FR2972202A1 - Forming semiconductor structure e.g. electronic device structures e.g. transistors, comprises forming III-V semiconductor layer on substrate, and forming an indium-III-V semiconductor layer on growth surface of III-V semiconductor layer - Google Patents

Forming semiconductor structure e.g. electronic device structures e.g. transistors, comprises forming III-V semiconductor layer on substrate, and forming an indium-III-V semiconductor layer on growth surface of III-V semiconductor layer Download PDF

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Abstract

The method comprises forming a III-V semiconductor layer (130) on a substrate (110), and forming an indium (In)-III-V semiconductor layer (140) on a growth surface of the III-V semiconductor layer with an In solid phase concentration above an In saturation regime by combining an In precursor, a group III element precursor different from the In precursor and a group V element precursor in a processing chamber configured with an In super-saturation regime that includes a chamber temperature that is lower than a chamber temperature corresponding to the In saturation regime. The method comprises forming a III-V semiconductor layer (130) on a substrate (110), forming an indium (In)-III-V semiconductor layer (140) on a growth surface of the III-V semiconductor layer with an In solid phase concentration above an In saturation regime by combining an In precursor, a group III element precursor different from the In precursor and a group V element precursor in a processing chamber configured with an In super-saturation regime that includes a chamber temperature that is lower than a chamber temperature corresponding to the In saturation regime, selecting the group V element precursor to include ammonia and trimethylindium, and selecting the group III element precursor to include triethylgallium. The In-III-V semiconductor layer has a thickness that is greater than a critical thickness. The step of forming the In-III-V semiconductor layer comprises decreasing a desorption flux of In from V-pit sidewalls of the In-III-V semiconductor layer relative to a desorption flux of indium from the growth surface of the In-III-V semiconductor layer, increasing an incorporation of In in V-pit sidewalls relative to an incorporation of In in the growth surface of the Indium-III-V semiconductor layer, increasing an In partial pressure in the processing chamber relative to an overall group III partial pressure, and forming an indium gallium nitride layer. The step of increasing the incorporation of In in the V-pit sidewalls comprises decreasing the chamber temperature, increasing a chamber pressure, and/or increasing an In partial pressure. An independent claim is included for a semiconductor structure.

Description

Domaine Les modes de réalisation de la présente invention concernent généralement des structures semi-conductrices des groupes III-V et des procédés de formation de structures semi-conductrices des groupes III-V. FIELD Embodiments of the present invention generally relate to III-V semiconductor structures and methods of forming III-V semiconductor structures.

Contexte Les matériaux semi-conducteurs des groupes III-V, 10 tels que, par exemple, les arséniures du groupe III (par exemple, l'arséniure de gallium indium (InGaAs)), les phosphures du groupe III (par exemple, le phosphure de gallium indium (InGaP)) et les nitrures du groupe III (par exemple, le nitrure de gallium indium 15 (InGaN)), peuvent être utilisés dans un certain nombre de structures de dispositifs électroniques. Certains dispositifs électroniques exemplaires sont des structures de commutation (par exemple, des transistors, etc.), des structures d'émission de 20 lumière (par exemple, des diodes laser, des diodes électroluminescentes, etc.), des structures de réception de lumière (par exemple, des guides d'onde, des séparateurs, des mélangeurs, des photodiodes, des cellules solaires, des sous-cellules solaires, etc.), 25 et/ou des structures de systèmes microélectromécaniques (par exemple, des accéléromètres, des capteurs de pression, etc.). Ces structures de dispositifs électroniques contenant des matériaux semi-conducteurs des groupes III-V peuvent être utilisées dans un grand nombre d'applications. Par exemple, ces structures de dispositifs sont souvent utilisées pour produire un rayonnement (par exemple, de lumière visible) à une ou plusieurs de diverses longueurs d'onde. La lumière émise par ces structures peut être utilisée non seulement pour des applications d'éclairage, mais peut également être utilisée dans des applications de mémorisation et de récupération multimédias, des applications de communication, des applications d'impression, des applications de spectroscopie, des applications de détection d'agents biologiques et des applications de projection d'image. Plus en détail, la couche d'InGaN peut initialement se développer « pseudomorphiquement » sur le substrat sous-jacent, de sorte qu'un paramètre de réseau de la couche d'InGaN est amené (par exemple, forcé par des forces atomiques) à correspondre sensiblement à un paramètre de réseau du substrat sous-jacent sur lequel elle est développée. Une absence de correspondance entre les réseaux de la couche d'InGaN et du substrat sous-jacent (par exemple, GaN) peut induire une contrainte dans le réseau cristallin de la couche d'InGaN, et cette contrainte induite peut induire une énergie de contrainte qui peut augmenter avec l'augmentation de l'épaisseur de la couche d'InGaN. Alors que l'épaisseur de la couche d'InGaN augmente au cours de sa croissance, l'énergie de contrainte dans la couche d'InGaN peut augmenter jusqu'à ce que, à une épaisseur généralement appelée « épaisseur critique », la couche d'InGaN ne puisse plus se développer d'une manière pseudomorphique et puisse subir un relâchement des contraintes. Un relâchement des contraintes dans la couche d'InGaN peut résulter en une détérioration de la qualité de la couche d'InGaN. Par exemple, cette détérioration de la qualité du cristal dans la couche d'InGaN peut comprendre la formation de défauts cristallins (par exemple, des dislocations), une rugosification d'une surface de couche d'InGaN et/ou la formation de régions en une composition de matériau non homogène. Background III-V semiconductor materials, such as, for example, group III arsenides (eg, gallium indium arsenide (InGaAs)), group III phosphides (e.g., phosphide gallium indium (InGaP)) and group III nitrides (for example, gallium indium nitride (InGaN)) can be used in a number of electronic device structures. Some exemplary electronic devices are switching structures (e.g., transistors, etc.), light-emitting structures (e.g., laser diodes, light-emitting diodes, etc.), light-receiving structures. (For example, waveguides, separators, mixers, photodiodes, solar cells, solar sub-cells, etc.), and / or microelectromechanical system structures (e.g., accelerometers, pressure sensors, etc.). These electronic device structures containing III-V group semiconductor materials can be used in a large number of applications. For example, these device structures are often used to produce radiation (eg, visible light) at one or more of various wavelengths. The light emitted by these structures can be used not only for lighting applications, but can also be used in multimedia storage and retrieval applications, communication applications, printing applications, spectroscopy applications, multimedia applications, and other applications. biological agent detection applications and image projection applications. In more detail, the InGaN layer can initially develop "pseudomorphically" on the underlying substrate, so that a network parameter of the InGaN layer is brought (eg, forced by atomic forces) to correspond substantially to a network parameter of the underlying substrate on which it is developed. An absence of correspondence between the networks of the InGaN layer and the underlying substrate (for example, GaN) can induce a stress in the crystal lattice of the InGaN layer, and this induced stress can induce a constraint energy. which can increase with increasing thickness of the InGaN layer. As the thickness of the InGaN layer increases during its growth, the stress energy in the InGaN layer can increase until, at a thickness generally called "critical thickness", the InGaN layer increases. InGaN can no longer develop in a pseudomorphic way and may suffer a relaxation of constraints. A relaxation of the stresses in the InGaN layer can result in a deterioration of the quality of the InGaN layer. For example, this deterioration in crystal quality in the InGaN layer may include formation of crystalline defects (eg, dislocations), roughening of an InGaN layer surface, and / or formation of regions of a non-homogeneous material composition.

Dans certains cas, ces défauts peuvent rendre le dispositif inefficace. Par exemple, les défauts peuvent être suffisamment importants pour provoquer un court-circuit à travers une jonction p-n de diodes électroluminescentes (DEL) ou de diodes laser, de sorte que le dispositif électroluminescent ne peut pas générer l'énergie électromagnétique souhaitée. Il existe un besoin pour des structures semi-conductrices des groupes III-V et des procédés pour former ces structures semi-conductrices des groupes III-V qui ont des densités de défauts réduites pour augmenter la qualité des dispositifs formés avec celles-ci. En particulier, il existe un besoin pour des structures semi-conductrices des groupes III-V et un procédé pour les former qui comprennent de l'indium allié avec d'autres matériaux pour former une couche contenant de l'indium avec des densités de défauts réduites qui est relativement épaisse, qui a des concentrations d'indium relativement élevées, ou une combinaison de ces caractéristiques. In some cases, these defects may render the device ineffective. For example, the defects may be large enough to cause a short circuit through a p-n junction of light emitting diodes (LEDs) or laser diodes, so that the light emitting device can not generate the desired electromagnetic energy. There is a need for III-V semiconductor structures and methods for forming these III-V semiconductor structures that have reduced defect densities to enhance the quality of the devices formed therewith. In particular, there is a need for III-V semiconductor structures and a method for forming them which include indium alloyed with other materials to form an indium-containing layer with defect densities. reduced which is relatively thick, which has relatively high indium concentrations, or a combination of these characteristics.

Bref résumé Les divers modes de réalisation de la présente invention concernent généralement des structures semi- conductrices des groupes III-V et des procédés pour former ces structures semi-conductrices des groupes III-V. Par exemple, dans certains modes de réalisation, la présente invention comprend des structures en nitrure de gallium indium (InGaN) des procédés de formation de structures en InGaN. Brief Summary The various embodiments of the present invention generally relate to III-V semiconductor structures and methods for forming these III-V semiconductor structures. For example, in some embodiments, the present invention includes gallium indium nitride (InGaN) structures for forming InGaN structures.

