the basal section 300 is obtained by: reduction of the section of the basal section 300, then before or after the section reduction, porosification of the crystalline material constituting the basal section 300.
  • the porosification can be carried out before or after the reduction of the section.
  • the porosification is carried out before the reduction of the section by etching, the selectivity of the etching is improved.
  • the modification of the basal section 300 is by carrying out each of the following steps: reduction of the section of the basal section 300, and porosification of the crystalline material constituting the basal section 300 and
  • the growth by epitaxy does not take place between the pads.
  • this upper face 110 can be modified. This modification can be obtained by oxidation or by nitriding. of this upper face 110.
  • the studs can be high enough for the coalescence of the crystallites to take place before the growth from the upper face 110 of the substrate 100 reaches the crystallites.
  • This embodiment is for example particularly suitable with AIN growth, since for this material the lateral growth rate is low.
  • the proposed process proves to be particularly advantageous for obtaining layers or vignettes of III-N material, the growth of which is made complex by the fact that the coalescence between adjacent crystallites takes place with difficulty or late. This advantage will now be explained with reference to FIGS. 7A to 8.
  • the growth mainly takes place in a direction parallel to the main direction in which the pads extend. This is the direction c, (axis z on the orthogonal frame of figure 7A).
  • crystallites grow at a slow rate in the xy plane. This delays the coalescence of the crystallites carried by the adjacent pads. This difficulty is encountered when it comes to obtaining a layer of AIN for example.
  • basal sections 310 modified to be made easily deformable.
  • the distance D being small, the adjacent crystallites very quickly come into contact with each other to coalesce. This can be obtained by defining germination sections 500 having large sections d 50 o . However, these large sections d 50 o are not detrimental since the basal sections 300 are modified to be made easily deformable in order to avoid the formation of dislocations.
  • FIG. 7A represents the base substrate 10 surmounted by a seed layer 50.
  • the base substrate 10 can be made of silicon and the seed layer can be made of AlN.
  • the thickness of the latter is for example of the order of 300 nanometers.
  • FIG. 7B illustrates the result of an etching step which makes it possible to define the pads 1000 in the seed layer 50 and the base substrate 10.
  • the pads 1000 of this stack thus each comprising a basal section 300 and a seed section 500.
  • the studs 1000 are spaced apart by a distance D and have a section denoted d piot or d 50 o.
  • FIG. 7C illustrates the result of a step of modifying the basal sections 300.
  • this modification step comprises a reduction by etching of the section of the basal sections 300, until obtaining a reduced section d 310 which is much lower to section d 5O o.
  • FIG. 8 illustrates, in top view, and in an enlarged manner, this stage illustrated in FIG. 7C (it will be noted that if the crystallites have hexagonal sections, FIGS. 7A to 7C correspond to views in broken section passing through the diagonals of the hexagons).
  • Figure 7D illustrates the result of the epitaxial growth step.
  • the crystallites 510 have entered into coalescence to form a vignette 550. Even though the growth in the xy plane is slow, the reduced distance D allows this coalescence to occur rapidly.
  • the present invention proposes a particularly effective solution for obtaining a single layer 550 of nitride or a plurality of epitaxial layers 550, having a very low density of dislocations while relaxing the dimensional constraints on the initial definition of the pads in the base structure 20. Furthermore, the proposed method makes it possible to use solid substrates and does not require the use of more expensive substrates such as SOI substrates.
  • the proposed process thus makes it possible to considerably reduce the costs of obtaining a nitride layer.
  • this process makes it possible to obtain nitride layers having both a high thickness and a very low dislocation density.
  • This method thus has considerable advantages for the production of power components requiring large thicknesses of III-N material.

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Abstract

The invention relates to a method for producing at least one nitride layer (550) made of a first III-N material, the method comprising the following consecutive steps: - providing a stack comprising a support substrate (100) and a plurality of pads (1000A1-1000B4), each pad comprising at least: one crystalline base section (300) made of silicon; and a crystalline germination section (500) made from a second lll-N material and supported by the base section, - selectively modifying the base section so as to form a modified base section (310) which is not as rigid as the base section prior to modification, - epitaxially growing a crystallite (510A1-510B4) from the top (1010) of at least some of the pads and continuing the epitaxial growth of crystallites until coalescence of the crystallites, so as to form the nitride layer (550) on all the pads (1000A1-1000B4).

Description

PROCÉDÉ DE RÉALISATION D'UNE COUCHE À BASE DE MATÉRIAUX lll-N METHOD FOR PRODUCING A LAYER BASED ON III-N MATERIALS
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
L’invention concerne la réalisation d’une couche à base d’un matériau lll-N, par exemple un nitrure (N) obtenu à partir d’au moins l’un parmi le gallium (Ga), l’indium (In) et l’aluminium (Al). L’invention trouve par exemple pour application le domaine des dispositifs optoélectroniques comprenant une pluralité de diodes électroluminescentes (LED) de taille micrométrique, généralement appelées micro-LEDs ou encore la réalisation de composants de puissance tels que des transistors ou des diodes de puissance. The invention relates to the production of a layer based on an III-N material, for example a nitride (N) obtained from at least one of gallium (Ga), indium (In) and aluminum (Al). The invention finds, for example, an application in the field of optoelectronic devices comprising a plurality of light-emitting diodes (LEDs) of micrometric size, generally called micro-LEDs, or even the production of power components such as transistors or power diodes.
ETAT DE LA TECHNIQUE STATE OF THE ART
Pour de nombreuses applications micro-électroniques ou optoélectroniques, on souhaite réaliser des couches en matériau lll-N, typiquement des nitrures d’au moins l’un parmi le gallium, l’indium et l’aluminium. Des applications spécifiques concernent par exemple la réalisation de micro-LEDs (pLED). D’autres applications spécifiques peuvent concerner la réalisation de dispositifs électroniques de puissance tels que des diodes ou des transistors de puissance, par exemple des transistors HEMT (acronyme de leur appellation anglo-saxonne « High Electron Mobility Transistor » signifiant transistor à effet de champ à haute mobilité d'électrons) ou encore des transistors ou diodes verticaux. For many microelectronic or optoelectronic applications, it is desired to produce layers of III-N material, typically nitrides of at least one of gallium, indium and aluminum. Specific applications relate for example to the production of micro-LEDs (pLED). Other specific applications may relate to the production of power electronic devices such as diodes or power transistors, for example HEMT transistors (acronym of their Anglo-Saxon name "High Electron Mobility Transistor" meaning field-effect transistor with high electron mobility) or even vertical transistors or diodes.
Pour ces applications, il est nécessaire d’utiliser une couche de nitrure, par exemple du nitrure de gallium GaN, qui présente : une forte épaisseur (typiquement supérieure à 5 voire 8 pm 10'6 mètres), et une faible densité de dislocations (typiquement inférieure à 1E8 cm'2). For these applications, it is necessary to use a layer of nitride, for example gallium nitride GaN, which has: a high thickness (typically greater than 5 or even 8 pm 10' 6 meters), and a low density of dislocations ( typically less than 1 E 8 cm' 2 ).
Un enjeu majeur consiste donc à minimiser la densité de défauts dans la couche de nitrure obtenue par épitaxie. En effet, les performances des dispositifs microélectroniques ou optoélectroniques réalisés à partir de ces couches de nitrure sont très sensibles à la densité de défauts de structure tels que les dislocations. A major challenge therefore consists in minimizing the density of defects in the nitride layer obtained by epitaxy. Indeed, the performance of microelectronic or optoelectronic devices made from these nitride layers are very sensitive to the density of structural defects such as dislocations.
Ces dislocations ont pour origine la différence de paramètres de maille entre la couche épitaxiée et le substrat, ainsi que la coalescence des grains de faible dimension qui sont formés au début de la croissance ; ces grains sont légèrement désorientés les uns par rapport aux autres et ils se joignent en formant au niveau du joint de coalescence, des dislocations qui traversent ensuite toute la structure épitaxiée. These dislocations originate from the difference in lattice parameters between the epitaxial layer and the substrate, as well as the coalescence of the small-sized grains which are formed at the start of the growth; these grains are slightly disoriented relative to each other and they join, forming at the level of the coalescence joint, dislocations which then cross the entire epitaxial structure.
La façon la plus directe pour résoudre ces problèmes consiste à utiliser des substrats de même nature que les couches que l’on veut épitaxier (homo-substrats). Typiquement, on utilise des plaques de GaN dites freestanding ou bulk (autoportantes ou massives). Ces plaques ne sont disponibles qu’en diamètre inférieur ou égale à 100 mm, ce qui est un frein à leur industrialisation et à des coûts de production raisonnables à l’échelle industrielle. The most direct way to solve these problems is to use substrates of the same nature as the layers to be epitaxially grown (homo-substrates). Typically, GaN plates called freestanding or bulk (self-supporting or massive) are used. These plates are only available in diameter less than or equal to 100 mm, which is an obstacle to their industrialization and to reasonable production costs on an industrial scale.
Actuellement, la solution la plus largement utilisée pour fabriquer les plaques GaN freestanding est l’épitaxie de couches par HVPE (Hydrid Vapor Phase Epitaxy - épitaxie en phase vapeur aux hydrures) sur substrat comme le saphir. La croissance se fait de façon à diminuer la densité de dislocations en surface, et pour avoir une couche finale qui fait quelques centaines de micromètres (pm) d’épaisseur. Avec ces solutions connues, le substrat saphir peut donc être retiré, en laissant une couche de GaN qui pourrait être utilisée comme plaque. Cette solution présente pour inconvénient d’être particulièrement coûteuse et longue. En outre, elle est difficile à mettre en œuvre sur des plaques de grand diamètre. Currently, the most widely used solution to manufacture freestanding GaN plates is the epitaxy of layers by HVPE (Hydrid Vapor Phase Epitaxy) on a substrate such as sapphire. The growth is done in order to reduce the density of dislocations on the surface, and to have a final layer which is a few hundred micrometers (pm) thick. With these known solutions, the sapphire substrate can therefore be removed, leaving a layer of GaN which could be used as a plate. This solution has the disadvantage of being particularly costly and time-consuming. In addition, it is difficult to implement on large diameter plates.
Les solutions connues de croissance de GaN à partir d’un substrat de silicium ne permettent pas d’obtenir des très couches épaisses et présentant une densité de dislocation acceptable, typiquement inférieure à 1E8/cm2. Known solutions for growing GaN from a silicon substrate do not make it possible to obtain very thick layers having an acceptable dislocation density, typically less than 1 E 8/cm 2 .
Les solutions envisagées à ce jour pour des applications industrielles reposent donc principalement sur l’utilisation d’hétéro-substrats en combinaison avec des méthodes dites de « recroissance latérale » ou ELOG, acronyme de l’anglais « epitaxial lateral overgrowth ». Cette méthode, basée sur l’utilisation d’un masque pour bloquer les dislocations, permet de réduire la densité de ces dernières. En revanche, ces dislocations sont distribuées de façon non uniforme, ce qui peut poser problème lors de la fabrication des dispositifs. The solutions envisaged to date for industrial applications are based therefore mainly on the use of hetero-substrates in combination with methods known as “lateral regrowth” or ELOG, an acronym for “epitaxial lateral overgrowth”. This method, based on the use of a mask to block the dislocations, makes it possible to reduce the density of the latter. On the other hand, these dislocations are distributed in a non-uniform way, which can pose a problem during the fabrication of the devices.
Une autre solution consiste à faire recroitre par épitaxie du matériau sur des plots préexistants de ce matériau : il s’agit du procédé dit de pendeo-épitaxie. En revanche, les solutions classiques de pendeo-épitaxie ne permettent pas d’éliminer, voire de réduire significativement, l’apparition de défauts générés par la coalescence de germes adjacents. Another solution consists in regrowing material by epitaxy on pre-existing pads of this material: this is the so-called pendeo-epitaxy process. On the other hand, the classic pendeo-epitaxy solutions do not make it possible to eliminate, or even significantly reduce, the appearance of defects generated by the coalescence of adjacent seeds.
La demande de brevet WO2019122461, décrit une solution qui consiste à faire croître une couche de nitrure sur des plots, également désignés piliers. Ces plots comprennent un tronçon de fluage surmonté d’un tronçon cristallin. Plus précisément, ces plots sont formés par gravure d’un substrat de type SOI (silicium sur isolant). Le film mince de silicium (active layer) et la couche d’oxyde enterré (burned oxyde - BOX) du substrat SOI, forment, après gravure, respectivement le tronçon cristallin et le tronçon de fluage de chaque plot. Après formation des plots dans le substrat SOI, on fait ensuite croître par épitaxie des cristallites à la surface des plots. Les cristallites se rejoignent lors de la coalescence, les tronçons de fluage se déformant pour permettre une coalescence sans formation de défauts, puis forment une couche de nitrure qui poursuit sa croissance en s’épaississant. Patent application WO2019122461 describes a solution which consists in growing a layer of nitride on studs, also referred to as pillars. These pads include a creep section surmounted by a crystalline section. More specifically, these pads are formed by etching an SOI (silicon on insulator) type substrate. The thin silicon film (active layer) and the buried oxide layer (burned oxide - BOX) of the SOI substrate form, after etching, respectively the crystalline section and the creep section of each pad. After formation of the pads in the SOI substrate, crystallites are then grown by epitaxy on the surface of the pads. The crystallites come together during the coalescence, the creep sections deforming to allow coalescence without the formation of defects, then form a layer of nitride which continues to grow while thickening.
Cette solution présente pour inconvénient d’être relativement coûteuse. This solution has the disadvantage of being relatively expensive.
Il existe donc un besoin consistant à proposer une solution pour réduire, voire pour supprimer, au moins certains des inconvénients que présentent les solutions connues. There is therefore a need consisting in proposing a solution to reduce, or even to eliminate, at least some of the drawbacks exhibited by the known solutions.
Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés. The other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from a review of the following description and the accompanying drawings. It is understood that other benefits may be incorporated.
RESUME DE L’INVENTION SUMMARY OF THE INVENTION
Pour atteindre cet objectif, selon un mode de réalisation la présente invention on prévoit un procédé d’obtention d’au moins une couche de nitrure à base d’un matériau lll-N. To achieve this objective, according to one embodiment of the present invention, a method is provided for obtaining at least one layer of nitride based on an III-N material.
Le procédé comprend les étapes successives suivantes: The process comprises the following successive steps:
- fournir un empilement comprenant une pluralité de plots s’étendant depuis un substrat de support de l’empilement, les plots étant répartis sur le substrat de support de manière à former au moins un ensemble de plots, chaque plot comprenant au moins: - providing a stack comprising a plurality of pads extending from a support substrate of the stack, the pads being distributed over the support substrate so as to form at least one set of pads, each pad comprising at least:
• un tronçon basal, cristallin, s’étendant de préférence depuis une face supérieure du substrat de support, • a basal, crystalline section, preferably extending from an upper face of the support substrate,
• un tronçon de germination, cristallin, porté par le tronçon basal, modifier sélectivement le tronçon basal vis-à-vis du tronçon de germination sorte à former un tronçon basal modifié présentant une rigidité plus faible que le tronçon basal avant modification. Ainsi, le tronçon basal et plus globalement le plot sont rendus plus aisément déformables, notamment sous l’effet d’une contrainte mécanique générée lors de la phase de coalescence des cristallites. • a germination section, crystalline, carried by the basal section, selectively modifying the basal section vis-à-vis the germination section so as to form a modified basal section having a lower rigidity than the basal section before modification. Thus, the basal section and more generally the stud are made more easily deformable, in particular under the effect of a mechanical stress generated during the coalescence phase of the crystallites.
- après modification du tronçon basal, faire croître par épitaxie une cristallite depuis le sommet de certains au moins desdits plots de l’ensemble et poursuivre la croissance épitaxiale des cristallites jusqu’à coalescence des cristallites portées par les plots adjacents de l’ensemble, de manière à former sur l’ensemble de plots ladite couche de nitrure. - after modifying the basal section, growing a crystallite by epitaxy from the top of at least some of the said studs of the assembly and continuing the epitaxial growth of the crystallites until coalescence of the crystallites carried by the adjacent studs of the assembly, so as to form said layer of nitride on the assembly of pads.
Ainsi, le procédé proposé prévoit de disposer dans un premier temps de plots, puis de modifier les tronçons basaux cristallins, par exemple à base de Si, afin de les rendre plus aisément déformables lors de l’étape de croissance par épitaxie. Thus, the proposed method provides for firstly having studs, then modifying the basal crystalline sections, for example based on Si, in order to make them more easily deformable during the growth step by epitaxy.
Sous la force d’une contrainte mécanique générée lors de l’épitaxie, la portion du plot qui est formée par le tronçon basal modifié peut alors se déformer. Ainsi, lorsque deux cristallites qui sont supportées par un même ensemble de plots entrent en contact et coalescent, les contraintes mécaniques générées par ce contact sont transférées aux plots et donc aux tronçons basaux. Ces derniers se déforment, absorbant de ce fait une partie voire toutes les contraintes mécaniques. On peut ainsi réduire considérablement, voire éviter, l’apparition et la propagation de dislocations au niveau des joints de coalescence entre les cristallites qui forment, par exemple, une vignette de matériau lll-N. Under the force of a mechanical stress generated during epitaxy, the portion of the stud which is formed by the modified basal section can then deform. Thus, when two crystallites which are supported by the same set of studs come into contact and coalesce, the mechanical stresses generated by this contact are transferred to the studs and therefore to the basal sections. The latter deform, thereby absorbing some or all of the mechanical stresses. It is thus possible to considerably reduce, or even avoid, the appearance and propagation of dislocations at the level of the coalescence joints between the crystallites which form, for example, a vignette of III-N material.
En particulier, si les cristallites sont désorientées les unes par rapport aux autres dans le plan dans lequel le substrat s’étend principalement (« twist ») ou hors plan (« tilt »), la désorientation entre cristallites résulte en la création d’un joint de grains à la coalescence. Ce joint de grains est fortement énergétique puisqu’il résulte de la superposition des champs de contrainte des défauts qui le composent. Si les cristallites poussent sur des plots qui peuvent se déformer comme le permet le procédé décrit, les cristallites adjacentes s’orientent alors dans le plan ou hors plan pour minimiser l’énergie totale du système sans qu’il y ait formation de joints de grains. Au contraire, si les cristallites poussent sur des plots qui ne peuvent pas se déformer, il y a formation de joints de grains et donc apparition de dislocations. In particular, if the crystallites are disoriented relative to each other in the plane in which the substrate mainly extends ("twist") or out of plane ("tilt"), the disorientation between crystallites results in the creation of a grain boundary to coalescence. This grain boundary is highly energetic since it results from the superposition of the stress fields of the defects that compose it. If the crystallites grow on studs which can deform as the process described allows, the Adjacent crystallites then orient themselves in-plane or out-of-plane to minimize the total energy of the system without the formation of grain boundaries. On the contrary, if the crystallites grow on pads which cannot deform, there is formation of grain boundaries and therefore appearance of dislocations.
