FR3007193A1 - Materiau semi-conducteur incluant des zones d'orientations cristallines differentes et procede de realisation associe - Google Patents

Materiau semi-conducteur incluant des zones d'orientations cristallines differentes et procede de realisation associe Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un matériau semi-conducteur de nitrure d'élément III à partir d'un substrat de départ, le procédé comprenant : - la formation (500) une couche intermédiaire à base de silicium (30) sur un substrat de départ, ladite couche intermédiaire comportant au moins deux zones adjacentes d'orientations cristallines différentes (31, 32), notamment une zone monocristalline (32) et une zone amorphe ou poly-cristalline (31), - la croissance par épitaxie d'une couche de nitrure d'élément III sur ladite couche intermédiaire, la couche intermédiaire étant destinée à être vaporisée spontanément lors de l'étape consistant à faire croître par épitaxie la couche de nitrure d'élément III.

Description

MATERIAU SEMI-CONDUCTEUR INCLUANT DES ZONES D'ORIENTATIONS CRISTALLINES DIFFERENTES ET PROCEDE DE REALISATION ASSOCIE DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un matériau semi-conducteur - par exemple autosupporté - à base d'éléments des colonnes III et V du tableau périodique, et son procédé de fabrication associé. Un tel matériau peut être destiné à la réalisation de structures semi-conductrices telles que des diodes électroluminescentes (DEL) ou des diodes laser (DL). PRESENTATION DE L'ART ANTERIEUR Les matériaux semi-conducteurs à base de nitrures d'éléments III du tableau périodique - tels que les matériaux à base de nitrure de gallium GaN - occupent une place de plus en plus importante dans les domaines de l'électronique et de l'optoélectronique, notamment pour la fabrication de composants semi-conducteurs tels que des diodes électroluminescentes (DEL) ou des diodes laser (DL). Les procédés actuels de fabrication de matériaux semi-conducteurs à base de zo nitrure d'élément III reposent sur la technique dite d'hétéro-épitaxie qui consiste à faire croître un cristal - tel qu'un cristal de nitrure de gallium GaN - sur un substrat de départ de nature différente - tel qu'un substrat de saphir. Toutefois, la technique d'hétéro-épitaxie induit de nombreux défauts cristallins dans la structure de nitrure d'élément III, tels que des dislocations. Ces défauts 25 cristallins limitent les performances et la durée de vie des composants à base de nitrure d'élément III. Ces défauts proviennent notamment de la différence de structure entre le substrat de départ (sur lequel est mise en oeuvre la croissance de nitrure d'élément III) et la couche de nitrure d'élément III à partir de laquelle est fabriqué le composant 30 semi-conducteur. Par exemple dans le cas de la fabrication d'une couche de nitrure de gallium, le substrat de départ généralement utilisé pour la croissance est du saphir dont les paramètres de réseau cristallin (i.e. paramètre de maille) et les paramètres d'expansion thermique sont très différents de ceux du nitrure de gallium GaN.
L'amélioration des techniques de fabrication permet aujourd'hui de fabriquer des couches à base de nitrure d'élément III présentant un nombre limité de défauts cristallins (densité de dislocation TDD < 5.108 cm-2, où « TDD » est le sigle de l'expression anglo-saxonne « Threading Dislocation Density »).
Le document EP 1 699 951 décrit notamment un procédé de réalisation d'un matériau autosupporté de nitrure d'élément III comportant une étape de dépôt d'une couche intermédiaire à base de silicium sur un substrat de départ, la couche intermédiaire à base de silicium étant une couche sacrificielle destinée à être vaporisée spontanément lors d'une étape ultérieure d'épitaxie du nitrure d'élément III.
La vaporisation spontanée de la couche intermédiaire sacrificielle lors de l'étape d'épitaxie de nitrure d'élément III permet de réduire la densité de défauts cristallins (en particulier de dislocations) à l'intérieur de la couche de nitrure d'élément III. Toutefois, un inconvénient de toutes les techniques de fabrication connues est que la réduction de la quantité de défauts dans la couche de nitrure d'élément III s'accompagne d'une augmentation de la fragilité de ladite couche de nitrure d'élément III qui tend alors à se fissurer. En effet, les défauts présents dans une couche de nitrure d'élément III ont la propriété d'absorber les contraintes s'exerçant à l'intérieur de cette couche. La diminution des défauts d'une couche de nitrure d'élément III s'accompagne donc d'une augmentation des contraintes dans cette couche, cette augmentation des contraintes induisant sa fissuration. Un but de la présente invention est de proposer un matériau semi-conducteur à base de nitrure d'élément III présentant un nombre limité de défauts cristallins, et dans lequel l'intensité des contraintes est limitée et maintenue sous un seuil de fissuration dudit matériau. Un autre but de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication d'un tel matériau semi-conducteur. RESUME DE L'INVENTION 1. Procédé selon l'invention A cet effet, l'invention propose un procédé de fabrication d'un matériau semiconducteur de nitrure d'élément III à partir d'un substrat de départ, le procédé comprenant les étapes consistant à : - former une couche intermédiaire à base de silicium, ci-après désignée comme une ou la couche intermédiaire, sur un substrat de départ, ladite couche intermédiaire comportant au moins deux zones adjacentes d'orientations cristallines différentes, notamment une zone monocristalline et une zone amorphe ou poly-cristalline, - faire croître par épitaxie d'une couche de nitrure d'élément III sur ladite couche intermédiaire, la couche intermédiaire étant destinée à être vaporisée spontanément lors de l'étape consistant à faire croître par épitaxie la couche de nitrure d'élément III. 1.1. Définitions On entend, dans le cadre de la présente invention, par « zones adjacentes », au moins deux zones disposées côte à côte et non empilées, c'est-à-dire disposées à un même niveau selon un axe de croissance A-A' du matériau semi-conducteur, lesdites zones étant préférentiellement en contact l'une avec l'autre.
Par ailleurs, il sera entendu dans la suite que lorsqu'une couche A est mentionnée comme étant « sur » une couche B, celle-ci peut être directement sur la couche B, ou peut être située au-dessus de la couche B et séparée de ladite couche B par une ou plusieurs couches intercalées. Il sera également entendu que lorsqu'une couche A est mentionnée comme étant « sur » une couche B, celle-ci peut couvrir toute la surface de la couche B, ou une portion de ladite couche B. On entend, dans le cadre de la présente invention par « zones d'orientations cristallines différentes » : - soit deux zones monocristallines d'orientations différentes, - soit une zone monocristalline et une zone poly-cristalline, - soit une zone monocristalline et une zone amorphe. 1.2. Effet technique de l'invention La formation d'une couche intermédiaire à base de silicium comprenant deux zones adjacentes d'orientations cristallines différentes permet de former une couche de nitrure d'élément III présentant également des zones adjacentes d'orientations cristallines différentes, notamment : - une zone monocristalline de nitrure d'élément III au-dessus d'une zone monocristalline de la couche intermédiaire, et - une zone amorphe ou poly-cristalline de nitrure d'élément III au-dessus d'une zone amorphe ou poly-cristalline de la couche intermédiaire. La (ou les) zone(s) amorphe(s) ou poly-cristalline(s) de la couche de nitrure d'élément III permet(tent) d'absorber les contraintes dans la couche de nitrure d'élément III, ce qui tend à limiter le risque de fissuration de celle-ci. 1.3. Documents d'art antérieur et enseignement de ces documents a. On connaît déjà des documents JP 8064791, JP19950029434, EP 1 731 632, EP 1 304 749, EP 1 995 796 et EP 1 296 362, des procédés proposant la formation d'une couche de nitrure d'élément III incluant des zones monocristallines et des zones amorphes adjacentes. Toutefois, dans ces documents, il n'est ni décrit ni suggéré que la présence de zones amorphes ou poly-cristallines dans une couche de nitrure d'élément III permet d'absorber les contraintes de la couche de nitrure d'élément III. Au contraire, ces documents enseignent tous que la formation de zones amorphes ou poly-cristallines dans la couche de nitrure d'élément III permet de diminuer le nombre de défauts cristallins par piégeage des dislocations dans les zones amorphes ou poly-cristallines de la couche de nitrure d'élément III. Par ailleurs, ces documents ne décrivent pas d'étape consistant à former une couche intermédiaire à base de silicium sur un substrat de départ, ladite couche intermédiaire comportant au moins deux zones adjacentes d'orientations cristallines différentes. b. On connaît du document EP 1 699 951 le fait de former une couche monocristalline à base de silicium sur un substrat de saphir, la couche monocristalline à base de silicium étant une couche sacrificielle destinée à être vaporisée lors du dépôt ultérieur par épitaxie d'une couche de nitrure d'élément III. Toutefois, ce document ne décrit pas d'étape consistant à former une couche intermédiaire à base de silicium sur un substrat de départ, ladite couche intermédiaire comportant au moins deux zones adjacentes d'orientations cristallines différentes. Par ailleurs, ce document n'enseigne pas à l'homme du métier qu'une couche à base de silicium incluant des zones adjacentes d'orientations cristallines différentes se vaporise lors du dépôt ultérieur par épitaxie d'une couche de nitrure d'élément III. 2. Caractéristiques optionnelles de l'invention Des aspects préférés mais non limitatifs du procédé selon l'invention sont 15 décrits dans la suite. 2.1. Première caractéristique optionnelle L'étape consistant à former la couche intermédiaire peut comprendre : 20 - la création d'au moins une zone amorphe ou poly-cristalline dans le substrat de départ, et - le dépôt de la couche intermédiaire sur le substrat de départ de sorte à former une couche intermédiaire à base de silicium comprenant au moins une zone amorphe ou poly-cristalline et au moins une zone monocristalline adjacente. 25 La (ou les) zone(s) amorphe(s) ou poly-cristalline(s) peut (peuvent) être créée(s) : - soit directement dans le substrat de départ, - soit par dépôt d'une couche de nitrure d'élément III amorphe ou poly-cristalline qui est ensuite gravée pour former un motif comprenant une (ou plusieurs) 30 zone(s) amorphe(s) ou poly-cristalline(s). Le fait de créer une (des) zone(s) amorphe(s) ou poly-cristalline(s) directement dans le substrat de départ permet de limiter le nombre d'étapes nécessaires à la fabrication du matériau semi-conducteur.
En effet, un avantage du procédé selon l'invention est que le substrat de départ peut être réutilisé plusieurs fois après séparation de la couche de nitrure d'élément III pour fabriquer plusieurs matériaux semi-conducteurs. Lorsque la (ou les) zone(s) monocristalline(s) et la (ou les) zone(s) amorphe(s) ou poly-cristalline(s) ont été créées dans le substrat de départ, le dépôt de la couche intermédiaire sur le substrat de départ induit la formation : - d'une (ou de) zone(s) monocristalline(s) dans la couche intermédiaire, au- dessus de la (ou des) zone(s) monocristalline(s) du substrat de départ, et - d'une (ou de) zone(s) amorphe(s) ou poly-cristalline(s) dans la couche intermédiaire, au-dessus de la (ou des) zone(s) amorphe(s) ou poly- cristalline(s) du substrat de départ. En effet, l'orientation cristalline du substrat de départ se propage dans la couche intermédiaire. Plus précisément, l'orientation cristalline ou l'absence d'orientation cristalline du substrat se propage dans la couche intermédiaire ; par exemple : - l'orientation cristalline des zones monocristallines du substrat se propage dans la couche intermédiaire : les zones de la couche intermédiaire située au- dessus des zones monocristallines du substrat sont alors monocristallines, - l'absence d'orientation cristalline des zones amorphes se propage dans la couche intermédiaire : les zones de la couche intermédiaire située au-dessus des zones amorphes du substrat sont alors amorphes ou dans un état polycristallin proche de l'état amorphe. 2.2. Deuxième caractéristique optionnelle Avantageusement, la création d'au moins une zone amorphe ou poly- cristalline dans le substrat de départ peut comprendre une sous-étape consistant à : - bombarder par plasma au moins une zone du substrat de départ pour créer ladite et au moins une zone amorphe ou poly-cristalline dans le substrat de départ. La création d'une (ou de plusieurs) zone(s) amorphe(s) dans le substrat de départ peut être obtenue : - soit par implantation, - soit par bombardement par plasma.
L'opération consistant à créer la (ou les) zone(s) amorphe(s) ou polycristalline(s) en utilisant un bombardement par plasma (d'argon ou d'oxygène) présente l'avantage d'être moins coûteuse qu'une opération de création d'une (ou plusieurs) zone(s) amorphe(s) ou poly-cristalline(s) par implantation.