Ce résumé est fourni pour introduire une sélection de concepts sous une forme simplifiée qui sont décrits davantage dans la description détaillée qui suit de certains modes de réalisation exemplaires de l'invention. Ce résumé n'est pas destiné à identifier des caractéristiques principales ou des caractéristiques essentielles de l'objet revendiqué, et n'est pas destiné non plus à être utilisé pour limiter l'étendue de l'objet revendiqué. Dans certains modes de réalisation, la présente invention comprend des procédés de formation d'une structure semi-conductrice comprenant la formation d'une couche semi-conductrice III-V sur un substrat et la formation d'une couche semi-conductrice III-V-indium avec une densité de creux en V diminuée sur une surface de croissance de la couche semi-conductrice III-V. La couche semi-conductrice III-V-indium est formée avec une concentration de phase solide d'indium au-dessus d'un régime de saturation d'indium en combinant au moins un précurseur d'indium, un précurseur d'élément du groupe III différent du précurseur d'indium, et un précurseur d'élément du groupe V dans une chambre de traitement configurée avec un régime de super-saturation d'indium qui comprend une température de chambre inférieure à une température de chambre correspondante pour le régime de saturation d'indium. Dans des modes de réalisation supplémentaires, la présente invention comprend des procédés de développement d'une couche de nitrure de gallium indium (InGaN). Un précurseur d'élément du groupe III à une pression partielle de groupe III est introduit dans une chambre de traitement comprenant un substrat avec une couche semi-conductrice III-V formée sur celui-ci. Un précurseur d'élément du groupe V à une pression partielle de groupe V est introduit dans la chambre de traitement et un précurseur d'indium à une pression partielle d'indium est introduit dans la chambre de traitement. Une couche semi-conductrice III-V-indium est formée avec une densité de creux en V diminuée et une épaisseur supérieure à une épaisseur critique en développant un régime de super-saturation d'indium dans la chambre de traitement qui comprend une température de chambre inférieure à une température de chambre correspondante pour un régime de saturation d'indium. Dans des modes de réalisation supplémentaires, la présente invention comprend des procédés de détermination de paramètres de traitement pour une couche d'InGaN. Un régime de saturation d'indium est déterminé pour la couche d'InGaN dans une plage d'une pression partielle d'indium par rapport à une combinaison d'une pression d'élément du groupe III et d'une température et d'une pression sensiblement constantes pour une chambre de traitement. Un régime de super-saturation d'indium est déterminé, qui comprend une température superficielle de croissance inférieure à la température superficielle de croissance pour le régime de saturation d'indium, dans lequel le régime de super-saturation d'indium est suffisant pour développer une densité de creux en V diminuée à une concentration de phase solide d'indium plus élevée. This summary is provided to introduce a selection of concepts in a simplified form which are further described in the following detailed description of some exemplary embodiments of the invention. This summary is not intended to identify key features or essential features of the claimed subject matter, nor is it intended to be used to limit the scope of the claimed subject matter. In some embodiments, the present invention includes methods of forming a semiconductor structure comprising forming a III-V semiconductor layer on a substrate and forming a III-V semiconductor layer indium with a reduced V-shaped void density on a growth surface of the III-V semiconductor layer. The III-V-indium semiconductor layer is formed with an indium solid phase concentration above an indium saturation regime by combining at least one indium precursor, a group element precursor. III different from the indium precursor, and a group V element precursor in a processing chamber configured with a super-saturation indium regime which comprises a chamber temperature lower than a corresponding chamber temperature for the saturation of indium. In further embodiments, the present invention includes methods of developing a layer of indium gallium nitride (InGaN). A group III element precursor at a Group III partial pressure is introduced into a treatment chamber comprising a substrate with a III-V semiconductor layer formed thereon. A Group V element precursor at a Group V partial pressure is introduced into the process chamber and an indium precursor at an indium partial pressure is introduced into the process chamber. A III-V-indium semiconductor layer is formed with a decreased V-shaped void density and a thickness greater than a critical thickness by developing a super-saturation indium regime in the process chamber which includes a chamber temperature. less than a corresponding chamber temperature for an indium saturation regime. In further embodiments, the present invention includes methods for determining processing parameters for an InGaN layer. An indium saturation regime is determined for the InGaN layer in a range of indium partial pressure with respect to a combination of a group III element pressure and a temperature and a substantially constant pressure for a treatment chamber. A super-saturation indium regime is determined, which comprises a surface growth temperature below the growth surface temperature for the indium saturation regime, wherein the super-saturation indium regime is sufficient to develop a V-shaped hollow density decreased to a higher indium solid phase concentration.

Dans des modes de réalisation supplémentaires, la présente invention comprend une structure semi-conductrice comprenant un substrat et une couche semi-conductrice III-V formée sur le substrat. La structure semi-conductrice comprend également une couche d'InGaN avec une densité de creux en V diminuée et une concentration de phase solide d'indium supérieure à une concentration de phase solide d'indium d'un régime de saturation d'indium, dans laquelle la couche d'InGaN est formée dans un régime de super-saturation d'indium avec une température de chambre inférieure à celle pour le régime de saturation d'indium. Des aspects, détails, et autres combinaisons supplémentaires des éléments des modes de réalisation de l'invention seront évidents à partir de la description détaillée qui suit. In further embodiments, the present invention includes a semiconductor structure comprising a substrate and a III-V semiconductor layer formed on the substrate. The semiconductor structure also comprises a layer of InGaN with a decreased V-shaped void density and an indium solid phase concentration higher than an indium solid phase concentration of an indium saturation regime, in wherein the InGaN layer is formed in a super-saturation indium regime with a chamber temperature lower than that for the indium saturation regime. Aspects, details, and other additional combinations of the elements of the embodiments of the invention will be apparent from the following detailed description.

Brève description des dessins La présente invention peut être plus complètement comprise avec référence à la description détaillée qui suit de modes de réalisation exemplaires de la présente invention, qui sont illustrés sur les figures jointes, sur lesquelles : la figure 1 est un schéma en coupe transversale simplifié d'une structure semi-conductrice avec un substrat, une couche semi-conductrice III-V et une couche semi-conductrice III-V-In formées sur celui-ci et illustrant des dislocations et des creux en V formés dans celle-ci ; la figure 2 est un schéma isométrique simplifié 25 illustrant un creux en V dans une couche semi-conductrice III-V-In ; la figure 3 est un schéma en coupe transversale simplifié d'un substrat avec une couche semi-conductrice III-V et une couche semi-conductrice III-V- 30 In formées sur celui-ci et illustrant une densité diminuée de creux en V formés dans celles-ci selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention ; la figure 4 est un graphe de concentration de phase solide d'indium en fonction de la concentration 35 de phase gazeuse d'indium pour illustrer un régime de saturation d'indium dans certaines concentrations de phase gazeuse d'indium ; la figure 5 est un graphe de concentration de phase solide d'indium en fonction de la pression partielle d'indium montrant le régime de saturation de la figure 4 et des régimes de super-saturation selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention ; et les figures 6A à 6C sont des graphes illustrant une concentration de phase solide d'indium, une densité de creux en V et une largeur de creux en V, respectivement, toutes par rapport à une pression partielle d'indium selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention may be more fully understood with reference to the following detailed description of exemplary embodiments of the present invention, which are illustrated in the accompanying drawings, in which: Figure 1 is a cross-sectional diagram of a semiconductor structure with a substrate, a III-V semiconductor layer and a III-V-In semiconductor layer formed thereon and illustrating dislocations and V-shaped recesses formed therein ; Figure 2 is a simplified isometric diagram illustrating a V-shaped depression in a III-V-In semiconductor layer; Fig. 3 is a schematic cross-sectional diagram of a substrate with a III-V semiconductor layer and a III-V-In semiconductor layer formed thereon and illustrating a decreased density of shaped V-shaped recesses. in these according to one or more embodiments of the invention; FIG. 4 is a solid phase concentration graph of indium versus indium gas phase concentration to illustrate an indium saturation regime in certain indium gas phase concentrations; FIG. 5 is a solid phase concentration graph of indium as a function of the indium partial pressure, showing the saturation regime of FIG. 4 and super-saturation regimes according to one or more embodiments of the invention. ; and FIGS. 6A-6C are graphs illustrating an indium solid phase concentration, a V-shaped cavity density and a V-shaped cavity width, respectively, all with respect to an indium partial pressure in one or more modes. embodiment of the invention.