Le procédé proposé permet : The proposed process allows:
- qu’avant l’étape de modification des tronçons basaux, les plots soient relativement peu déformables, et - that before the step of modifying the basal sections, the studs are relatively undeformable, and
- qu’après l’étape de modification et avant l’étape de croissance par épitaxie, les plots soient rendus plus déformables. - that after the modification step and before the growth step by epitaxy, the studs are made more deformable.
Cela présente de nombreux avantages. This has many advantages.
En effet, on peut prévoir de relâcher considérablement les contraintes sur les dimensions de la section des plots avant la croissance par épitaxie. Cette section est prise dans un plan sensiblement parallèle à une face supérieure depuis laquelle s’étendent les plots. Plus précisément, le procédé proposé permet que les plots, avant l’étape de modification, présentent une section importante, et en particulier une section qui ne permettrait pas aux tronçons basaux cristallins de se déformer suffisamment lors de la croissance par épitaxie afin d’éviter la formation de dislocations. Cette section de plots initiaux, puisqu’elle est relativement importante, peut être obtenue avec un très large choix de procédés classiques de fabrication, tels que la photolithographie par ultraviolet qui est peu coûteuse. Indeed, provision can be made to considerably relax the constraints on the dimensions of the section of the pads before the growth by epitaxy. This section is taken in a plane substantially parallel to an upper face from which the studs extend. More specifically, the proposed method allows the studs, before the modification step, to have a large section, and in particular a section which would not allow the basal crystalline sections to deform sufficiently during growth by epitaxy in order to avoid the formation of dislocations. This section of initial pads, since it is relatively large, can be obtained with a very wide choice of conventional manufacturing processes, such as ultraviolet photolithography which is inexpensive.
L’étape de modification effectuée sur les tronçons cristallins, par exemple en réduisant leur section et/ou en modifiant leur matériau par oxydation par modification, permet d’augmenter la capacité de ces plots à se déformer, ceci afin de réduire, voire éviter, les dislocations. The modification step carried out on the crystalline sections, for example by reducing their section and/or by modifying their material by oxidation by modification, makes it possible to increase the capacity of these studs to deform, this in order to reduce, or even avoid, the dislocations.
Le procédé proposé permet donc, en relâchant les contraintes dimensionnelles sur la définition des plots, de réduire la durée et le coût de fabrication des couches de nitrure lll-N et des composants réalisés à partir de ces couches. Typiquement, avec la solution décrite dans le document WO2019122461 mentionné précédemment, les plots gravés dans le substrat SOI doivent présenter une section très petite, par exemple inférieure à 200 nm. Cette dimension faible implique l’utilisation de techniques de lithographie fortement coûteuses et longues à mettre en œuvre. Typiquement, pour former des plots dans la section est inférieure à 200 nanomètres il faut recourir à de la gravure par faisceau d’électrons (E-beam). Ce procédé est particulièrement long puisqu’il nécessite de définir individuellement et successivement chacun des plots. Il devient excessivement coûteux lorsqu’il devient nécessaire de réaliser de nombreux plots. The proposed method therefore makes it possible, by relaxing the dimensional constraints on the definition of the pads, to reduce the duration and the cost of manufacturing the III-N nitride layers and the components made from these layers. Typically, with the solution described in document WO2019122461 mentioned above, the pads etched in the SOI substrate must have a very small section, for example less than 200 nm. This small dimension implies the use of lithography techniques that are very costly and time-consuming to implement. Typically, to form studs in the section less than 200 nanometers, it is necessary to resort to etching by electron beam (E-beam). This process is particularly long since it requires defining each of the plots individually and successively. It becomes excessively expensive when it becomes necessary to carry out numerous studs.
On notera également que la réalisation des plots par impression nanométrique (nanoimprint), présenterait également des inconvénients, notamment puisque ces procédés, surtout lorsqu’ils sont utilisés à une échelle industrielle, entraînent un taux de d’effectivité important et une forte dispersion dans la définition des motifs réalisés. It will also be noted that the production of the studs by nanometric printing (nanoimprint), would also have drawbacks, in particular since these processes, especially when they are used on an industrial scale, lead to a high rate of effectiveness and a high dispersion in the definition of the patterns made.
Si le procédé proposé est particulièrement avantageux lorsque les plots sont définis par des techniques peu contraignantes et coûteuses telles que la photolithographie par ultraviolet, des techniques plus complexes telles que la lithographie E-beam ou la nanoimpression peuvent parfaitement être utilisées pour mettre en œuvre le procédé proposé. If the proposed method is particularly advantageous when the studs are defined by less restrictive and expensive techniques such as ultraviolet photolithography, more complex techniques such as E-beam lithography or nanoimprinting can perfectly be used to implement the method. offers.
En outre, le procédé proposé permet d’utiliser des tronçons basaux cristallins présentant une épaisseur relativement importante (l’épaisseur est prise selon une direction perpendiculaire à la face supérieure du substrat de support). Il est alors possible de mettre en œuvre ce procédé à partir de substrats massifs (bulk substrate). Ce type de substrats est beaucoup moins onéreux que des substrats élaborés comportant une fine couche cristalline. C’est par exemple le cas des substrats SOI, dans lesquels une fine couche cristalline (la couche active) repose sur une couche diélectrique qui elle-même repose sur un substrat de support. Les substrats de type SOI sont onéreux et impactent à la hausse le prix de la fabrication des composants à base de matériaux lll-N. In addition, the proposed method makes it possible to use crystalline basal sections having a relatively large thickness (the thickness is taken in a direction perpendicular to the upper face of the support substrate). It is then possible to implement this process from bulk substrates. This type of substrate is much less expensive than elaborate substrates comprising a thin crystalline layer. This is for example the case of SOI substrates, in which a thin crystalline layer (the active layer) rests on a dielectric layer which itself rests on a support substrate. SOI type substrates are expensive and increase the cost of manufacturing components based on III-N materials.
Par ailleurs, le procédé proposé permet d’obtenir des couches formées de matériau lll-N dont la coalescence est habituellement plus complexe à obtenir. Tel est le cas de l’AIN. Pour ces matériaux, la direction privilégiée de croissance est sensiblement perpendiculaire à la face supérieure du substrat de base. Cette direction, désignée la direction c, n’est pas propice à une coalescence rapide des cristallites portées par les plots adjacents. En effet, la coalescence rapide nécessite d’avoir une croissance importante dans le plan perpendiculaire à la direction c (i.e., dans un plan parallèle à celui de la face supérieure du substrat de support). Le procédé proposé, en prévoyant des plots très étroits, permet de rapprocher fortement les plots adjacents. La distance entre plots adjacents étant réduite, les cristallites doivent croître sur très peu de distance pour entrer en contact avec les cristallites adjacentes. La coalescence des cristallites s’effectue alors plus rapidement. Le procédé proposé permet ainsi de réduire le temps et le coût de l’obtention des couches de matériaux lll-N dans lesquelles la croissance de la direction c est fortement prépondérante. Le procédé proposé permet ainsi de réduire le coût d’obtention des composants à base d’AIN, tels que les LED UV. Plus précisément, la coalescence à partir de plots rapprochés permet une coalescence plus rapide. Par ailleurs, la croissance à partir de plots déformables permet de réduire la densité de dislocations dans l’AIN. La qualité cristalline des couches tampon (buffer layer) d’AIN est un facteur prédominant pour les LEDs UV. Furthermore, the proposed method makes it possible to obtain layers formed of III-N material, the coalescence of which is usually more complex to obtain. Such is the case of the AIN. For these materials, the preferred direction of growth is substantially perpendicular to the upper face of the base substrate. This direction, designated direction c, is not conducive to rapid coalescence of the crystallites carried by the adjacent pads. Indeed, the rapid coalescence requires having a significant growth in the plane perpendicular to the direction c (ie, in a plane parallel to that of the upper face of the support substrate). The proposed method, by providing very narrow studs, makes it possible to bring the adjacent studs very close together. The distance between adjacent pads being reduced, the crystallites must grow over a very short distance to come into contact with the adjacent crystallites. The coalescence of the crystallites then takes place more rapidly. The proposed method thus makes it possible to reduce the time and the cost of obtaining layers of III-N materials in which the growth of the c direction is highly preponderant. The proposed method thus makes it possible to reduce the cost of obtaining AIN-based components, such as than UV LEDs. More specifically, coalescence from close plots allows faster coalescence. Moreover, the growth from deformable pads makes it possible to reduce the density of dislocations in AlN. The crystalline quality of the buffer layers of AIN is a predominant factor for UV LEDs.
Par ailleurs, le procédé proposé procure les avantages de la méthode décrite dans le document WO2019122461, en termes de réduction, voire de suppression, des dislocations au niveau des joints de coalescence entre deux cristallites. Ainsi, le procédé proposé permet d’obtenir dans une couche, même épaisse, des densités de dislocation plus faibles que celles obtenues avec les solutions classiques de croissance de GaN sur silicium (Si) ou sur carbure de silicium (SiC) ou sur saphir. Furthermore, the proposed method provides the advantages of the method described in document WO2019122461, in terms of reduction, or even elimination, of dislocations at the coalescence joints between two crystallites. Thus, the proposed process makes it possible to obtain in a layer, even a thick one, lower dislocation densities than those obtained with conventional solutions for growing GaN on silicon (Si) or on silicon carbide (SiC) or on sapphire.
Ainsi, le procédé proposé permet d’obtenir des couches de matériaux lll-N, présentant une épaisseur importante et une faible densité de dislocation. Le procédé proposé est alors particulièrement avantageux pour la réalisation de composants micro-électroniques tels que des LED, des composants de puissance, par exemple des transistors verticaux ou des transistors HEMTs. Thus, the proposed method makes it possible to obtain layers of III-N materials, having a large thickness and a low dislocation density. The proposed method is then particularly advantageous for the production of microelectronic components such as LEDs, power components, for example vertical transistors or HEMT transistors.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES BRIEF DESCRIPTION OF FIGURES
Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée d’un mode de réalisation de cette dernière qui est illustrée par les dessins The aims, objects, as well as the characteristics and advantages of the invention will emerge better from the detailed description of an embodiment of the latter which is illustrated by the drawings.
Les figures 1A à 1G illustrent des étapes d’un exemple non limitatif de procédé selon la présente invention. La figure 1A illustre un exemple d’empilement à partir duquel l’on peut mettre en œuvre un exemple de procédé selon l’invention. Dans cet exemple non limitatif, plusieurs couches de nitrure, formant chacune une vignette, sont formées sur un substrat de base. Figures 1A to 1G illustrate steps of a non-limiting example of a method according to the present invention. FIG. 1A illustrates an example of a stack from which an example of a method according to the invention can be implemented. In this non-limiting example, several layers of nitride, each forming a thumbnail, are formed on a base substrate.
La figure 1 B illustre l’empilement de la figure 1A sur lequel une couche de germination est formée. Figure 1B illustrates the stack of Figure 1A on which a seed layer is formed.
La figure 1C illustre le résultat d’une étape consistant à former des ensembles de plots à partir de l’empilement de la figure 1 A ou de celui de la figure 1 B. Figure 1C illustrates the result of a step consisting in forming sets of pads from the stack of Figure 1 A or that of Figure 1 B.
La figure 1 D illustre une étape de modification des tronçons cristallins. Dans cet exemple non limitatif, cette modification comprend une réduction de la section des tronçons cristallins. FIG. 1D illustrates a step for modifying the crystalline sections. In this non-limiting example, this modification comprises a reduction in the section of the crystalline sections.
La figure 1E illustre une phase de croissance épitaxiale de cristallites notamment sur le sommet des plots, cette phase de croissance n’étant pas achevée. Figure 1E illustrates an epitaxial growth phase of crystallites, in particular on the top of the pads, this growth phase not having been completed.
La figure 1F illustre le résultat de la croissance épitaxiale de cristallites, après coalescence des cristallites portées par des plots d’un même ensemble, les cristallites portées par des plots d’un même ensemble formant alors une vignette. FIG. 1F illustrates the result of the epitaxial growth of crystallites, after coalescence of the crystallites carried by studs of the same set, the crystallites carried by studs of the same set then forming a thumbnail.
La figure 1G illustre une étape optionnelle de réalisation d’un composant, par exemple d’une LED avec la formation de multiple puits quantiques au sein de chaque vignette de nitrure. Figure 1G illustrates an optional step for making a component, for example an LED with the formation of multiple quantum wells within each nitride vignette.
Les figures 2 à 6 illustrent plusieurs modes de réalisation pour effectuer l’étape de modification des tronçons basaux de sorte à les rendre moins rigides. Figures 2 to 6 illustrate several embodiments for performing the step of modifying the basal sections so as to make them less rigid.
La figure 2 illustre un mode de réalisation dans lequel l’étape de modification comprend une réduction par gravure de la section des tronçons basaux cristallins. FIG. 2 illustrates an embodiment in which the modification step comprises a reduction by etching of the section of the crystalline basal sections.
La figure 3 illustre un mode de réalisation dans lequel l’étape de modification comprend une transformation des tronçons basaux cristallin, par exemple par amorphisation de leur matériau, de sorte à les rendre plus facilement déformables lors de la croissance par épitaxie. FIG. 3 illustrates an embodiment in which the modification step comprises a transformation of the basal crystalline sections, for example by amorphization of their material, so as to make them more easily deformable during growth by epitaxy.
La figure 4 illustre un mode de réalisation dans lequel l’étape de modification comprend une réduction par gravure de la section des tronçons basaux cristallins et une amorphisation des tronçons basaux cristallins. FIG. 4 illustrates an embodiment in which the modification step comprises a reduction by etching of the section of the basal crystalline sections and an amorphization of the basal crystalline sections.
La figure 5 illustre un mode de réalisation dans lequel l’étape de modification comprend une porosification des tronçons basaux cristallins. Figure 5 illustrates an embodiment in which the modification step includes porosification of the basal crystalline sections.
La figure 6 illustre un mode de réalisation dans lequel l’étape de modification comprend une porosification et une amorphisation des tronçons basaux cristallins. Figure 6 illustrates an embodiment in which the modification step includes porosification and amorphization of the basal crystal sections.
Les figure 7A à 7D illustrent, très schématiquement, une vue en coupe des différentes étapes d’un exemple de procédé pour former une couche de matériau lll-N privilégiant la direction c lors de la croissance par épitaxie. Figures 7A to 7D illustrate, very schematically, a sectional view of the different steps of an example of a process for forming a layer of III-N material favoring the c direction during growth by epitaxy.
La figure 8 est une vue dessus correspondant à celle de la figure 7C. Figure 8 is a top view corresponding to that of Figure 7C.
Les figures sont données à titre d’exemples et ne sont pas limitatives de l’invention. Elles sont des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont donc pas nécessairement à la même échelle que les applications pratiques. En particulier, les épaisseurs relatives des différentes couches, tronçons, cristallites et vignettes ne sont pas représentatives de la réalité. The figures are given by way of examples and do not limit the invention. They are schematic representations of principle intended to facilitate the understanding of the invention and are therefore not necessarily on the same scale as the practical applications. In particular, the relative thicknesses of the different layers, sections, crystallites and vignettes are not representative of reality.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L’INVENTION DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Avant d’entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l’invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement : Before starting a detailed review of embodiments of the invention, optional characteristics are set out below which may possibly be used in combination or alternatively:
Selon un exemple, fournir l’empilement comprenant une pluralité de plots comprend : - fournir une structure de base comprenant au moins : According to an example, providing the stack comprising a plurality of pads comprises: - provide a basic structure comprising at least:
• un substrat de base, cristallin, de préférence à base de silicium, par exemple du Si, du SiGe ou du SiC, • a base substrate, crystalline, preferably based on silicon, for example Si, SiGe or SiC,
• au moins une couche de germination surmontant le substrat de base.• at least one seed layer surmounting the base substrate.
- définir dans la structure de base, par gravure à travers toute l’épaisseur de la couche de germination et à travers une portion seulement de l’épaisseur du substrat de base, la pluralité de plots. - define in the base structure, by etching through the entire thickness of the seed layer and through only a portion of the thickness of the base substrate, the plurality of pads.
De préférence, la gravure définit, dans la couche de germination, le tronçon de germination de chaque plot. Cette gravure définit également dans le substrat de base : le tronçon basal de chaque plot et le substrat de support depuis lequel s’étend le tronçon basal de chaque plot.Preferably, the etching defines, in the seed layer, the seed section of each pad. This etching also defines in the base substrate: the basal section of each stud and the support substrate from which extends the basal section of each stud.
Selon un exemple, la section des tronçons basaux est supérieure à 100nm (10'9 mètres), de préférence supérieure à 200nm. According to one example, the section of the basal sections is greater than 100 nm ( 10'9 meters), preferably greater than 200 nm.
Selon un exemple, la gravure pour définir dans la structure de base la pluralité de plots, est effectuée à travers un masque de gravure surmontant la couche de germination, le masque de gravure étant réalisé de préférence photolithographie par ultra-violet. According to one example, the etching to define the plurality of pads in the base structure is carried out through an etching mask surmounting the seed layer, the etching mask being preferably produced by ultraviolet photolithography.
Selon un exemple, la modification est effectuée de sorte à ce que la force F1 qu’il convient d’appliquer pour obtenir une déformation donnée du tronçon basal modifié soit inférieure à 0.8*F2, F2 étant la force qu’il convient d’appliquer pour obtenir une déformation identique à la déformation donnée du tronçon basal non modifié, de préférence, F1 < 0.6*F2 et de préférence, F1 < 0.4*F2. According to one example, the modification is carried out so that the force F1 which should be applied to obtain a given deformation of the modified basal section is less than 0.8*F2, F2 being the force which should be applied to obtain a deformation identical to the given deformation of the unmodified basal section, preferably F1<0.6*F2 and preferably F1<0.4*F2.
Selon un exemple, modifier sélectivement le tronçon basal comprend une gravure du tronçon basal sélectivement au tronçon de germination, de sorte à former un tronçon basal modifié présentant une section d310 inférieure à une section d5Oo du tronçon de germination, de préférence d310 s 0.8* d5Oo et de préférence d310 s O.5*d5Oo. Selon un exemple d310 < O.8*d3Oo et de préférence d310 s O.5*d3Oo. Selon un exemple la gravure est une gravure isotrope. According to one example, selectively modifying the basal section comprises etching the basal section selectively to the germination section, so as to form a modified basal section having a section d 310 less than a section d 50 o of the germination section, preferably d 310 s 0.8* d 50 o and preferably d 310 s 0.5*d 50 o. According to an example d 31 0 <0.8*d 30 o and preferably d 310 s 0.5*d 30 o. According to one example, the etching is an isotropic etching.
Selon un exemple, modifier sélectivement le tronçon basal comprend transformer le tronçon basal de sorte à rendre le matériau du tronçon basal plus facilement déformable notamment à une température TéPitaxie à laquelle l’empilement est soumis lors de la croissance par épitaxie. Ainsi, après transformation, le tronçon basal présente une rigidité plus faible que le tronçon basal avant modification. According to one example, selectively modifying the basal section comprises transforming the basal section so as to make the material of the basal section more easily deformable in particular at a temperature T eP axis to which the stack is subjected during growth by epitaxy. Thus, after transformation, the basal section has a lower stiffness than the basal section before modification.