Elle présente également l'avantage d'être plus facile à mettre en oeuvre qu'une opération de création d'une (ou plusieurs) zone(s) amorphe(s) ou polycristalline(s) par implantation. En effet, dans le cas d'une implantation d'ions, les paramètres d'implantation doivent être parfaitement maîtrisés pour garantir que l'implantation des ions dans le substrat de départ ne soit pas trop profonde, et que la dégradation du substrat de départ en surface soit suffisante. 2.3. Troisième caractéristique optionnelle 15 Dans une variante de réalisation du procédé, la création d'au moins une zone amorphe ou poly-cristalline comprend les sous-étapes consistant à : - déposer un masque de protection sur le substrat de départ, - bombarder par plasma le substrat de départ recouvert du masque de protection, et 20 - retirer le masque de protection. Comme indiqué ci-dessus, la création d'une (ou de plusieurs) zone(s) amorphe(s) dans le substrat de départ peut être obtenue soit par implantation soit par bombardement par plasma. Dans le cas d'une opération d'implantation, il est nécessaire d'utiliser un 25 masque de protection de type métallique. Dans le cas d'une opération de bombardement par plasma, il est possible d'utiliser un masque de protection de type diélectrique ou de type résine. Le fait d'utiliser un masque de protection pour créer des zones amorphes permet : 30 - de diminuer le coût du procédé en diminuant le nombre d'étapes nécessaires à la création de la (ou des) zone(s) amorphe(s), - de faciliter la mise en oeuvre de l'étape de retrait du masque une fois la (ou les) zone(s) amorphe(s) créée(s), et - de garantir que le substrat de départ ne soit pas « pollué » par le masque, contrairement à l'utilisation d'un masque métallique dont l'utilisation peut entraîner une contamination du substrat de départ par le métal du masque, ce métal pouvant réagir/diffuser localement dans le substrat de départ. 2.4. Quatrième caractéristique optionnelle En variante à la caractéristique optionnelle mentionnée au point 2.1, l'étape de formation de la couche intermédiaire peut comprendre : - le dépôt d'une couche initiale de nitrure d'élément III amorphe ou poly- cristalline incluant au moins une ouverture, et - le dépôt de la couche intermédiaire sur la couche initiale de sorte à former une couche intermédiaire à base de silicium comprenant au moins une zone amorphe ou poly-cristalline et au moins une zone monocristalline adjacente. 15 La (ou les) zone(s) du substrat de départ s'étendant au droit de l'ouverture (ou des ouvertures) de la couche initiale n'est (ne sont) pas recouverte(s) de nitrure d'élément III amorphe ou poly-cristallin. Une fois la couche initiale déposée, on dépose la couche intermédiaire. Le dépôt de la couche intermédiaire sur le substrat de départ induit la zo formation : - d'une (ou de) zone(s) monocristalline(s) dans la couche intermédiaire, au- dessus de la (ou des) zone(s) du substrat de départ non recouverte(s) par la couche initiale de nitrure d'élément III amorphe ou poly-cristalline, et - d'une (ou de) zone(s) amorphe(s) ou poly-cristalline(s) dans la couche 25 intermédiaire, au-dessus de la (ou des) zone(s) du substrat de départ recouverte(s) par la couche initiale de nitrure d'élément III amorphe ou polycristalline. En effet, les orientations cristallines du substrat de départ et de la couche initiale de nitrure d'élément III se propagent dans la couche intermédiaire. 30 Plus précisément, l'orientation cristalline du substrat et l'absence d'orientation cristalline de la couche initiale de nitrure d'élément III amorphe ou poly-cristalline se propage dans la couche intermédiaire ; par exemple : - l'orientation cristalline des zones monocristallines du substrat se propage dans la couche intermédiaire : les zones de la couche intermédiaire située au-dessus des zones monocristallines du substrat sont alors monocristallines, - l'absence d'orientation cristalline des zones de nitrure d'élément III amorphe ou poly-cristalline se propage dans la couche intermédiaire : les zones de la couche intermédiaire située au-dessus des zones amorphes ou poly-cristalline de nitrure d'élément III sont alors amorphes ou dans un état poly-cristallin proche de l'état amorphe. 2.5. Cinquième caractéristique optionnelle Le dépôt de la couche initiale peut comprendre les sous-étapes consistant à : - déposer une couche initiale de nitrure d'élément III amorphe ou poly-cristalline sur le substrat de départ, - déposer un masque de protection comprenant au moins une lumière sur la couche initiale, - graver la couche initiale à travers ladite et au moins une lumière pour obtenir ladite et au moins une ouverture de la couche initiale, et - retirer le masque de protection.
En variante, on peut prévoir le dépôt d'un masque incluant au moins une lumière sur le substrat de départ, puis le dépôt de la couche initiale de nitrure d'élément III amorphe ou poly-cristalline dans la (ou les) lumière(s) du masque, puis le retrait du masque. 2.6. Sixième caractéristique optionnelle De préférence, l'étape de formation comprend en outre une sous-étape consistant à déposer sur la couche intermédiaire, une couche de nucléation choisie parmi AIN, AlxGayN, AlxGayln,N (avec x, y, z des entiers naturels positifs), InN, SiC, A1203, AIAs, GaAs ou une combinaison de ces différentes couches, ladite couche de nucléation étant déposée préalablement à l'étape consistant à faire croître par épitaxie la couche de nitrure d'élément III. La couche de nucléation : - joue le rôle de couche de protection pour la couche intermédiaire (les conditions de croissance habituelles des nitrures risquent d'être corrosives pour cette couche intermédiaire ; notamment lorsque la couche intermédiaire est du silicium), - sert de site de germination à un nitrure d'élément III (monocristallin au-dessus des zones monocristallines de la couche intermédiaire, et amorphe ou polycristallin au-dessus des zones amorphes ou poly-cristallines de la couche intermédiaire), le paramètre de maille de la couche de nucléation étant compatible avec le dépôt ultérieur de la couche de nitrure d'élément III ; en d'autres termes le paramètre de maille de la couche de nucléation est proche de celui du nitrure d'élément III de sorte à favoriser le dépôt ultérieur de la couche de nitrure d'élément III et à minimiser la formation de dislocations. 2.7. Septième caractéristique optionnelle Dans certains modes de réalisation, l'étape consistant à faire croître par épitaxie la couche de nitrure d'élément III peut être réalisée à basse température pour favoriser un mode de croissance épitaxiale tridimensionnelle de la couche de nitrure d'élément III.
Le fait de favoriser un mode de croissance épitaxiale tridimensionnelle permet d'obtenir une couche de nitrure d'élément III dans laquelle la (ou les) zone(s) monocristalline(s) est (sont) fortement dopée(s) en oxygène. Ainsi, la résistivité de la (ou des) zone(s) monocristalline(s) est diminuée, et l'on obtient une couche de nitrure d'élément III dans laquelle la conductivité de la (ou des) zone(s) monocristalline(s) est homogène sur toute sa (leur) surface, ce qui permet de réaliser des composants optoélectroniques sur toute la surface de la (ou des) zone(s) monocristalline(s), à l'exception de quelques points où apparaissent un plan C. Au contraire, les documents EP 1 731 632, EP 1 304 749, EP 1 995 796 et EP 1 296 362 proposent de favoriser une croissance en deux dimensions de la couche de nitrure d'élément III, ce qui induit la formation de zones monocristallines Y peu dopées (et donc de forte résistivité) non utilisable pour la réalisation de composants optoélectroniques. 2.8. Huitième caractéristique optionnelle En référence au point 2.7 précédent, l'étape consistant à faire croître par épitaxie la couche de nitrure d'élément III peut par exemple être mise en oeuvre à une température comprise entre 900 et 1000°C, préférentiellement comprise entre 950 et 1000°C et encore plus préférentiellement égale à 980°C. 2.9. Neuvième caractéristique optionnelle Avantageusement, l'étape consistant à faire croître par épitaxie la couche de nitrure d'élément III est maintenue jusqu'à obtention d'une couche de nitrure d'élément III dont l'épaisseur est supérieure ou égale à deux fois la largeur de ladite et au moins une zone monocristalline. Ceci permet d'obtenir une couche de nitrure d'élément III dans laquelle la qualité de la surface de la (ou des) zone(s) monocristalline(s) est maximisée. 2.10. Dixième caractéristique optionnelle Le procédé peut également comprendre une étape consistant à couper une tranche dans la couche de nitrure d'élément III à une hauteur supérieure ou égale à deux fois la largeur de ladite et au moins une zone monocristalline. Ceci permet de limiter l'épaisseur du matériau semi-conducteur ainsi obtenu. 2.11. Onzième caractéristique optionnelle Le procédé peut également comprendre les étapes consistant à : déposer un masque de croissance sur la couche de nitrure d'élément III, le masque de croissance comprenant : o au moins un motif recouvrant ladite et au moins une zone amorphe ou poly-cristalline de la couche de nitrure d'élément III, et o au moins une cavité s'étendant au-dessus de ladite et au moins une zone monocristalline, mettre en oeuvre une opération de croissance épitaxiale latérale sur la couche de nitrure d'élément III recouverte par le masque de croissance pour former une deuxième couche de nitrure d'élément III. Le fait de mettre en oeuvre une opération de croissance épitaxiale latérale sur la couche de nitrure d'élément III permet d'obtenir une deuxième couche de nitrure d'élément III dans laquelle la (ou les) zone(s) amorphe(s) ou poly-cristalline(s) a (ont) été supprimée(s), ce qui permet d'augmenter la surface utilisable pour la réalisation de composants optoélectroniques. A partir de la couche de nitrure d'élément III ainsi fabriquée, il est possible de réaliser un substrat de nitrure d'élément III caractérisé par la présence sur une face de une ou plusieurs zones cristallines adjacentes à une ou des zones amorphes ou poly-cristallines et par l'absence de zones amorphes ou poly-cristallines sur l'autre face. L'invention concerne un tel substrat qui peut être réalisé en mettant en oeuvre certaines étapes du procédé décrit précédemment, ainsi qu'une éventuelle opération de croissance latérale épitaxiale qui sera décrite plus en détail dans la suite. En effet, dans certains modes de réalisation - par exemple lorsqu'au moins l'une des dimensions (dans le plan de croissance) de la zone amorphe est faible - il n'est pas nécessaire de mettre en oeuvre une étape de croissance latérale épitaxiale pour recouvrir les zones amorphes ou poly-cristallines. 2.12. Douzième caractéristique optionnelle Dans le cas de l'utilisation d'un masque de croissance, celui-ci peut 25 comprendre au moins un motif recouvrant partiellement ladite et au moins une zone monocristalline de la couche de nitrure d'élément III. Ceci permet de diminuer l'épaisseur de croissance nécessaire pour obtenir une deuxième couche de nitrure d'élément III plane. Bien entendu, la forme et les dimensions du (ou des) motif(s) recouvrant la (ou 30 les) zone(s) amorphe(s) ou poly-cristalline(s) peuvent être différentes de la forme et des dimensions du (ou des) motif(s) recouvrant partiellement la (ou les) zone(s) monocristalline(s). 2.13. Treizième caractéristique optionnelle Le procédé tel que décrit aux points 2.11 et 2.12 peut comprendre une opération de croissance épitaxiale latérale de longue durée afin de former une deuxième couche de nitrure d'élément III très épaisse, typiquement de l'ordre de 10 mm ou plus, dans laquelle la (ou les) zone(s) amorphe(s) ou poly-cristalline(s) a (ont) été supprimée(s). Ceci permet de couper une pluralité de tranches de nitrure d'élément III exemptes de zone(s) amorphe(s) ou polycristalline(s). En effet, dès lors que la totalité de la contrainte résultant de l'amélioration de la qualité a été relaxée pendant la croissance de la première couche de nitrure d'élément III grâce à l'adjacence de zone(s) cristalline(s) et de zone(s) amorphe(s) ou polycristalline(s), il est possible de faire croitre la deuxième couche de nitrure d'élément III à de très forte épaisseur et à qualité constante, sans la présence de zone(s) amorphe(s) ou polycristalline(s). A partir de la pluralité de tranches de nitrure d'élément III exempte de zone(s) amorphe(s) ou poly-cristalline(s) ainsi fabriquée, il est possible fabriquer une pluralité de substrats de nitrure d'élément III exempts de zone(s) amorphe(s) ou polycristalline(s). 2.14. Autres aspects D'autres aspects préférés mais non limitatifs du procédé décrit ci-dessus sont les suivants : - le nitrure d'élément III est du nitrure de gallium ; - le nitrure d'élément III est du nitrure d'aluminium ; - la couche intermédiaire à base de silicium est du silicium, ou du silicium comprenant des impuretés choisies parmi l'aluminium, le gallium, le phosphore, le bore ou encore un alliage de silicium germanium ; - la couche intermédiaire à base de silicium a une épaisseur comprise entre 100 nm et 10 pm ; - la couche de nitrure d'élément III a une épaisseur supérieure à 50 pm ; - le substrat de départ est choisi parmi le saphir, SiC, GaAs, AIN, et GaN ou une combinaison de ces derniers. 3. Substrat selon l'invention L'invention concerne également un substrat semi-conducteur formé à partir d'un matériau à base de nitrure du groupe III, le substrat comprenant : - une région monocristalline ; - une pluralité de régions de relaxation de contrainte s'étendant dans au moins une partie du substrat et définissant une pluralité de formes bidimensionnelles interconnectées dans la région monocristalline ; et dans lequel le substrat comprend au moins l'un de ce qui suit : ^ une courbure physique définissant un rayon de courbure d'au moins environ 5 m ; ^ une variation d'angle de troncature (2f3) inférieure ou égale à environ 0,6 degré entre une forme bidimensionnelle dans une partie centrale du substrat ayant un angle de troncature (ac) et une forme bidimensionnelle dans une partie périphérique du substrat disposée entre le centre et un bord périphérique du substrat ayant un angle de troncature (Ctp) ; et ^ un rapport de relaxation (Asr/As,) inférieur ou égal à environ 30 %, où As, est l'aire de la pluralité de formes bidimensionnelles interconnectées et As, est l'aire de la pluralité de régions de relaxation de contrainte. On entend, dans le cadre de la présente invention par « angle de troncature » (ou « offcut angle » selon la terminologie anglo-saxonne), l'angle formé entre la surface de croissance du substrat en un point de la surface et les plans cristallins du 25 substrat en ce même point. Dans un mode de réalisation du substrat, la variation géométrique entre la pluralité de formes bidimensionnelles interconnectées est inférieure ou égale à 10 % à travers le substrat. Différentes définition peuvent être données à un tel substrat. 