Description détaillée de modes de réalisation de l'invention Les illustrations présentées dans le présent document ne sont pas considérées comme des vues réelles d'un matériau, d'un dispositif, ou d'un procédé particulier, mais sont simplement des représentations idéalisées qui sont utilisées pour décrire des modes de réalisation de la présente invention. On devrait comprendre que toute référence dans le présent document à un élément en utilisant une désignation telle que « premier », « deuxième », etc. ne limite pas la quantité ou l'ordre de ces éléments, à moins que cette limitation soit explicitement formulée. Au lieu de cela, ces désignations peuvent être utilisées dans le présent document en tant que procédé commode de distinction entre deux éléments ou instances d'un élément ou plus. Ainsi, une référence à des premier et deuxième éléments ne signifie pas que deux éléments seulement peuvent être utilisés ici ou que le premier élément doit précéder le deuxième élément d'une certaine manière. Par ailleurs, sauf spécification V contraire, un ensemble d'éléments peut comprendre un ou plusieurs éléments. Les éléments décrits dans le présent document peuvent comprendre de multiples instances du même élément. Ces éléments peuvent être indiqués génériquement par un désignateur numérique (par exemple, 110) et indiqués spécifiquement par l'indicateur numérique suivi d'un désignateur alphabétique (par exemple, 110A) ou un indicateur numérique précédé d'un « tiret » (par exemple, 110-1). Pour faciliter la compréhension de la description, en majeure partie, les indicateurs de numéro d'élément commencent par le numéro du schéma sur lequel les éléments sont introduits ou examinés le plus complètement. Ainsi, par exemple, les identifiants d'éléments sur la figure 1 seront principalement dans le format numérique lxx et les éléments sur la figure 4 seront principalement dans le format numérique 4xx. La description qui suit fournit des détails spécifiques, tels que des types de matériaux et des conditions de traitement, afin de fournir une description approfondie de modes de réalisation de la présente invention et de la mise en oeuvre de celle-ci. Cependant, un homme du métier comprendra que les modes de réalisation de la présente invention peuvent être mis en pratique sans utiliser ces détails spécifiques et conjointement avec des techniques de fabrication classiques. De plus, la description fournie dans le présent document ne forme pas un flux de processus complet pour la fabrication d'un dispositif ou d'un système à semi-conducteurs. Seuls les actions de processus et les structures nécessaires à la compréhension des modes de réalisation de la présente invention sont décrites en détail dans le présent document. Les matériaux décrits dans le présent 8 document peuvent être formés (par exemple, déposés ou développés) par n'importe quelle technique appropriée comprenant, mais sans y être limités, un dépôt chimique en phase vapeur (« CVD »), un dépôt chimique en phase vapeur amélioré par plasma (« PECVD »), un dépôt de couches atomiques (« ALD »), un ALD amélioré par plasma ou un dépôt physique en phase vapeur (« PVD »). Bien que les matériaux décrits et illustrés dans le présent document puissent être formés en tant que couches, les matériaux ne sont pas limités à des couches et peuvent être formés dans d'autres configurations tridimensionnelles. Les termes « horizontal » et « vertical », tels qu'utilisés dans le présent document, définissent les positions relatives d'éléments ou de structures par rapport à un plan ou une surface principal d'une structure semi-conductrice (par exemple, une tranche semi-conductrice, une matrice, un substrat, etc.), indépendamment de l'orientation de la structure semi- conductrice, et sont des dimensions orthogonales interprétées par rapport à l'orientation de la structure décrite. Tel qu'utilisé dans le présent document, le terme « vertical » désigne et comprend une dimension sensiblement perpendiculaire à la surface principale d'une structure semi-conductrice, et le terme « horizontal » désigne une dimension sensiblement parallèle à la surface principale de la structure semi-conductrice. Telle qu'utilisée dans le présent document, l'expression « structure semi-conductrice » désigne et comprend n'importe quelle structure qui est utilisée pour la formation d'un dispositif à semi-conducteurs. Les structures semi-conductrices comprennent, par exemple, des matrices et des tranches semi-conductrices (par exemple, des substrats de support et des substrats de dispositifs), ainsi que des ensembles ou des structures composites qui comprennent deux matrices et/ou tranches semi-conductrices ou plus intégrées de manière tridimensionnelle les unes avec les autres. Les structures semi-conductrices comprennent également des dispositifs à semi-conducteurs entièrement fabriqués, ainsi que des structures intermédiaires formées pendant la fabrication de dispositifs à semi-conducteurs. Les structures semi-conductrices peuvent comprendre des matériaux conducteurs, des matériaux semi-conducteurs, des matériaux non conducteurs (par exemple, des isolants électriques), et des combinaisons de ceux-ci. Telle qu'utilisée dans le présent document, l'expression « structure semi-conductrice traitée » désigne et comprend n'importe quelle structure semi-conductrice qui comprend une ou plusieurs structures de dispositif au moins partiellement formées. Les structures semi-conductrices traitées sont un sous-ensemble de structures semi-conductrices, et toutes les structures semi-conductrices traitées sont des structures semi-conductrices. Telle qu'utilisée dans le présent document, l'expression « semi-conducteur III-V » désigne et comprend n'importe quel matériau semi-conducteur qui est au moins principalement composé d'un ou de plusieurs éléments du groupe IIIA de la table périodique (par exemple, B, Al, Ga, In et Ti) et d'un ou de plusieurs éléments du groupe VA de la table périodique (par exemple, N, P, As, Sb et Bi). DETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS OF THE INVENTION The illustrations presented herein are not considered actual views of a particular material, device, or process, but are merely idealized representations that are used to describe embodiments of the present invention. It should be understood that any reference in this document to an element using a designation such as "first", "second", etc. does not limit the quantity or order of these elements, unless this limitation is explicitly stated. Instead, these designations may be used in this document as a convenient method of distinguishing two elements or instances of one or more elements. Thus, a reference to first and second elements does not mean that only two elements can be used here or that the first element must precede the second element in a certain way. In addition, unless otherwise specified, a set of elements may include one or more elements. The elements described in this document may include multiple instances of the same element. These elements may be indicated generically by a digital designator (eg, 110) and specifically indicated by the numerical indicator followed by an alphabetic designator (eg, 110A) or a numeric indicator preceded by a "dash" (e.g. , 110-1). To facilitate understanding of the description, for the most part, the element number indicators begin with the number of the schema on which the elements are introduced or examined most completely. Thus, for example, the identifiers of elements in Figure 1 will be mainly in the lxx digital format and the elements in Figure 4 will be mainly in the 4xx digital format. The following description provides specific details, such as types of materials and processing conditions, to provide a detailed description of embodiments of the present invention and the practice thereof. However, one skilled in the art will appreciate that the embodiments of the present invention can be practiced without using these specific details and in conjunction with conventional manufacturing techniques. In addition, the description provided herein does not form a complete process flow for the manufacture of a semiconductor device or system. Only the process actions and structures necessary to understand the embodiments of the present invention are described in detail herein. The materials described herein may be formed (e.g., deposited or developed) by any suitable technique including, but not limited to, chemical vapor deposition ("CVD"), chemical deposition, and plasma enhanced vapor phase ("PECVD"), atomic layer deposition ("ALD"), plasma enhanced ALD, or physical vapor deposition ("PVD"). Although the materials described and illustrated herein may be formed as layers, the materials are not limited to layers and may be formed in other three-dimensional configurations. The terms "horizontal" and "vertical", as used herein, define the relative positions of elements or structures with respect to a plane or major surface of a semiconductor structure (for example, a semiconductor wafer, matrix, substrate, etc.), regardless of the orientation of the semiconductor structure, and are orthogonal dimensions interpreted with respect to the orientation of the described structure. As used herein, the term "vertical" refers to and includes a dimension substantially perpendicular to the major surface of a semiconductor structure, and the term "horizontal" refers to a dimension substantially parallel to the major surface of the semiconductor structure. semiconductor structure. As used herein, the term "semiconductor structure" refers to and includes any structure that is used for the formation of a semiconductor device. Semiconductor structures include, for example, matrices and semiconductor wafers (for example, support substrates and device substrates), as well as sets or composite structures that include two matrices and / or semi-wafers. -conductors or more integrated three-dimensionally with each other. Semiconductor structures also include fully-manufactured semiconductor devices, as well as intermediate structures formed during the fabrication of semiconductor devices. The semiconductor structures may include conductive materials, semiconductor materials, non-conductive materials (e.g., electrical insulators), and combinations thereof. As used herein, the term "treated semiconductor structure" means and includes any semiconductor structure that includes one or more at least partially formed device structures. The processed semiconductor structures are a subset of semiconductor structures, and all semiconductor structures treated are semiconductor structures. As used herein, the term "III-V semiconductor" refers to and includes any semiconductor material that is at least predominantly composed of one or more Group IIIA elements of the table. periodic (eg, B, Al, Ga, In and Ti) and one or more elements of the group VA of the periodic table (eg, N, P, As, Sb and Bi).

Telles qu'utilisées dans le présent document, les expressions « nitrure de gallium indium » et « InGaN » désignent des alliages de nitrure d'indium (InN) et de nitrure de gallium (GaN) ayant la composition InxGalxN, où 0 < x <- 1. As used herein, the terms "indium gallium nitride" and "InGaN" refer to indium nitride (InN) and gallium nitride (GaN) alloys having the composition InxGalxN, where 0 <x < - 1.

Telle qu'utilisée dans le présent document, l'expression « épaisseur critique » désigne l'épaisseur totale moyenne d'une couche de matériau semi-conducteur à laquelle, et au-delà de laquelle, la croissance pseudomorphique s'interrompt et la couche subit un relâchement des contraintes. Telle qu'utilisée dans le présent document, l'expression « surface de croissance » désigne n'importe quelle surface d'un substrat semi-conducteur ou d'une couche semi-conductrice sur laquelle une croissance supplémentaire du substrat semi-conducteur ou de la couche semi-conductrice peut être effectuée. Tel qu'utilisé dans le présent document, le terme « dislocation » désigne une région d'un matériau semi- conducteur dans laquelle une imperfection d'une structure cristalline pour le matériau semi-conducteur existe, laquelle peut être caractérisée par des propriétés telles que, par exemple, des éléments manquants dans la structure cristalline et des liaisons rompues dans la structure cristalline. Tel qu'utilisé dans le présent document, le terme « sensiblement » est utilisé ici pour faire référence à un résultat qui est complet à l'exception des insuffisances normalement attendues dans l'art. As used herein, the term "critical thickness" refers to the average total thickness of a layer of semiconductor material to which, and beyond which, the pseudomorphic growth is interrupted and the layer undergoes relaxation of the stresses. As used herein, the term "growth surface" refers to any surface of a semiconductor substrate or semiconductor layer upon which further growth of the semiconductor substrate or the semiconductor layer can be performed. As used herein, the term "dislocation" refers to a region of a semiconductor material in which an imperfection of a crystalline structure for the semiconductor material exists, which may be characterized by properties such that for example, missing elements in the crystal structure and broken bonds in the crystal structure. As used herein, the term "substantially" is used herein to refer to a result that is complete except for the deficiencies normally expected in the art.