Selon un exemple, modifier sélectivement le tronçon basal ou transformer le matériau du tronçon basal comprend une amorphisation au moins partielle du tronçon basal, de préférence sélectivement au tronçon de germination, de sorte à former un tronçon basal modifié amorphe. Selon un mode de réalisation, l’amorphisation est obtenue par oxydation du tronçon basal, de préférence sélectivement au tronçon de germination. Ainsi, le tronçon basal est modifié par oxydation. According to one example, selectively modifying the basal section or transforming the material of the basal section comprises at least partial amorphization of the section basal, preferably selectively to the germination section, so as to form an amorphous modified basal section. According to one embodiment, the amorphization is obtained by oxidation of the basal section, preferably selectively to the germination section. Thus, the basal section is modified by oxidation.
Selon un exemple, le tronçon basal est en silicium et le tronçon basal modifié est en SixOy, x et y étant des entiers non nuis, de préférence le SixOy étant du SiO2. Selon un exemple, l’oxydation est une oxydation thermique. According to one example, the basal section is made of silicon and the modified basal section is made of SixOy, x and y being non-null integers, preferably the SixOy being SiO2. According to one example, the oxidation is a thermal oxidation.
Selon un exemple, le tronçon modifié présente alors le comportement d’un matériau visqueux. Ainsi, le tronçon modifié par oxydation présente une température de transition vitreuse Transition vitreuse-According to one example, the modified section then exhibits the behavior of a viscous material. Thus, the section modified by oxidation has a glass transition temperature Glass transition-
Selon un exemple, la croissance épitaxiale est effectuée à une température Tépitaxie, telle que . According to one example, the epitaxial growth is carried out at an epitaxial temperature, such that .
Tépitaxie — k1 X Transition vitreuse, avec k1 S 0,8 Tepitaxy — k1 X Glass transition, with k1 S 0.8
Selon un exemple, dans lequel k1 > 1 , et de préférence k1 > 1 ,5. According to an example, in which k1>1, and preferably k1>1.5.
Selon un exemple, l’oxydation est effectuée de sorte à oxyder le tronçon basal sur une épaisseur e320 correspondant à moins de la moitié de la section d3Oo du tronçon basal, les épaisseurs e32o et d3Oo étant prises dans un plan parallèle à un plan xy dans lequel s’étend principalement une face supérieure du substrat de support. Cela permet par exemple de rendre les tronçons basaux plus facilement déformables lors de épitaxie. Cela permet également de passiver les faces libres des tronçons basaux de sorte à éviter une croissance par épitaxie sur les tronçons basaux. According to one example, the oxidation is carried out so as to oxidize the basal section over a thickness e 320 corresponding to less than half of the section d 30 o of the basal section, the thicknesses e 32 o and d 30 o being taken in a plane parallel to an xy plane in which mainly extends an upper face of the support substrate. This makes it possible, for example, to make the basal sections more easily deformable during epitaxy. This also makes it possible to passivate the free faces of the basal sections so as to avoid growth by epitaxy on the basal sections.
Selon un exemple, l’oxydation est effectuée de sorte à oxyder toute la section d3Oo du tronçon basal, la section étant prise dans un plan parallèle à un plan dans lequel s’étend principalement une face supérieure du substrat de support. Ainsi, dans ce mode de réalisation, e320 = d3Oo. According to one example, the oxidation is carried out so as to oxidize the entire section d 3O o of the basal section, the section being taken in a plane parallel to a plane in which an upper face of the support substrate mainly extends. Thus, in this embodiment, e 320 = d 30 o.
Selon un autre mode de réalisation, la transformation du matériau du tronçon basal est obtenue par nitruration du tronçon basal. According to another embodiment, the transformation of the material of the basal section is obtained by nitriding the basal section.
Selon un exemple, modifier sélectivement le tronçon basal comprend : ladite transformation, de préférence par oxydation, et According to one example, selectively modifying the basal section comprises: said transformation, preferably by oxidation, and
- avant ou après la transformation, ladite gravure du tronçon basal sélectivement au tronçon de germination. - before or after the transformation, said etching of the basal section selectively to the germination section.
De préférence, la gravure est réalisée avant amorphisation par oxydation, car il est souhaitable d’avoir des temps et températures plus élevés pour faire une oxydation thermique plus épaisse. Preferably, the etching is carried out before amorphization by oxidation, because it is desirable to have higher times and temperatures to make a thicker thermal oxidation.
Selon un exemple, modifier le tronçon basal comprend une porosification du tronçon basal, de préférence sélectivement au tronçon de germination. According to one example, modifying the basal section includes porosifying the basal section, preferably selectively to the germination section.
De préférence, le substrat de Si présente ou est une couche fortement dopée en surface pour limiter l’extension de la porosification. Preferably, the Si substrate has or is a heavily doped layer on the surface to limit the extension of the porosification.
Selon un exemple, modifier sélectivement le tronçon basal comprend : ladite transformation et According to an example, selectively modifying the basal section comprises: said transformation and
- après ou, de préférence avant ladite transformation, ladite porosification du tronçon basal. - after or, preferably before said transformation, said porosification of the basal section.
Selon un exemple, modifier sélectivement le tronçon basal comprend au moins deux et de préférence les trois étapes suivantes: ladite transformation, par exemple par amorphisation du tronçon basal, et ladite porosification du tronçon basal. ladite gravure du tronçon basal sélectivement au tronçon de germination.According to one example, selectively modifying the basal section comprises at least two and preferably the following three steps: said transformation, for example by amorphization of the basal section, and said porosification of the basal section. said etching of the basal section selectively to the germination section.
De préférence, l’amorphisation est réalisée après la porosification. Preferably, the amorphization is carried out after the porosification.
De préférence, la transformation, par exemple par amorphisation, est réalisée après la porosification et la porosification est réalisée après la gravure. Preferably, the transformation, for example by amorphization, is carried out after the porosification and the porosification is carried out after the etching.
Selon un exemple, les plots sont répartis sur le substrat de support de manière à former une pluralité d’ensembles de plots et l’étape de croissance par épitaxie est interrompue avant que des cristallites appartenant à deux ensembles distincts n’entrent en coalescence, de sorte à ce que la couche formée sur chaque ensemble forme une vignette, les vignettes étant distantes les unes des autres. According to one example, the studs are distributed over the support substrate so as to form a plurality of sets of studs and the step of growth by epitaxy is interrupted before the crystallites belonging to two distinct sets come into coalescence, so that the layer formed on each set forms a thumbnail, the thumbnails being spaced from each other.
Selon un exemple, le tronçon de germination, cristallin, est fait d’un deuxième matériau lll-N, possiblement identique au matériau lll-N de ladite couche de nitrure à base d’un matériau lll-N nitrure. Selon un exemple, le tronçon de germination est à base de l’un parmi le gallium (Ga), l’indium (In) et l’aluminium (Al). Selon un exemple, le tronçon de germination, cristallin, est fait d’un matériau différent du matériau du tronçon basal. According to one example, the crystalline seed section is made of a second III-N material, possibly identical to the III-N material of said nitride layer based on an III-N nitride material. According to one example, the seed section is based on one of gallium (Ga), indium (In) and aluminum (Al). According to one example, the germination section, crystalline, is made of a different material from the material of the basal section.
Selon un exemple, le tronçon basal s’étend depuis une face supérieure du substrat de support. According to one example, the basal section extends from an upper face of the support substrate.
Selon un exemple, le tronçon basal et le substrat de support sont formés d’un même matériau. According to one example, the basal section and the support substrate are formed from the same material.
Selon un exemple, le tronçon basal est fait ou est à base de l’un parmi le silicium (Si), le germanium (Ge) le silicium germanium (Si-Ge), carbure de silicium (SiC). In one example, the basal stretch is made or is based on one of silicon (Si), germanium (Ge), silicon germanium (Si-Ge), silicon carbide (SiC).
Selon un exemple, les plots comprennent également au moins un tronçon tampon, situé entre le tronçon basal et le tronçon de germination. According to one example, the pads also include at least one buffer section, located between the basal section and the germination section.
Selon un exemple, le tronçon basal est à base de Si, le tronçon tampon (400) est en AIN et le tronçon de germination est en GaN. De préférence le tronçon tampon est directement au contact du tronçon basal. De préférence le tronçon tampon est directement au contact du tronçon de germination. According to one example, the basal section is based on Si, the buffer section (400) is in AIN and the germination section is in GaN. Preferably, the buffer section is directly in contact with the basal section. Preferably the buffer section is directly in contact with the germination section.
Selon un exemple, le tronçon basal est à base de Si, le tronçon de germination est en AIN, le tronçon de germination étant de préférence directement au contact du tronçon basal. According to one example, the basal section is based on Si, the seed section is AlN, the seed section preferably being directly in contact with the basal section.
Selon un exemple, les tronçons de germination sont séparés d’une distance D et la section d5Oo des tronçons de germination est telle que D<d5Oo, de préférence, D<O.7*d5oo et de préférence D<O.5*d5Oo. Cela permet que la coalescence des cristal lites adjacentes s’effectue rapidement après le début de la croissance par épitaxie. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux lorsque le matériau lll-N croit principalement dans la direction c et peu rapidement dans un plan perpendiculaire xy à la direction principale z dans laquelle étendent les plots. De préférence, la section d310 des tronçons basaux modifiée 310 est telle que d310 <0.5* d5Oo. According to one example, the germination sections are separated by a distance D and the section d 5O o of the germination sections is such that D<d 5O o, preferably, D<O.7*d 5 oo and preferably D <O.5*d 5O o. This allows the coalescence of adjacent crystallites to take place rapidly after the onset of epitaxial growth. This embodiment is particularly advantageous when the III-N material increases mainly in direction c and slowly in a plane xy perpendicular to the main direction z in which the pads extend. Preferably, the section d 310 of the modified basal sections 310 is such that d 310 <0.5* d 50 o.
Selon un exemple, chacune de ces couches présente une face inférieure et une face supérieure, sensiblement parallèle à une face supérieure du substrat. Chaque couche forme une vignette. Toutes les faces inférieures des couches sont sensiblement comprises dans un même plan. Il en est de même pour les faces supérieures. According to one example, each of these layers has a lower face and an upper face, substantially parallel to an upper face of the substrate. Each layer forms a thumbnail. All the lower faces of the layers are substantially included in the same plane. It is the same for the upper faces.
Selon un exemple, le tronçon basal modifié, par exemple par oxydation, est fait d’un matériau visqueux. Il présente une transition viscoplastique. According to one example, the basal section modified, for example by oxidation, is made of a viscous material. It exhibits a viscoplastic transition.
Selon un exemple, la croissance épitaxiale étant effectuée à une température Tépitaxie, telle que . Tépitaxie — k1 X Transition vitreuse, avec k1 S 0,8. According to one example, the epitaxial growth being carried out at an epitaxial temperature, such that . Tepitaxy — k1 X Glass transition, with k1 S 0.8.
De manière optionnelle, la croissance épitaxiale est effectuée à une température Tépitaxie, telle que . Tépitaxie — k1 X Transition vitreuse, avec k1 S 0,8. Optionally, the epitaxial growth is carried out at an epitaxial temperature, such as . Tepitaxy — k1 X Glass transition, with k1 S 0.8.
Selon un exemple, k1 = 1 , et de préférence k1 = 1 ,5. Selon un exemple de réalisation, k1 = 0.87 ou k1 = 0.9. Selon un exemple particulièrement avantageux, k1 = 0.92. Ainsi, dans le cas où les tronçons basaux modifiés sont formés en SiO2, Tépitaxie 1104°C, Transition vitreuse pour le SiO2 étant égale à 1200°C. Selon un exemple de réalisation encore plus préférentiel, k1 = 0.95. Selon un exemple de réalisation encore plus préférentiel, k1 = 1 , et de préférence k1 = 1 ,5. According to one example, k1=1, and preferably k1=1.5. According to an exemplary embodiment, k1=0.87 or k1=0.9. According to a particularly advantageous example, k1=0.92. Thus, in the case where the modified basal sections are formed in SiO2 , epitaxy 1104°C, glass transition for SiO 2 being equal to 1200°C. According to an even more preferred embodiment, k1=0.95. According to an even more preferred embodiment, k1=1, and preferably k1=1.5.
Dans le mode de réalisation dans lequel les plots sont répartis sur le substrat de support de manière à former une pluralité d’ensembles de plots et que l’étape de croissance par épitaxie est interrompue avant que des cristallites appartenant à deux ensembles distincts n’entrent en coalescence, de sorte à ce que la couche formée sur chaque ensemble forme une vignette, les vignettes étant distantes les unes des autres, le procédé peut présenter au moins l’une quelconque des caractéristiques et étapes suivantes qui peuvent être combinées ou prises séparément : In the embodiment in which the studs are distributed over the support substrate so as to form a plurality of sets of studs and the epitaxial growth step is interrupted before crystallites belonging to two distinct sets enter in coalescence, so that the layer formed on each set forms a thumbnail, the thumbnails being distant from each other, the method can have at least any one of the following characteristics and steps which can be combined or taken separately:
Selon un exemple, la distance D séparant deux plots adjacents d’un même ensemble est inférieure à la distance W1 séparant deux plots adjacents appartenant à deux ensembles différents. W1 > D et de préférence W1 > 2 x D. According to one example, the distance D separating two adjacent studs of the same set is less than the distance W1 separating two adjacent studs belonging to two different sets. W1 > D and preferably W1 > 2 x D.
Selon un exemple, W1 > k4 x D, avec k4 = 1.5, de préférence k4 = 2. Cela permet d’avoir des pixels de petites tailles et une densité d’intégration importante dans le cas de la réalisation de micro-LED. De préférence k4 = 5. W1 peut être égale à 1 ,5 micron. According to an example, W1 > k4 x D, with k4 = 1.5, preferably k4 = 2. This makes it possible to have small pixel sizes and a high integration density in the case of the production of micro-LEDs. Preferably k4=5. W1 can be equal to 1.5 microns.
W2 étant la distance séparant deux vignettes adjacentes (voir W2 en figure 1 F), il faut que W2 soit non nulle pour que les deux vignettes adjacentes ne se touchent pas. Ainsi, W2 > 0. W2 being the distance separating two adjacent thumbnails (see W2 in FIG. 1F), W2 must be non-zero so that the two adjacent thumbnails do not touch. Thus, W2 > 0.
Selon un exemple, W1 > k5 x W2, avec : According to an example, W1 > k5 x W2, with:
- W1 est la distance séparant deux plots adjacents appartenant à deux ensembles distincts ; - W1 is the distance separating two adjacent plots belonging to two distinct sets;
- W2 est la distance séparant deux vignettes adjacentes, W2 étant > 0. De préférence k5 = 1.2, de préférence k5 = 1.5, de préférence k5 = 2. - W2 is the distance separating two adjacent thumbnails, W2 being > 0. Preferably k5 = 1.2, preferably k5 = 1.5, preferably k5 = 2.
Selon un exemple, au moins avant l’étape de modification, chaque plot présente une section dont la dimension maximale dpiot est comprise entre 10 et 500 nm (10'9 mètres), la dimension maximale dpiot étant mesurée dans un plan parallèle à un plan (xy) dans lequel s’étend principalement une face supérieure du substrat, de préférence 20 nm < dpiot< 200 nm et de préférence 50 nm < dpiot< 100 nm. dpiot = dp|OtR ou d piots. According to one example, at least before the modification step, each pad has a section whose maximum dimension d piot is between 10 and 500 nm ( 10'9 meters), the maximum dimension d piot being measured in a plane parallel to a plane (xy) in which mainly extends an upper face of the substrate, preferably 20 nm <d piot <200 nm and preferably 50 nm <d piot <100 nm. d pin = d p | Ot R or d piots .
Selon un exemple, chaque vignette présente une section dont la dimension maximale dunette est comprise entre 0,5 à 20 pm (10'6 mètres), la dimension maximale dvignette étant mesurée dans un plan parallèle à un plan (xy) dans lequel s’étend principalement une face supérieure du substrat, de préférence 0.8 pm < dunette 3 pm et de préférence 1 pm < dunette 2 pm. La dimension maximale dvignette correspond ainsi à la dimension maximale d’une projection de la vignette dans un plan parallèle au plan xy dans lequel s’étend principalement la face supérieure du substrat. According to one example, each thumbnail has a section whose maximum dimension of the thumbnail is between 0.5 and 20 μm ( 10'6 meters), the maximum dimension of the thumbnail being measured in a plane parallel to a plane (xy) in which s' mainly extends an upper face of the substrate, preferably 0.8 μm < 3 μm poop and preferably 1 μm < 2 μm poop. The maximum dimension dvignette thus corresponds to the maximum dimension of a projection of the vignette in a plane parallel to the xy plane in which the upper face of the substrate mainly extends.
Alternativement, les plots d’un même ensemble sont répartis sur le substrat de manière non périodique. De manière optionnelle, mais avantageuse, les vignettes sont réparties sur le substrat de manière périodique. Alternatively, the pads of the same set are distributed on the substrate in a non-periodic manner. Optionally, but advantageously, the stamps are distributed over the substrate periodically.
Selon un exemple, les plots comprennent au moins un tronçon tampon surmontant le tronçon basal cristallin. Ce tronçon tampon est fait en un matériau différent de celui des vignettes de nitrure. Selon cet exemple, les vignettes de nitrure sont faites en nitrure de gallium (GaN) et la couche tampon est en nitrure d’aluminium (AIN). Cela permet, d’éviter l’apparition du phénomène de melt back etching (gravure par refusion), généré par la très forte réactivité entre le gallium et le silicium. According to one example, the studs comprise at least one buffer section surmounting the basal crystalline section. This buffer section is made of a different material than the nitride stickers. According to this example, the nitride decals are made of gallium nitride (GaN) and the buffer layer is aluminum nitride (AIN). This makes it possible to avoid the appearance of the phenomenon of melt back etching (etching by reflow), generated by the very strong reactivity between the gallium and the silicon.
Selon un exemple, chaque plot présente une face supérieure encore désigné sommet et la croissance par épitaxie des cristallites s’effectue en partie au moins et de préférence uniquement à partir de ladite face supérieure. According to one example, each pad has an upper face still designated apex and the growth by epitaxy of the crystallites takes place at least in part and preferably only from said upper face.
Selon un exemple, le tronçon basal présente une hauteur h310 telle que h310 s O. lxdpiot, dpiot étant le diamètre du plot ou plus généralement la distance bord à bord du plot prise, au niveau du tronçon basal et dans une direction parallèle à un plan (xy) dans lequel s’étend principalement une face supérieure du substrat. De préférence h310 s Ixdpiot. Ces valeurs, permettent d’obtenir une déformation suffisante pour réduire les contraintes au niveau du joint de grain. According to one example, the basal section has a height h 310 such that h 310 s O. lxdpiot, dpiot being the diameter of the stud or more generally the edge-to-edge distance of the stud taken, at the level of the basal section and in a direction parallel to a plane (xy) in which mainly extends an upper face of the substrate. Preferably h 310 s Ixdpiot. These values make it possible to obtain sufficient deformation to reduce the stresses at the level of the grain boundary.