30 C'est pourquoi l'invention concerne également un substrat semi-conducteur comprenant un matériau à base de nitrure du groupe III, le substrat comprenant : - une pluralité de régions de relaxation de contrainte ; - une région monocristalline s'étendant entre la pluralité de régions de relaxation de contrainte, la région monocristalline formant une pluralité de formes bidimensionnelles interconnectées ; dans lequel la variation géométrique entre la pluralité de formes bidimensionnelles est inférieure ou égale à 10 % à travers le substrat. L'invention concerne également un substrat semi-conducteur formé à partir d'un matériau à base de nitrure du groupe III, le substrat comprenant une région monocristalline s'étendant entre une pluralité de régions de relaxation de contrainte, la région monocristalline formant une pluralité de formes bidimensionnelles interconnectées, dans lequel chaque forme de la pluralité a une région de résistivité élevée ayant une résistivité d'environ 1,0 ohm-cm ou plus sur la surface de substrat dans la forme, et dans lequel chaque forme de la pluralité de formes est configurée pour contenir au moins une structure de dispositif formée sur le substrat, ladite structure de dispositif ayant un centre de dispositif espacé de la région de résistivité élevée. L'invention concerne également un substrat semi-conducteur formé à partir d'un matériau à base de nitrure du groupe III, le substrat comprenant une région monocristalline s'étendant entre une pluralité de régions de relaxation de contrainte, la région monocristalline formant une pluralité de formes bidimensionnelles interconnectées, dans lequel chaque forme de la pluralité de formes est configurée pour contenir au moins une structure de dispositif ayant une forme complémentaire. L'invention concerne également un substrat semi-conducteur formé à partir d'un matériau à base de nitrure du groupe III, le substrat comprenant : - une pluralité de régions de relaxation de contrainte ; - une région monocristalline s'étendant entre la pluralité de régions de relaxation de contrainte, la région monocristalline formant une pluralité de régions de dispositif interconnectées ayant des formes bidimensionnelles ; - une zone centrale située vers le centre d'au moins une région de dispositif à laquelle un dopant a été ajouté pour abaisser la résistivité du matériau monocristallin dans la zone. Avantageusement, la zone centrale dopée peut avoir une résistivité qui est sensiblement identique à la résistivité du matériau non dopé vers la périphérie de chaque zone. Le dopant peut comprendre du germanium. Enfin, la résistivité de la zone centrale dopée et la résistivité du matériau non dopé vers la périphérie de chaque zone peuvent être comprises entre environ 0,01 ohm-cm et 1,0 ohm-cm. Des aspects préférés mais non limitatifs du substrat selon les différentes définitions de celui-ci données ci-dessus sont les suivants : - chaque forme bidimensionnelle présente un rapport Dmax/Dmin compris entre 5 et 20, - les directions définies par la plus grande dimension des formes bidimensionnelles sont équiréparties entre deux orientations perpendiculaires définies sur la surface du substrat, - les directions définies par la plus grande dimension des formes bidimensionnelles sont équiréparties entre trois orientations séparées de 120° définies sur la surface du substrat, - les directions définies par la plus grande dimension des formes bidimensionnelles sont équiréparties entre les orientations définies sur la surface du substrat par les directions des axes cristallins de la famille de direction [10-10] ou de la famille de direction [11-20], - les régions de relaxation de contrainte comprennent au moins l'un d'un matériau poly-cristallin ou d'un matériau amorphe, - la pluralité de formes bidimensionnelles interconnectées est formée par un motif répétitif de régions de relaxation de contrainte isolées, - chaque région de relaxation de contrainte a la forme d'au moins deux lignes connectées s'étendant dans au moins deux directions non parallèles, - le motif des régions de relaxation de contrainte constitue une pluralité de formes polygonales, circulaires, ellipsoïdales, irrégulières, hexagonales, équilatéralement triangulaires ou triangulaires interconnectées, - le motif des régions de relaxation de contrainte constitue une pluralité de formes interconnectées ayant une aire d'au moins 14 cm2, - le motif des régions de relaxation de contrainte constitue une pluralité de formes interconnectées dans lesquelles la dimension la plus grande de la forme bidimensionnelle est d'au moins 200 pm, - le motif des régions de relaxation de contrainte forme une pluralité de formes interconnectées dans lesquelles la dimension la plus petite de la forme bidimensionnelle est d'au moins 200 pm ou plus, - le motif des régions de relaxation de contrainte constitue une pluralité de formes interconnectées dans lesquelles la dimension de la forme bidimensionnelle dans une première direction est supérieure à la dimension de la forme bidimensionnelle dans une deuxième direction, - les régions de relaxation de contrainte formant le motif répétitif ont une largeur d'au moins 10 pm, - les régions de relaxation de contrainte formant le motif répétitif ont une largeur comprise entre 10 pm et 100 pm, - chaque région de relaxation de contrainte est sous la forme d'au moins deux lignes connectées s'étendant dans au moins deux directions non parallèles, - chaque région de relaxation de contrainte est sous la forme d'au moins deux lignes connectées, dans laquelle une ligne forme un angle avec l'autre ligne, - chaque région de relaxation de contrainte est sous une forme dans laquelle une partie de la forme s'étend dans une direction sur la surface de substrat, tandis qu'une autre partie de la forme s'étend dans une direction différente sur la surface de substrat, - la pluralité de régions de relaxation de contrainte sert à dissiper la contrainte à travers le substrat, - le substrat semi-conducteur comprend du nitrure de gallium, - le substrat semi-conducteur a une épaisseur supérieure à 1 pm, de préférence de 100 pm à 10 cm, plus préférablement de 500 pm à 3 mm, - la pluralité de formes bidimensionnelles interconnectées comprend au moins une première forme au niveau d'une région centrale du substrat et une deuxième forme au niveau d'une région périphérique du substrat, dans laquelle la variation géométrique entre la première forme et la deuxième forme est inférieure ou égale à 10 %, - la pluralité de formes bidimensionnelles interconnectées comprend au moins une première forme au niveau d'une région centrale du substrat et une deuxième forme au niveau d'une région périphérique du substrat, dans laquelle la variation géométrique entre la première forme et la deuxième forme est entre 0,1 % et 5 %, ou entre 0,01 % et 10 %, - la variation géométrique comprend au moins l'une de ce qui suit : o la variation de la taille de la forme, o la variation de la position de la forme sur le substrat, o la variation de l'orientation de la forme sur le substrat, o la variation d'au moins une dimension de la forme, ou o la variation de pas totale entre les régions de relaxation de contrainte définissant la pluralité de formes, - les formes bidimensionnelles interconnectées sont connectées par au moins une zone de matériau monocristallin ayant une largeur d'au moins 10 pm, - les formes bidimensionnelles interconnectées sont connectées par au moins une zone de matériau monocristallin ayant une largeur comprise entre 10 pm et 100 pm, - le substrat semi-conducteur comprend une variation d'angle de troncature (2f3) inférieure ou égale à environ 0,4 degré (+ 0,2 degré) entre : o une forme bidimensionnelle dans une partie centrale du substrat ayant un angle de troncature (ac) et o une forme bidimensionnelle dans une partie périphérique du substrat disposée entre le centre et un bord périphérique du substrat ayant un angle de troncature (Ctp), - la région monocristalline est sensiblement dépourvue de fissures, - sensiblement toutes les fissures dans le substrat sont localisées dans les régions de relaxation de contrainte, - les régions de relaxation de contrainte s'étendent verticalement de la surface supérieure du substrat vers la surface inférieure du substrat, - la région monocristalline comprend une densité de dislocations inférieure ou égale à environ 1 x 107 dislocations/cm2, - les régions de relaxation de contrainte comprennent une densité de dislocations supérieure à environ 1 x 108 dislocations/cm2 ou 1 x 109 dislocations/cm2, - le substrat comprend une tranche semi-conductrice ayant un diamètre supérieur ou égal à environ dix centimètres et ayant une courbure physique définissant un rayon de courbure d'au moins environ 12 m, - le substrat comprend une courbure physique avec un écart par rapport à un plan de référence médian inférieur ou égal à ±50 pm, - le substrat comprend un rapport de relaxation (Asr/Asc) inférieur ou égal à environ 20 %, où : o A' est l'aire de la pluralité de formes bidimensionnelles interconnectées et o As, est l'aire de la pluralité de régions de relaxation de contrainte, - le substrat comprend une variation d'angle de troncature inférieure ou égale à environ 0,2 degré à travers le substrat, - le substrat comprend une tranche semi-conductrice ayant un diamètre égale à environ cinq centimètres, et dans laquelle la tranche semi-conductrice comprend une courbure cristalline définissant un rayon de courbure d'au moins environ 7 m, - le substrat comprend une tranche semi-conductrice ayant un diamètre égal à environ 10 centimètres, et dans laquelle la tranche semi-conductrice comprend une courbure cristalline définissant un rayon de courbure d'au moins environ 15 m, - le substrat comprend une variation de pas totale entre la pluralité de formes bidimensionnelles interconnectées à travers le substrat inférieure ou égale à %, à travers le substrat, - le substrat comprend une variation de pas inférieure ou égale à 45 pm, L'invention concerne également un lot de production de substrats comprenant au moins vingt substrats, chacun des substrats dans le lot comprenant un substrat 20 semi-conducteur tel que décrit ci-dessus. L'invention concerne également l'utilisation d'un substrat semi-conducteur tel que décrit ci-dessus pour la fabrication de composants optoélectroniques. 4. Matériau selon l'invention L'invention concerne également un matériau semi-conducteur à base de nitrure d'élément III, ledit matériau comprenant au moins deux zones adjacentes d'orientations cristallines différentes, notamment une zone monocristalline et une zone amorphe ou poly-cristalline, l'orientation cristalline des plans cristallins dudit matériau étant discontinue le long de sa surface. Des aspects préférés mais non limitatifs du matériau selon l'invention sont les suivants : - le matériau comprend une première face sur laquelle sont présentes au moins une zone monocristalline et une zone amorphe ou poly-cristalline adjacentes, une deuxième face laquelle ne comprend aucune zone amorphe ou polycristalline résultant de la présence d'une zone amorphe ou poly cristalline sur la première face, - le matériau comprend au moins deux zones monocristallines de formes allongées dans un plan de croissance du matériau semi-conducteur, chaque zone monocristalline de forme allongée présentant une plus grande dimension définie par une direction longitudinale respective, les directions longitudinales des deux zones étant sécantes de sorte que lesdites zones monocristallines de formes allongées ont des orientations différentes dans le plan de croissance, - le matériau lequel comprend une face incluant une pluralité de zones monocristallines et au moins une zone amorphe ou poly-cristalline adjacentes, les zones cristallines présentant un rapport Dmax/Dm in compris entre 5 et 20, - les directions définies par la plus grande dimension des zones monocristallines sont équiréparties entre deux orientations perpendiculaires définies sur la face, - les directions définies par la plus grande dimension des zones monocristallines sont équiréparties entre trois orientations séparées de 120° définies sur la face, - les directions définies par la plus grande dimension des zones monocristallines sont équiréparties entre les orientations définies sur la face par les directions des axes cristallins de la famille de direction [10-10] ou de la famille de direction [11-20]. Ce matériau semi-conducteur peut être obtenu en mettant en oeuvre le procédé décrit ci-dessus. L'invention concerne également l'utilisation d'un matériau semi-conducteur tel que décrit ci-dessus pour la fabrication de composants optoélectroniques. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres avantages et caractéristiques du matériau semi-conducteur et de son procédé de fabrication associé ressortiront encore de la description qui va suivre de plusieurs variantes d'exécution, données à titre d'exemples non limitatifs, à partir des dessins annexés sur lesquels : - les figures 1 a, 1 b, et 2 illustrent deux variantes de réalisation d'un procédé de fabrication d'un matériau semi-conducteur de nitrure d'élément III à partir d'un substrat de départ, - la figure 3 illustre en vue de dessus un exemple de substrat de saphir traité obtenu en utilisant un masque de protection présentant un premier motif, - la figure 4 illustre en vue de dessus un exemple de couche de nitrure de gallium obtenue en utilisant un masque de protection présentant un deuxième motif, - les figures 5 et 6 illustrent les déformations et les variations de l'orientation des plans cristallins observées dans des substrats de GaN fabriqués selon l'invention et découlant de la mise en oeuvre de l'invention ; ces substrats se caractérisent par une discontinuité de l'orientation des plans cristallins systématiquement présente au passage des zones amorphes ou polycristallines. - les figures 7 et 8 montrent les mesures d'orientation des plans cristallins dans des substrats selon l'invention, effectuées par une méthode standard de diffraction de rayon X, qui permettent de déterminer les déformations et variations d'orientation telles qu'illustrées sur les figures 5 et 6. Les figures 7 et 8 mettent de plus en évidence la concordance entre la périodicité de la discontinuité de l'orientation des plans cristallins et la périodicité de la répétition des zones amorphes ou poly-cristallines dans la couche intermédiaire à base de silicium. La période est de 10 mm pour le substrat de nitrure d'élément III en figure 7, la période est de 1.5 mm pour celui de la figure 8. La géométrie des zones amorphes réalisées dans la couche intermédiaire à base de silicium pour fabriquer les substrats mesurés est illustrée sur la figure 9. - Les figures 10 à 13 illustrent des exemples de substrat semi-conducteur selon l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE On va maintenant décrire plus en détail différents exemples de procédés de fabrication d'un matériau semi-conducteur, ainsi que de produits obtenus en référence aux figures. Dans ces différentes figures, les éléments équivalents portent les mêmes références numériques. En référence à la figure 1, on a illustré un mode de réalisation d'un procédé de fabrication d'un matériau semi-conducteur de nitrure d'élément III, et plus précisément de nitrure de gallium GaN sur un substrat de départ de type saphir. Ce procédé comprend globalement trois phases : - une première phase (étapes 100 à 600) dans laquelle le substrat de départ est traité pour permettre la croissance de couche incluant des zones adjacentes de cristallinités différentes ; - une deuxième phase (étape 700) dans laquelle une couche de nitrure de gallium GaN est épitaxiée, - une troisième phase (étape 800a ou étape 800b) dans laquelle la couche de nitrure de gallium épitaxiée est coupée dans son épaisseur pour obtenir une tranche de nitrure de gallium pouvant : o soit être utilisée pour la réalisation de structures semi-conductrices telles que des diodes électroluminescentes (DEL), o soit en tant que substrat de départ pour la croissance d'une nouvelle couche de nitrure d'élément III. Le procédé comprend une première étape 100 consistant à déposer une couche de résine photosensible 20 sur la face de croissance (dite face « prête à l'épitaxie », ou « epi-ready » selon la terminologie anglo-saxonne) du substrat de saphir 10. En variante, la couche de résine photosensible pourrait être remplacée par une couche de matériau diélectrique. Dans une autre étape 200 du procédé, des ouvertures 21 sont formées dans la couche de résine photosensible 20. La couche de résine photosensible est éclairée en utilisant une lumière émettant dans le domaine de l'ultraviolet (UV). L'exposition de la couche de résine photosensible 20 est mise en oeuvre à travers un masque d'exposition (non représenté) pour n'éclairer que certaines régions de la couche photosensible 20. Des ouvertures 21 se forment dans la couche de résine photosensible 20 au niveau des régions éclairées par la lumière UV, de sorte que certaines zones du substrat de saphir 10 ne sont plus recouvertes par la couche de résine photosensible 20. On obtient ainsi un masque de protection comprenant des ouvertures 21. Des zones amorphes sont ensuite créées dans le substrat de saphir 10 au niveau des ouvertures 21 du masque de protection.