Les modes de réalisation de l'invention peuvent avoir des applications pour une large gamme de matériaux semi-conducteurs des groupes III-V. Par exemple, les procédés et les structures des modes de réalisation de l'invention peuvent être appliqués à des nitrures du groupe III, des arséniures du groupe III, des phosphures du groupe III et des antimoniures du groupe III, sous une forme binaire, ternaire quaternaire et quinaire. Des applications particulières concernent la croissance de semi-conducteurs de nitrure du groupe III contenant de l'indium, tels qu'un nitrure de gallium indium (InGaN). Par conséquent, à des fins de concision et de commodité uniquement, non de limitation, la description qui suit et les figures reflètent des caractéristiques communes des nitrures du groupe III, et peuvent se concentrer particulièrement sur l'InGaN. Une expérimentation dans des systèmes de matériaux à base de nitrure du groupe III montre que les couches d'InGaN, développées de manière hétéroépitaxiale en une épaisseur supérieure à une épaisseur critique, peuvent subir un relâchement des contraintes pour atténuer une contrainte dans le réseau cristallin résultant d'une absence de correspondance de réseau. Au début du relâchement des contraintes dans les couches d'InGaN, une plus grande quantité d'indium peut être incorporée, laquelle peut résulter en un profil de concentration non uniforme d'indium dans l'épaisseur des couches d'InGaN. Par exemple, une couche d'InGaN peut comprendre un plus grand pourcentage d'indium à proximité d'une surface de croissance de la couche. Une telle composition d'indium non uniforme dans la couche d'InGaN peut être indésirable au moins pour certaines applications. Une expérimentation montre également que le relâchement des contraintes de la couche d'InGaN peut également résulter en une rugosification de la surface de croissance de la couche d'InGaN. Cette rugosification de la surface peut nuire à la production de dispositifs à semi-conducteurs en utilisant la couche d'InGaN. En outre, une expérimentation a montré que le relâchement des contraintes de la couche d'InGaN peut résulter en une augmentation d'une densité de défauts dans le matériau cristallin. Ces défauts peuvent comprendre, par exemple, des dislocations et des régions de composition non homogène (c'est-à-dire, des régions de phases séparées). En tant qu'exemple non limitatif, dans le cas d'InGaN (matériau à base de nitrure du groupe III), des couches d'InGaN peuvent être déposées de manière hétéroépitaxiale sur un substrat sous-jacent, qui peut avoir un réseau cristallin qui ne correspond pas à celui de la couche d'InGaN au-dessus. Par exemple, des couches d'InGaN peuvent être déposées sur un substrat semi-conducteur comprenant du nitrure de gallium (GaN). Le GaN peut avoir un paramètre de réseau dans le plan relaxé (c'est-à-dire, sensiblement exempt de contrainte) d'environ 3,189 Â, et les couches d'InGaN peuvent avoir un paramètre de réseau dans le plan relaxé, dépendant de la teneur en pourcentage d'indium correspondante, d'environ 3,21 A (pour 7 % d'indium, c'est-à-dire, InO,O7GaO,93N), d'environ 3,24 Â (pour 15 % d'indium, c'est-à-dire, InO,15GaO,85N), et d'environ 3,26 A (pour 25 % d'indium, c'est-à-dire, InO,25Ga0,75N). La figure 1 est un schéma en coupe transversale simplifié d'une structure semi-conductrice 100 avec une couche de matériau semi-conducteur 130 et une couche semi-conductrice III-V-indium 140 formées sur celle-ci et illustrant des dislocations (132 et 142) et des creux en V 150 formés dans celles-ci. La structure semi-conductrice 100 peut être fabriquée ou autrement prévue pour comprendre un substrat 110. Le substrat 110 peut comprendre un matériau semi-conducteur qui peut être utilisé en tant que couche de germe destinée à être utilisée pour la formation d'une ou de plusieurs couches supplémentaires de matériau semi-conducteur sur celui-ci en tant que partie de la fabrication de la couche de matériau semi-conducteur 130 et de la couche semi-conductrice III-V-indium 140, comme décrit plus en détail ci-dessous. La couche de matériau semi-conducteur 130 peut être attachée au substrat 110 et supportée par celui- ci. Dans certains modes de réalisation, cependant, la couche de matériau semi-conducteur 130 peut comprendre une couche massive autoporteuse de matériau semi-conducteur qui n'est pas disposée sur un substrat ou supportée par celui-ci ou n'importe quel autre matériau. Dans certains modes de réalisation, la couche de matériau semi-conducteur 130 peut comprendre une couche épitaxiale de matériau semi-conducteur. A titre d'exemple et non de limitation, la couche de matériau semi-conducteur 130 peut comprendre une couche épitaxiale de matériau semi-conducteur des groupes III-V. En tant qu'exemple non limitatif, la couche semi-conductrice 130 peut être une couche épitaxiale de GaN. Le substrat 110 peut être un matériau tel que, par exemple, un oxyde d'aluminium (Al203) (par exemple, un saphir), un oxyde de zinc (ZnO), un silicium (Si), un carbure de silicium (SiC), un arséniure de gallium (GaAs), un gallate de lithium (LiGa02), un aluminate de lithium (LiAl02), un oxyde d'aluminium yttrium (Y3A15012), ou un oxyde de magnésium (MgO). En option, une ou plusieurs couches intermédiaires de matériau (non montrées), telles qu'une autre couche de matériau semi-conducteur ou une ou plusieurs couches de matériau diélectrique, peuvent être disposées entre la couche de matériau semi-conducteur 130 et le substrat 110. Ces couches intermédiaires de matériau peuvent être utilisées, par exemple, en tant que couche de germe pour former la couche de matériau semi- conducteur 130 sur celles-ci, ou en tant que couche de liaison pour lier la couche de matériau semi-conducteur 130 au substrat 110, comme cela pourrait être effectué lorsqu'il est difficile ou impossible de former la couche de matériau semi-conducteur 130 directement sur le substrat 110. De plus, la liaison de la couche de matériau semi-conducteur 130 au substrat 110 peut être souhaitée si le matériau semi-conducteur 130 comprend des orientations cristallines polaires. Dans ces modes de réalisation, le processus de liaison peut être utilisé pour modifier la polarité du matériau semi- conducteur polaire. Les figures dans le présent document ne sont pas dessinées à l'échelle, et, en réalité, la couche semi-conductrice III-V 130 peut être relativement mince comparée au substrat 110. Embodiments of the invention may have applications for a wide range of III-V semiconductor materials. For example, the methods and structures of the embodiments of the invention can be applied to Group III nitrides, Group III arsenides, Group III phosphides and Group III antimonides, in a binary, ternary form. quaternary and quinary. Particular applications relate to the growth of group III nitride semiconductors containing indium, such as gallium indium nitride (InGaN). Therefore, for the sake of brevity and convenience only, not limitation, the following description and figures reflect common characteristics of group III nitrides, and may focus particularly on InGaN. Experimentation in group III nitride material systems shows that InGaN layers, which are heteroepitaxially grown to a thickness greater than a critical thickness, can undergo stress relaxation to mitigate a constraint in the resulting crystal lattice. a lack of network correspondence. At the beginning of stress relaxation in the InGaN layers, a larger amount of indium may be incorporated, which may result in a non-uniform concentration profile of indium in the thickness of the InGaN layers. For example, an InGaN layer may comprise a larger percentage of indium near a growing surface of the layer. Such a non-uniform indium composition in the InGaN layer may be undesirable for at least some applications. An experiment also shows that the relaxation of the stresses of the InGaN layer can also result in a roughening of the growth surface of the InGaN layer. This roughening of the surface can hinder the production of semiconductor devices by using the InGaN layer. In addition, an experiment has shown that the stress relief of the InGaN layer can result in an increase of a defect density in the crystalline material. These defects may include, for example, dislocations and regions of nonhomogeneous composition (i.e., separate phase regions). As a non-limiting example, in the case of InGaN (Group III nitride material), InGaN layers may be heteroepitaxially deposited on an underlying substrate, which may have a crystal lattice which does not match that of the InGaN layer above. For example, InGaN layers may be deposited on a semiconductor substrate comprising gallium nitride (GaN). The GaN may have a lattice parameter in the relaxed (i.e., substantially stress-free) plane of about 3.189Å, and the InGaN layers may have a lattice parameter in the relaxed, dependent plane of the corresponding indium percentage content of about 3.21 A (for 7% indium, i.e., InO, O7GaO, 93N), about 3.24 Å (for 15 % indium, i.e., InO, 15GaO, 85N), and about 3.26 A (for 25% indium, i.e., InO, 25Ga 0.75N) . Fig. 1 is a schematic cross sectional diagram of a semiconductor structure 100 with a layer of semiconductor material 130 and a III-V-indium semiconductor layer 140 formed thereon and illustrating dislocations (132). and 142) and V-shaped depressions 150 formed therein. The semiconductor structure 100 may be manufactured or otherwise provided to include a substrate 110. The substrate 110 may comprise a semiconductor material that may be used as a seed layer for use in forming a several additional layers of semiconductor material thereon as part of the fabrication of the semiconductor material layer 130 and the III-V-indium semiconductor layer 140, as described in more detail below . The layer of semiconductor material 130 may be attached to and supported by the substrate 110. In some embodiments, however, the layer of semiconductor material 130 may comprise a self-supporting solid layer of semiconductor material that is not disposed on or supported by a substrate or any other material. In some embodiments, the layer of semiconductor material 130 may comprise an epitaxial layer of semiconductor material. By way of example and not limitation, the layer of semiconductor material 130 may comprise an epitaxial layer of III-V semiconductor material. As a non-limiting example, the semiconductor layer 130 may be an epitaxial layer of GaN. The substrate 110 may be a material such as, for example, an aluminum oxide (Al 2 O 3) (for example, a sapphire), a zinc oxide (ZnO), a silicon (Si) or a silicon carbide (SiC) , a gallium arsenide (GaAs), a lithium gallate (LiGaO 2), a lithium aluminate (LiAlO 2), an aluminum oxide yttrium (Y3A15012), or a magnesium oxide (MgO). Optionally, one or more intermediate layers of material (not shown), such as another layer of semiconductor material or one or more layers of dielectric material, may be disposed between the layer of semiconductor material 130 and the substrate These intermediate layers of material may be used, for example, as a seed layer to form the layer of semiconductor material 130 thereon, or as a tie layer for bonding the semi-conductive layer of material. conductor 130 to the substrate 110, as could be done when it is difficult or impossible to form the layer of semiconductor material 130 directly on the substrate 110. In addition, the connection of the layer of semiconductor material 130 to the substrate 110 may be desired if the semiconductor material 130 comprises polar crystalline orientations. In these embodiments, the bonding process can be used to change the polarity of the polar semiconductor material. The figures in this document are not drawn to scale, and in reality the III-V semiconductor layer 130 may be relatively thin compared to the substrate 110.

Des dislocations (132B et 132D) peuvent se former lors de la formation de la couche semi-conductrice III-V 130. Comme illustré sur la figure 1, ces dislocations peuvent être des dislocations traversantes qui se poursuivent alors que la couche est formée avec une épaisseur croissante. Autrement dit, une fois qu'une dislocation apparaît, elle peut avoir tendance à se propager alors que la couche est formée et apparaîtrait ainsi sur une surface finale de la couche semi-conductrice III-V 130 à la fin de sa formation. Dislocations (132B and 132D) can be formed during the formation of the III-V 130 semiconductor layer. As shown in FIG. 1, these dislocations can be through-going dislocations while the layer is formed with increasing thickness. In other words, once a dislocation occurs, it may tend to propagate as the layer is formed and thus appear on a final surface of the III-V semiconductor layer 130 at the end of its formation.

L'un quelconque de divers procédés connus dans l'art peut être utilisé pour réduire la densité des dislocations dans la couche semi-conductrice III-V 130. Ces procédés comprennent, par exemple, une surcroissance épitaxiale latérale (ELO), une pendéo- épitaxie, des techniques de masquage in-situ, etc. La couche de matériau semi-conducteur 130 peut être déposée, par exemple, en utilisant un processus tel qu'un dépôt chimique en phase vapeur métallo-organique (MOCVD), une épitaxie par faisceau moléculaire (MBE), ou une épitaxie en phase vapeur d'hydrure (HVPE). Any of various methods known in the art can be used to reduce the density of dislocations in the III-V 130 semiconductor layer. These methods include, for example, lateral epitaxial overgrowth (ELO), a pendulum epitaxy, in-situ masking techniques, etc. The layer of semiconductor material 130 may be deposited, for example, using a process such as a metallo-organic chemical vapor deposition (MOCVD), a molecular beam epitaxy (MBE), or a vapor phase epitaxy. hydride (HVPE).