Selon un exemple, les plots présentent une hauteur Hpiot, et dans lequel deux plots adjacents sont distants d’une distance D, telle que : Hpiot/ D < 2 et de préférence Hpiot / D < 1. According to one example, the studs have a height H piot , and in which two adjacent studs are separated by a distance D, such that: H piot / D <2 and preferably H p iot / D <1.
Selon un exemple, le tronçon basal, avant modification, est à base de silicium. De préférence le tronçon basal est en silicium. According to one example, the basal section, before modification, is based on silicon. Preferably the basal section is made of silicon.
Le tronçon basal cristallin peut être aussi à base de matériaux autres que le Si et qui permettent l’épitaxie de matériaux nitrures. Par exemple, le tronçon basal cristallin peut être à base de SiC ou de AI2O3. The basal crystalline section can also be based on materials other than Si and which allow the epitaxy of nitride materials. For example, the basal crystalline section can be based on SiC or on Al 2 O 3 .
Selon un exemple de réalisation, le substrat de base ayant servi à former le tronçon basal cristallin est une couche monocristalline. According to an exemplary embodiment, the base substrate having served to form the basal crystalline section is a monocrystalline layer.
De préférence, on fait croitre par épitaxie des cristaux sur tous les plots. Preferably, crystals are grown by epitaxy on all the pads.
Selon un exemple de réalisation, le nitrure des vignettes est un nitrure Selon un autre mode de réalisation, le matériau formant le nitrure (N) des vignettes est l’un quelconque parmi: le nitrure de gallium (GaN), le nitrure d’indium (InN), le nitrure d’aluminium (AIN), le nitrure d’aluminium gallium (AIGaN), le nitrure d’indium gallium (InGaN), le nitrure d’aluminium gallium indium (AIGalnN), le nitrure d’aluminium indium (AllnN), le nitrure d’aluminium indium gallium (AlInGaN). According to an exemplary embodiment, the nitride of the vignettes is a nitride According to another embodiment, the material forming the nitride (N) of the vignettes is any one of: gallium nitride (GaN), indium nitride (InN), aluminum nitride (AIN), aluminum gallium nitride (AIGaN), indium gallium nitride (InGaN), aluminum gallium indium nitride (AIGalnN), aluminum indium nitride (AllnN), indium gallium aluminum nitride (AlInGaN).
Selon un exemple, l’étape de formation des plots est effectuée de sorte que dcristaiiite / dpiot s k3, avec k3 = 3, dpiot étant la dimension maximale de la section du plot prise dans une direction parallèle à un plan (xy) dans lequel s’étend principalement une face supérieure du substrat (plot ou plus généralement la distance bord à bord du plot, c’est-à-dire la dimension maximale du plot quelle que soit la forme de sa section), dcristaiiite correspondant à la dimension de la cristallite mesurée selon la même direction que dp|Otau moment de la coalescence des cristallites. According to one example, the step of forming the studs is carried out so that dcristaiiite / d piot s k3, with k3 = 3, d piot being the maximum dimension of the section of the stud taken in a direction parallel to a plane (xy) in which mainly extends an upper face of the substrate (pad or more generally the edge-to-edge distance of the pad, that is to say the maximum dimension of the pad regardless of the shape of its section), dcristaiiite corresponding to the dimension of the crystallite measured in the same direction as dp | Ot at the time of crystallite coalescence.
Des résultats particulièrement efficaces ont été obtenus pour k3 = 3. Selon un exemple 100 > k3 > 3. De préférence, 50 > k3 > 3. De préférence, 5 > k3 > 3. Particularly effective results have been obtained for k3 = 3. According to an example 100 > k3 > 3. Preferably, 50 > k3 > 3. Preferably, 5 > k3 > 3.
Le pas selon lequel les plots d’un même ensemble sont distribués est noté Ppiot. De préférence, Ppiot/dpiot 4, et de préférence Ppiot/dpiot 5- Selon un exemple qui donne des résultats particulièrement qualitatifs, Ppiot/dpiot = 5. The pitch according to which the plots of the same set are distributed is denoted P piot . Preferably, P pio t/d p iot 4, and preferably P pio t/d pio t 5- According to an example which gives particularly qualitative results, P pio t/d pio t = 5.
Le terme « micro-LED » désigne une LED dont au moins une dimension prise dans un plan parallèle au plan principal dans lequel s’étend le substrat supportant la micro-LED (i.e., le plan xy du repère orthogonal référencé sur les figures) est micrométrique, c’est-à-dire strictement inférieure à 1 mm (10'3 mètres). Dans le cadre de l’invention, les micro-LED présentent, en projection dans un plan d’extension principal parallèle aux faces principales des micro-LED, i.e., parallèle à une face supérieure du substrat, des dimensions maximales de dimension micrométrique dans le plan. De préférence, ces dimensions maximales sont inférieures à quelques centaines de micromètres. De préférence, ces dimensions maximales sont inférieures à 500 pm et de préférence inférieures à 100 pm. The term “micro-LED” designates an LED of which at least one dimension taken in a plane parallel to the main plane in which extends the substrate supporting the micro-LED (ie, the xy plane of the orthogonal reference referenced in the figures) is micrometric, that is to say strictly less than 1 mm (10' 3 meters). In the context of the invention, the micro-LEDs have, in projection in a main extension plane parallel to the main faces of the micro-LEDs, ie, parallel to an upper face of the substrate, maximum dimensions of micrometric dimension in the plan. Preferably, these maximum dimensions are less than a few hundred micrometers. Preferably, these maximum dimensions are less than 500 μm and preferably less than 100 μm.
Dans la présente invention, on entend par « transistors de type HEMT » (acronyme anglais de « High Electron Mobility Transistor ») des transistors à effet de champ à haute mobilité d'électrons, parfois également désignés par le terme de transistor à effet de champ à hétérostructure. Un tel transistor inclut la superposition de deux couches semi-conductrices ayant des bandes interdites différentes qui forment un puits quantique à leur interface. Des électrons sont confinés dans ce puits quantique pour former un gaz bidimensionnel d’électrons. Pour des raisons de tenue en haute tension et en température, les matériaux de ces transistors sont choisis de façon à présenter une large bande d'énergie interdite. In the present invention, the term "HEMT type transistors" (acronym for "High Electron Mobility Transistor") field effect transistors with high mobility of electrons, sometimes also referred to by the term field effect transistor with heterostructure. Such a transistor includes the superposition of two semiconductor layers having different forbidden bands which form a quantum well at their interface. Electrons are confined in this quantum well to form a two-dimensional electron gas. For reasons of high voltage and temperature resistance, the materials of these transistors are chosen so as to have a wide forbidden energy band.
Dans la suite de la description, les termes cristaux et cristallites seront considérés comme équivalents. In the remainder of the description, the terms crystals and crystallites will be considered equivalent.
Il est précisé que dans le cadre de la présente invention, les termes « sur », « surmonte », « recouvre » ou « sous-jacent » ou leurs équivalents ne signifient pas « au contact de ». Ainsi par exemple, « le dépôt d’une première couche sur une deuxième couche » ne signifie pas obligatoirement que les deux couches sont directement au contact l’une de l’autre mais cela signifie que la première couche recouvre au moins partiellement la deuxième couche en étant soit directement à son contact, soit en étant séparée d’elle par au moins une autre couche ou au moins un autre élément y compris de l’air. De même, « un plot surmontant une première couche » ne signifie pas que le plot est nécessairement au contact de cette première couche mais signifie que le plot est, soit au contact de cette première couche, soit au contact d’une ou plusieurs couches disposées entre la première couche et le plot. It is specified that in the context of the present invention, the terms “over”, “overcomes”, “covers” or “underlying” or their equivalents do not mean “in contact with”. Thus, for example, "the deposition of a first layer on a second layer" does not necessarily mean that the two layers are directly in contact with one another, but it does mean that the first layer at least partially covers the second layer. by being either directly at his contact, or by being separated from it by at least one other layer or at least one other element, including air. Similarly, "a stud surmounting a first layer" does not mean that the stud is necessarily in contact with this first layer but means that the stud is either in contact with this first layer, or in contact with one or more layers arranged between the first layer and the pad.
Les étapes de formation des différentes couches et régions s’entendent au sens large : elles peuvent être réalisées en plusieurs sous-étapes qui ne sont pas forcément strictement successives. The stages of formation of the different layers and regions are understood in the broad sense: they can be carried out in several sub-stages which are not necessarily strictly successive.
Dans la description qui suit, l’épaisseur ou la hauteur est prise selon une direction perpendiculaire aux faces principales des différentes couches. Sur les figures, l’épaisseur ou la hauteur est prise selon la verticale ou selon l’axe z du repère orthogonal illustré en figure 1A. In the following description, the thickness or height is taken in a direction perpendicular to the main faces of the different layers. In the figures, the thickness or height is taken along the vertical or along the z axis of the orthogonal reference frame shown in Figure 1A.
De même lorsqu’on indique qu’un élément est situé au droit d’un autre élément, cela signifie que ces deux éléments sont situés tous deux sur une même ligne perpendiculaire au plan principal du substrat, soit sur une même ligne orientée verticalement (axe z) sur les figures. Similarly, when it is indicated that an element is located in line with another element, this means that these two elements are both located on the same line perpendicular to the main plane of the substrate, or on the same line oriented vertically (axis z) in the figures.
On entend par un substrat, une couche, un dispositif, « à base » d’un matériau M, un substrat, une couche, un dispositif comprenant ce matériau M uniquement ou ce matériau M et éventuellement d’autres matériaux, par exemple des éléments d’alliage, des impuretés ou des éléments dopants A substrate, a layer, a device, "based" on a material M, is understood to mean a substrate, a layer, a device comprising this material M only or this material M and possibly other materials, for example elements alloy, impurities or doping elements
Un exemple de procédé de formation d’une couche de nitrure va maintenant être décrit en référence aux figures 1A à 1G. Dans cet exemple non limitatif, on réalise une pluralité de couches en matériau lll-N formant chacune une vignette 550A, 550B. An example of a process for forming a nitride layer will now be described with reference to FIGS. 1A to 1G. In this non-limiting example, a plurality of layers of III-N material are produced, each forming a thumbnail 550A, 550B.
Comme illustré en figure 1A, on fournit une structure de base 20 comprenant un substrat de base 10, surmonté d’au moins une couche de tampon 40. As illustrated in FIG. 1A, a base structure 20 is provided comprising a base substrate 10, surmounted by at least one buffer layer 40.
Le substrat de base 10 est cristallin, de préférence monocristallin. Selon un exemple, le substrat de base 10 est à base de silicium. De préférence, le substrat de base 10 est un substrat massif (bulk substrate) de silicium monocristallin. Alternativement, le substrat de base 10 peut être fait de germanium (Ge), silicium germanium (SiGe) ou encore être à base de SiC ou de AI2O3. The base substrate 10 is crystalline, preferably monocrystalline. According to one example, the base substrate 10 is based on silicon. Preferably, the base substrate 10 is a bulk substrate (bulk substrate) of monocrystalline silicon. Alternatively, the base substrate 10 can be made of germanium (Ge), silicon germanium (SiGe) or else be based on SiC or Al 2 O 3 .
Selon un exemple préféré, le substrat de base 10 est autoportant. Il n’est pas fixé sur un autre substrat. Alternativement, le substrat de base 10 repose lui-même sur un substrat additionnel ou une couche additionnelle, fixé sur sa face inférieure 11. According to a preferred example, the base substrate 10 is self-supporting. It is not attached to another substrate. Alternatively, the base substrate 10 itself rests on an additional substrate or an additional layer, fixed on its lower face 11.
La couche tampon 40 illustrée en figure 1A est de préférence déposée par épitaxie sur la face supérieure 12 du substrat de base 10. Cette couche tampon 40 est uniquement optionnelle. The buffer layer 40 illustrated in FIG. 1A is preferably deposited by epitaxy on the upper face 12 of the base substrate 10. This buffer layer 40 is only optional.
Lorsque les vignettes 550A, 550B que l’on souhaite obtenir au final sont formées de GaN et que le substrat de base 10 est une couche à base de silicium, cette couche tampon 40 est typiquement en nitrure d’aluminium (AIN). Cela permet d’éviter le phénomène dit de «Melt-back etching» (gravure par refusion), généré par la très forte réactivité entre le silicium et le gallium aux températures usuelles d’épitaxie (1000/1100°C) et qui conduit à dégrader très fortement les vignettes 550A, 550B de GaN. When the vignettes 550A, 550B that one wishes to obtain in the end are formed of GaN and the base substrate 10 is a layer based on silicon, this buffer layer 40 is typically made of aluminum nitride (AIN). This makes it possible to avoid the so-called "Melt-back etching" phenomenon (reflow etching), generated by the very strong reactivity between silicon and gallium at the usual epitaxy temperatures (1000/1100°C) and which leads to very strongly degrade the 550A, 550B vignettes of GaN.
Typiquement, l’épaisseur de la couche d’AIN est comprise entre 10 et 100 nanomètres (10'9 mètres). Typically, the AlN layer thickness is between 10 and 100 nanometers (10.9 meters).
Comme illustré en figure 1B, on peut également déposer par épitaxie, sur la face supérieure de la couche tampon 40, une couche de germination 50. Cette couche de germination 50 a pour fonction de faciliter la reprise de croissance des cristallites 510 lors des étapes suivantes. Dans ce cas, c’est à partir d’une face supérieure de la couche de germination 50 que se produit en partie au moins la croissance par épitaxie des cristallites 510A1-510B4, les cristallites étant illustrées en figure 1 E. Cette couche de germination 50 est de préférence réalisée dans le même matériau que celui des vignettes 550A, 550B que l’on souhaite obtenir au final. Typiquement, lorsque le matériau des vignettes 550A, 550B est du nitrure de gallium GaN, la couche de germination 50 est également en GaN. Cette couche de germination 50 présente par exemple une épaisseur comprise entre 50 et 200 nanomètres. As illustrated in FIG. 1B, it is also possible to deposit, by epitaxy, on the upper face of the buffer layer 40, a seed layer 50. This seed layer 50 has the function of facilitating the resumption of growth of the crystallites 510 during the following steps. . In this case, it is from an upper face of the seed layer 50 that at least partly the growth by epitaxy of the crystallites 510A1-510B4 takes place, the crystallites being illustrated in FIG. 1E. This seed layer 50 is preferably made of the same material as that of the thumbnails 550A, 550B that it is desired to obtain in the end. Typically, when the material of the vignettes 550A, 550B is gallium nitride GaN, the seed layer 50 is also GaN. This seed layer 50 has for example a thickness of between 50 and 200 nanometers.
De préférence, la couche tampon 40 est disposée directement au contact du substrat de base 10. De préférence également, la couche tampon 40 est disposée directement au contact de la couche de germination 50. Preferably, buffer layer 40 is placed directly in contact with base substrate 10. Also preferably, buffer layer 40 is placed directly in contact with seed layer 50.
Par souci de concision et de clarté, seuls quatre plots 1000A1-1000A4 sont représentés sur les figures pour supporter une vignette 550A. Naturellement, une vignette 550A peut être formée sur un nombre supérieur de plots. Comme cela sera décrit par la suite, le nombre de plots ainsi que leur période seront adaptés en fonction de la taille voulue pour le dispositif micro-électronique, tel qu’une LED, un transistor (de type HEMT par exemple) ou une diode de puissance, que l’on souhaite réaliser à partir de cette vignette. For the sake of conciseness and clarity, only four studs 1000A1-1000A4 are shown in the figures to support a thumbnail 550A. Of course, a sticker 550A can be formed on a greater number of pads. As will be described later, the number of pads as well as their period will be adapted according to the size desired for the microelectronic device, such as an LED, a transistor (of the HEMT type for example) or a diode of power, which we wish to achieve from this thumbnail.
Comme illustré en figure 1 C, on forme ensuite des plots 1000A1-1000B4 à partir de l’empilement. Ces plots sont obtenus par gravure de l’empilement jusque dans le substrat de base 10. As illustrated in FIG. 1C, studs 1000A1-1000B4 are then formed from the stack. These pads are obtained by etching the stack into the base substrate 10.
Pour former les plots par gravure, on pourra recourir aux nombreuses techniques de gravure connues de l’homme du métier. On pourra notamment utiliser les techniques classiques de lithographie, telles que les techniques de photolithographie par ultraviolet comprenant la formation d’un masque, par exemple en résine, puis le transfert des motifs du masque dans l’empilement. Ces techniques de gravure présentent comme intérêt majeur d’être rapides et peu coûteuses. On pourra également recourir aux techniques de lithographie par faisceau d’électrons (e-beam) ou aux techniques d’impression nanométrique. To form the studs by etching, many techniques can be used known to those skilled in the art. It will be possible in particular to use conventional lithography techniques, such as ultraviolet photolithography techniques comprising the formation of a mask, for example in resin, then the transfer of the patterns of the mask into the stack. These etching techniques have the major advantage of being fast and inexpensive. It will also be possible to use electron beam (e-beam) lithography techniques or nanometric printing techniques.
Ces plots 1000A1-1000B4 sont de faibles dimensions et peuvent être qualifiés de nano-plots ou de nano-piliers. Typiquement, la dimension maximale de la section des plots, prise dans un plan parallèle au plan xy du repère orthogonal xyz ou au plan de la face supérieure 110 du substrat 100, est comprise entre quelques dizaines et quelques centaines de nanomètres. Cette dimension est notée dpiot en fonction des plots. De préférence, dpiot est comprise entre 50 et 1000 nanomètres et de préférence entre 100 et 250 nm et de préférence entre 200 et 500 nm par exemple de l’ordre de 200 nm ou de 300 nm. Cette dimension maximale de la section des plots est référencée dpiot en figure 1C. Si les plots sont de section circulaire, cette dimension maximale dpiot correspond au diamètre des plots. Si les plots sont de section hexagonale, cette dimension maximale dpiot correspond à la diagonale ou au diamètre du cercle passant par les angles de l’hexagone. Si ces plots sont de section rectangulaire ou carrée, cette dimension maximale dpiot correspond à la plus grande diagonale ou au côté du carré. These studs 1000A1-1000B4 are small in size and can be qualified as nano-studs or nano-pillars. Typically, the maximum dimension of the section of the pads, taken in a plane parallel to the plane xy of the orthogonal coordinate system xyz or to the plane of the upper face 110 of the substrate 100, is between a few tens and a few hundreds of nanometers. This dimension is denoted by piot according to the studs. Preferably, d piot is between 50 and 1000 nanometers and preferably between 100 and 250 nm and preferably between 200 and 500 nm, for example of the order of 200 nm or 300 nm. This maximum dimension of the section of the studs is referenced d piot in FIG. 1C. If the studs are of circular section, this maximum dimension d stud corresponds to the diameter of the studs. If the studs are of hexagonal section, this maximum dimension d stud corresponds to the diagonal or to the diameter of the circle passing through the angles of the hexagon. If these studs are of rectangular or square section, this maximum dimension of stud corresponds to the largest diagonal or to the side of the square.