Dans une autre étape 300 du procédé, le substrat est exposé à un plasma d'oxygène 02 ou à un plasma d'argon Ar. Le substrat de saphir subit un intense bombardement de particules ionisées au niveau des ouvertures 21 du masque de protection. Ce bombardement par plasma détruit la cristallinité du substrat de saphir 10 au niveau des zones de sa face de croissance non recouverte par le masque de protection. Les zones cristallines du substrat 10 situées au droit des ouvertures 21 sont converties en zones amorphes. Les zones du substrat recouvertes par le masque de protection ne sont pas endommagées par le bombardement, de sorte qu'elles conservent leur caractère cristallin. Une exposition au bombardement par plasma pendant une durée de l'ordre de 2 à 5 minutes est suffisante pour détruire la cristallinité du substrat de saphir 10 à sa surface. Lorsque l'étape de bombardement par plasma est terminée, le masque de protection est retiré (étape 400) du substrat. On obtient alors un substrat de saphir comprenant des zones adjacentes de cristallinités différentes au niveau de sa face de croissance. Les zones de cristallinités différentes sont mélangées à la surface du substrat de saphir. En référence à la figure 3, on a illustré en vue de dessus un exemple de substrat de saphir traité en mettant en oeuvre les étapes 100 à 400 précédemment décrites. Ce substrat de saphir 10 comprend une pluralité de zones monocristallines 20 12 et de zones amorphes 11 adjacentes dans son plan de croissance. Bien entendu les formes des zones monocristallines et des zones amorphes dépendent du motif du masque de protection. Ce motif peut être de différentes formes (ponctuel, carré, triangulaire, en bande, etc.) en fonction de l'application visée. En effet, une zone monocristalline correspond à une zone utile où est (sont) 25 réalisé(s) le (ou les) composant(s) électronique(s). La surface des zones cristallines 12 peut être ajustée à celle d'un composant électronique unique ou être plus grande pour accueillir une multiplicité de ces mêmes composants selon l'application. Notamment, le masque de protection peut être choisi de sorte que les dimensions d'une zone monocristalline satisfassent à des conditions sur un rapport 30 Dmax/Dmin dans lequel : Dmax correspond à la plus grande dimension de la zone monocristalline dans le plan de croissance, Dmax pouvant être défini comme étant la longueur du plus grand segment de droite qui s'inscrit sur la surface de la zone monocristalline et dont les extrémités sont en contact avec une (ou plusieurs) zone(s) amorphe(s) ou poly-cristalline(s) adjacente(s) à la zone monocristalline considérée ; ce segment de droite le plus long définit aussi une direction, sans contrainte d'orientation, qui sera par définition la direction de la zone cristalline, et - Dmin correspond à la plus petite dimension de la zone monocristalline dans le plan de croissance, Dmin pouvant être défini comme étant le diamètre du plus grand cercle totalement inscrit dans la zone monocristalline, ce cercle étant limité par le contact avec la ou les zones amorphes ou poly-cristallines adjacentes.
En cas d'ambigüité on se reportera aux motifs du masque de protection pour les évaluations de Dmax et Dmin. En particulier, le motif géométrique du masque de protection peut être choisi de sorte que ce rapport Dmax/Dmin: - soit strictement supérieur à 5 et - inférieur ou égal à 20. Le fait que le rapport Dmax/Dmin soit strictement supérieur à 5 permet d'obtenir une couche de nitrure d'élément III incluant des zones monocristallines dont les dimensions répondent aux besoins d'un grand nombre d'application. Le fait que le rapport Dmax/Dmin soit inférieur ou égal à 20 permet de maintenir les contraintes en-dessous d'un seuil de fissuration dans la zone cristalline. En effet, comme expliqué précédemment, les zones amorphes ou polycristallines sont formées de sorte à limiter le phénomène de fissuration dû aux contraintes dans la couche de nitrure d'élément III. Pour limiter ce phénomène de fissuration, il est donc préférable de limiter la plus grande dimension Dmax de chaque zone monocristalline à une valeur inférieure à une dimension ou distance critique DC qui est fonction d'un seuil de fissuration spécifique du matériau nitrure d'élément III. Ce seuil peut être déterminé expérimentalement en augmentant progressivement la plus grande dimension des zones monocristallines. Les contraintes peuvent induire une déformation de la zone cristalline lorsque la dimension de la zone monocristalline est inférieure à la dimension critique puis l'apparition de fissures dans la couche de nitrure d'élément III au-delà de cette distance critique. De préférence, le masque de protection choisi pour former les zones monocristallines et les zones amorphes ou poly-cristallines présente un motif géométrique unique répété une pluralité de fois sur sa surface. Toutefois, le masque peut également comprendre un motif unique destiné à recouvrir toute la surface du substrat, comme par exemple un motif en spirale. Un tel masque de protection permet d'obtenir un matériau semi-conducteur constitué de deux zones adjacentes d'orientations cristallines différentes, à savoir : - une unique zone monocristalline et - une unique zone poly-cristalline ou amorphe. Ces deux zones ont des formes de spirale, de sorte que l'orientation cristalline des plans cristallins de la zone monocristalline est discontinue le long de la surface 10 du matériau semi-conducteur. Une situation particulière pour la contrainte est celle où toutes les zones monocristallines ont une forme étroite allongée, caractérisée par un rapport Dmax/Dmin grand, avec cependant Dmax < DC, et ont toutes leur plus grande dimension parallèle pour convenir à l'application envisagée, par exemple fabriquer 15 des composants de type laser ou transistor. On constate une déformation anisotrope de la couche de nitrure d'élément III qui est défavorable pour la transformation ultérieure de la couche d'élément III en substrat. Avantageusement, l'orientation des motifs peut alors être variée sur la surface du masque de protection. Notamment, lorsque la géométrie du motif est allongée avec un rapport Dmax/Dmin typiquement 20 compris entre 5 et 20, le masque de protection peut comprendre une pluralité d'ensemble de motifs, l'orientation de la plus grande dimension variant (par exemple de 60° ou 120°) entre deux ensembles adjacents de motifs. Ceci permet de conserver une isotropie de déformation à la surface de la couche de nitrure d'élément III. Plus précisément, ceci permet d'éviter que les 25 contraintes ne se propagent toutes selon une direction privilégiée, ce qui serait le cas si les motifs de forme allongé étaient tous alignés sur le masque. Ainsi, une distribution isotrope des motifs sur le masque permet de conserver une isotropie de déformation dans la couche de nitrure d'élément III. Une autre solution pour maintenir une isotropie de contrainte peut consister à 30 utiliser un masque de protection dans lequel la géométrie de chaque motif est elle- même isotrope. C'est par exemple le cas d'un masque de protection présentant un motif en carré, en losange, en cercle, ou tout motif définissant dans la zone cristalline une plus grande dimension Dmax voisine de la plus petite dimension Dmin, typiquement Dmax/Dmin <3. Plus avantageusement encore, un tel motif isotrope tel qu'un triangle équilatérale, un losange à 60°/120° ou un hexagone aura aussi des éléments de symétrie cristalline du nitrure d'élément III. En se référant à nouveau à la figure 1, le procédé comprend une étape 500 consistant à déposer une couche de silicium 30 sur le substrat 10.
La couche de silicium 30 sert de couche intermédiaire destinée à être vaporisée spontanément lors de l'étape ultérieure de croissance par épitaxie de la couche de nitrure de gallium GaN. La croissance de la couche de silicium 30 sur le substrat 10 incluant des zones amorphes 11 et monocristallines 12 adjacentes induit la formation d'une couche de silicium 30 incluant des zones amorphes 31 et cristallines 32 adjacentes. En effet, les inventeurs ont découvert que la cristallinité ou l'absence de cristallinité du substrat se propage dans la couche de silicium 30 déposée sur celui-ci. Ainsi, des zones de silicium amorphes 31 ou proches de l'état amorphe (i.e. poly-cristallines) se forment à la verticale des zones amorphes 11 du substrat 10, et des zones de silicium monocristallines 32 se forment à la verticale des zones monocristallines 12 du substrat 10. On obtient ainsi une couche de silicium 30 incluant des zones amorphes ou poly-cristallines 31 et des zones monocristallines 32 adjacentes.
Dans une autre étape 600 du procédé, une couche de nitrure d'aluminium AIN est déposée sur la couche de silicium 30. La couche de nitrure d'aluminium AIN sert de couche tampon pour améliorer la qualité et la morphologie cristalline de la couche de nitrure de gallium GaN épitaxiée ultérieurement. L'épitaxie de la couche de nitrure d'aluminium 40 sur la couche de silicium 30 incluant des zones amorphes 31 et monocristallines 32 adjacentes induit la formation d'une couche de nitrure d'aluminium 40 incluant des zones amorphes ou polycristallines 41 et des zones monocristallines 42 adjacentes. En effet, les inventeurs ont découvert que la cristallinité ou l'absence de cristallinité se propage dans la couche de nitrure d'aluminium 40.
Ainsi, des zones de nitrure d'aluminium amorphes 41 - ou proches de l'état amorphe (i.e. poly-cristallines) - se forment au droit des zones amorphes 31 de silicium, et des zones de nitrure d'aluminium monocristallines 42 se forment au droit des zones monocristallines 32 de silicium.