La figure 1 illustre également un matériau semi-conducteur III-V supplémentaire 140 sur la couche semi-conductrice III-V 130. En tant qu'exemple non limitatif, le matériau semi-conducteur III-V supplémentaire 140 peut comprendre une couche d'InGaN 140 ou d'indium en combinaison avec un autre type de matériau semi-conducteur III-V tel qu'un phosphure de gallium (GaP) et un arséniure de gallium (GaAs). Une couche semi-conductrice d'indium en combinaison avec un matériau semi-conducteur III-V peut être appelée, dans le présent document, matériau semi-conducteur III-VIndium ou couche semi-conductrice III-V-Indium 140. Les couches d'alliage d'InGaN se développent sans correspondance de réseau sur des modèles en GaN (par exemple, le GaN 130 sur le saphir 110). Plus il y a d'indium dans la couche d'InGaN 140, plus l'absence de correspondance de réseau est grande entre la couche d'InGaN 140 et le modèle en GaN. Généralement, la croissance sans correspondance de réseau (c'est-à-dire, une absence de correspondance entre la couche d'InGaN 140 et le modèle en GaN) est accompagnée d'un relâchement des contraintes lorsque l'énergie de contrainte stockée dans la couche d'InGaN 140 est supérieure à l'énergie de contrainte pour nucléer les dislocations. Cette croissance sans correspondance de réseau se produit pour un réseau agencé en des systèmes cubiques, mais est plus complexe pour les matériaux avec une structure de réseau hexagonale comme le GaN ou l'InGaN ou l'AlGaN. FIG. 1 also illustrates an additional III-V semiconductor material 140 on the III-V semiconductor layer 130. As a non-limiting example, the additional III-V semiconductor material 140 may comprise a layer of InGaN 140 or indium in combination with another type of III-V semiconductor material such as gallium phosphide (GaP) and gallium arsenide (GaAs). An indium semiconductor layer in combination with a III-V semiconductor material may be referred to herein as a III-VIndium semiconductor material or a III-V-Indium 140 semiconductor layer. InGaN alloys develop without network mapping on GaN models (for example, GaN 130 on sapphire 110). The more indium in the InGaN layer 140, the greater the lack of network matching between the InGaN 140 layer and the GaN model. Generally, growth without network matching (i.e., a lack of correspondence between the InGaN 140 layer and the GaN model) is accompanied by a relaxation of the stresses when the constraint energy stored in the InGaN layer 140 is greater than the stress energy to nucleate the dislocations. This unmatched network growth occurs for a network arranged in cubic systems, but is more complex for materials with a hexagonal network structure such as GaN or InGaN or AlGaN.

Dans les couches hexagonales, il peut ne pas y avoir de plan de glissement facile pour les dislocations et, par conséquent, une énergie de contrainte beaucoup plus grande peut être stockée dans la couche d'InGaN 140 avant la nucléation des dislocations. Lorsque la relaxation est obtenue, une relaxation plastique se produit par modification de la surface de croissance. Lorsque la surface de croissance est (0001) hexagonale, des défauts de creux 150 peuvent apparaître. Ces défauts de creux apparaissent en tant que pyramides inversées avec un sommet à proximité d'une dislocation (souvent une dislocation traversante) de la sous-surface de GaN et sont souvent appelés creux en V 150. Alors que la couche d'InGaN 140 se développe, la pyramide inversée se développe également. Avec des couches épaisses d'InGaN, les creux en V 150 peuvent devenir très grands. Généralement, des couches d'InGaN 140 plus fines peuvent être développées avec peu de creux en V 150 sinon aucun. Une couche mince peut ne pas atteindre une épaisseur (c'est-à-dire, l'épaisseur critique) à laquelle un relâchement des contraintes apparaîtrait parce que l'énergie de contrainte dans la couche d'InGaN 140 augmente avec l'épaisseur de la couche. Cependant, pour certaines applications, des couches d'InGaN épaisses peuvent être souhaitables. En conséquence, avec un traitement classique, des creux en V 150 sont présents dans les couches d'InGaN 140 plus épaisses et les creux en V 150 deviennent plus profonds et plus larges alors que la couche d'InGaN 140 devient plus épaisse. En plus des couches d'InGaN plus minces, il peut être généralement possible de former une couche d'InGaN relativement exempte de creux en V si la concentration d'indium est maintenue à un niveau relativement bas par rapport à la concentration de gallium. Cependant, de nombreuses applications nécessitent des couches d'InGaN épaisses, des concentrations d'indium élevées dans les couches d'InGaN, ou une combinaison de celles-ci, qui peuvent toutes résulter en de larges creux en V profonds. In the hexagonal layers, there may not be an easy slip plane for dislocations and, therefore, a much greater stress energy can be stored in the InGaN layer 140 prior to nucleation of the dislocations. When relaxation is achieved, plastic relaxation occurs by modifying the growth surface. When the growth surface is (0001) hexagonal, depression defects 150 may appear. These trough defects appear as inverted pyramids with a vertex near a dislocation (often a through dislocation) of the GaN sub-surface and are often referred to as V 150 troughs. While the InGaN 140 layer is develops, the inverted pyramid also develops. With thick layers of InGaN, V 150 cavities can become very large. Generally, finer layers of InGaN 140 can be developed with little hollow in V 150 otherwise none. A thin layer may not reach a thickness (i.e., critical thickness) at which stress relaxation would occur because the stress energy in the InGaN layer 140 increases with the thickness of the layer. layer. However, for some applications, thick InGaN layers may be desirable. As a result, with conventional treatment, V-shaped depressions 150 are present in the thicker InGaN 140 layers and the V-shaped depressions 150 become deeper and wider as the InGaN 140 layer becomes thicker. In addition to the thinner InGaN layers, it may generally be possible to form a relatively V-trough-free InGaN layer if the indium concentration is kept at a relatively low level relative to the gallium concentration. However, many applications require thick InGaN layers, high indium concentrations in the InGaN layers, or a combination thereof, all of which can result in large, deep V-shaped depressions.

Comme mentionné, les creux en V commencent souvent à partir d'une dislocation, telle que les dislocations traversantes désignées par 132B et 132D dans la couche semi-conductrice III-V 130 et par 142A et 142E dans la couche semi-conductrice III-V-indium 140. A partir de ces dislocations 132, des creux en V (150A, 150B, 150D et 150E) peuvent se former et se développer plus largement alors que la couche semi-conductrice III-V-indium 140 se développe. Les creux en V peuvent également commencer en tant que dislocation d'origine comme montré par le creux en V 150C. Ces creux en V 150 profonds peuvent résulter en des orifices après un traitement supplémentaire pour un transfert de couche, c'est-à-dire, par des processus smart-cut et de liaison. Les creux en V 150 peuvent également modifier localement la profondeur de l'implantation ionique et peuvent résulter en des défauts de division. De plus, une nouvelle croissance supplémentaire après un transfert de couche sur les couches d'InGaN à creux mène à des creux très profonds qui sont nuisibles pour un dispositif à DEL. Par exemple, si un creux en V 150 apparaît à travers la couche d'InGaN 140 entière, il peut court-circuiter la partie de diode du dispositif à DEL, rendant le dispositif incapable d'effectuer sa fonction attendue. La figure 2 est un schéma isométrique simplifié illustrant un exemple non limitatif d'un creux en V 150 dans un exemple non limitatif de la couche semi- conductrice III-V-In 140. La forme hexagonale de l'ouverture sur une surface de croissance 148 est due à la croissance de structure cristalline d'InGaN. En outre, les parois latérales 152 du creux en V mènent d'un sommet 155 où le creux en V 150 a commencé à se former du fait de la croissance de structure cristalline de sorte que le creux en V 150 a généralement une proportion fixe entre une largeur 156 et une profondeur 154. Par conséquent, la profondeur 154 du creux en V 150 peut être estimée avec précision sur la base de la largeur 156 du creux en V. As mentioned, the V-shaped depressions often start from a dislocation, such as through dislocations designated 132B and 132D in the III-V 130 semiconductor layer and 142A and 142E in the III-V semiconductor layer. -indium 140. From these dislocations 132, V-shaped depressions (150A, 150B, 150D and 150E) can form and develop more widely as the III-V-indium semiconductor layer 140 develops. V-shaped depressions can also begin as original dislocation as shown by the V 150C trough. These deep V 150 voids may result in orifices after further processing for layer transfer, i.e., by smart-cut and bonding processes. V-shaped depressions 150 may also locally modify the depth of ion implantation and may result in division defects. In addition, further growth after layer transfer on InGaN hollow layers leads to very deep depressions that are detrimental to an LED device. For example, if a V-shaped depression 150 appears through the entire InGaN layer 140, it may short-circuit the LED portion of the LED device, rendering the device unable to perform its intended function. FIG. 2 is a simplified isometric diagram illustrating a non-limiting example of a V-shaped hollow 150 in a nonlimiting example of the III-V-In semiconductor layer 140. The hexagonal shape of the opening on a growth surface 148 is due to the growth of crystalline structure of InGaN. Further, the side walls 152 of the V-shaped recess lead from an apex 155 where the V-shaped recess 150 has begun to form due to crystalline structure growth so that the V-shaped recess 150 generally has a fixed proportion between a width 156 and a depth 154. Therefore, the depth 154 of the V-shaped recess 150 can be accurately estimated based on the width 156 of the V-shaped recess.

Des modes de réalisation de la présente invention peuvent réduire le nombre, la taille, ou une combinaison de ceux-ci des creux en V 150 formés lorsqu'une couche semi-conductrice III-V-indium 130 est formée sur une couche semi-conductrice III-V 130. Cette réduction des creux en V 150 est également appelée ici « densité de creux en V diminuée » et « densité diminuée de creux en V ». Ainsi, une densité de creux en V diminuée peut faire référence à un plus petit nombre de creux en V dans une aire de surface donnée, à de plus petits creux en V dans une aire de surface donnée, ou à une combinaison d'un plus petit nombre de creux en V et de plus petits creux en V dans une aire de surface donnée. Bien que n'étant pas tenu à une théorie particulière pour la formation de creux en V, Shiojiri (M. Shiojiri, C.C. Chuo, J.T. Hsu, J.R. Yang, H. Saijo, J. Appl. Phys. 99, 073505 (2006)) suggère que le taux de croissance soit différent dans les plans {10-11} qui sont les parois latérales de creux en V 152 comparé au plan basal {0001} de la surface de croissance 148. De plus, les plans {10-11} des parois latérales de creux en V 152 peuvent avoir un coefficient de collage pour l'indium supérieur à celui du plan basal {0001} de la surface de croissance 148. En conséquence, les modes de réalisation de la présente invention peuvent réduire la densité de creux en V en augmentant un pourcentage d'indium dans la phase gazeuse pendant le traitement, ce qui peut saturer la concentration d'indium dans le plan basal {0001} de la surface de croissance 148 du matériau solide formé tout en permettant une concentration plus élevée d'indium dans les plans {10-11} des parois latérales de creux en V 152 pour favoriser la croissance d'InGaN sur les parois latérales de creux en V. Embodiments of the present invention can reduce the number, size, or combination thereof of V shaped depressions 150 formed when a III-V-indium semiconductor layer 130 is formed on a semiconductor layer. III-V 130. This reduction of the V 150 recesses is also referred to herein as "reduced V-shaped hollow density" and "V-reduced hollow density". Thus, a decreased V-shaped void density may refer to a smaller number of V-shaped depressions in a given surface area, to smaller V-shaped depressions in a given surface area, or to a combination of a larger one. small number of V-shaped depressions and smaller V-shaped depressions in a given surface area. Although not bound to any particular theory for the formation of V-shaped depressions, Shiojiri (M. Shiojiri, CC Chuo, JT Hsu, JR Yang, H. Saijo, J. Appl Phys., 99, 073505 (2006) ) suggests that the growth rate is different in the planes {10-11} which are the lateral walls of V-shaped recesses 152 compared to the basal plane {0001} of the growth surface 148. Moreover, the planes {10-11 V-shaped sidewalls 152 may have a bonding coefficient for indium greater than that of the basal plane {0001} of the growth surface 148. Accordingly, the embodiments of the present invention can reduce the density. of V-shaped recesses by increasing a percentage of indium in the gas phase during the treatment, which can saturate the indium concentration in the basal plane {0001} of the growth surface 148 of the solid material formed while allowing concentration higher indium in the planes {10-11} of the side walls V-shaped hollow 152 to promote the growth of InGaN on the V-shaped sidewalls.