Les plots 1000A1-1000B4 ne sont pas tous répartis de manière régulière à la surface du substrat 100. Sur l’exemple illustré, les plots 1000A1-1000B4 forment des ensembles 1000A, 1000B de plots, chaque ensemble comprenant une pluralité de plots. Les plots 1000A1-1000A4 formant un même ensemble 1000A définissent un réseau de plots distant du réseau de plots 1000B1-1000B4 formant un autre ensemble 1000B. The pads 1000A1-1000B4 are not all distributed evenly on the surface of the substrate 100. In the example illustrated, the pads 1000A1-1000B4 form sets 1000A, 1000B of pads, each set comprising a plurality of pads. The pads 1000A1-1000A4 forming the same set 1000A define a network of pads remote from the network of pads 1000B1-1000B4 forming another set 1000B.
Ainsi, les plots adjacents 1000A1-1000A4 d’un même ensemble 1000A sont distants d’une distance D. Les plots adjacents 1000A4-1000B1 appartenant à deux ensembles 1000A, 1000B distincts sont séparés d’une distance W1. Les distances D et W1 sont prises dans des plans parallèles au plan xy et sont illustrées en figure 1C. Comme cela sera expliqué par la suite, les plots 1000A1-1000A4 d’un même ensemble 1000A sont destinés à supporter une unique vignette 550A qui sera distante d’une autre vignette 550B supportée par un autre ensemble 1000B de plots 1000B1-1000B4. Thus, the adjacent pads 1000A1-1000A4 of the same set 1000A are separated by a distance D. The adjacent pads 1000A4-1000B1 belonging to two separate sets 1000A, 1000B are separated by a distance W1. The distances D and W1 are taken in planes parallel to the xy plane and are illustrated in FIG. 1C. As will be explained later, the studs 1000A1-1000A4 of the same set 1000A are intended to support a single thumbnail 550A which will be distant from another thumbnail 550B supported by another set 1000B of studs 1000B1-1000B4.
On notera que pour une même vignette, la distance D peut varier. Ainsi, les plots 1000A1-1000A4 d’une même vignette 550A peuvent être répartis de manière non périodique. Leur répartition peut ainsi être adaptée pour favoriser la croissance de la vignette. Par exemple, si l’agencement des plots 1000A1-1000A4 d’une vignette 550A n’est pas périodique, on peut avoir une distance D qui varie pour ces plots 1000A1- 1000A4 de plus ou moins 20% ou de plus ou moins 10% par exemple plus ou moins 10 nm autour d’une valeur moyenne. Selon un exemple, D peut prendre les valeurs suivantes pour une même vignette : 100nm, 90nm, 85nm, 107nm. It will be noted that for the same thumbnail, the distance D may vary. Thus, the plots 1000A1-1000A4 of the same 550A vignette can be distributed non-periodically. Their distribution can thus be adapted to promote the growth of the thumbnail. For example, if the arrangement of the pads 1000A1-1000A4 of a 550A vignette is not periodic, one can have a distance D which varies for these pads 1000A1-1000A4 by plus or minus 20% or plus or minus 10% for example plus or minus 10 nm around a mean value. According to an example, D can take the following values for the same thumbnail: 100 nm, 90 nm, 85 nm, 107 nm.
Les vignettes 550A, 550B formées sur des ensembles de plots 1000A, 1000B répartis de manière non périodique peuvent quant à elles être disposées de manière périodique sur le substrat. Cela facilite la réalisation d’un micro écran. The vignettes 550A, 550B formed on sets of pads 1000A, 1000B distributed in a non-periodic manner can for their part be arranged in a periodic manner on the substrate. This facilitates the realization of a micro screen.
Les plots 1000A1-1000B4 sont formés d’un empilement de tronçons. Les tronçons s’étendent selon la direction principale d’extension du plot, c’est-à-dire verticalement (z) sur les figures 1A à 1G. Chaque tronçon correspond à l’une des couches de la structure de base 20. Ainsi, un premier tronçon désigné tronçon basal 300 s’étend depuis une portion non gravée du substrat de base 10. Cette portion non gravée du substrat de base 10 définit un substrat de support 100 pour les plots 1000A, 1000B. Le tronçon basal 300 et le substrat de support 100 sont formés dans le substrat de base 10. Ainsi, le tronçon basal 300 présente une continuité de matière avec le substrat de support 100. Les plots 1000A1-1000B4 comprennent, au-dessus du tronçon basal 300, un substrat de germination 500 et optionnellement substrat tampon 400. Le substrat de germination 500 et le substrat tampon 400 correspondent respectivement à la portion non gravée de la couche de germination 50 et à la portion non gravée de la couche de tampon 40. The 1000A1-1000B4 studs are made up of a stack of sections. The sections extend along the main extension direction of the block, i.e. vertically (z) in Figures 1A to 1G. Each section corresponds to one of the layers of the base structure 20. Thus, a first section designated basal section 300 extends from a non-etched portion of the base substrate 10. This non-etched portion of the base substrate 10 defines a support substrate 100 for pads 1000A, 1000B. The basal section 300 and the support substrate 100 are formed in the base substrate 10. Thus, the basal section 300 has continuity of material with the support substrate 100. The pads 1000A1-1000B4 comprise, above the basal section 300, a seed substrate 500 and optionally a buffer substrate 400. The seed substrate 500 and the buffer substrate 400 correspond respectively to the non-etched portion of the seed layer 50 and to the non-etched portion of the buffer layer 40.
Les tronçons d’un même plot présentent sensiblement la même section. De préférence, les tronçons sont pleins. La section des tronçons est prise parallèlement au plan xy, soit parallèlement aux plans dans lesquels les faces du substrat de base 10 s’étendent principalement. The sections of the same plot have substantially the same section. Preferably, the sections are solid. The section of the sections is taken parallel to the xy plane, i.e. parallel to the planes in which the faces of the base substrate 10 mainly extend.
Selon un exemple de réalisation, les tronçons basaux 300 des plots 1000A1- 1000B4, présentent une hauteur H30Q, référencée en figure 1C. Pour rappel, dpiot est la dimension maximale de la section du plot prise dans une direction parallèle à un plan (xy) dans lequel s’étend principalement une face supérieure du substrat. De préférence, H30Q est telle que, si la technologie de gravure impose dpiot >50nm, il est préférable que H30Q > 2*dpiot soit H30Q > 100 nm, de préférence H30Q > 150 nm. Pour dpiot = 150nm, il faut de préférence H30Q > 300nm etc. On notera qu’avantageusement cette hauteur est supérieure à l’épaisseur habituelle de la couche active cristalline d’un substrat de type SOI. According to an exemplary embodiment, the basal sections 300 of the studs 1000A1-1000B4 have a height H 30 Q, referenced in FIG. 1C. As a reminder, d piot is the maximum dimension of the section of the pad taken in a direction parallel to a plane (xy) in which mainly extends an upper face of the substrate. Preferably, H 30 Q is such that, if the etching technology imposes d piot >50 nm, it is preferable for H 30 Q > 2*d piot to be H 30 Q > 100 nm, preferably H 30 Q > 150 nm. For dpiot = 150nm, it is preferably H 30 Q > 300nm etc. It will be noted that this height is advantageously greater than the usual thickness of the crystalline active layer of a SOI substrate.
Selon un exemple de réalisation, les tronçons tampon 400, présentent une hauteur H4Oo. De préférence, est supérieure à 50nm. De préférence, H4Oo est supérieure à 100nm. De préférence, H400 est supérieure à 150nm. Selon un exemple, H400 est comprise entre 100nm et 300nm. According to an exemplary embodiment, the buffer sections 400 have a height H 40 o. Preferably, is greater than 50 nm. Preferably, H 4O o is greater than 100 nm. Preferably, H 400 is greater than 150 nm. According to one example, H 400 is between 100 nm and 300 nm.
Selon un exemple de réalisation, les tronçons de germination 500, présentent une hauteur H5Oo. De préférence, est supérieure à 100nm. De préférence, H5Oo est supérieure à 200 nm. Selon un exemple, H500 est comprise entre 100nm et 2pm. According to an exemplary embodiment, the germination sections 500 have a height H 50 o. Preferably, is greater than 100 nm. Preferably, H 5O o is greater than 200 nm. According to one example, H 500 is between 100 nm and 2 μm.
Les hauteurs H30Q, H40Q, H5Oo des tronçons 300, 400, 500 sont mesurées selon une direction z perpendiculaire au plan principal xy dans lequel s’étend principalement une face supérieure 110 du substrat de base 100, les tronçons basaux 300 s’étendant depuis cette face supérieure 110. The heights H 30 Q, H 40 Q, H 5O o of the sections 300, 400, 500 are measured in a direction z perpendicular to the main plane xy in which mainly extends an upper face 110 of the base substrate 100, the basal sections 300 extending from this upper face 110.
De préférence, H300 / D <1 , et de préférence H300 / D <1.5. De préférence H3OO / D <2. Comme indiqué ci-dessus, D correspond à la distance la plus faible séparant deux plots adjacents avant croissance par épitaxie des cristallites. D est mesurée parallèlement au plan xy. Preferably, H 300 / D <1, and preferably H 300 / D <1.5. Preferably H 3O O / D <2. As indicated above, D corresponds to the smallest distance separating two adjacent spots before growth by epitaxy of the crystallites. D is measured parallel to the xy plane.
Chaque plot présente une hauteur, référencée Hpiot, correspondant à la somme des hauteurs de ses tronçons. Each plot has a height, referenced H piot , corresponding to the sum of the heights of its sections.
Selon un exemple, telle que : According to an example, such as:
Hpiot/ D <2 , et de préférence Hpiot/ D <1.5. De préférence Hpiot/ D < 1. Hpiot est mesurées selon la direction z. Hpiot/D<2, and preferably Hpiot /D<1.5. Preferably H piot /D<1. H piot is measured along the z direction.
Comme illustré en figure 1C, les plots sont gravés à travers toute la couche de germination 50, toute la couche de tampon 40 (lorsque cette dernière est présente). De préférence, seule une portion de l’épaisseur du substrat de base 10 est gravée. As illustrated in FIG. 1C, the pads are etched through the entire seed layer 50, the entire buffer layer 40 (when the latter is present). Preferably, only a portion of the thickness of the base substrate 10 is etched.
La figure 1 D illustre l’étape de modification des plots 1000A1-1000B4. Cette étape est également illustrée en figure 2. Cette étape est configurée de sorte à rendre, au moins les tronçons basaux 300 plus déformables. À l’issue de cette étape, les tronçons basaux 300 sont modifiés, par exemple en termes de géométrie ou en termes de matériaux. Par conséquent, si les cristallites 510A1-510A1 portées par deux plots 1000A1-1000A2 adjacents sont désorientées l’une par rapport à l’autre, lors de la coalescence de ces deux cristallites, le joint 560 formé à leur interface, habituellement désigné joint de grains ou joint de coalescence, se formera sans dislocation pour rattraper ces désorientations. Ces joints de coalescence sont illustrés en figure 1 F. La déformation des tronçons basaux modifiés 310 permet ainsi de rattraper ces désorientations et d’obtenir des vignettes 550A, 550B sans ou avec très peu de dislocations aux joints 560 de coalescence. Ainsi, l’étape de modification du tronçon basal 300 est telle qu’elle permet, lors de la coalescence des cristallites 510A1-510B4, la déformation du tronçon basal 300 de sorte que les cristallites 510A1-510B4 peuvent s’orienter pour rattraper une désorientation de cristallites 510A1-510A1 portées par deux plots 1000A1-1000A2 adjacents. Autrement dit, l’étape de modification du tronçon basal 300 est telle qu’elle permet, lors de la coalescence des cristallites 510A1-510B4, la déformation du tronçon basal 300 de sorte que les cristallites 510A1-510B4 peuvent s’orienter pour minimiser l’énergie du système. FIG. 1D illustrates the step for modifying pads 1000A1-1000B4. This step is also illustrated in FIG. 2. This step is configured so as to make at least the basal sections 300 more deformable. At the end of this step, the basal sections 300 are modified, for example in terms of geometry or in terms of materials. Consequently, if the 510A1-510A1 crystallites carried by two adjacent pads 1000A1-1000A2 are disoriented with respect to each other, during the coalescence of these two crystallites, the joint 560 formed at their interface, usually referred to as the grains or coalescence joint, will form without dislocation to catch up with these disorientations. These coalescence joints are illustrated in FIG. 1F. The deformation of the modified basal sections 310 thus makes it possible to compensate for these disorientations and to obtain thumbnails 550A, 550B without or with very little dislocations at coalescence 560 joints. Thus, the step of modifying the basal section 300 is such that it allows, during the coalescence of the crystallites 510A1-510B4, the deformation of the basal section 300 so that the crystallites 510A1-510B4 can orient themselves to compensate for a disorientation 510A1-510A1 crystallites carried by two adjacent pads 1000A1-1000A2. In other words, the step of modifying the basal section 300 is such that it allows, during the coalescence of the crystallites 510A1-510B4, the deformation of the basal section 300 so that the crystallites 510A1-510B4 can orient themselves to minimize the energy of the system.
Dans l’exemple illustré en figure 1 D, cette étape de modification comprend une réduction de la section des tronçons basaux 300. In the example illustrated in FIG. 1D, this modification step includes a reduction in the section of the basal sections 300.
Avant l’étape de modification, les tronçons basaux 300 présentent une section d3oo. À l’issue de l’étape de modification ils présentent chacun une section d310 telle que d3io 0.8 * d3Oo. De préférence d3io 0.6 * d3oo, et encore plus préférentiellement d310 < 0.5 * d3Oo. Les références d3Oo etd31o sont indiquées en figures 1 D et 2. Before the modification step, the basal sections 300 have a section d 3 oo. At the end of the modification step, they each have a section d 310 such that d 3 io 0.8 * d 30 o. Preferably d 3 io 0.6 * d 3 oo, and even more preferably d 310 <0.5 * d 30 o. The references d 3O o and d 31o are indicated in figures 1 D and 2.
Selon un exemple, d310 < 100nm. De préférence d310 < 50 nm. According to an example, d 310 <100 nm. Preferably d 310 < 50 nm.
De préférence, cette gravure permet de graver le matériau des tronçons basaux 300 sélectivement aux autres tronçons des plots. De préférence, cette gravure est isotrope. De préférence, cette gravure est une gravure par voie humide. Il peut également s’agir d’une gravure sèche isotrope. Ainsi, elle consomme une partie 101 b de la face supérieure 110 du substrat de support 100, la partie 101a du substrat de support 100 n’étant pas gravée. Preferably, this etching makes it possible to etch the material of the basal sections 300 selectively to the other sections of the pads. Preferably, this etching is isotropic. Preferably, this etching is a wet etching. It can also be isotropic dry etching. Thus, it consumes a part 101b of the upper face 110 of the support substrate 100, the part 101a of the support substrate 100 not being etched.
Dans un exemple non limitatif dans lequel le tronçon basal 300 est à base de silicium, le tronçon tampon 400 est en AIN, et le tronçon de germination 500 est en GaN, on peut prévoir une gravure humide basée sur une solution de gravure par voie sèche, à base de XeF2 In a non-limiting example in which the basal section 300 is based on silicon, the buffer section 400 is AlN, and the seed section 500 is GaN, a wet etching based on a dry etching solution can be provided. , based on XeF2
L’épaisseur e32o du tronçon basal 300 consommée lors de cette gravure est référencée en figure 2. Cette épaisseur e32o est de préférence contrôlée au temps. The thickness e 32 o of the basal section 300 consumed during this etching is referenced in FIG. 2. This thickness e 32 o is preferably time-controlled.
La figure 1 E illustre la formation de cristallites 510A1-510B4 par croissance épitaxiale à partir de la couche de germination 50. Figure 1E illustrates the formation of crystallites 510A1-510B4 by epitaxial growth from seed layer 50.
Comme illustré sur cette figure 1 E, les plots 1000A1-1000B4 supportent chacun une cristallite 510A1-510B4 portée par un empilement de tronçons 500A1-400B4, 400A1-400B4, 300A1-300B4. As illustrated in this figure 1E, the studs 1000A1-1000B4 each support a crystallite 510A1-510B4 carried by a stack of sections 500A1-400B4, 400A1-400B4, 300A1-300B4.
Quel que soit le mode de réalisation retenu, c’est-à-dire avec ou sans couche de tampon 40, la croissance par épitaxie des cristallites 510A1-510B4, s’effectue en partie au moins ou uniquement à partir de la face supérieure 1010 du plot 1000A1-1000B4, également désignée sommet 1010 du plot. Cela permet notamment d’obtenir rapidement des cristallites 510A1-510B4 d’épaisseur importante. Whatever the embodiment chosen, that is to say with or without a buffer layer 40, the growth by epitaxy of the crystallites 510A1-510B4 takes place at least in part or only from the upper face 1010 of the pad 1000A1-1000B4, also designated vertex 1010 of the plot. This makes it possible in particular to quickly obtain 510A1-510B4 crystallites of significant thickness.
On remarquera que les faces supérieures de la couche de tampon 40 et de la couche de germination 50, c’est-à-dire les faces tournées au regard des vignettes 550A, 550B que l’on souhaite faire croître, présentent des polarités de type Gallium (Ga), et non pas azote (N), ce qui facilite considérablement l’obtention de vignettes 550A, 550B de nitrure épitaxié de grande qualité. It will be noted that the upper faces of the buffer layer 40 and of the seed layer 50, that is to say the faces turned with regard to the thumbnails 550A, 550B which it is desired to grow, have polarities of the type Gallium (Ga), and not nitrogen (N), which considerably facilitates obtaining 550A, 550B vignettes of high quality epitaxial nitride.
La croissance des cristallites 510A1-510B4 se poursuit et s’étend latéralement, en particulier selon des plans parallèles au plan xy. Les cristallites 510A1-510B4 d’un même ensemble 1000A de plots 1000A1-1000A4 se développent jusqu’à coalescer et former un bloc ou vignettes 550A, 550B comme illustré en figure 1 F. The growth of crystallites 510A1-510B4 continues and extends laterally, in particular along planes parallel to the xy plane. The crystallites 510A1-510B4 of the same set 1000A of pads 1000A1-1000A4 develop until they coalesce and form a block or vignettes 550A, 550B as illustrated in figure 1 F.
Autrement dit, et comme cela ressort clairement des figures, chaque vignette 550A, 550B s’étend entre plusieurs plots 1000A1-1000A4. Chaque vignette 550A, 550B forme une couche continue. In other words, and as is clear from the figures, each thumbnail 550A, 550B extends between several pads 1000A1-1000A4. Each vignette 550A, 550B forms a continuous layer.
Ainsi, à l’issue de l’étape 1 F, on obtient une pluralité de vignettes 550A, 550B, chaque vignette 550A étant supportée par les plots 1000A1-1000A4 d’un même ensemble 1000A de plots. Deux vignettes adjacentes 550A, 550B sont séparées d’une distance W2, W2 étant la distance la plus faible prise entre ces deux vignettes. W2 est mesurée dans le plan xy. Thus, at the end of step 1F, a plurality of thumbnails 550A, 550B are obtained, each thumbnail 550A being supported by the studs 1000A1-1000A4 of a same set 1000A of studs. Two adjacent vignettes 550A, 550B are separated by a distance W2, W2 being the smallest distance taken between these two vignettes. W2 is measured in the xy plane.