A l'issue de l'étape de dépôt de la couche de nitrure d'aluminium, on obtient un empilement composé : - d'un substrat saphir 10 incluant des zones amorphes 11 et des zones monocristallines 12 au niveau de sa face de croissance, - d'une couche de silicium 30 sur le substrat saphir 10, la couche de silicium 30 incluant des zones amorphes (ou poly-cristallines) 31 et des zones monocristallines 32, - d'une couche de nitrure d'aluminium 40 sur la couche de silicium 30, la couche de nitrure d'aluminium 40 incluant des zones amorphes (ou polycristallines) 41 et des zones monocristallines 42. La deuxième phase du procédé est ensuite mise en oeuvre. Dans une étape 700 du procédé, une couche de nitrure de gallium 50 est déposée sur la couche de nitrure d'aluminium 40. Le dépôt de la couche de nitrure de gallium est réalisé par épitaxie en phase 15 vapeur à partir de chlorures et d'hydrures (ou « HVPE », sigle de l'expression anglo- saxonne « Hydride Vapour Phase Epitaxy »). Toutefois, l'homme du métier appréciera que le dépôt de la couche de nitrure de gallium peut également être réalisé par épitaxie en phase vapeur aux organométalliques (ou « MOVPE », sigle de l'expression anglo-saxonne « MetalOrganic Vapour Phase Epitaxy »). 20 Lors de la croissance de la couche de nitrure de gallium, la couche de silicium se vaporise spontanément de sorte que l'empilement AIN/GaN composé de la couche de nitrure d'aluminium AIN et de la couche de nitrure de gallium GaN se désolidarise du substrat de saphir. Ce découplage entre le substrat de saphir et l'empilement AIN/GaN permet 25 favorablement de limiter le phénomène de fissuration dans la couche de nitrure de gallium en éliminant les contraintes liées aux différences de coefficients thermiques entre le saphir et le nitrure de gallium lors du refroidissement postérieur au dépôt de la couche de nitrure de gallium 50. En l'absence des zones amorphes ou polycristallines 51, ce découplage permet défavorablement aux contraintes, qui vont 30 s'accroissant avec l'amélioration de la qualité cristalline de GaN, de se libérer en engendrant des fissures pendant la croissance. L'introduction des zones 51 amorphes ou poly-cristallines fournit des lieux où la contrainte peut favorablement se relaxer sans créer de fissure. L'introduction des zones 51 permet la fabrication d'une couche de nitrure de gallium 50 sans fissure comportant des zones 52 de très hautes qualités. La croissance de la couche de nitrure de gallium 50 sur la couche de nitrure d'aluminium 40 incluant des zones amorphes 41 et monocristallines 42 mélangées induit la formation d'une couche de nitrure de gallium 50 incluant des zones amorphes ou poly-cristallines 51 et des zones monocristallines 52 adjacentes : - des zones de nitrure de gallium amorphes ou poly-cristallines 51 se forment au droit des zones amorphes 41 de nitrure d'aluminium, et - des zones de nitrure de gallium monocristallines 52 se forment au droit des zones monocristallines 42 de nitrure d'aluminium. La couche de nitrure de gallium 50 ne croît pas de manière égale à la surface de la couche de nitrure d'aluminium du fait de la présence des zones amorphes ou poly-cristallines 41 de nitrure d'aluminium. En effet, la vitesse de croissance du nitrure de gallium sur une zone monocristalline est supérieure, jusqu'à deux fois supérieure, à la vitesse de croissance du nitrure de gallium sur une zone amorphe ou poly-cristalline. Lors de la croissance de la couche de nitrure de gallium, ce phénomène naturel induit la formation de facettes 55 qui assurent la continuité de la surface de la couche 50 entre: les zones amorphes ou poly-cristallines 51 de nitrure de gallium au-dessus des zones 41 de nitrure d'aluminium, et - la région supérieure de croissance 53 au-dessus des zones monocristallines de nitrure d'aluminium 42. De préférence, la température de croissance de la couche de nitrure de gallium est choisie relativement basse pour induire un mode de croissance tridimensionnel (3D) de la couche de nitrure de gallium 50. Par exemple, la température de croissance de la couche de nitrure de gallium est maintenue sensiblement égale à 980°C. Ce mode de croissance 3D induit la formation d'îlots et de trous facettés 54 au niveau de la région supérieure de croissance 53. Ceci permet un fort dopage en oxygène du nitrure de gallium du fait de la présence de facettes, facettes des ilots et trous 54 et facettes 55, sur toute sa surface de croissance. Ce fort dopage en oxygène présente l'avantage de diminuer la résistivité de la couche de nitrure de gallium sur toute sa surface, ce qui permet la fabrication de structures semiconductrices sur une plus grande surface de la couche de nitrure de gallium. La croissance de la couche de nitrure de gallium peut être maintenue jusqu'à disparition complète de la région supérieure de croissance 53. Par exemple, la croissance de la couche de nitrure de gallium peut être maintenue jusqu'à obtention d'une couche de nitrure de gallium d'épaisseur supérieure à deux fois la largeur d'une zone monocristalline. Bien entendu, la croissance de la couche de nitrure de gallium peut également être interrompue avant disparition complète de la région supérieure de croissance io 53. A l'issue de l'étape de croissance de la couche de nitrure de gallium, on obtient un empilement comprenant une couche de nitrure d'aluminium et une couche de nitrure de gallium, l'épaisseur de la couche de nitrure de gallium pouvant varier entre 1pm et 10mm en fonction de l'application visée, l'empilement étant 15 autosupporté et libéré du substrat de départ 10. Une autre étape 800a, 800b du procédé consiste à couper la couche de nitrure de gallium dans son épaisseur pour obtenir une tranche de nitrure de gallium. La coupe de la tranche de nitrure de gallium peut être effectuée dans une région de la couche de nitrure de gallium où la région supérieure de croissance 53 a disparu 20 (étape 800a), ou dans une région de la couche de nitrure de gallium où la région supérieure de croissance 53 est encore présente (étape 800b). Les étapes 800a et 800b permettent de fabriquer par polissage des substrats de GaN plan dont la rugosité Ra est de l'ordre de l'angstrôm, sans fissure avec des zones cristallines 52 d'excellente qualité propre à la croissance de dispositifs comme les diodes 25 électroluminescentes de très haute puissance pour l'éclairage. La tranche de nitrure de gallium ainsi obtenue peut être utilisée pour réaliser des composants optoélectroniques. Dans ce cas, les composants optoélectroniques sont réalisés sur les zones monocristallines de la tranche de nitrure de gallium. En variante, la tranche de nitrure de gallium peut être utilisée en tant que 30 substrat pour la croissance d'une nouvelle couche de nitrure d'élément III, notamment de nitrure de gallium. Différentes techniques de croissance de la nouvelle couche de nitrure de gallium peuvent alors être mises en oeuvre, tel qu'une technique de surcroissance épitaxiale latérale (ou « ELO », acronyme de l'expression anglo-saxonne « Epitaxial Lateral Overgrowth »). Dans le cas d'une surcroissance épitaxiale latérale, un masque de croissance est par exemple disposé sur la tranche de nitrure de gallium et dont les ouvertures s'étendent au-dessus des zones monocristallines 52 de la tranche de nitrure de gallium, le masque recouvrant les zones amorphes ou poly-cristallines 51 de la tranche de nitrure de gallium. Avantageusement, le motif du masque peut être prévu pour recouvrir partiellement les zones monocristallines de la tranche de nitrure de gallium. Ceci permet de limiter l'épaisseur de croissance nécessaire pour obtenir une nouvelle couche de nitrure de gallium plane. En référence à la figure 2, on a illustré un autre mode de réalisation du procédé de fabrication d'une couche de nitrure de gallium. Ce deuxième mode de réalisation diffère du procédé illustré à la figure 1 en ce que la qualité cristalline du 15 substrat de saphir n'est pas dégradée pour obtenir des zones amorphes. Une étape 110 de ce procédé consiste à déposer une couche de nitrure de gallium amorphe 60 sur toute la surface du substrat de saphir 10. Le dépôt de la couche de nitrure de gallium amorphe peut être mis en oeuvre par MOVPE à une température très basse, typiquement inférieure ou égale de 600°C de sorte à 20 favoriser la croissance amorphe du nitrure de gallium. En variante, l'étape de dépôt de la couche de nitrure de gallium amorphe 60 peut être remplacée par une étape de dépôt d'une couche de nitrure d'aluminium amorphe. Les inventeurs ont en effet constaté que le nitrure d'aluminium amorphe, également obtenu par un dépôt à très basse température, est à même de jouer le 25 même rôle que le GaN amorphe dans ce mode de réalisation. Dans une autre étape 210 du procédé, un masque de protection 20 incluant des ouvertures 21 est déposé sur la couche de nitrure de gallium amorphe 60. La couche de nitrure de gallium amorphe est ensuite gravée (étape 310) à travers les ouvertures 21 du masque de protection 20 jusqu'à faire apparaître le 30 substrat de saphir. Dans une autre étape 410 du procédé, le masque de protection est retiré. On obtient ainsi un substrat de saphir incluant des zones de nitrure de gallium amorphe sur sa surface de croissance.
On réalise ensuite la croissance de la couche à base de silicium, la croissance de la couche de nitrure d'aluminium et la croissance de la couche de nitrure de gallium (étape 510), comme décrit précédemment en référence à la figure 1. L'orientation cristalline ou l'absence d'orientation cristalline se propage au travers de ces différentes couches. On obtient ainsi (préalablement à la vaporisation de la couche à base de silicium), un empilement composé : - d'un substrat de saphir 10, - de zones amorphes de nitrure de gallium 60 sur le substrat de saphir 10, - d'une couche à base de silicium 30 sur le substrat de saphir 10, ladite couche à base de silicium 30 incluant : o des zones amorphes ou poly-cristallines 31 au-dessus des zones amorphes de nitrure de gallium 60, o des zones monocristallines 32 au-dessus des zones du substrat non recouvertes par la couche de nitrure de gallium amorphe 60, - d'une couche de nitrure d'aluminium 40 sur la couche à base de silicium 30, ladite couche de nitrure d'aluminium 40 incluant : o des zones amorphes ou poly-cristallines 41 au-dessus des zones amorphes ou poly-cristallines à base de silicium 31, o des zones monocristallines 42 au-dessus des zones monocristallines à base de silicium 32, - d'une couche de nitrure de gallium 50 sur la couche de nitrure d'aluminium 40, ladite couche de nitrure de gallium 50 incluant : o des zones amorphes ou poly-cristallines 51 au-dessus des zones amorphes ou poly-cristallines de nitrure d'aluminium 41, o des zones monocristallines 52 au-dessus des zones monocristallines de nitrure d'aluminium 42. A l'issue de l'étape de croissance de la couche de nitrure de gallium incluant des zones adjacentes d'orientations cristallines différentes, on met en oeuvre les étapes des deuxième et troisième phases décrites en référence à la figure 1.
Comme décrit précédemment, différents agencements des zones monocristallines et amorphes (ou poly-cristallines) peuvent être obtenus en fonction du masque de protection choisi.
En référence à la figure 4, on a illustré un exemple d'agencements des zones monocristallines et amorphes (ou poly-cristallines) d'une couche de nitrure de gallium 50 pour un type de masque de protection. Les zones monocristallines 52 ont une forme globalement triangulaire, et sont entourées de zones amorphes ou poly-cristallines 51 globalement rectilignes et présentant différentes orientations. En référence aux figures 5 et 6, on a illustré schématiquement les rayons de courbures de deux couches de nitrure de gallium 50 incluant une alternance de zones monocristallines rectilignes et de zones amorphes (ou poly-cristallines) rectilignes. Ces deux couches de nitrures de gallium 50 ont été obtenues en mettant en oeuvre le procédé de fabrication illustré à la figure 1. Ces deux couches de nitrure de gallium 50 diffèrent en ce que les masques de protection utilisés dans le procédé de fabrication présentent des pas différents. Dans le cas de la couche de nitrure de gallium dont le rayon de courbure est illustré à la figure 5, le pas du masque de protection utilisé est de 10 millimètres. Dans le cas de la couche de nitrure de gallium dont le rayon de courbure est illustré à la figure 6, le pas du masque de protection utilisé est de 5 millimètres. Comme on peut le constater dans ces figures, la combinaison : - de la formation de zones amorphes ou poly-cristallines adjacentes à des zones monocristallines, avec - l'utilisation d'une couche sacrificielle à base de silicium se vaporisant spontanément lors la croissance de la couche de gallium 50, permet d'obtenir une discontinuité de l'orientation des plans cristallins dans la couche de nitrure de gallium 50. Ceci permet de diminuer localement les contraintes dans la couche de nitrure de gallium 50 en-dessous d'un seuil critique induisant la fissuration de celle-ci. Ainsi, les substrats de nitrure de gallium obtenus en mettant en oeuvre le procédé décrit ci-dessus se caractérisent par une discontinuité de l'orientation des plans cristallins systématiquement présente au passage des zones amorphes ou poly-cristallines, comme l'illustrent les figures 5 et 6. On constate en effet sur les figures 5 et 6 que les substrats présentent une discontinuité de l'orientation des plans cristallins dans les zones cristallisées au passage des zones amorphes. Cette discontinuité est bien liée aux zones amorphes puisqu'elle présente la périodicité des dites zones.