La figure 3 est un schéma en coupe transversale simplifié d'un substrat semi-conducteur 110 avec une couche de matériau semi-conducteur 130 et une couche semi-conductrice III-V-indium 140 formées sur celui-ci et illustrant une densité diminuée de creux en V formés dans celles-ci selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention. Comme pour la figure 1, la structure semi-conductrice 100 peut être fabriquée ou autrement prévue pour comprendre un substrat 110. Le substrat 110, la couche de matériau semi-conducteur 130 et la couche semi-conductrice III-V-indium 140 sont similaires à ceux décrits sur la figure 1. Cependant, la figure 3 illustre des creux en V 152A, 152B et 152C classiques (c'est-à-dire, des creux en V qui peuvent se former lorsqu'un traitement classique est utilisé). La figure 3 illustre également de plus petits creux en V (158A, 158B et 158C), qui créent une densité diminuée de creux en V selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention. Les creux en V diminués 158A et 158C illustrent que les creux en V provenant des dislocations traversantes 132B et 132C, respectivement, se sont développés à une vitesse plus lente (c'est-à-dire, ne sont pas devenus aussi grands) par rapport aux creux en V 152A et 152C qui se forment en utilisant un traitement classique. Le creux en V diminué 158B illustre un plus petit creux en V par rapport au creux en V 152B qui peut se former directement à partir d'une dislocation en utilisant un traitement classique. La figure 4 est un graphe de concentration de 35 phase solide d'indium en fonction d'une concentration de phase gazeuse d'indium pour illustrer un régime de saturation d'indium dans certaines concentrations de phase gazeuse d'indium. La figure 4 peut être développée à partir d'une expérimentation dans une chambre de traitement avec une température relativement constante, une pression relativement constante, un écoulement gazeux total relativement constant et une vitesse de rotation relativement constante pour la tranche semi-conductrice. Avec un débit de gallium spécifique, un débit d'indium peut être modifié pour modifier un pourcentage d'indium dans la phase gazeuse, comme montré par l'axe x. Le pourcentage d'indium dans la phase solide qui se développe dans la couche d'InGaN est illustré sur l'axe y en fonction du pourcentage d'indium dans la phase gazeuse. Dans certains modes de réalisation, un précurseur d'indium pour la formation de la couche d'InGaN peut comprendre, par exemple, du triméthylindium (TMI), du triéthylindium (TEI), ou une combinaison de ceux-ci. Fig. 3 is a simplified cross-sectional diagram of a semiconductor substrate 110 with a semiconductor material layer 130 and a III-V-indium semiconductor layer 140 formed thereon and illustrating a decreased density of V-shaped recesses formed therein according to one or more embodiments of the invention. As in FIG. 1, the semiconductor structure 100 may be manufactured or otherwise provided to include a substrate 110. The substrate 110, the semiconductor material layer 130, and the III-V-indium semiconductor layer 140 are similar. Figure 3 illustrates conventional V-shaped recesses 152A, 152B and 152C (i.e., V-shaped recesses that can be formed when conventional processing is used). Figure 3 also illustrates smaller V-shaped recesses (158A, 158B and 158C), which create a decreased V-shaped dimming density according to one or more embodiments of the invention. The decreased V-shaped recesses 158A and 158C illustrate that the V-shaped troughs from the through dislocations 132B and 132C, respectively, have grown at a slower rate (i.e., have not become so large) relative to V-shaped depressions 152A and 152C formed using conventional treatment. The decreased V-recess 158B illustrates a smaller V-shaped recess than the V-shaped recess 152B which can be formed directly from a dislocation using conventional treatment. Figure 4 is an indium solid phase concentration graph as a function of a gaseous indium phase concentration to illustrate an indium saturation regime in certain indium gas phase concentrations. Figure 4 can be developed from an experiment in a process chamber with a relatively constant temperature, a relatively constant pressure, a relatively constant total gas flow and a relatively constant rotational speed for the semiconductor wafer. With a specific gallium flow rate, an indium flow can be modified to change a percentage of indium in the gas phase, as shown by the x-axis. The percentage of indium in the solid phase that develops in the InGaN layer is illustrated on the y-axis as a function of the percentage of indium in the gas phase. In some embodiments, an indium precursor for the formation of the InGaN layer may comprise, for example, trimethylindium (TMI), triethylindium (TEI), or a combination thereof.

Dans certains modes de réalisation, un précurseur de gallium pour la formation de la couche d'InGaN peut comprendre, par exemple, du triéthylgallium (TEG) ou un autre matériau approprié. Dans certains modes de réalisation, un précurseur d'azote pour la formation de la couche d'InGaN peut comprendre, par exemple, de l'ammoniac (NH3) ou un autre matériau approprié. Ainsi, pour un mode de réalisation : % d'indium dans la phase gazeuse = 100 (écoulement de TMI/(écoulement de TMI + écoulement de TEG)) (1) Initialement, alors que le pourcentage d'indium dans la phase gazeuse augmente, le pourcentage d'indium dans la phase solide augmente proportionnellement, comme montré par le segment 410A. Cependant, un point d'inflexion 410B est atteint, auquel une augmentation supplémentaire du pourcentage d'indium dans la phase gazeuse ne mène pas à une augmentation du pourcentage d'indium dans la phase solide, comme montré par le segment 410C. Cette étendue de concentration d'indium dans la phase gazeuse dans laquelle il n'y a pas une augmentation proportionnelle de la concentration d'indium à la phase solide est appelée, dans le présent document, régime de saturation d'indium. La figure 5 est un graphe de concentration de phase solide d'indium en fonction de la pression partielle d'indium, montrant le régime de saturation de la figure 4 et les régimes de super-saturation selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention. Comme les hommes du métier le reconnaîtront, le débit de gaz dans une chambre de traitement est lié à la pression partielle due à chacun des différents gaz dans la chambre de traitement. En conséquence, il est possible de représenter également la concentration d'indium dans la phase gazeuse par : % d'indium dans la phase gazeuse = 100 (PTMI /(PTMI + PTEG) ) (2) Autrement dit, il est possible de déterminer facilement une relation entre une pression partielle d'indium (PTMI) et une pression partielle de groupe III globale (PTMI + PTEG), qui est une combinaison de la pression partielle d'indium et d'une pression partielle de gallium. Pour la clarté de l'explication, la majeure partie de la description donnée dans le présent document concerne des pressions partielles ; cependant, les hommes du métier comprendront que les descriptions sont également applicables aux débits associés. Bien entendu, il peut y avoir d'autres gaz inertes (par exemple, l'azote) et d'autres réactifs, tels que, par exemple, des dopants dans la chambre de réaction. In some embodiments, a gallium precursor for formation of the InGaN layer may include, for example, triethylgallium (TEG) or other suitable material. In some embodiments, a nitrogen precursor for formation of the InGaN layer may include, for example, ammonia (NH3) or other suitable material. Thus, for one embodiment:% indium in the gas phase = 100 (TMI flow / (TMI flow + TEG flow)) (1) Initially, while the percentage of indium in the gas phase increases the percentage of indium in the solid phase increases proportionally, as shown by segment 410A. However, an inflection point 410B is reached, at which a further increase in the percentage of indium in the gas phase does not lead to an increase in the percentage of indium in the solid phase, as shown by the 410C segment. This indium concentration range in the gas phase in which there is not a proportional increase in indium concentration in the solid phase is referred to herein as the indium saturation regime. FIG. 5 is a solid phase concentration graph of indium as a function of the indium partial pressure, showing the saturation regime of FIG. 4 and the super-saturation regimes according to one or more embodiments of the invention. As those skilled in the art will recognize, the gas flow rate in a treatment chamber is related to the partial pressure due to each of the different gases in the treatment chamber. Therefore, it is possible to also represent the concentration of indium in the gas phase by:% indium in the gas phase = 100 (PTMI / (PTMI + PTEG)) (2) In other words, it is possible to determine easily a relation between an indium partial pressure (PTMI) and a global group III partial pressure (PTMI + PTEG), which is a combination of the indium partial pressure and a gallium partial pressure. For the sake of clarity, most of the description given in this paper relates to partial pressures; however, those skilled in the art will understand that the descriptions are equally applicable to associated flows. Of course, there may be other inert gases (eg, nitrogen) and other reagents, such as, for example, dopants in the reaction chamber.

En tant qu'exemples non limitatifs, un dopant de type N . k peut comprendre de la vapeur contenant du silicium telle que, par exemple, du silane (SiH4) et un dopant de type P peut comprendre de la vapeur contenant du magnésium telle que, par exemple, du bis(cyclopentadiényl)magnésium (Cp2Mg). Sur la figure 5, l'axe y illustre un pourcentage d'indium dans la phase solide (également appelé ici concentration d'indium dans la phase solide) comme une fonction de l'axe x illustrant une pression partielle d'indium (également appelée ici concentration d'indium dans la phase gazeuse). Les segments 510A et 510C illustrent l'augmentation proportionnelle (510A) de la concentration d'indium dans la phase solide par rapport à la concentration d'indium dans la phase gazeuse, suivie du régime de saturation dans lequel la concentration d'indium reste relativement constante (510B) avec une concentration d'indium croissante dans la phase gazeuse. As non-limiting examples, an N-type dopant. k may include silicon-containing vapor such as, for example, silane (SiH4) and a P-type dopant may comprise magnesium-containing vapor such as, for example, bis (cyclopentadienyl) magnesium (Cp2Mg). In FIG. 5, the y-axis illustrates a percentage of indium in the solid phase (also referred to herein as indium concentration in the solid phase) as a function of the x-axis illustrating a partial pressure of indium (also called here concentration of indium in the gas phase). Segments 510A and 510C illustrate the proportional increase (510A) of the indium concentration in the solid phase relative to the concentration of indium in the gas phase, followed by the saturation regime in which the indium concentration remains relatively high. constant (510B) with increasing indium concentration in the gas phase.