W2 dépend de W1, de la durée et de la vitesse de la croissance épitaxiale. W2 est non nulle. W2 < W1. W2 depends on W1, the duration and the speed of epitaxial growth. W2 is nonzero. W2 < W1.
On note dunette la dimension maximale d’une vignette mesurée parallèlement au plan xy. Ainsi, dunette correspond à la dimension maximale d’une projection de la vignette dans un plan parallèle au plan xy. Selon un exemple 0.8 pm < dunette 3 pm. Selon un autre exemple 1 pm < dunette 2 pm. Selon un exemple dunette est compris entre 10pm et 200 pm. Tel est le cas par exemple pour les transistors MOSFET verticaux. Selon un exemple dunette est de l’ordre de 1000 pm. Tel est le cas par exemple pour les transistors de puissance de type HEMT. dunette dépend de la vitesse et de la durée de la croissance épitaxiale ainsi que du nombre, de la dimension et du pas Ppiot des plots d’un même ensemble. We note poop the maximum dimension of a vignette measured parallel to the xy plane. Thus, poop corresponds to the maximum dimension of a projection of the thumbnail in a plane parallel to the xy plane. According to an example 0.8 pm < poop 3 pm. According to another example 1 pm < poop 2 pm. According to an example poop is between 10pm and 200pm. Such is the case for example for vertical MOSFET transistors. According to an example poop is of the order of 1000 pm. Such is the case for example for power transistors of the HEMT type. poop depends on the speed and the duration of the epitaxial growth as well as on the number, the dimension and the pitch Ppiot of the studs of the same set.
Le procédé de réalisation des vignettes 550A, 550B peut être stoppé à l’issue de la figure 1 F. Alternativement, ce procédé peut être poursuivi pour former un dispositif intégrant la couche de matériau lll-N. Lorsque la couche de matériau lll-N forme une vignette, le procédé peut être poursuivi pour former par exemple une micro-LED, une diode ou un transistor à partir de chacune des vignettes 550A, 550B. La figure 1G illustre un mode de réalisation non limitatif dans lequel on réalise des puits quantiques 590 au sein de chaque vignette 550. Ce mode de réalisation permet avantageusement de réaliser directement une micro-LED de taille correspondant à la taille initiale de la vignette. Pour réaliser des puits quantiques 590 au sein de chaque vignette 550, l’homme du métier pourra mettre en œuvre les solutions connues de l’état de la technique. Ainsi, une fois que les cristallites 510 ont coalescé, on adopte les mêmes conditions de croissance pour les puits que lors d’une croissance bidimensionnelle classique. The process for making the vignettes 550A, 550B can be stopped at the end of FIG. 1F. Alternatively, this process can be continued to form a device integrating the layer of III-N material. When the III-N material layer forms a thumbnail, the method can be continued to form, for example, a micro-LED, a diode or a transistor from each of the thumbnails 550A, 550B. FIG. 1G illustrates a non-limiting embodiment in which quantum wells 590 are produced within each thumbnail 550. This embodiment advantageously makes it possible to directly produce a micro-LED of size corresponding to the initial size of the thumbnail. To make quantum wells 590 within each thumbnail 550, those skilled in the art will be able to implement known solutions from the state of the art. Thus, once the crystallites 510 have coalesced, the same growth conditions are adopted for the wells as during conventional two-dimensional growth.
La plus faible dimension possible pour les micro-LED est fonction de la résolution ultime des méthodes de structuration choisies : par exemple, pour des réseaux élaborés par nanoimpression, on atteint des tailles de plots de 50 nm et des périodes Ppiot de 150 à 200 nm. Ce qui signifie que l’on obtient des dimensions dunette de vignettes de 1 à 2 pm. Ceci est donc de l’ordre des tailles de pixels recherchées pour les p-display haute résolution. The smallest dimension possible for micro-LEDs depends on the ultimate resolution of the structuring methods chosen: for example, for networks produced by nanoimprinting, we reach spot sizes of 50 nm and periods P piot of 150 to 200 n. This means that one obtains poop dimensions of vignettes of 1 to 2 μm. This is therefore of the order of the pixel sizes sought for high resolution p-displays.
Dans l’exemple ci-dessus décrit en référence aux figures 1A à 1G, les plots 1000 sont répartis sur le substrat 100 de manière à former des ensembles 1000A, 1000B distincts de sorte à ce qu’une couche de matériau lll-N se forme sur chaque ensemble et que la croissance par épitaxie soit interrompue avant que les différentes couches n’entrent en contact, formant ainsi des vignettes 550A, 550B distinctes et séparées sur le substrat 100. In the example described above with reference to FIGS. 1A to 1G, the pads 1000 are distributed over the substrate 100 so as to form distinct sets 1000A, 1000B so that a layer of III-N material is formed. on each set and that the growth by epitaxy is interrupted before the different layers come into contact, thus forming distinct and separate thumbnails 550A, 550B on the substrate 100.
Naturellement, toutes les caractéristiques, étapes et avantages techniques mentionnés en référence à ce mode de réalisation sont applicables à un mode de réalisation alternatif dans lequel on réalise une unique couche sur le substrat 100. Dans ce cas, on peut prévoir qu’il n’y ait pas de discontinuité entre des ensembles de plots. En tout état de cause, on prévoit de poursuivre la croissance par épitaxie jusqu’à ce qu’une couche continue se forme sur les plots. Dans ce cas, on veillera naturellement à répartir les plots de sorte à ce que la croissance épitaxiale à partir des plots forme cette couche continue. Par exemple W1 = D et W2 = 0. De préférence, cette couche recouvre au moins 50% de préférence au moins 80% de la face supérieure du substrat 100. Naturally, all the characteristics, steps and technical advantages mentioned with reference to this embodiment are applicable to an alternative embodiment in which a single layer is produced on the substrate 100. In this case, it can be provided that it does not there is no discontinuity between sets of studs. In any case, it is planned to continue the growth by epitaxy until a continuous layer forms on the pads. In this case, care will naturally be taken to distribute the pads so that the epitaxial growth from the pads forms this continuous layer. For example W1=D and W2=0. Preferably, this layer covers at least 50%, preferably at least 80%, of the upper face of the substrate 100.
Dans chacun de ces deux modes de réalisation, i.e. , avec formation d’une unique couche sur le substrat ou formation d’une pluralité de couches formant chacune une vignette, la coalescence s’effectue sans, ou avec peu de dislocations au sein de la couche de matériau lll-N. Par ailleurs, cette faible densité de dislocations peut être obtenue alors même que l’épaisseur de la couche de matériau lll-N est importante, typiquement supérieurs à 5pm, voire supérieure à 8 voire 20 pm. In each of these two embodiments, ie, with formation of a single layer on the substrate or formation of a plurality of layers each forming a thumbnail, the coalescence takes place without, or with few dislocations within the layer of III-N material. Moreover, this low density of dislocations can be obtained even though the thickness of the layer of III-N material is significant, typically greater than 5 pm, or even greater than 8 or even 20 pm.
Comme indiqué ci-dessus, l’étape de modification des tronçons basaux rend ces derniers moins rigides. Cette rigidité plus faible peut par exemple être vérifiée en appliquant une force, par exemple une torsion autour d’un axe parallèle au plan de la face supérieure du substrat de support : As mentioned above, the step of modifying the basal sections makes them less rigid. This lower rigidity can for example be checked by applying a force, for example a torsion around an axis parallel to the plane of the upper face of the support substrate:
- sur le sommet d’un plot avant modification puis - on the top of a block before modification then
- sur le sommet d’un plot après modification. - on the top of a pedestal after modification.
Cette force peut également être appliquée sur le tronçon basal lui-même. On peut alors mesurer la différence de déformation du plot ou du tronçon basal lorsqu’une force identique est appliquée avant et après modification. This force can also be applied to the basal section itself. We can then measure the difference in deformation of the stud or the basal section when an identical force is applied before and after modification.
Selon un exemple, la réduction de rigidité du tronçon basal ou du plot est supérieure à 20% et de préférence à 50%. Selon un exemple, la force F1 qu’il convient d’appliquer pour obtenir une déformation donnée du tronçon basal modifié 310 est inférieure à 0.8*F2, F2 étant la force qu’il convient d’appliquer pour obtenir une déformation identique du tronçon basal 300 non modifié. De préférence, F1 < 0.6*F2. De préférence, F1 < 0.4*F2. According to one example, the reduction in rigidity of the basal section or of the stud is greater than 20% and preferably 50%. According to one example, the force F1 that should be applied to obtain a given deformation of the modified basal section 310 is less than 0.8*F2, F2 being the force that should be applied to obtain an identical deformation of the basal section 300 unmodified. Preferably, F1 < 0.6*F2. Preferably, F1 < 0.4*F2.
Pour un plot aminci sans modification, le rapport entre F2 et F1 peut simplement être le rapport des sections ou des rayons des plots. Si le matériau du plot est transformé, par exemple par amorphisation, il faut alors faire intervenir les modules élastiques du matériau avant et après modification. Par exemple, si sans modification du plot, il faut des rapports de diamètre d’un facteur deux pour que la même force appliquée produise la même « déformation », ce facteur peut devenir égal à 1 si les modules élastiques, après déformation sont diminués d’un facteur deux. For a thinned stud without modification, the ratio between F2 and F1 can simply be the ratio of the sections or the radii of the studs. If the material of the pad is transformed, for example by amorphization, it is then necessary to bring in the elastic moduli of the material before and after modification. For example, if without modification of the stud, diameter ratios of a factor of two are needed for the same applied force to produce the same "deformation", this factor can become equal to 1 if the elastic moduli, after deformation, are reduced by a factor of two.
Plusieurs modes de réalisation peuvent être envisagés pour effectuer l’étape de modification des tronçons basaux 300. Quelques-uns de ces modes de réalisation vont maintenant être décrits en détail en référence aux figures 2 à 6. Several embodiments can be envisaged for carrying out the step of modifying the basal sections 300. Some of these embodiments will now be described in detail with reference to FIGS. 2 to 6.
Modification par réduction de la section des tronçons basaux Modification by reduction of the section of the basal sections
La figure 2 illustre de manière schématique le mode de réalisation de la figure 1 D. Dans ce mode de réalisation, la modification du tronçon basal 300 est obtenue par réduction de sa section à l’aide d’une gravure, de préférence isotrope. Les détails de ce mode de réalisation ont été indiqués ci-dessus en référence à la figure 1 D. FIG. 2 schematically illustrates the embodiment of FIG. 1D. In this embodiment, the modification of the basal section 300 is obtained by reducing its section using an etching, preferably isotropic. The details of this embodiment have been indicated above with reference to Figure 1D.
Ce mode de réalisation présente pour avantage de reposer sur des techniques biens connues. Par ailleurs, il peut être mis en œuvre à basse température. Il n’implique pas non plus de limitation en termes de dopage du silicium. This embodiment has the advantage of being based on well-known techniques. Moreover, it can be implemented at low temperature. It also does not imply any limitation in terms of silicon doping.
Modes de réalisation permettent également de former les tronçons basaux 300 à partir de matériaux particulièrement durs tels que AI2O3 ou SiC. Embodiments also make it possible to form the basal sections 300 to from particularly hard materials such as Al 2 O 3 or SiC.
Selon un exemple avantageux, on prévoit de former une couche de passivation sur la surface des tronçons basaux 300 avant recroissance du nitrure à base d’un matériau lll-N (par exemple GaN). Cela permet d’éviter que la croissance par épitaxie se produise au niveau des tronçons basaux 300. Tel pourrait être le cas si ces tronçons basaux 300 sont en silicium à base de silicium. Pour former cette couche de passivation, on peut prévoir une oxydation ou une nitruration d’une portion seulement de l’épaisseur des tronçons basaux 300. Cette couche de passivation s’étend naturellement depuis la face externe des tronçons basaux 300. À cet effet, on peut prévoir une oxydation très légère ou une nitruration, par exemple avec NH3 avant la croissance par épitaxie. According to an advantageous example, provision is made to form a passivation layer on the surface of the basal sections 300 before regrowth of the nitride based on a III-N material (for example GaN). This makes it possible to prevent growth by epitaxy from occurring at the level of the basal sections 300. Such could be the case if these basal sections 300 are made of silicon based on silicon. To form this passivation layer, it is possible to provide oxidation or nitriding of only a portion of the thickness of the basal sections 300. This passivation layer naturally extends from the outer face of the basal sections 300. To this end, very slight oxidation or nitriding can be provided, for example with NH 3 before growth by epitaxy.
Par ailleurs, cette couche de passivation évite l’apparition du phénomène de gravure par refusion, habituellement désigné meltback ecthing, qui peut se produire lorsque le GaN et le Si sont en contact. Furthermore, this passivation layer avoids the appearance of the reflow etching phenomenon, usually referred to as meltback ecthing, which can occur when GaN and Si are in contact.
Modification par transformation du matériau des tronçons basaux Modification by transformation of the material of the basal sections
La figure 3 illustre un mode de réalisation dans lequel la modification du tronçon basal 300 est obtenue par transformation du matériau cristallin constituant le tronçon basal 300. Cette transformation fait que le matériau du tronçon basal 300 devient plus facilement déformable, notamment à la température TéPitaxie à laquelle l’empilement est soumis lors de la croissance par épitaxie. Après transformation, le tronçon basal 300 présente ainsi une rigidité plus faible qu’avant transformation. FIG. 3 illustrates an embodiment in which the modification of the basal section 300 is obtained by transformation of the crystalline material constituting the basal section 300. This transformation causes the material of the basal section 300 to become more easily deformable, in particular at the temperature T éP itaxia to which the stack is subjected during growth by epitaxy. After transformation, the basal section 300 thus has a lower rigidity than before transformation.
Selon un exemple cette transformation est obtenue par nitruration au moins partielle du matériau cristallin. Selon un exemple préféré, la transformation est obtenue par amorphisation du matériau cristallin. De préférence, l’amorphisation est obtenue par oxydation du matériau cristallin. Le tronçon basal modifié 310 présente alors un matériau différent de celui du tronçon basal 300. De préférence, cette modification est effectuée dans toute la section d300 du tronçon basal 300. According to one example, this transformation is obtained by at least partial nitriding of the crystalline material. According to a preferred example, the transformation is obtained by amorphization of the crystalline material. Preferably, the amorphization is obtained by oxidation of the crystalline material. The modified basal section 310 then has a different material from that of the basal section 300. Preferably, this modification is carried out throughout the section d300 of the basal section 300.
De préférence, cette oxydation n’altère pas les tronçons 400, 500 surmontant le tronçon basal 300. Cette oxydation est donc sélective. Preferably, this oxidation does not alter the sections 400, 500 surmounting the basal section 300. This oxidation is therefore selective.
Dans ce mode de réalisation, le tronçon basal modifié 310 par oxydation est fait d’un matériau visqueux. Il présente alors le comportement des matériaux à transition vitreuse ou transition viscoplastique. En particulier, il peut être caractérisé par sa température de transition vitreuse Transition vitreuse- Comme tous les matériaux présentant une température de transition vitreuse, le tronçon de fluage 300, sous l’effet d’une élévation de température, se déforme sans rompre et sans reprendre sa position initiale après une baisse de température. In this embodiment, the oxidatively modified basal section 310 is made of a viscous material. It then presents the behavior of materials with glass transition or viscoplastic transition. In particular, it can be characterized by its glass transition temperature Glass transition- Like all materials having a glass transition temperature, the creep section 300, under the effect of a rise in temperature, deforms without breaking and without resume one's position initial after a drop in temperature.
De manière particulièrement avantageuse, la température TéPitaxie à laquelle on effectue l’épitaxie est supérieure ou de l’ordre de la température Ttransition vitreuse de transition vitreuse du matériau constituant le tronçon basal modifié 310. Ainsi, lors de l’épitaxie, le tronçon basal modifié 310 est porté à une température qui lui permet de se déformer. Il peut fluer. On peut le qualifier de tronçon de fluage. In a particularly advantageous manner, the temperature T éP itaxie at which the epitaxy is carried out is greater than or of the order of the glass transition temperature Tt ra nsition vitreous transition of the material constituting the modified basal section 310. , the modified basal section 310 is brought to a temperature which allows it to deform. It can flow. It can be called a creep section.
Par conséquent, si les cristallites 510A1-510A1 portées par deux plots 1000A1- 1000A2 adjacents sont désorientées l’une par rapport à l’autre, lors de la coalescence de ces deux cristallites, la déformation des tronçons basaux modifiés 310 permet ainsi de rattraper ces désorientations et d’obtenir des vignettes 550A, 550B sans ou avec très peu de dislocations au niveau des joints 560 de coalescence. Consequently, if the crystallites 510A1-510A1 carried by two adjacent pads 1000A1- 1000A2 are disoriented with respect to each other, during the coalescence of these two crystallites, the deformation of the modified basal sections 310 thus makes it possible to catch up with these disorientations and to obtain vignettes 550A, 550B without or with very few dislocations at the level of the joints 560 of coalescence.
En pratique, TéPitaxie^ 600°C (dans le cadre d’une épitaxie par jets moléculaires), Tépitaxie — 900°C et de préférence TéPitaxie 1000°C et de préférence Tépitaxie ^ 1100°C. Ces valeurs permettent de réduire de manière particulièrement efficace les défauts dans la vignette ou la couche épitaxiée lorsque les tronçons basaux 300, initialement faits en Si, deviennent en SiO2 après l’étape de modification par oxydation. En pratique, Tépitaxie 1500°C. In practice, T epitaxy ^ 600°C (in the context of molecular beam epitaxy), epitaxy — 900°C and preferably T epitaxy 1000°C and preferably T epitaxy ≤ 1100°C. These values make it possible to reduce in a particularly effective manner the defects in the thumbnail or the epitaxial layer when the basal sections 300, initially made of Si, become SiO 2 after the step of modification by oxidation. In practice, T epitaxy 1500°C.
Afin de faciliter la formation de joints de coalescence 560 sans dislocation, il sera préférable d’appliquer les conditions suivantes : In order to facilitate the formation of coalescence joints 560 without dislocation, it will be preferable to apply the following conditions:
Tépitaxie — k1 x Ttransition vitreuse, avec k1 = 0.8, de préférence k1 = 1 et de préférence k1 = 1 ,5. Tepitaxy — k1 x Tglass transition, with k1 = 0.8, preferably k1 = 1 and preferably k1 = 1.5.
Selon un exemple de réalisation, Tépitaxie — k2x TfUsion min, TfUsion min étant la température de fusion la plus faible parmi les températures de fusion des tronçons formant le plot. Selon un exemple de réalisation, k2 = 0.9. Cela permet d’éviter une diffusion des espèces du matériau dont la température de fusion est la plus faible. Si le tronçon tampon 400 et le tronçon de germination 500 sont en AIN et en GaN, dont les températures de fusion sont supérieures à 2000 degrés, le risque de diffusion sera écarté. According to an exemplary embodiment, epitaxy — k2x Tf U sion min, Tf U sion min being the lowest melting temperature among the melting temperatures of the sections forming the pad. According to an exemplary embodiment, k2=0.9. This makes it possible to avoid a diffusion of the species of the material whose melting temperature is the lowest. If the buffer section 400 and the germination section 500 are made of AlN and GaN, the melting temperatures of which are greater than 2000 degrees, the risk of diffusion will be avoided.