En référence aux figures 7 et 8, l'orientation des plans cristallins en fonction de positions sur le substrat le long d'une ligne de mesure 56 est illustrée. Ces d'orientation des plans cristallins dans des substrats selon l'invention, effectuées par une méthode standard de diffraction de rayon X, permettent de déterminer les déformations et variations d'orientation telles qu'illustrées sur les figures 5 et 6. Les figures 7 et 8 mettent de plus en évidence la concordance entre la périodicité de la discontinuité de l'orientation des plans cristallins et la périodicité de la répétition des zones amorphes ou poly-cristallines dans la couche intermédiaire à base de silicium. La période est de 10 mm pour le substrat de nitrure d'élément III de la figure 7, la période est de 1.5 mm pour celui de la figure 8. La géométrie des zones amorphes réalisées dans la couche intermédiaire à base de silicium pour fabriquer les substrats mesurés est illustrée sur la figure 9. La figure 10 illustre un substrat semi-conducteur formé en utilisant le procédé selon l'invention décrit ici. Le substrat semi-conducteur 100 comprend une tranche semi-conductrice en nitrure de gallium dont un agencement des régions de relaxation de contrainte 151 divise la région monocristalline en une pluralité de formes triangulaires interconnectées en utilisant le motif illustré sur la figure 4. Comme décrit précédemment, différents agencements des régions amorphes et/ou poly-cristallines, qui résultent en ce que la région monocristalline est divisée en différentes régions formées interconnectées, peuvent être obtenus en fonction du masque de protection sélectionné. Généralement, le substrat semi-conducteur 100 peut être sous la forme d'une tranche semi-conductrice ayant une forme similaire à un disque définissant un diamètre particulier. Par exemple, le diamètre de la tranche semi-conductrice peut être d'au moins environ 5,1 cm (environ 2 pouces), d'au moins environ 7,6 cm (environ 3 pouces), d'au moins environ 10 cm (environ 4 pouces), d'au moins environ 15 cm (environ 6 pouces), d'au moins environ 20 cm (environ 8 pouces) ou même d'au moins environ 30 cm (environ 12 pouces). Dans le mode de réalisation de la figure 10, un substrat semi-conducteur formé à partir d'un matériau à base de nitrure du groupe III comprend une région de monocristal (autrement dit, une région monocristalline) et une pluralité de régions de relaxation de contrainte s'étendant dans au moins une partie du substrat et définissant une pluralité de formes bidimensionnelles interconnectées dans la région de monocristal. De préférence, la région de monocristal est une région monocristalline continue divisée en une pluralité de régions interconnectées. Ces régions interconnectées sont de préférence identiques quant à la taille et la forme, mais, en pratique, il y aura un certain degré inévitable de variation. Comme décrit plus en détail ci-dessous, les modes de réalisation préférés réduisent à un minimum toute variation géométrique à travers le substrat, ce qui améliore la prévisibilité et ainsi la productivité pour les dispositifs formés sur le substrat. Les régions de relaxation de contrainte comprennent des régions amorphes et/ou poly-cristallines comme décrit ci-dessus, qui servent à absorber la contrainte/déformation de tension dans le substrat. Comme illustré sur la figure 11, les substrats ou les tranches semi-conductrices 100 autosupportés formés à partir d'un matériau à base de nitrure du groupe III tel que le GaN ont généralement une forme incurvée concave due à la contrainte qui apparaît pendant le développement cristallin. Sur la figure 11, la flèche 122 représente la quantité de courbure physique présente par rapport à un plan de référence médian 120 (qui représenterait le plan de surface d'une tranche semi-conductrice sans courbure). De plus, le substrat peut présenter une courbure physique telle qu'illustrée, ainsi qu'une courbure de la structure cristalline interne. Comme illustré sur la figure 12, cependant, dans les modes de réalisation de la présente invention, les régions de relaxation de contrainte amorphes ou poly- cristallines 151 agissent pour dissiper certaines des contraintes dans le substrat 102. En effet, la présence de ces régions permet la division du substrat de monocristal 152 en zones qui se comportent comme des plus petits cristaux indépendants. Les courbures à la fois physique et cristalline sont ainsi fortement réduites. Dans certains modes de réalisation, la contrainte dans le substrat est réduite au point où il ne se produit aucune fissuration, ou uniquement une fissuration très minime dans le substrat. De préférence, sensiblement toute fissuration qui se produit se trouve dans les régions de relaxation de contrainte de sorte que la région de monocristal est sensiblement exempte de fissures. Comme décrit ci-dessus, l'art antérieur enseigne l'utilisation de zones amorphes ou poly-cristallines dans une couche d'un nitrure d'un élément du groupe III pour diminuer le nombre de défauts cristallins dans les régions de monocristal en piégeant les dislocations dans les zones amorphes ou poly-cristallines de la couche de nitrure d'un élément du groupe III. Par contre, les modes de réalisation de la présente invention utilisent des zones amorphes ou poly-cristallines en tant que régions de relaxation de contrainte pour réduire les courbures physique et cristallines du substrat ou de la tranche semiconductrice. L'expression « formes bidimensionnelles » est utilisée ici pour faire référence aux formes sur la surface du substrat formées par les régions de relaxation de contrainte. On doit comprendre que ces « formes bidimensionnelles » sont simplement la forme de surface d'une région de monocristal qui s'étend vers le bas à travers le substrat. De même, les régions de relaxation de contrainte forment des formes ou des lignes sur la surface du substrat comme décrit ici, mais ces régions s'étendent également vers le bas à travers le substrat, s'étendant de préférence verticalement de la surface supérieure du substrat vers la surface inférieure du substrat. La figure 13 illustre un motif de régions de relaxation de contrainte formant une pluralité de formes triangulaires bidimensionnelles interconnectées sur la surface du substrat. Comme illustré sur la figure 13, chacune de ces régions ou formes s'étend vers le bas à travers le substrat.
Le substrat semi-conducteur comprend également au moins l'un de ce qui suit : - une courbure physique définissant un rayon de courbure d'au moins environ 5 m ; - une variation d'angle de troncature (2(3) inférieure ou égale à environ 0,6 degré entre une forme bidimensionnelle dans une partie centrale du substrat ayant un angle de troncature (ccc) et une forme bidimensionnelle dans une partie périphérique du substrat disposée entre le centre et un bord périphérique du substrat ayant un angle de troncature (ccp) ; et - un rapport de relaxation (Asr/As,) inférieur ou égal à environ 30 %, où As, est l'aire de la pluralité de formes bidimensionnelles interconnectées et As, est l'aire de la pluralité de régions de relaxation de contrainte. Dans un mode de réalisation, le substrat comprend une tranche semiconductrice ayant un diamètre d'au moins environ 10 cm (environ 4 pouces) ayant 30 une courbure physique définissant un rayon de courbure d'au moins environ 12 m. De préférence, les modes de réalisation de la présente invention auront une courbure physique avec un écart par rapport à un plan de référence médian inférieur ou égal à ±50 pm, inférieur ou égal à ±40 pm, ou inférieur ou égal à ±25 pm, comme illustré sur la figure 12. Dans certains modes de réalisation, la variation d'angle de troncature à travers la tranche semi-conductrice est contrôlée pour être inférieure à 0,2 degré (±0,1 degré) à travers le substrat indépendamment de la taille du substrat autosupporté. Dans certains modes de réalisation, le substrat comprend une tranche semiconductrice ayant un diamètre d'environ 5,1 cm (environ 2 pouces) et la tranche semi-conductrice comprend une courbure cristalline définissant un rayon de courbure d'au moins environ 7 m. Dans certains modes de réalisation, le substrat comprend une tranche semi-conductrice ayant un diamètre d'environ 10 cm (environ 4 pouces) et la tranche semi-conductrice comprend une courbure cristalline définissant un rayon de courbure d'au moins environ 15 m. Dans certains modes de réalisation, le substrat comprend un rapport de relaxation (Asr/Asc) inférieur ou égal à environ 20 %, 15 %, 12 %, ou 10 %, 5 %, ou 1 %, où As, est l'aire de la pluralité de formes bidimensionnelles interconnectées et As, est l'aire de la pluralité de régions de relaxation de contrainte. Selon un aspect, la variation géométrique entre la pluralité de formes bidimensionnelles interconnectées est inférieure ou égale à 20 %, 15 %, 10 %, 9 %, 8% 7% 6% 5% 4% 3% 2% 1 %, 0,75 %, 05% 0,25 %, 0.u. 0 ui Aà travers le substrat. Telle qu'utilisée ici, l'expression « variation géométrique » fait référence à n'importe quelle variation de la géométrie de deux des formes bidimensionnelles, comprenant la taille des formes, la position des formes sur le substrat, l'orientation des formes sur le substrat, au moins une dimension des formes, ou une variation de pas totale entre les régions de relaxation de contrainte définissant la pluralité de formes. Dans certains modes de réalisation, le substrat comprend une variation de pas totale entre la pluralité de formes bidimensionnelles interconnectées à travers le substrat inférieure ou égale à 20 %, 15 %, 10 %, 9 %, 8 %, 7 %, 6 %, 5 %, 4 %, 3 %, 2 %, 1 %, 0,75 %, 0,5 %, 0,25 %, ou 0,1 % à travers le substrat. De préférence, le substrat comprend une variation de pas inférieure ou égale à 45 pm.
Dans certains modes de réalisation, un substrat semi-conducteur formé à partir d'un matériau à base de nitrure du groupe III comprend une pluralité de régions de relaxation de contrainte ; une région de monocristal s'étendant entre la pluralité de régions de relaxation de contrainte, la région de monocristal formant une pluralité de formes bidimensionnelles interconnectées ; où la variation géométrique entre la pluralité de formes bidimensionnelles est inférieure ou égale à 10 %, 9 %, 8 %, 7 %, 6 %, 5 %, 4 %, 3 %, 2 %, 1 %, 0,75 %, 0,5 %, 0,25 /00,, ou 0,1 % à travers le substrat. Selon un autre mode de réalisation, un lot de production de substrats autosupportés peut être formé en utilisant les procédés décrits ici. En particulier, un 5 lot de production peut comprendre au moins 20 substrats formés consécutivement les uns par rapport aux autres, qui ne sont pas nécessairement choisis de manière aléatoire dans une réserve plus grande de substrats, qui ont été formés en utilisant le même procédé et destinés à avoir les mêmes caractéristiques géométriques et cristallines. Pour des modes de réalisation particuliers, un lot de production d'au 10 moins 20 substrats peut être formé, dans lequel chacun des substrats présente les caractéristiques décrites ici. En plus, le lot de production dans son ensemble peut présenter des caractéristiques particulières. Dans certains modes de réalisation, un lot de production de substrats comprend au moins 20 substrats, chacun des substrats dans 15 le lot comprenant un substrat semi-conducteur formé à partir d'un matériau à base de nitrure du groupe III, le substrat comprenant : une région de monocristal ; une pluralité de régions de relaxation de contrainte s'étendant dans au moins une partie du substrat et définissant une pluralité de formes bidimensionnelles interconnectées dans la région de monocristal ; et où le substrat comprend au moins l'un de ce qui 20 suit : - une courbure physique définissant un rayon de courbure d'au moins environ 5 m ; - une variation d'angle de troncature (2(3) inférieure ou égale à environ 0,6 degré entre une forme bidimensionnelle dans une partie centrale du 25 substrat ayant un angle de troncature (ccc) et une forme bidimensionnelle dans une partie périphérique du substrat disposée entre le centre et un bord périphérique du substrat ayant un angle de troncature (ccp) ; et - un rapport de relaxation (Asr/Asc) inférieur ou égal à environ 30 %, où 30 As, est l'aire de la pluralité de formes bidimensionnelles interconnectées et As, est l'aire de la pluralité de régions de relaxation de contrainte. Dans un tel lot de production de substrats, chacun des substrats dans le lot peut également comprendre une pluralité de régions de relaxation de contrainte ; et une région de monocristal s'étendant entre la pluralité de régions de relaxation de contrainte, la région de monocristal formant une pluralité de formes bidimensionnelles interconnectées ; où la variation géométrique entre la pluralité de formes bidimensionnelles est inférieure ou égale à 10 %, 9 %, 8 %, 7 %, 6 %, 5 %, 4 %, 3 %, 2 %, 1 %, 0,75 %, 0,5 %, 0,25 %, ou 0,1 % à travers le substrat. Dans certains modes de réalisation, un substrat semi-conducteur formé à partir d'un matériau à base de nitrure du groupe III comprend une région de monocristal s'étendant entre une pluralité de régions de relaxation de contrainte, la région de monocristal formant une pluralité de formes bidimensionnelles interconnectées, où chaque forme de la pluralité a une région de résistivité élevée ayant une résistivité d'environ 1,0 ohm-cm ou plus sur la surface de substrat dans la forme, et où chaque forme de la pluralité de formes est configurée pour contenir au moins une structure de dispositif formée sur le substrat, ladite structure de dispositif ayant un centre de dispositif espacé de la région de résistivité élevée.