Le trait 520 illustre un régime de super-saturation d'indium dans lequel une concentration plus élevée d'indium dans la phase solide peut être obtenue par rapport au régime de saturation. Ainsi, telle qu'utilisée dans le présent document, l'expression « régime de super-saturation d'indium » désigne une condition dans une chambre de traitement configurée pour développer une concentration d'Indium plus élevée dans la couche semi-conductrice de phase solide formée par rapport à celle qui serait formée dans la couche semi-conductrice de phase solide en utilisant le régime de saturation examiné ci-dessus. En tant qu'exemple non limitatif, un régime de saturation peut être défini par une pression de chambre, une température superficielle de croissance, une pression partielle de précurseur d'élément III, une pression partielle de précurseur d'élément V et une pression partielle de précurseur d'indium données. Une concentration ou une pression partielle plus élevée du précurseur d'indium par rapport à celle du régime de saturation peut développer un régime de super-saturation qui forme une concentration plus élevée d'indium dans la couche semi-conductrice formée. En tant qu'autre exemple non limitatif, dans un régime de saturation défini par une température superficielle de croissance donnée, une pression de chambre donnée, une vitesse de rotation de tranche semi-conductrice donnée et une combinaison de pression partielle donnée d'un précurseur d'indium, d'un précurseur d'élément du groupe III et d'un précurseur d'élément du groupe V, une réduction de la température superficielle de croissance peut créer un régime de super-saturation produisant une condition de croissance de phase solide qui développe un pourcentage d'indium plus élevé dans la couche semi-conductrice formée par rapport à celui qui serait obtenu pour le régime de saturation. De manière similaire, une augmentation de la pression de chambre, ou une modification de la vitesse de rotation de la tranche semi-conductrice, tout en maintenant la température à la température de régime de saturation, peut développer un régime de super-saturation d'indium. Sur le trait 520, les paramètres de chambre, tels que, par exemple, une pression de chambre et une de rotation de tranche semi-conductrice, être maintenus relativement constants et la réduite pour développer le régime de super- d'indium. La température peut être en tant que température de chambre ou superficielle de croissance. En tant vitesse peuvent température saturation déterminée température qu'exemple non limitatif, la température de chambre pour les segments 510A et 510B est d'environ 839 °C et la température de chambre pour le trait 520 est d'environ 811 °C. De plus, la concentration relative entre des précurseurs de groupe III (par exemple, un précurseur d'indium combiné avec un précurseur de gallium) et un précurseur du groupe III est maintenue relativement constante à un rapport de V/III = 3560. Autrement dit, dans un mode de réalisation, alors que le trait 520 se déplace de la gauche vers la droite, la pression partielle pour le TEG peut rester relativement constante et, alors que la pression partielle pour le TMI augmente, la pression partielle pour l'ammoniac augmente proportionnellement pour maintenir le rapport V/III à environ 3560. Line 520 illustrates a super-saturation indium regime in which a higher concentration of indium in the solid phase can be obtained relative to the saturation regime. Thus, as used herein, the term "super-saturation regime of indium" refers to a condition in a process chamber configured to develop a higher concentration of Indium in the semiconductor phase layer. solid formed relative to that which would be formed in the solid phase semiconductor layer using the saturation regime discussed above. As a non-limiting example, a saturation regime can be defined by a chamber pressure, a growth surface temperature, a precursor partial pressure of element III, a precursor partial pressure of element V and a partial pressure. indium precursor data. A higher concentration or partial pressure of the indium precursor than that of the saturation regime can develop a super-saturation regime which forms a higher concentration of indium in the semiconductor layer formed. As another nonlimiting example, in a saturation regime defined by a given growth surface temperature, a given chamber pressure, a given semiconductor wafer rotation speed and a given partial pressure combination of a precursor indium, group III precursor and Group V element precursor, a reduction in the growth surface temperature can create a super-saturation regime producing a solid phase growth condition which develops a higher percentage of indium in the semiconductor layer formed than that which would be obtained for the saturation regime. Similarly, an increase in chamber pressure, or a change in the rotational speed of the semiconductor wafer, while maintaining the temperature at the saturation regime temperature, may develop a super-saturation regime of indium. On line 520, the chamber parameters, such as, for example, chamber pressure and semiconductor wafer rotation, are kept relatively constant and reduced to develop the super-indium regime. The temperature can be as a growth chamber or surface temperature. As the temperature can be saturation temperature determined that non-limiting example, the chamber temperature for segments 510A and 510B is about 839 ° C and the chamber temperature for line 520 is about 811 ° C. In addition, the relative concentration between group III precursors (for example, an indium precursor combined with a gallium precursor) and a group III precursor is kept relatively constant at a ratio of V / III = 3560. In other words, in one embodiment, as the line 520 moves from left to right, the partial pressure for the TEG can remain relatively constant and, while the partial pressure for the TMI increases, the partial pressure for the ammonia increases proportionally to maintain the V / III ratio at around 3560.

Le trait 530, en tant qu'exemple non limitatif, peut être développé avec une température de chambre d'environ 811 °c et une pression partielle de groupe V (par exemple, une pression partielle d'ammoniac) maintenue sensiblement constante par rapport à la pression partielle de groupe III et à la pression partielle d'indium qui varie. Autrement dit, dans un mode de réalisation, alors que le trait 530 se déplace de la gauche vers la droite, la pression partielle pour le TEG et l'ammoniac peut rester relativement constante alors que la pression partielle pour le TMI augmente. Plus en détail, et avec référence aux figures 3 et 5, l'écoulement de précurseur d'indium vers la couche d'InGaN 140 peut affecter le flux entrant des espèces d'indium disponibles pour une interaction sur la surface de croissance 148 et les parois latérales de creux en V 152. L'indium peut être très volatil. Au niveau d'une surface, le TMI se rompra et libèrera le métal (par exemple, l'indium) qui peut s'incorporer dans la couche solide ou se dissiper en tant que vapeur. Avec une température plus élevée, la probabilité sera plus grande que le métal se dissipe plutôt que de s'incorporer. En conséquence, il y a un compromis entre une incorporation d'indium dans la couche d'InGaN 140 et une désorption (également appelée ici écoulement de désorption) d'indium à partir de la couche d'InGaN 140. En abaissant la température, ou en augmentant la pression, l'incorporation peut être favorisée pour augmenter la concentration de phase solide d'indium dans la couche d'InGaN 140. De plus, bien qu'un régime de saturation puisse être atteint pour la surface de croissance 148, les parois latérales de creux en V 152, avec une facette de croissance différente, peuvent être plus favorables à des vitesses de croissance plus élevées que la surface de croissance 148, ce qui peut résulter en une densité de creux en V diminuée. Les figures 6A à 6C sont des graphes illustrant une concentration de phase solide d'indium, une densité de creux en V et une largeur de creux en V, respectivement, toutes par rapport à une pression partielle d'indium selon un ou plusieurs modes de réalisation. Comme on peut le voir avec le trait 610 sur la figure 6A, alors que la concentration d'indium dans la phase gazeuse augmente, la concentration d'indium dans la phase solide augmente également jusqu'à une concentration d'indium d'environ 94 %. A ce point, les augmentations dans la concentration de phase gazeuse mènent à des concentrations de phase solide plus faibles. Comme on peut le voir avec le trait 620 sur la figure 6B, alors que la concentration d'indium dans la phase gazeuse augmente, la densité de creux en V augmente également jusqu'à une concentration d'indium d'environ 94 %. A ce point, les augmentations de la concentration de phase gazeuse menent à des concentrations de phase solide plus faibles. Cependant, comme illustré par le trait 630 sur la figure 6C, alors que la concentration d'indium dans la phase gazeuse augmente, la largeur des creux en V diminue. Les points sur la figure 6C illustrent une largeur de creux en V moyenne, tandis que les barres supérieures 632 et les barres inférieures 634 illustrent les points de répartition à trois sigmas pour une largeur de creux en V. En conséquence, alors que la pression partielle d'indium augmente, une densité de creux en V diminuée peut être observée par un plus petit nombre de creux en V par zone donnée, par de plus petits creux en V, ou par une combinaison d'un nombre de creux en V par zone donnée et d'une taille de ces creux en V. La largeur de creux est une manière préférée de mesurer des creux en V par microscopie à force atomique (AFM) étant donné que la pointe d'AFM peut ne pas être suffisamment pointue pour pénétrer à la profondeur totale du creux en V pour mesurer correctement la profondeur. A partir de considérations cristallographiques (par exemple, l'angle entre les plans (10-11) et (0001)), une profondeur de creux peut être calculée à partir de la largeur de creux (J. E. Northrup, L. T. Romano, J. Neugebauer, Appl. Phys. Lett. 74(6), 2319 (1999). Il conviendrait également de noter qu'avec des couches d'InGaN très minces, des creux en V peuvent exister, mais ne sont pas détectables parce que leurs largeurs peuvent être inférieures à la résolution de l'AFM. Comme spécifié précédemment, de nombreuses applications nécessitent des couches d'InGaN épaisses, 35 des concentrations d'indium élevées dans les couches d'InGaN, ou une combinaison de celles-ci, qui peuvent toutes résulter en de larges creux en V profonds. Certains modes de réalisation de la présente invention peuvent générer des densités de creux en V diminuées pour des concentrations d'indium en phase solide d'environ 6 % à 9 %. De plus, dans certains modes de réalisation, les densités de creux en V diminuées peuvent être obtenues pour des couches d'InGaN relativement épaisses d'environ 150 nanomètres et éventuellement jusqu'à environ 200 nanomètres. The line 530, as a non-limiting example, can be developed with a chamber temperature of about 811 ° C. and a group V partial pressure (for example, a partial pressure of ammonia) maintained substantially constant with respect to the group III partial pressure and the varying indium partial pressure. In other words, in one embodiment, as line 530 moves from left to right, the partial pressure for TEG and ammonia can remain relatively constant while the partial pressure for TMI increases. In more detail, and with reference to FIGS. 3 and 5, the flow of indium precursor to the InGaN layer 140 can affect the incoming flux of indium species available for interaction on the growth surface 148 and the V-shaped sidewalls 152. Indium can be very volatile. At a surface, the TMI will break and release the metal (for example, indium) that can be incorporated into the solid layer or dissipate as vapor. With a higher temperature, the probability will be greater that the metal will dissipate rather than incorporate. Accordingly, there is a trade-off between indium incorporation in the InGaN layer 140 and desorption (also referred to as desorption flow) of indium from the InGaN layer 140. By lowering the temperature, or by increasing the pressure, the incorporation may be favored to increase the solid phase concentration of indium in the InGaN layer 140. In addition, although a saturation regime can be attained for the growth surface 148, the V-shaped sidewalls 152, with a different growth facet, may be more favorable at higher growth rates than the growth surface 148, which may result in decreased V-shaped void density. FIGS. 6A to 6C are graphs illustrating an indium solid phase concentration, a V-shaped cavity density and a V-shaped cavity width, respectively, all with respect to an indium partial pressure according to one or more modes of production. As can be seen with the line 610 in FIG. 6A, as the concentration of indium in the gas phase increases, the indium concentration in the solid phase also increases to an indium concentration of about 94. %. At this point, increases in gas phase concentration lead to lower solid phase concentrations. As can be seen with the line 620 in Figure 6B, as the concentration of indium in the gas phase increases, the V-shaped void density also increases to an indium concentration of about 94%. At this point, increases in gas phase concentration lead to lower solid phase concentrations. However, as illustrated by the line 630 in Figure 6C, as the concentration of indium in the gas phase increases, the width of the V-shaped depressions decreases. The dots in Fig. 6C illustrate an average V-shaped trough width, while the upper bars 632 and lower bars 634 illustrate the three-sigma distribution points for a V-shaped trough width. As a result, while the partial pressure indium increases, a decreased V-shaped void density can be observed by a smaller number of V-shaped depressions per given area, smaller V-shaped recesses, or a combination of V-shaped recesses per area The hollow width is a preferred way of measuring V-shaped troughs by atomic force microscopy (AFM) since the AFM tip may not be sharp enough to penetrate. to the total depth of the V-shaped trough to measure the depth correctly. From crystallographic considerations (for example, the angle between the planes (10-11) and (0001)), a trough depth can be calculated from the trough width (JE Northrup, LT Romano, J. Neugebauer , Appl., Lett., 74 (6), 2319 (1999) It should also be noted that with very thin InGaN layers, V-shaped depressions may exist but are not detectable because their widths may As stated previously, many applications require thick InGaN layers, high indium concentrations in the InGaN layers, or a combination thereof, all of which can resulting in large deep V-shaped depressions Certain embodiments of the present invention can generate decreased V-valley densities for solid-phase indium concentrations of about 6% to 9%. of achievement, densities V-shaped dimples can be obtained for relatively thick InGaN layers of about 150 nanometers and possibly up to about 200 nanometers.