De préférence le tronçon basal modifié 310 est un oxyde de silicium SixOy, (x et y étant des entiers non nuis) tel que le SiO2. Preferably, the modified basal section 310 is a silicon oxide SixOy, (x and y being non-null integers) such as SiO 2 .
À titre d’exemple, on pourra par exemple effectuer une oxydation thermique.By way of example, it is possible, for example, to carry out a thermal oxidation.
De préférence, cette oxydation affecte de manière isotrope le matériau du substrat de base 10. Ainsi, une portion 101 b du substrat de support 100 supportant les tronçons basaux 300 se trouve également oxydée. La portion du substrat de support 100 qui n’est pas oxydée est notée 101a en figure 3. Plus en détail, cette oxydation pourrait être effectuée avec les paramètres suivants : 1000°C sous oxygène ou 950°C sous vapeur. Le temps varie avec la taille de pilier. Preferably, this oxidation affects the material of the base substrate 10 isotropically. Thus, a portion 101b of the support substrate 100 supporting the basal sections 300 is also oxidized. The portion of the support substrate 100 which is not oxidized is denoted 101a in FIG. 3. In more detail, this oxidation could be carried out with the following parameters: 1000° C. under oxygen or 950° C. under steam. Time varies with pillar size.
L’homme du métier saura également adapter la vitesse d’oxydation. Pour cela, il pourra par exemple se référer à la publication Thermal Oxidation of Structured Silicon Dioxide, Thomas Lehrmann Christiansen, Ole Hansen, Jorgen Arendt Jensen, and Erik Vilain Thomsen, publiée le 5 March 2014 dans The Electrochemical Society ECS Journal of Solid State Science and Technology, Volume 3, Number 5. Those skilled in the art will also know how to adapt the rate of oxidation. For this, he may for example refer to the publication Thermal Oxidation of Structured Silicon Dioxide, Thomas Lehrmann Christiansen, Ole Hansen, Jorgen Arendt Jensen, and Erik Vilain Thomsen, published on March 5, 2014 in The Electrochemical Society ECS Journal of Solid State Science and Technology, Volume 3, Number 5.
Ce mode de réalisation présente également pour avantage d’éviter que lors de l’épitaxie le nitrure des vignettes 550A, 550B croisse à partir de portions cristallines des tronçons basaux 300 ou de la face supérieure 110, cristalline, du substrat de support 100. Rendre amorphe les tronçons basaux 300 et la face supérieure 110 du substrat de support 100 en les oxydant, empêche une épitaxie non souhaitée sur ces surfaces. This embodiment also has the advantage of avoiding that during epitaxy the nitride of the vignettes 550A, 550B grows from crystalline portions of the basal sections 300 or of the upper face 110, crystalline, of the support substrate 100. amorphizes the basal sections 300 and the upper face 110 of the support substrate 100 by oxidizing them, prevents unwanted epitaxy on these surfaces.
Ce mode de réalisation permet d’obtenir des tronçons basaux modifiés 310 particulièrement déformables, en particulier aux températures classiques épitaxie. Par ailleurs, il ne nécessite pas de mettre en œuvre des étapes complexes ou coûteuses de procédé. This embodiment makes it possible to obtain modified basal sections 310 that are particularly deformable, in particular at conventional epitaxial temperatures. Furthermore, it does not require the implementation of complex or costly process steps.
Par ailleurs, ce mode de réalisation évite l’apparition du meltback ecthing mentionné ci-dessus Moreover, this embodiment avoids the appearance of the meltback ecthing mentioned above
Modification par gravure et transformation des tronçons basaux par exemple par amorphisation Modification by engraving and transformation of the basal sections, for example by amorphization
La figure 4 illustre un mode de réalisation dans lequel la modification du tronçon basal 300 est obtenue par : réduction de la section du tronçon basal 300, et FIG. 4 illustrates an embodiment in which the modification of the basal section 300 is obtained by: reducing the section of the basal section 300, and
- amorphisation, de préférence par oxydation, du matériau cristallin constituant le tronçon basal 300. - amorphization, preferably by oxidation, of the crystalline material constituting the basal section 300.
Ainsi, ce mode de réalisation correspond à une combinaison des modes de réalisation décrits ci-dessus en référence aux figures 2 et 3. Toutes les caractéristiques, étapes et effets techniques mentionnés ci-dessus en référence aux figures 2 et 3 sont applicables aux modes de réalisation illustrée en figure 4. Thus, this embodiment corresponds to a combination of the embodiments described above with reference to figures 2 and 3. All the characteristics, steps and technical effects mentioned above with reference to figures 2 and 3 are applicable to the modes of realization illustrated in figure 4.
De préférence, la réduction de la section du tronçon basal 300 par gravure est effectuée avant l’amorphisation. Preferably, the reduction of the section of the basal section 300 by etching is carried out before the amorphization.
Alternativement, la réduction de la section du tronçon basal 300 par gravure est effectuée après l’amorphisation. Ce mode de réalisation présente pour avantage de rendre encore plus sélective la gravure des tronçons basaux 310 vis-à-vis des autres tronçons 400, 500 du plot. En effet, le silicium oxydé se grave plus aisément que le silicium cristallin. Ce mode de réalisation est par exemple possible avec une gravure par exemple par acide fluorhydrique (HF), pour graver sélectivement et de manière isotrope du SiO2 formés lors de l’étape d’oxydation des tronçons basaux 300. Alternatively, the reduction of the section of the basal section 300 by etching is carried out after the amorphization. This embodiment has the advantage of making the etching of the basal sections 310 even more selective with respect to the other sections 400, 500 of the plot. Indeed, oxidized silicon etches more easily than crystalline silicon. This embodiment is for example possible with an etching, for example by hydrofluoric acid (HF), to etch selectively and isotropically SiO 2 formed during the step of oxidation of the basal sections 300.
Ce mode de réalisation combinant réduction de la section et amorphisation des tronçons basaux permet de favoriser considérablement la déformation de ces derniers lors de la coalescence, ce qui permet de réduire encore plus la densité de dislocations. This embodiment combining reduction of the section and amorphization of the basal sections makes it possible to considerably promote the deformation of the latter during coalescence, which makes it possible to further reduce the density of dislocations.
Modification par porosification des tronçons basaux Modification by porosification of the basal sections
La figure 5 illustre un mode de réalisation dans lequel la modification du tronçon basal 300 est obtenue par porosification du matériau cristallin constituant ce tronçon 300. FIG. 5 illustrates an embodiment in which the modification of the basal section 300 is obtained by porosification of the crystalline material constituting this section 300.
Le tronçon basal modifié 310 présente alors un matériau différent de celui du tronçon basal 300. En particulier, les modules élastiques ( module de Young E310 et module de cisaillement > ) du tronçon basal modifié 310 est tel que E310 s E30Q le rapport entre les deux valeurs étant fonction du taux de porosification du matériau considéré, E300 étant le module de Young du tronçon basal 300 avant modification. Par exemple pour le silicium, pourra se référer à la publication suivante : Phys. Status Solidi C 6, No. 7, 1680-1684 (2009) / DOI 0.1002/pssc.200881053. The modified basal section 310 then has a different material from that of the basal section 300. In particular, the elastic moduli (Young's modulus E 310 and shear modulus >) of the modified basal section 310 is such that E 310 s E 30 Q le ratio between the two values being a function of the degree of porosification of the material considered, E300 being the Young's modulus of the basal section 300 before modification. For example for silicon, reference may be made to the following publication: Phys. Status Solidi C 6, No. 7, 1680-1684 (2009) / DOI 0.1002/pssc.200881053.
Ainsi, les contraintes générées lors de la coalescence des cristallites 510A1- 510A1 portées par deux plots 1000A1-1000A2 adjacents permettent de déformer les tronçons basaux modifiés 310. Ces derniers, permettent alors de rattraper les désorientations des cristallites adjacentes et d’obtenir des vignettes 550A, 550B sans ou avec très peu de dislocations au niveau des joints 560 de coalescence. Thus, the stresses generated during the coalescence of the crystallites 510A1-510A1 carried by two adjacent pads 1000A1-1000A2 make it possible to deform the modified basal sections 310. The latter then make it possible to compensate for the disorientations of the adjacent crystallites and to obtain vignettes 550A , 550B with no or very few dislocations at the 560 coalescence joints.
De préférence, cette modification par porosification est effectuée dans toute la section d300 du tronçon basal 300. Preferably, this modification by porosification is carried out in the entire section d300 of the basal section 300.
De préférence, cette porosification n’altère pas les tronçons 400, 500 surmontant le tronçon basal 300. Cette porosification est donc sélective. Preferably, this porosification does not alter the sections 400, 500 surmounting the basal section 300. This porosification is therefore selective.
De préférence, cette porosification affecte de manière isotrope le matériau du substrat de base 10. Ainsi, une portion 101b du substrat de support 100 supportant les tronçons basaux 300 est également rendue poreuse. La portion du substrat de support 100 qui n’est pas rendue poreuse est référencée 101a en figure 5. Preferably, this porosification affects the material of the base substrate 10 isotropically. Thus, a portion 101b of the support substrate 100 supporting the basal sections 300 is also rendered porous. The portion of the support substrate 100 which is not made porous is referenced 101a in FIG. 5.
De préférence, pour ce mode de réalisation on évite que la croissance par épitaxie se produise entre les piliers et depuis le substrat 100. Pour obtenir une croissance par épitaxie véritablement sélective il est possible d’effectuer une passivation des faces libres, après la porosification et avant la croissance par épitaxie. Cette passivation des faces libres est par exemple obtenue par oxydation. Preferably, for this embodiment, it is avoided that the growth by epitaxy occurs between the pillars and from the substrate 100. To obtain truly selective growth by epitaxy, it is possible to carry out a passivation of the free faces, after the porosification and before epitaxial growth. This passivation of the free faces is for example obtained by oxidation.
Ce mode de réalisation par porosification est notamment avantageux lorsque le matériau constituant les tronçons basaux 300 est particulièrement dur. Tel est le cas du carbure de silicium SiC. This embodiment by porosification is particularly advantageous when the material constituting the basal sections 300 is particularly hard. Such is the case of silicon carbide SiC.
Plus en détail, cette porosification peut être effectuée avec les paramètres suivants : la porosification du silicium se fait habituellement dans un électrolyte à base de HF (de préférence HF et alcool isopropylique (IPA) par exemple). En fonction du type de dopage p ou n les conditions sont différentes : dans le cas du Si dopé p, le contrôle du procédé se fait par le potentiel appliqué alors que pour le dopage n une irradiation avec de la lumière visible (puissance importante, par exemple supérieure à 700 watts) est nécessaire. Contrairement à d’autres matériaux (comme le GaN) la porosification n’est pas totalement sélective par rapport au dopage. En revanche, les cinétiques des réactions varient en fonction du dopage (résistivité de la plaque). L’enjeu de cette étape est de définir les conditions pour ne porosifier que la base du pilier en Si sans porosifier le GaN. La barrière en AIN et la différence de mécanismes de porosification entre Si p ou n et GaN permet déterminer cette fenêtre de procédé. More in detail, this porosification can be carried out with the following parameters: the porosification of silicon is usually done in an electrolyte based on HF (preferably HF and isopropyl alcohol (IPA) for example). Depending on the type of p or n doping, the conditions are different: in the case of p-doped Si, the control of the process is done by the applied potential, whereas for n doping, irradiation with visible light (high power, for example greater than 700 watts) is required. Unlike other materials (such as GaN) porosification is not completely selective with respect to doping. On the other hand, the kinetics of the reactions vary according to the doping (resistivity of the plate). The challenge of this step is to define the conditions to porosify only the base of the Si pillar without porosifying the GaN. The AlN barrier and the difference in porosification mechanisms between Si p or n and GaN allows this process window to be determined.
Ce mode de réalisation est ainsi particulièrement avantageux lorsque le dopage de la plaque de silicium est contrôlé. Ce dopage de la plaque de silicium peut être effectué par implantation ou lors de l’épitaxie. Il permet également, lorsqu’il est associé à une oxydation, d’effectuer cette oxydation à très basse température. This embodiment is thus particularly advantageous when the doping of the silicon wafer is controlled. This doping of the silicon wafer can be done by implantation or during epitaxy. It also makes it possible, when combined with oxidation, to carry out this oxidation at very low temperatures.
Modification par porosification et par transformation des tronçons basaux Modification by porosification and by transformation of the basal sections
La figure 6 illustre un mode de réalisation dans lequel la modification du tronçon basal 300 est obtenue par : FIG. 6 illustrates an embodiment in which the modification of the basal section 300 is obtained by:
- porosification de la section du tronçon basal 300, et - porosification of the section of the basal section 300, and
- transformation, de préférence par amorphisation, de préférence par oxydation, du matériau cristallin constituant le tronçon basal 300. - transformation, preferably by amorphization, preferably by oxidation, of the crystalline material constituting the basal section 300.
Ainsi, ce mode de réalisation combine les modes de réalisation décrits ci-dessus en référence aux figures 2 et 5. Toutes les caractéristiques, étapes et effets techniques mentionnés ci-dessus en référence aux figures 2 et 5 sont applicables aux modes de réalisation illustrée en figure 6. Thus, this embodiment combines the embodiments described above with reference to Figures 2 and 5. All the characteristics, steps and technical effects mentioned above with reference to Figures 2 and 5 are applicable to the embodiments illustrated in figure 6.
Selon un exemple, la porosification de la section du tronçon basal 300 par gravure est effectuée avant l’amorphisation. Ainsi, dans le cas du Si, le matériau est conducteur lorsqu’il est rendu poreux. Selon un autre exemple, la porosification de la section du tronçon basal 300 par gravure est effectuée après l’amorphisation. According to one example, the porosification of the section of the basal section 300 by etching is carried out before the amorphization. Thus, in the case of Si, the material is conductive when it is made porous. According to another example, the porosification of the section of the basal section 300 by etching is carried out after the amorphization.
Ce mode de réalisation combinant porosification et amorphisation des tronçons basaux permet de favoriser considérablement la déformation de ces derniers lors de la coalescence, ce qui permet de réduire encore plus la densité de dislocations. This embodiment combining porosification and amorphization of the sections allows the deformation of the latter to be considerably favored during coalescence, which makes it possible to further reduce the density of dislocations.
Autres variantes de modification des tronçons basaux Other variants of modifying basal stretches
Selon un mode de réalisation la modification du tronçon basal 300 est obtenue par : réduction de la section du tronçon basal 300, puis avant ou après la réduction de section, porosification du matériau cristallin constituant le tronçon basal 300. According to one embodiment, the modification of the basal section 300 is obtained by: reduction of the section of the basal section 300, then before or after the section reduction, porosification of the crystalline material constituting the basal section 300.
La porosification peut être effectuée avant ou après la réduction de la section. Lorsque la porosification est effectuée avant la réduction de la section par gravure, la sélectivité de la gravure en est améliorée. The porosification can be carried out before or after the reduction of the section. When the porosification is carried out before the reduction of the section by etching, the selectivity of the etching is improved.
Selon un autre mode de réalisation la modification du tronçon basal 300 est en effectuant chacune des étapes suivantes: réduction de la section du tronçon basal 300, et porosification du matériau cristallin constituant le tronçon basal 300 etAccording to another embodiment, the modification of the basal section 300 is by carrying out each of the following steps: reduction of the section of the basal section 300, and porosification of the crystalline material constituting the basal section 300 and
- transformation, de préférence par amorphisation du matériau cristallin constituant le tronçon basal 300. - transformation, preferably by amorphization of the crystalline material constituting the basal section 300.
Toutes les combinaisons d’ordre de ces étapes peuvent être envisagées. Cependant, comme indiqué ci-dessus, il est souvent préférable que la porosification soit effectuée avant l’amorphisation si cette dernière conduit à rendre le matériau non conducteur. All order combinations of these steps can be considered. However, as indicated above, it is often preferable that the porosification be carried out before the amorphization if the latter results in making the material non-conductive.
Les modes de réalisation combinant plusieurs types de modifications permettent d’améliorer encore la capacité du tronçon basal modifié 310 à se modifier lors de l’état de coalescence, favorisant ainsi la réduction de la densité de dislocations. The embodiments combining several types of modifications make it possible to further improve the ability of the modified basal section 310 to modify during the state of coalescence, thus promoting the reduction of the density of dislocations.
Dans tous les modes de réalisation mentionnés ci-dessus, il est préférable que la croissance par épitaxie n’ait pas lieu entre les plots. Pour cela, on peut prévoir que la croissance soit sélective afin qu’elle n’ait pas lieu depuis la face supérieure 110 du substrat 100. Pour cela, on peut modifier cette face supérieure 110. Cette modification peut être obtenue par oxydation ou par nitruration de cette face supérieure 110. In all the embodiments mentioned above, it is preferable that the growth by epitaxy does not take place between the pads. For this, provision can be made for the growth to be selective so that it does not take place from the upper face 110 of the substrate 100. For this, this upper face 110 can be modified. This modification can be obtained by oxidation or by nitriding. of this upper face 110.
De manière combinée ou alternative, on peut prévoir que les plots soient suffisamment hauts pour que la coalescence des cristallites s’effectue avant que la croissance à partir de la face supérieure 110 du substrat 100 n’atteigne les cristallites. Ce mode de réalisation est par exemple particulièrement adapté avec de la croissance d’AIN, puisque pour ce matériau la vitesse de croissance latérale étant faible. In a combined or alternative manner, provision can be made for the studs to be high enough for the coalescence of the crystallites to take place before the growth from the upper face 110 of the substrate 100 reaches the crystallites. This embodiment is for example particularly suitable with AIN growth, since for this material the lateral growth rate is low.
Le procédé proposé s’avère particulièrement avantageux pour obtenir des couches ou des vignettes de matériau lll-N dont la croissance est rendue complexe du fait que la coalescence entre cristallites adjacentes s’effectue difficilement ou tardivement. Cet avantage va maintenant être explicité en référence aux figures 7A à 8. The proposed process proves to be particularly advantageous for obtaining layers or vignettes of III-N material, the growth of which is made complex by the fact that the coalescence between adjacent crystallites takes place with difficulty or late. This advantage will now be explained with reference to FIGS. 7A to 8.
Pour certains matériaux lll-N, la croissance s’effectue principalement selon une direction parallèle à la direction principale selon laquelle les plots s’étendent. Il s’agit de la direction c, (axe z sur le repère orthogonal de la figure 7A). À l’inverse, les cristallites croissent à une faible vitesse dans le plan xy. Cela retarde la coalescence des cristallites portées par les plots adjacents. Cette difficulté se rencontre lorsqu’il s’agit d’obtenir une couche d’AIN par exemple. For some III-N materials, the growth mainly takes place in a direction parallel to the main direction in which the pads extend. This is the direction c, (axis z on the orthogonal frame of figure 7A). Conversely, crystallites grow at a slow rate in the xy plane. This delays the coalescence of the crystallites carried by the adjacent pads. This difficulty is encountered when it comes to obtaining a layer of AIN for example.