Dans certains modes de réalisation, un substrat semi-conducteur formé à partir d'un matériau à base de nitrure du groupe III comprend une région de monocristal s'étendant entre une pluralité de régions de relaxation de contrainte, la région de monocristal formant une pluralité de formes bidimensionnelles interconnectées, où chaque forme de la pluralité de formes est configurée pour zo contenir au moins une structure de dispositif ayant une forme complémentaire. Une forme complémentaire sera celle dans laquelle la structure de dispositif s'ajuste dans la forme de zone monocristalline définie par la forme bidimensionnelle. Dans certains modes de réalisation, un substrat semi-conducteur formé à partir d'un matériau à base de nitrure du groupe III comprend une pluralité de régions 25 de relaxation de contrainte ; une région de monocristal s'étendant entre la pluralité de régions de relaxation de contrainte, la région de monocristal formant une pluralité de régions de dispositif interconnectées ayant des formes bidimensionnelles ; et une zone située vers le centre d'au moins une région de dispositif dans laquelle un dopant a été ajouté pour abaisser la résistivité du matériau monocristallin dans la 30 zone. De préférence, la zone centrale dopée a une résistivité qui est sensiblement identique à la résistivité du matériau non dopé vers la périphérie de chaque zone. Le dopant peut comprendre, par exemple, du germanium. La résistivité de la zone centrale dopée et la résistivité du matériau non dopé vers la périphérie de chaque zone sont comprises entre environ 0,01 ohm-cm et 1,0 ohm-cm, et de préférence inférieure ou égale à environ 0,1 ohm-cm. Selon un aspect, les formes bidimensionnelles interconnectées sont formées par un motif répétitif de régions de relaxation de contrainte isolées. Les régions de relaxation de contrainte sont chacune de préférence sous la forme d'au moins deux lignes connectées s'étendant dans au moins deux directions non parallèles. Le terme « lignes » fait référence à la forme de surface bidimensionnelle des régions de relaxation de contrainte, bien que les régions s'étendent à travers le substrat. En faisant référence à la figure 4, par exemple, la forme de surface bidimensionnelle des régions de relaxation de contrainte (zones amorphes ou poly-cristallines 51) est généralement sous la forme de deux lignes se croisant (non parallèles). Dans un mode de réalisation, l'une des lignes pourrait avoir, par exemple, une largeur d'environ 10 pm et une longueur de 400 pm ; tandis que la deuxième ligne, qui croise la partie centrale de la première ligne selon un angle, pourrait avoir, par exemple, une largeur d'environ 10 pm et une longueur d'environ 200 pm. Le motif des régions de relaxation de contrainte peut former une pluralité de formes polygonales, circulaires, ellipsoïdales, irrégulières, hexagonales, équilatéralement triangulaires ou triangulaires interconnectées. Dans un mode de réalisation, le motif des régions de relaxation de contrainte forme une pluralité de formes interconnectées dans lesquelles la dimension la plus grande de la forme bidimensionnelle est d'au moins 100 pm, d'au moins 200 pm, ou d'au moins 300 pm. Dans un autre mode de réalisation, le motif des régions de relaxation de contrainte forme une pluralité de formes interconnectées dans lesquelles la dimension la plus petite de la forme bidimensionnelle est d'au moins 200 pm ou plus. Dans certains modes de réalisation, le motif des régions de relaxation de contrainte forme une pluralité de formes interconnectées dans lesquelles la dimension de la forme bidimensionnelle dans une première direction est supérieure à la dimension de la forme bidimensionnelle dans une deuxième direction. L'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le motif des régions de relaxation de contrainte forme une pluralité de formes interconnectées ayant une aire d'au moins 14 cm2. Les régions de relaxation de contrainte formant le motif répétitif peuvent avoir une largeur d'au moins 10 pm, par exemple une largeur d'environ 10 pm à 100 pm. Les régions de relaxation de contrainte peuvent être chacune, par exemple, sous la forme d'au moins deux lignes connectées s'étendant dans au moins deux directions non parallèles. Les régions de relaxation de contrainte peuvent être chacune sous la forme d'au moins deux lignes connectées, l'une des lignes formant un angle avec l'autre ligne. Les régions de relaxation de contrainte peuvent être chacune sous une forme dans laquelle une partie de la forme s'étend dans une direction sur la surface de substrat, tandis qu'une autre partie de la forme s'étend dans une direction différente sur la surface de substrat. Comme décrit ci-dessus, la pluralité de régions de relaxation de contrainte servent à dissiper la contrainte à travers le substrat. Dans certains modes de réalisation, le substrat semi-conducteur comprend du nitrure de gallium. Dans certains modes de réalisation, le substrat semi-conducteur a une épaisseur supérieure à 1 pm, de préférence de 100 pm à 10 cm, plus préférablement de 500 pm à 3 mm. Dans certains modes de réalisation, la pluralité de formes bidimensionnelles interconnectées comprend au moins une première forme au niveau d'une région centrale du substrat et une deuxième forme au niveau d'une région périphérique du substrat, et la variation géométrique entre la première forme et la deuxième forme est inférieure ou égale à 10% 9% 8% 7% 6% 5% 4% 3% 2% 1 % 05% 0,25 %, ou 0,1 %. La pluralité de formes bidimensionnelles interconnectées zo comprend au moins une première forme au niveau d'une région centrale du substrat et une deuxième forme au niveau d'une région périphérique du substrat, et la variation géométrique entre la première forme et la deuxième forme est entre 0,1 % et 5 %, ou entre 0,01 % et 10 %. La variation géométrique peut comprendre au moins l'une de ce qui suit : la taille de la forme, la position de la forme sur le substrat, 25 l'orientation de la forme sur le substrat, au moins une dimension de la forme, ou une variation de pas totale entre les régions de relaxation de contrainte définissant la pluralité de formes. Dans certains modes de réalisation, les formes bidimensionnelles interconnectées sont reliées par au moins une zone de matériau monocristallin ayant 30 une largeur d'au moins 10 pm, par exemple une largeur d'environ 10 pm à 100 pm. Dans certains modes de réalisation, le substrat semi-conducteur comprend une variation d'angle de troncature (2(3) inférieure ou égale à environ 0,4 degré (+ 0,2 degré), 0,38 degré, 0,36 degré, 0,34 degré, 0,32 degré, 0,3 degré, 0,28 degré, 0,26 degré, 0,24 degré, 0,22 degré, ou 0,20 degré entre une forme bidimensionnelle dans une partie centrale du substrat ayant un angle de troncature (ccc) et une forme bidimensionnelle dans une partie périphérique du substrat disposée entre le centre et un bord périphérique du substrat ayant un angle de troncature (ap). Dans certains modes de réalisation, la région de monocristal comprend une densité de dislocations inférieure ou égale à environ 1 x 107 dislocations/cm2, 9 x 106 dislocations/cm2, 8 x 106 dislocations/cm2, 7 x 106 dislocations/cm2, 6 x 106 dislocations/cm2, 5 x 106 dislocations/cm2, 4 x 106 dislocations/cm2, 3 x 106 dislocations/cm2, 2 x 106 dislocations/cm2, 1 x 106 dislocations/cm2, 1 x 105 dislocations/cm2, ou 1 x 104 dislocations/cm2.
Les modes de réalisation représentent ici une innovation par rapport à l'état de l'art. La présente demande présente un procédé particulier pour former des substrats semi-conducteurs en utilisant une combinaison particulière de caractéristiques, comprenant les procédés décrits ci-dessus qui forment des zones ou des régions amorphes et/ou poly-cristallines dans une couche de nitrure d'un élément du groupe III. Comme décrit ci-dessus, l'art antérieur enseigne l'utilisation de ces zones amorphes ou poly-cristallines dans une couche d'un nitrure d'un élément du groupe III pour diminuer le nombre de défauts cristallins dans des régions de monocristal en piégeant les dislocations dans les zones amorphes ou poly-cristallines de la couche de nitrure d'un élément du groupe III. Cependant, dans ces documents, il n'est ni décrit, ni suggéré que la présence de zones amorphes ou poly-cristallines dans une couche de nitrure d'un élément du groupe III absorbe les contraintes de la couche de nitrure d'un élément du groupe III. Par contre, les modes de réalisation de la présente invention utilisent des zones amorphes ou poly-cristallines en tant que régions de relaxation de contrainte pour réduire les courbures physique et cristalline du substrat ou de la tranche semi- conductrice. L'introduction de régions amorphes et/ou poly-cristallines fournit des zones dans lesquelles une contrainte peut être relaxée sans créer de fissures. Cela permet la fabrication d'une couche de très grande qualité de nitrure de gallium monocristallin sans fissures dans le substrat.
L'homme du métier aura compris que de nombreuses modifications peuvent être apportées aux procédés et matériaux décrits ci-dessus sans sortir matériellement des nouveaux enseignements présentés ici. Il est donc bien évident que les exemples qui viennent d'être donnés ne sont que des illustrations particulières en aucun cas limitatives.

Claims (65)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un matériau semi-conducteur de nitrure d'élément III à partir d'un substrat de départ, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : former (500) une couche intermédiaire à base de silicium (30) sur un substrat de départ, ladite couche intermédiaire comportant au moins deux zones adjacentes d'orientations cristallines différentes (11, 12), notamment une zone monocristalline (12) et une zone amorphe ou poly-cristalline (11), w faire croître (700) par épitaxie d'une couche de nitrure d'élément III (50) sur ladite couche intermédiaire, la couche intermédiaire étant destinée à être vaporisée spontanément lors de l'étape consistant à faire croître par épitaxie la couche de nitrure d'élément III. 15
  2. 2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l'étape consistant à former la couche intermédiaire comprend : la création d'au moins une zone amorphe ou poly-cristalline dans le substrat de départ, le dépôt de la couche intermédiaire sur le substrat de départ de sorte à former 20 une couche intermédiaire à base de silicium comprenant au moins une zone amorphe ou poly-cristalline et au moins une zone monocristalline adjacente.
  3. 3. Procédé selon la revendication précédente, dans laquelle la création d'au moins une zone amorphe ou poly-cristalline dans le substrat de départ comprend une 25 sous-étape consistant à : bombarder par plasma au moins une zone du substrat de départ pour créer ladite et au moins une zone amorphe ou poly-cristalline dans le substrat de départ. 30
  4. 4. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, dans lequel la création d'au moins une zone amorphe ou poly-cristalline comprend les sous-étapes consistant à : déposer un masque de protection sur le substrat de départ, bombarder par plasma le substrat de départ recouvert du masque de protection,- retirer le masque de protection.
  5. 5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape de formation de la couche intermédiaire comprend : le dépôt d'une couche initiale de nitrure d'élément III amorphe ou poly- cristalline incluant au moins une ouverture, le dépôt de la couche intermédiaire sur la couche initiale de sorte à former une couche intermédiaire à base de silicium comprenant au moins une zone amorphe ou poly-cristalline et au moins une zone monocristalline adjacente.
  6. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel le dépôt de la couche initiale comprend les sous-étapes consistant à : déposer une couche initiale de nitrure d'élément III amorphe ou poly-cristalline sur le substrat de départ, déposer un masque de protection comprenant au moins une lumière sur la couche initiale, graver la couche initiale à travers ladite et au moins une lumière du masque de protection pour obtenir ladite et au moins une ouverture de la couche initiale, retirer le masque de protection.
  7. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'étape de formation comprend en outre une sous-étape consistant à déposer une couche de nucléation choisie parmi AIN, Al'GayN, AlxGayInzN, InN, SiC, A1203, AlAs, GaAs ou une combinaison de ces différentes couches, ladite couche de nucléation étant déposée préalablement à l'étape consistant à faire croître par épitaxie la couche de nitrure d'élément III.
  8. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'étape consistant à faire croître par épitaxie la couche de nitrure d'élément III est réalisée à basse température pour favoriser un mode de croissance épitaxiale tridimensionnelle de la couche de nitrure d'élément III.
  9. 9. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l'étape consistant à faire croître par épitaxie la couche de nitrure d'élément III est mise en oeuvre à une température comprise entre 900 et 1000°C, préférentiellement comprise entre 950 et 1000°C et encore plus préférentiellement égale à 980°C.
  10. 10.Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'étape consistant à faire croître par épitaxie la couche de nitrure d'élément III est maintenue jusqu'à obtention d'une couche de nitrure d'élément III dont l'épaisseur est supérieure ou égale à deux fois la largeur de ladite et au moins une zone monocristalline.
  11. 11. Procédé selon la revendication précédente, lequel comprend en outre une étape consistant à couper une tranche dans la couche de nitrure d'élément III à une hauteur supérieure ou égale à deux fois la largeur de ladite et au moins une zone 15 monocristalline.
  12. 12. Procédé selon l'une des deux revendications précédentes, lequel comprend en outre les étapes consistant à : déposer un masque de croissance sur la couche de nitrure d'élément III, le 20 masque de croissance comprenant au moins un motif et au moins une cavité, ledit et au moins un motif recouvrant ladite et au moins une zone amorphe ou poly-cristalline de la couche de nitrure d'élément III, mettre en oeuvre une opération de croissance épitaxiale latérale sur la couche de nitrure d'élément III recouverte par le masque de croissance pour former 25 une deuxième couche de nitrure d'élément III.
  13. 13. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le masque de croissance comprend au moins un motif recouvrant partiellement ladite et au moins une zone monocristalline de la couche de nitrure d'élément III. 30
  14. 14.Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le nitrure d'élément III est le nitrure de gallium.
  15. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couche intermédiaire à base de silicium est du silicium, ou du silicium comprenant des impuretés choisies parmi l'aluminium, le gallium, le phosphore, le bore ou encore un alliage de silicium germanium.