Claims (18)

REVENDICATIONS1. Procédé de formation d'une structure semi-conductrice, consistant à : former une couche semi-conductrice III-V sur un substrat ; former une couche semi-conductrice III-V-indium avec une densité de creux en V diminuée sur une surface de croissance de la couche semi-conductrice III-V et avec une concentration de phase solide d'indium au-dessus d'un régime de saturation d'indium en combinant au moins un précurseur d'indium, un précurseur d'élément du groupe III différent du précurseur d'indium et un précurseur d'élément du groupe V dans une chambre de traitement configurée avec un régime de super-saturation d'indium qui a une température de chambre inférieure à une température de chambre correspondant au régime de saturation d'indium. REVENDICATIONS1. A method of forming a semiconductor structure, comprising: forming a III-V semiconductor layer on a substrate; forming a III-V-indium semiconductor layer with a decreased V-shaped trough density on a growth surface of the III-V semiconductor layer and with an indium solid phase concentration above a trough of indium saturation by combining at least one indium precursor, a Group III element precursor different from the indium precursor and a Group V element precursor in a processing chamber configured with a superconducting regime. indium saturation which has a chamber temperature lower than a chamber temperature corresponding to the indium saturation regime. 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre la formation de la couche semi-conductrice III-V-indium avec une épaisseur supérieure à une épaisseur critique. The method of claim 1, further comprising forming the III-V-indium semiconductor layer with a thickness greater than a critical thickness. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la formation de la couche semi-conductrice III-V-indium avec la densité de creux en V diminuée consiste en outre à diminuer un flux de désorption d'indium à partir des parois latérales de creux en V par rapport à un flux de désorption d'indium à partir de la surface de croissance de la couche semi-conductrice III-V-indium. The method of claim 1, wherein forming the III-V-indium semiconductor layer with the decreased V-shaped void density further comprises decreasing an indium desorption flux from the recess sidewalls. in V with respect to an indium desorption flux from the growth surface of the III-V-indium semiconductor layer. 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel 35 la formation de la couche semi-conductrice III-V-indiumavec la densité de creux en V diminuée consiste en outre à augmenter une incorporation d'indium dans les parois latérales de creux en V par rapport à une incorporation d'indium dans la surface de croissance de la couche semi-conductrice III-V-indium. 4. The process according to claim 1, wherein the formation of the III-V-indium semiconductor layer with the decreased V-shaped void density further comprises increasing indium incorporation into the V-shaped sidewalls by relative to indium incorporation into the growth surface of the III-V-indium semiconductor layer. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel l'augmentation de l'incorporation d'indium dans les parois latérales de creux en V comprend au moins l'une de la diminution de la température de chambre, de l'augmentation de la pression de chambre et de l'augmentation de la pression partielle d'indium. The method of claim 4, wherein increasing the indium incorporation in the V-shaped sidewalls comprises at least one of the decrease of the chamber temperature, the increase of the pressure. of chamber and the increase of indium partial pressure. 6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la formation de la couche semi-conductrice III-V-indium avec la densité de creux en V diminuée consiste en outre à augmenter une pression partielle d'indium dans la chambre de traitement par rapport à une pression partielle de groupe III globale. The method of claim 1, wherein forming the III-V-indium semiconductor layer with the decreased V-shaped void density further comprises increasing an indium partial pressure in the process chamber with respect to an overall group III partial pressure. 7. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la formation de la couche semi-conductrice III-V-indium consiste à former une couche de nitrure de gallium indium (InGaN). The method of claim 1, wherein forming the III-V-indium semiconductor layer comprises forming a layer of indium gallium nitride (InGaN). 8. Procédé selon la revendication 1, consistant en outre à sélectionner le précurseur d'élément du groupe V pour inclure de l'ammoniac. 30 The method of claim 1, further comprising selecting the group V element precursor to include ammonia. 30 9. Procédé selon la revendication 1, consistant en outre à sélectionner le précurseur d'indium pour inclure du triméthylindium.25 The method of claim 1, further comprising selecting the indium precursor to include trimethylindium. 10. Procédé selon la revendication 1, consistant en outre à sélectionner le précurseur d'élément du groupe III pour inclure du triéthylgallium. The method of claim 1, further comprising selecting the group III element precursor to include triethylgallium. 11. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la formation de la couche semi-conductrice III-V-indium consiste en outre à augmenter la pression partielle d'indium dans la chambre de traitement par rapport à une pression partielle de groupe III globale. The method of claim 1, wherein forming the III-V-indium semiconductor layer further comprises increasing the indium partial pressure in the process chamber relative to an overall group III partial pressure. 12. Structure semi-conductrice, comprenant : un substrat ; une couche semi-conductrice III-V formée sur le substrat ; une couche d'InGaN avec une densité de creux en V diminuée et une concentration de phase solide d'indium supérieure à une concentration de phase solide d'indium d'un régime de saturation d'indium, dans laquelle la couche d'InGaN est formée dans un régime de super- saturation d'indium avec une température de chambre inférieure à celle pour le régime de saturation d'indium. A semiconductor structure, comprising: a substrate; a III-V semiconductor layer formed on the substrate; an InGaN layer with a decreased V-shaped void density and an indium solid phase concentration higher than an indium solid phase concentration of an indium saturation regime, wherein the InGaN layer is formed in a super-saturation indium regime with a chamber temperature lower than that for the indium saturation regime. 13. Structure semi-conductrice selon la revendication 12, dans laquelle la couche d'InGaN avec la densité de creux en V diminuée comprend en outre une couche formée en diminuant un flux de désorption d'indium à partir des parois latérales de creux en V par rapport à un flux de désorption d'indium à partir d'une surface de croissance de la couche d'InGaN. The semiconductor structure of claim 12, wherein the InGaN layer with the decreased V-shaped void density further comprises a layer formed by decreasing an indium desorption flux from the V-shaped sidewalls. relative to an indium desorption flux from a growth surface of the InGaN layer. 14. Structure semi-conductrice selon la revendication 12, dans laquelle la couche d'InGaN avec la densité de creux en V diminuée comprend en outre une couche formée en augmentant une incorporation d'indiumdans les parois latérales de creux en V par rapport à une incorporation d'indium dans une surface de croissance de la couche d'InGaN. The semiconductor structure according to claim 12, wherein the InGaN layer with the decreased V-shaped void density further comprises a layer formed by increasing indium incorporation into the V-shaped sidewalls with respect to a incorporation of indium into a growth surface of the InGaN layer. 15. Structure semi-conductrice selon la revendication 12, dans laquelle la couche d'InGaN avec la densité de creux en V diminuée comprend en outre une couche formée en augmentant une pression partielle d'indium dans une chambre de traitement par rapport à une pression partielle de groupe III globale. The semiconductor structure of claim 12, wherein the InGaN layer with the decreased V-shaped void density further comprises a layer formed by increasing an indium partial pressure in a process chamber relative to a pressure. partial group III overall. 16. Structure semi-conductrice selon la revendication 12, dans laquelle la couche d'InGaN comprend une concentration d'indium entre environ 6 % et environ 9 %. The semiconductor structure of claim 12, wherein the InGaN layer comprises an indium concentration of from about 6% to about 9%. 17. Structure semi-conductrice selon la revendication 12, dans laquelle la couche d'InGaN a une épaisseur totale d'au moins environ 150 nm. The semiconductor structure of claim 12, wherein the InGaN layer has a total thickness of at least about 150 nm. 18. Structure semi-conductrice selon la revendication 12, dans laquelle la couche d'InGaN a en outre une épaisseur supérieure à une épaisseur critique.20 The semiconductor structure of claim 12, wherein the InGaN layer further has a thickness greater than a critical thickness.
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