Le procédé proposé, permet tout à la fois de : The proposed process allows both:
- définir des tronçons de germination 500 distants les uns des autres d’une distance D faible, - define germination sections 500 distant from each other by a low distance D,
- définir des tronçons basaux 310 modifiés pour être rendus facilement déformables. - define basal sections 310 modified to be made easily deformable.
La distance D étant faible, les cristallites adjacentes entrent très rapidement en contact les unes des autres pour coalescer. Cela peut être obtenu en définissant des tronçons de germination 500 présentant des sections d5Oo importantes. Pour autant, ces section d5Oo importantes ne sont pas pénalisantes puisque les tronçons basaux 300 sont modifiés pour être rendus aisément déformables afin d’éviter la formation de dislocations. The distance D being small, the adjacent crystallites very quickly come into contact with each other to coalesce. This can be obtained by defining germination sections 500 having large sections d 50 o . However, these large sections d 50 o are not detrimental since the basal sections 300 are modified to be made easily deformable in order to avoid the formation of dislocations.
La figure 7A représente le substrat de base 10 surmonté d’une couche de germination 50. Dans cet exemple, le substrat de base 10 peut être en silicium et la couche de germination peut être en AIN. L’épaisseur de cette dernière est par exemple de l’ordre de 300 nanomètres. FIG. 7A represents the base substrate 10 surmounted by a seed layer 50. In this example, the base substrate 10 can be made of silicon and the seed layer can be made of AlN. The thickness of the latter is for example of the order of 300 nanometers.
La figure 7B illustre le résultat d’une étape de gravure qui permet de définir dans la couche de germination 50 et le substrat de base 10 les plots 1000. Les plots 1000 de cet empilement comprenant ainsi chacun un tronçon basal 300 et un tronçon de germination 500. Les plots 1000 sont espacés d’une distance D et présentent une section notée dpiotou d5Oo. FIG. 7B illustrates the result of an etching step which makes it possible to define the pads 1000 in the seed layer 50 and the base substrate 10. The pads 1000 of this stack thus each comprising a basal section 300 and a seed section 500. The studs 1000 are spaced apart by a distance D and have a section denoted d piot or d 50 o.
La figure 7C illustre le résultat d’une étape de modification des tronçons basaux 300. Dans cet exemple non limitatif, cette étape de modification comprend une réduction par gravure de la section des tronçons basaux 300, jusqu’obtenir une section réduite d310 très inférieure à la section d5Oo. La figure 8 illustre, en vue du dessus, et de manière agrandie, cette étape illustrée en figure 7C (on notera que si les cristallites présentent des sections hexagonales, les figures 7A à 7C correspond à des vues en coupe brisée passant par les diagonales des hexagones). FIG. 7C illustrates the result of a step of modifying the basal sections 300. In this non-limiting example, this modification step comprises a reduction by etching of the section of the basal sections 300, until obtaining a reduced section d 310 which is much lower to section d 5O o. FIG. 8 illustrates, in top view, and in an enlarged manner, this stage illustrated in FIG. 7C (it will be noted that if the crystallites have hexagonal sections, FIGS. 7A to 7C correspond to views in broken section passing through the diagonals of the hexagons).
La figure 7D illustre le résultat de l’étape de croissance par épitaxie. Les cristallites 510 sont entrées en coalescence pour former une vignette 550. Quand bien même la croissance dans le plan xy est lente, la distance D réduite permet que cette coalescence intervienne rapidement. Figure 7D illustrates the result of the epitaxial growth step. The crystallites 510 have entered into coalescence to form a vignette 550. Even though the growth in the xy plane is slow, the reduced distance D allows this coalescence to occur rapidly.
Au vu de la description qui précède, il apparaît clairement que la présente invention propose une solution particulièrement efficace pour obtenir une unique couche 550 de nitrure ou une pluralité de couche 550 épitaxiées, présentant une densité de dislocations très faible tout en relâchant les contraintes dimensionnelles sur la définition initiale des plots dans la structure de base 20. Par ailleurs, le procédé proposé permet d’utiliser des substrats massifs et ne requiert pas l’utilisation de substrats plus onéreux tels que des substrats SOI. In view of the preceding description, it clearly appears that the present invention proposes a particularly effective solution for obtaining a single layer 550 of nitride or a plurality of epitaxial layers 550, having a very low density of dislocations while relaxing the dimensional constraints on the initial definition of the pads in the base structure 20. Furthermore, the proposed method makes it possible to use solid substrates and does not require the use of more expensive substrates such as SOI substrates.
Le procédé proposé permet ainsi de réduire considérablement les coûts d’obtention d’une couche de nitrure. The proposed process thus makes it possible to considerably reduce the costs of obtaining a nitride layer.
Par ailleurs, ce procédé permet d’obtenir des couches de nitrure présentant la fois une forte épaisseur et une densité de dislocations très faible. Ce procédé présente ainsi des avantages considérables pour la réalisation de composants de puissance nécessitant des épaisseurs importantes de matériau lll-N. Moreover, this process makes it possible to obtain nitride layers having both a high thickness and a very low dislocation density. This method thus has considerable advantages for the production of power components requiring large thicknesses of III-N material.
L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus et s’étend à tous les modes de réalisation couverts par les revendications. The invention is not limited to the embodiments described above and extends to all the embodiments covered by the claims.

Claims

33 33
REVENDICATIONS
1. Procédé d’obtention d’au moins une couche (550) de nitrure à base d’un premier matériau lll-N, le procédé comprenant les étapes successives suivantes: 1. Process for obtaining at least one nitride layer (550) based on a first III-N material, the process comprising the following successive steps:
- fournir un empilement comprenant un substrat de support (100) et une pluralité de plots (1000A1-1000B4) s’étendant depuis le substrat de support (100), les plots (1000A1-1000B4) étant répartis sur le substrat de support (100) de manière à former au moins un ensemble (1000A, 1000B) de plots (1000A1-1000B4), chaque plot (1000A1-1000B4) comprenant au moins:- providing a stack comprising a support substrate (100) and a plurality of pads (1000A1-1000B4) extending from the support substrate (100), the pads (1000A1-1000B4) being distributed over the support substrate (100 ) so as to form at least one set (1000A, 1000B) of pads (1000A1-1000B4), each pad (1000A1-1000B4) comprising at least:
• un tronçon basal (300), cristallin et à base de silicium, s’étendant depuis une face supérieure (110) du substrat de support (100), • a basal section (300), crystalline and based on silicon, extending from an upper face (110) of the support substrate (100),
• un tronçon de germination (500), cristallin et fait d’un deuxième matériau lll-N et à base de l’un au moins parmi le gallium (Ga), l’indium (In) et l’aluminium (Al), porté par le tronçon basal (300) et présentant un sommet (1010), modifier sélectivement le tronçon basal (300) vis-à-vis du tronçon de germination (500) de sorte à former un tronçon basal modifié (310) présentant une rigidité plus faible que le tronçon basal (300) avant modification, • a germination section (500), crystalline and made of a second III-N material and based on at least one of gallium (Ga), indium (In) and aluminum (Al), carried by the basal section (300) and having a vertex (1010), selectively modifying the basal section (300) vis-à-vis the germination section (500) so as to form a modified basal section (310) having a rigidity lower than the basal section (300) before modification,
- après modification du tronçon basal (300), faire croître par épitaxie une cristallite (510A1-510B4) depuis le sommet (1010) de certains au moins desdits plots (1000A1-1000B4) de l’ensemble (1000A, 1000B) et poursuivre la croissance par épitaxie des cristallites (510A1-510B4) jusqu’à coalescence des cristallites (510A1-510B4) portées par les plots (1000A1-1000B4) adjacents de l’ensemble (1000A, 1000B), de manière à former sur l’ensemble (1000A, 1000B) de plots (1000A1-1000B4) ladite couche (550) de nitrure, l’étape de modification du tronçon basal (300) étant telle qu’elle permet, lors de la coalescence des cristallites (510A1-510B4), la déformation du tronçon basal (300) de sorte à rattraper une désorientation de cristallites (510A1-510A1) portées par deux plots (1000A1-1000A2) adjacents. - after modifying the basal section (300), growing by epitaxy a crystallite (510A1-510B4) from the top (1010) of at least some of said pads (1000A1-1000B4) of the assembly (1000A, 1000B) and continuing the growth by epitaxy of the crystallites (510A1-510B4) until coalescence of the crystallites (510A1-510B4) carried by the adjacent pads (1000A1-1000B4) of the assembly (1000A, 1000B), so as to form on the assembly ( 1000A, 1000B) of pads (1000A1-1000B4) of said layer (550) of nitride, the step of modifying the basal section (300) being such that it allows, during the coalescence of the crystallites (510A1-510B4), the deformation of the basal section (300) so as to compensate for a disorientation of crystallites (510A1-510A1) carried by two adjacent pads (1000A1-1000A2).
2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel fournir l’empilement comprenant une pluralité de plots (1000A1-1000B4) comprend : 2. Method according to the preceding claim, in which providing the stack comprising a plurality of pads (1000A1-1000B4) comprises:
- fournir une structure de base (20) comprenant au moins : - providing a basic structure (20) comprising at least:
• un substrat de base (10), cristallin, de préférence à base de silicium, 34 • a base substrate (10), crystalline, preferably based on silicon, 34
• au moins une couche de germination (50) surmontant le substrat de base (10). • at least one seed layer (50) surmounting the base substrate (10).
- définir dans la structure de base (20), par gravure à travers toute l’épaisseur de la couche de germination (50) et à travers une portion seulement de l’épaisseur du substrat de base (10), la pluralité de plots (1000A1-1000B4), ladite gravure définissant: dans la couche de germination (50) le tronçon de germination (500) de chaque plot (1000A1-1000B4), dans le substrat de base (10) le tronçon basal (300) de chaque plot (1000A1-1000B4) et le substrat de support (100) depuis lequel s’étend le tronçon basal (300) de chaque plot (1000A1-1000B4). - define in the base structure (20), by etching through the entire thickness of the seed layer (50) and through only a portion of the thickness of the base substrate (10), the plurality of pads ( 1000A1-1000B4), said etching defining: in the seed layer (50) the seed section (500) of each pad (1000A1-1000B4), in the base substrate (10) the basal section (300) of each pad (1000A1-1000B4) and the support substrate (100) from which extends the basal section (300) of each pad (1000A1-1000B4).
3. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la gravure pour définir dans la structure de base (20) la pluralité de plots (1000A1-1000B4), est effectuée à travers un masque de gravure surmontant la couche de germination (50), le masque de gravure étant réalisé de préférence par photolithographie par ultra-violet. 3. Method according to the preceding claim, in which the etching to define in the base structure (20) the plurality of pads (1000A1-1000B4), is carried out through an etching mask surmounting the seed layer (50), the etching mask being preferably produced by ultraviolet photolithography.
4. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel modifier sélectivement le tronçon basal (300) comprend une gravure, de préférence isotrope, du tronçon basal (300) sélectivement au tronçon de germination (500), de sorte à former un tronçon basal modifié (310) présentant une section d310 inférieure à une section d5Oo du tronçon de germination (500). 4. Method according to any one of the preceding claims, in which selectively modifying the basal section (300) comprises etching, preferably isotropic, of the basal section (300) selectively to the seed section (500), so as to form a modified basal section (310) having a section d 310 less than a section d 50 o of the germination section (500).
5. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel d310 s O.8*d5Oo et de préférence d310 s O.5*d5Oo. 5. Process according to the preceding claim, in which d 310 s O.8*d 50 o and preferably d 310 s 0.5*d 50 o.
6. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel modifier sélectivement le tronçon basal (300) comprend transformer le tronçon basal (300) de sorte à rendre le matériau du tronçon basal (300) plus facilement déformable notamment à une température TéPitaxie à laquelle l’empilement est soumis lors de la croissance par épitaxie. 6. Method according to any one of the preceding claims, in which selectively modifying the basal section (300) comprises transforming the basal section (300) so as to make the material of the basal section (300) more easily deformable in particular at a temperature T epitaxy to which the stack is subjected during growth by epitaxy.
7. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel transformer le matériau du tronçon basal (300) comprend une amorphisation au moins partielle et de préférence complète du tronçon basal (300), de préférence sélectivement au tronçon de germination (500), de sorte à former un tronçon basal modifié (310) amorphe, l’amorphisation étant de préférence obtenue par oxydation ou par nitruration du tronçon basal (300). 7. Method according to the preceding claim, in which transforming the material of the basal section (300) comprises at least partial and preferably complete amorphization of the basal section (300), preferably selectively to the germination section (500), so as to forming a modified basal section (310) amorphous, the amorphization being preferably obtained by oxidation or by nitriding of the basal section (300).
8. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l’amorphisation est obtenue par oxydation du tronçon basal (300), le tronçon basal (300) étant en silicium et le tronçon basal modifié (310) étant en SixOy, x et y étant des entiers non nuis, de préférence le SixOy étant du SiO2. 8. Method according to the preceding claim, in which the amorphization is obtained by oxidation of the basal section (300), the basal section (300) being made of silicon and the modified basal section (310) being in SixOy, x and y being non-null integers, preferably the SixOy being SiO2.
9. Procédé selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel l’amorphisation est obtenue par oxydation du tronçon basal (300), et dans lequel le tronçon basal modifié (310) présente le comportement d’un matériau visqueux et présente une température de transition vitreuse Ttransition vitreuse, la croissance épitaxiale étant effectuée à une température TéPitaxie, telle que : 9. Method according to any one of the two preceding claims, in which the amorphization is obtained by oxidation of the basal section (300), and in which the modified basal section (310) exhibits the behavior of a viscous material and exhibits a glass transition temperature Tt glass transition, epitaxial growth being carried out at a temperature T eP itaxia , such that:
Tépjtaxie — k1 X Ttransition vitreuse, avec k1 S 0,8 Tepjtaxis — k1 X Tglass transition, with k1 S 0.8
10. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes prise dans leur combinaison avec les revendications 4 et 6, dans lequel modifier sélectivement le tronçon basal (300) comprend : ladite transformation du tronçon basal (300), de préférence par amorphisation et 10. Method according to any one of the preceding claims taken in their combination with claims 4 and 6, in which selectively modifying the basal section (300) comprises: said transformation of the basal section (300), preferably by amorphization and
- avant ou après ladite transformation, ladite gravure du tronçon basal (300) sélectivement au tronçon de germination (500). - before or after said transformation, said etching of the basal section (300) selectively to the germination section (500).
11. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel modifier sélectivement le tronçon basal (300) comprend une porosification du tronçon basal (300), de préférence sélectivement au tronçon de germination (500). 11. A method according to any preceding claim, wherein selectively modifying the basal section (300) comprises porosifying the basal section (300), preferably selectively to the seed section (500).
12. Procédé selon la revendication précédente en combinaison avec l’une quelconque des revendications 6 à 10, dans lequel modifier sélectivement le tronçon basal (300) comprend : ladite transformation du tronçon basal (300), et 12. Method according to the preceding claim in combination with any one of claims 6 to 10, in which selectively modifying the basal segment (300) comprises: said transformation of the basal segment (300), and
- avant ladite transformation, ladite porosification du tronçon basal (300). - before said transformation, said porosification of the basal section (300).
13. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes prise dans leur combinaison avec les revendications 4, 6 et 11 , dans lequel modifier sélectivement le tronçon basal (300) comprend au moins deux et de préférence les trois étapes suivantes: ladite gravure du tronçon basal (300A1, 300B) la gravure du tronçon basal13. Method according to any one of the preceding claims taken in their combination with claims 4, 6 and 11, in which selectively modifying the basal section (300) comprises at least two and preferably the following three steps: said etching of the section basal (300A1, 300B) engraving of the basal section
(300) sélectivement au tronçon de germination (500) ladite porosification du tronçon basal (300), ladite transformation du tronçon basal (300), par exemple par amorphisation. (300) selectively to the germination section (500) said porosification of the basal section (300), said transformation of the basal section (300), for example by amorphization.
14. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes prise dans leur combinaison avec les revendications 4, 6 et 11 , dans lequel modifier sélectivement le tronçon basal (300) comprend au moins les trois étapes suivantes effectuées dans l’ordre suivant: ladite gravure du tronçon basal (300) sélectivement au tronçon de germination (500) ladite porosification du tronçon basal (300), ladite transformation du tronçon basal (300), par exemple par amorphisation. 14. Method according to any one of the preceding claims taken in their combination with claims 4, 6 and 11, in which selectively modifying the basal section (300) comprises at least the following three steps carried out in the following order: said etching of the basal section (300) selectively to the germination section (500), said porosification of the basal section (300), said transformation of the basal section (300), for example by amorphization.
15. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les plots (1000A1-1000B4) sont répartis sur le substrat de support (100) de manière à former une pluralité d’ensembles (1000A, 1000B) de plots (1000A1-1000B4) et l’étape de croissance par épitaxie est interrompue avant que des cristallites (510A1- 510B4) appartenant à deux ensembles (1000A, 1000B) distincts n’entrent en coalescence, de sorte à ce que la couche formée sur chaque ensemble (1000A, 1000B) forme une vignette, les vignettes étant distantes les unes des autres. 15. Method according to any one of the preceding claims, in which the studs (1000A1-1000B4) are distributed over the support substrate (100) so as to form a plurality of sets (1000A, 1000B) of studs (1000A1- 1000B4) and the growth step by epitaxy is interrupted before the crystallites (510A1-510B4) belonging to two distinct sets (1000A, 1000B) enter into coalescence, so that the layer formed on each set (1000A , 1000B) forms a thumbnail, the thumbnails being spaced from each other.
16. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les tronçons de germination (500) sont séparées d’une distance D et la section d5oo des tronçons de germination (500) est telle que D<d5Oo, de préférence, D<O.7*d5Oo et de préférence D<O.5*d5Oo. 16. Method according to any one of the preceding claims, in which the germination sections (500) are separated by a distance D and the section d 5 oo of the germination sections (500) is such that D<d 50 o, preferably, D<0.7*d 50 o and preferably D<0.5*d 50 o.
17. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite modification est effectuée de sorte à ce que la force F1 qu’il convient d’appliquer pour obtenir une déformation donnée du tronçon basal modifié (310) soit inférieur à 0.8*F2, F2 étant la force qu’il convient d’appliquer pour obtenir une déformation identique du tronçon basal (300) non modifié, de préférence, F1 < 0.6*F2 et de préférence, F1 < 0.4*F2. 17. Method according to any one of the preceding claims, in which said modification is carried out so that the force F1 which must be applied to obtain a given deformation of the modified basal section (310) is less than 0.8* F2, F2 being the force that should be applied to obtain identical deformation of the unmodified basal section (300), preferably F1<0.6*F2 and preferably F1<0.4*F2.
18. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le tronçon basal (300) est fait de l’un parmi du Si, du SiGe ou du SiC. 18. A method according to any preceding claim, wherein the basal section (300) is made of one of Si, SiGe or SiC.
19. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le deuxième matériau lll-N est identique au premier matériau lll-N. 19. A method according to any preceding claim, wherein the second III-N material is identical to the first III-N material.
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