  16. 16. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche intermédiaire à base de silicium a une épaisseur comprise entre 100 nm et 10 pm.
  17. 17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'on dépose une couche de nitrure d'élément III d'une épaisseur supérieure à 50 pm.
  18. 18. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le substrat de départ est choisi parmi le saphir, SiC, GaAs, AIN et GaN ou une combinaison de ces derniers.
  19. 19.Substrat semi-conducteur formé à partir d'un matériau à base de nitrure du groupe III, le substrat comprenant : - une région monocristalline ; - une pluralité de régions de relaxation de contrainte s'étendant dans au moins une partie du substrat et définissant une pluralité de formes bidimensionnelles interconnectées dans la région monocristalline ; et dans lequel le substrat comprend au moins l'un de ce qui suit : a. une courbure physique définissant un rayon de courbure d'au moins environ 5 m ; b. une variation d'angle de troncature (213) inférieure ou égale à environ 0,6 degré entre une forme bidimensionnelle dans une partie centrale du substrat ayant un angle de troncature (%) et une forme bidimensionnelle dans une partie périphérique du substrat disposée entre le centre et un bord périphérique du substrat ayant un angle de troncature (OEp) ; et c. un rapport de relaxation (Asr/Asc) inférieur ou égal à environ 30 %, où Asc est l'aire de la pluralité de formes bidimensionnellesinterconnectées et Asr est l'aire de la pluralité de régions de relaxation de contrainte.
  20. 20.Substrat semi-conducteur selon la revendication 19, dans lequel une variation géométrique entre la pluralité de formes bidimensionnelles interconnectées est inférieure ou égale à 10 % à travers le substrat.
  21. 21.Substrat semi-conducteur comprenant un matériau à base de nitrure du groupe III, le substrat comprenant : - une pluralité de régions de relaxation de contrainte ; - une région monocristalline s'étendant entre la pluralité de régions de relaxation de contrainte, la région monocristalline formant une pluralité de formes bidimensionnelles interconnectées ; dans lequel une variation géométrique entre la pluralité de formes bidimensionnelles est inférieure ou égale à 10 % à travers le substrat.
  22. 22.Substrat semi-conducteur formé à partir d'un matériau à base de nitrure du groupe III, le substrat comprenant une région monocristalline s'étendant entre une pluralité de régions de relaxation de contrainte, la région monocristalline formant une pluralité de formes bidimensionnelles interconnectées, dans lequel chaque forme de la pluralité a une région de résistivité élevée ayant une résistivité d'environ 1,0 ohm-cm ou plus sur la surface de substrat dans la forme, et dans lequel chaque forme de la pluralité de formes est configurée pour contenir au moins une structure de dispositif formée sur le substrat, ladite structure de dispositif ayant un centre de dispositif espacé de la région de résistivité élevée.
  23. 23.Substrat semi-conducteur formé à partir d'un matériau à base de nitrure du groupe III, le substrat comprenant une région monocristalline s'étendant entre une pluralité de régions de relaxation de contrainte, la région monocristalline formant une pluralité de formes bidimensionnelles interconnectées, dans lequel chaque forme de la pluralité de formes est configurée pour contenir au moins une structure de dispositif ayant une forme complémentaire.
  24. 24. Substrat semi-conducteur formé à partir d'un matériau à base de nitrure du groupe III, le substrat comprenant : une pluralité de régions de relaxation de contrainte ; - une région monocristalline s'étendant entre la pluralité de régions de relaxation de contrainte, la région monocristalline formant une pluralité de régions de dispositif interconnectées ayant des formes bidimensionnelles ; une zone centrale située vers le centre d'au moins une région de dispositif à laquelle un dopant a été ajouté pour abaisser la résistivité du matériau monocristallin dans la zone.
  25. 25. Substrat semi-conducteur selon la revendication 24, dans lequel la zone centrale dopée a une résistivité qui est sensiblement identique à la résistivité du matériau non dopé vers la périphérie de chaque zone.
  26. 26. Substrat semi-conducteur selon la revendication 24 ou la revendication 25, dans lequel le dopant comprend du germanium.
  27. 27.Substrat semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 24 à 26, dans lequel la résistivité de la zone centrale dopée et la résistivité du matériau non dopé vers la périphérie de chaque zone sont comprises entre environ 0,01 ohm-cm et 1,0 ohm-cm.
  28. 28.Substrat semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 19 à 27, dans lequel chaque forme bidimensionnelle présente un rapport Dmax/Dmin compris entre 5 et 20.
  29. 29. Substrat semi-conducteur selon la revendication 28, dans lequel les directions définies par la plus grande dimension des formes bidimensionnelles sont équiréparties entre deux orientations perpendiculaires définies sur la surface du substrat.
  30. 30. Substrat semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 28 ou 29, dans lequel les directions définies par la plus grande dimension des formes bidimensionnelles sont équiréparties entre trois orientations séparées de 120° définies sur la surface du substrat.
  31. 31. Substrat semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 28 à 30, dans lequel les directions définies par la plus grande dimension des formes bidimensionnelles sont équiréparties entre les orientations définies sur la surface du substrat par les directions des axes cristallins de la famille de direction [10-10] ou de la famille de direction [11-20].
  32. 32.Substrat semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 19 à 31, dans lequel les régions de relaxation de contrainte comprennent au moins l'un d'un matériau poly-cristallin ou d'un matériau amorphe.
  33. 33. Substrat semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 19 à 32, dans lequel la pluralité de formes bidimensionnelles interconnectées est formée par un motif répétitif de régions de relaxation de contrainte isolées.
  34. 34.Substrat semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 19 à 33, dans lequel chaque région de relaxation de contrainte a la forme d'au moins deux lignes connectées s'étendant dans au moins deux directions non parallèles.
  35. 35.Substrat semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 19 à 34, dans lequel le motif des régions de relaxation de contrainte constitue une pluralité de formes polygonales, circulaires, ellipsoïdales, irrégulières, hexagonales, équilatéralement triangulaires ou triangulaires interconnectées.
  36. 36. Substrat semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 19 à 35, dans lequel le motif des régions de relaxation de contrainte constitue une pluralité de formes interconnectées ayant une aire d'au moins 14 cm2.
  37. 37.Substrat semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 19 à 36, dans lequel le motif des régions de relaxation de contrainte constitue une pluralité de formes interconnectées dans lesquelles la dimension la plus grande de la forme bidimensionnelle est d'au moins 200 pm.
  38. 38.Substrat semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 19 à 36, dans lequel le motif des régions de relaxation de contrainte forme une pluralité deformes interconnectées dans lesquelles la dimension la plus petite de la forme bidimensionnelle est d'au moins 200 pm ou plus.
  39. 39.Substrat semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 19 à 38, dans lequel le motif des régions de relaxation de contrainte constitue une pluralité de formes interconnectées dans lesquelles la dimension de la forme bidimensionnelle dans une première direction est supérieure à la dimension de la forme bidimensionnelle dans une deuxième direction.
  40. 40. Substrat semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 19 à 39, dans lequel les régions de relaxation de contrainte formant le motif répétitif ont une largeur d'au moins 10 pm.
  41. 41. Substrat semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 19 à 40, dans lequel les régions de relaxation de contrainte formant le motif répétitif ont une largeur comprise entre 10 pm et 100 pm.
  42. 42. Substrat semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 19 à 41, dans lequel chaque région de relaxation de contrainte est sous la forme d'au moins deux lignes connectées s'étendant dans au moins deux directions non parallèles.
  43. 43.Substrat semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 19 à 42, dans lequel chaque région de relaxation de contrainte est sous la forme d'au moins deux lignes connectées, dans laquelle une ligne forme un angle avec l'autre ligne.
  44. 44.Substrat semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 19 à 43, dans lequel chaque région de relaxation de contrainte est sous une forme dans laquelle une partie de la forme s'étend dans une direction sur la surface de substrat, tandis qu'une autre partie de la forme s'étend dans une direction différente sur la surface de substrat.
  45. 45.Substrat semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 19 à 44, dans lequel le substrat semi-conducteur comprend du nitrure de gallium.
  46. 46.Substrat semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 19 à 45, dans lequel le substrat semi-conducteur a une épaisseur supérieure à 1 pm, de préférence de 100 pm à 10 cm, plus préférablement de 500 pm à 3 mm.
  47. 47. Substrat semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 19 à 46, dans lequel la pluralité de formes bidimensionnelles interconnectées comprend au moins une première forme au niveau d'une région centrale du substrat et une deuxième forme au niveau d'une région périphérique du substrat, dans laquelle une variation géométrique entre la première forme et la deuxième forme est inférieure ou égale à 10 %.
  48. 48.Substrat semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 19 à 47, dans lequel la pluralité de formes bidimensionnelles interconnectées comprend au moins une première forme au niveau d'une région centrale du substrat et une deuxième forme au niveau d'une région périphérique du substrat, dans laquelle une variation géométrique entre la première forme et la deuxième forme est comprise entre 0,01 % et 10 %, et de préférence entre 0,1 % et 5 %.
  49. 49. Substrat semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 20, 21, 47 ou 48, dans lequel la variation géométrique comprend au moins l'une de ce qui suit : la variation de la taille de la forme, la variation de la position de la forme sur le substrat, la variation de l'orientation de la forme sur le substrat, la variation d'au moins une dimension de la forme, ou la variation de pas totale entre les régions de relaxation de contrainte définissant la pluralité de formes.
  50. 50.Substrat semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 19 à 49, dans lequel les formes bidimensionnelles interconnectées sont connectées par au moins une zone de matériau monocristallin ayant une largeur d'au moins 10 pm.
  51. 51.Substrat semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 19 à 49, dans lequel les formes bidimensionnelles interconnectées sont connectées par au moins une zone de matériau monocristallin ayant une largeur comprise entre 10 pm et 100 pm.
  52. 52. Substrat semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 19 à 51, dans lequel le substrat semi-conducteur comprend une variation d'angle de troncature (213) inférieure ou égale à environ 0,4 degré (+ 0,2 degré) entre : une forme bidimensionnelle dans une partie centrale du substrat ayant un angle de troncature (c) et une forme bidimensionnelle dans une partie périphérique du substrat disposée entre le centre et un bord périphérique du substrat ayant un angle de troncature (ap).
  53. 53.Substrat semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 19 à 52, dans lequel les régions de relaxation de contrainte s'étendent verticalement de la surface supérieure du substrat vers la surface inférieure du substrat.
  54. 54.Substrat semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 19 à 53, dans lequel la région monocristalline comprend une densité de dislocations inférieure ou égale à environ 1 x 107 dislocations/cm2.
  55. 55.Substrat semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 19 à 54, dans lequel les régions de relaxation de contrainte comprennent une densité de dislocations supérieure à environ 1 x 108 dislocations/cm2 ou 1 x 109 dislocations/cm2.
  56. 56. Substrat semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 19 à 55, dans lequel le substrat comprend une tranche semi-conductrice ayant un diamètre supérieur ou égal à environ dix centimètres et ayant une courbure physique définissant un rayon de courbure d'au moins environ 12 m.35
  57. 57. Substrat semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 19 à 56, dans lequel le substrat comprend une courbure physique avec un écart par rapport à un plan de référence médian inférieur ou égal à ±50 pm.
  58. 58. Substrat semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 19 à 57, dans lequel le substrat comprend un rapport de relaxation (Asr/Asc) inférieur ou égal à environ 20 %, où : - Asc est l'aire de la pluralité de formes bidimensionnelles interconnectées et - As, est l'aire de la pluralité de régions de relaxation de contrainte. 10
  59. 59. Substrat semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 19 à 58, dans lequel le substrat comprend une variation d'angle de troncature inférieure ou égale à environ 0,2 degré à travers le substrat. 15
  60. 60.Substrat semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 19 à 55, dans lequel le substrat comprend une tranche semi-conductrice ayant un diamètre égale à environ cinq centimètres, et dans laquelle la tranche semiconductrice comprend une courbure cristalline définissant un rayon de courbure d'au moins environ 7 m. 20
  61. 61. Substrat semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 19 à 55, dans lequel le substrat comprend une tranche semi-conductrice ayant un diamètre égal à environ 10 centimètres, et dans laquelle la tranche semiconductrice comprend une courbure cristalline définissant un rayon de courbure 25 d'au moins environ 15 m.
  62. 62.Substrat semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 19 à 61, dans lequel le substrat comprend une variation de pas totale entre la pluralité de formes bidimensionnelles interconnectées à travers le substrat inférieure ou égale 30 à 20 %, à travers le substrat.
  63. 63.Substrat semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 19 à 62, dans lequel le substrat comprend une variation de pas inférieure ou égale à 45 pm. 35
  64. 64. Lot de production de substrats comprenant au moins vingt substrats, chacun des substrats dans le lot comprenant un substrat semi-conducteur tel que défini à l'une des revendications 19-63.
  65. 65. Utilisation d'un substrat semi-conducteur selon l'une des revendications 19 à 63 pour la fabrication de composants optoélectroniques.
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