FR3091008A1 - Substrat semi-conducteur avec couche intermédiaire dopée n - Google Patents
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Abstract
Procédé de fabrication d'un matériau monocristallin semi-conducteur de nitrure d’élément 13 comprenant les étapes de : a) dépôt par croissance épitaxiale sur un substrat de départ d’une première couche de nitrure d’élément 13, de préférence GaN, b) apport d’un gaz dopant n et dépôt par croissance épitaxiale d’une deuxième couche de nitrure d’élément 13, de préférence GaN, sur la première couche et comprenant des zones de dépressions de matières, c) arrêt de l’apport en gaz dopant, et dépôt par croissance épitaxiale d’une troisième couche de nitrure d’élément 13, de préférence GaN, sur la couche précédente dopée. Figure Abrégé : 1
Description
Description
Titre de l'invention : Substrat semi-conducteur avec couche intermédiaire dopée n
Domaine technique
[0001] L'invention concerne le domaine technique général de la fabrication de substrats et de plaquettes - ou « wafer » selon la terminologie anglo-saxonne - en un matériau semiconducteur à base d'éléments des colonnes 13 et 15 du tableau périodique - tel que le nitrure de gallium GaN.
[0002] Ces plaquettes servent de substrat pour la réalisation de structures semi-conductrices, telles que des diodes électroluminescentes (DEL ou « LED » en anglais), des diodes laser (DL ou « LD » en anglais), des transistors verticaux pour l’électronique de puissance, des transistors horizontaux pour l’électronique de puissance ou les télécommunications (Radio-Eréquence), des diodes redresseuses de courant ou des capteurs. Technique antérieure
[0003] Les procédés actuels de fabrication de substrat de matériau semi-conducteur à base de nitrure d’élément de la colonne 13 ou IIIA reposent sur les techniques de dépôt en phase vapeur, en particulier l’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.
[0004] Ces méthodes font intervenir un système d’injection à partir d’au moins deux composants gazeux différents, susceptibles d’interagir avant dépôt.
[0005] On peut citer les méthodes bien connues comme :
[0006] - l’Epitaxie en Phase Vapeur aux OrganoMétalliques (« MOVPE », sigle de l’expression anglo-saxonne «MetalOrganic Vapour Phase Epitaxy »), - l’Epitaxie en Phase Vapeur aux Halogénures (ou « HVPE », sigle de l’expression anglo-saxonne « Hydride Vapor Phase Epitaxy »),
- l’Epitaxie par Transport de Vapeur en Espace Clos (ou « CSVT » sigle de l’expression anglo-saxonne « Close-Spaced Vapor Transport »),
- le dépôt céramique en phase vapeur, etc...
[0007] Les processus de croissance dits 3D ou par exemple par croissance latérale tridimensionnelle permettent de réduire la densité de dislocations à moins de 107/cm2.
[0008] Dans des conditions de croissance tridimensionnelle, le front de croissance HVPE présente des facettes perpendiculaires au front de croissance et des facettes inclinées par rapport au front de croissance. Concernant les facettes perpendiculaires au front de croissance, il s’agit de facettes formées par le plan basal (0001). Ces facettes sont connues pour incorporer moins d’oxygène que les différentes facettes inclinées (non basales, d’indice hkil où h^O et k#O et i^O) pouvant être présentes. Cette différence de dopage de type n entraîne la présence de zones plus résistives que d’autres ou présentant des différences de propriétés optiques. Après mise en forme, par exemple par rectification et/ou polissage, afin d’obtenir une surface bidimensionnelle, il peut être observé une inhomogénéité des propriétés optiques et/ou ou électriques.
[0009] Par ailleurs la matrice cristalline peut présenter des macro-inclusions ayant une taille supérieure à 10 pm composées principalement de macles, d’inversion de domaine voire de polycristallites.
[0010] De plus, quel que soit le procédé en mode de croissance 3D ou 2D la présence inévitable de défauts ou une contamination sur le substrat de départ conduit à des dépressions de matière supérieures à lOOpm appelés « pits » en anglais. Ce type de défaut, particulier à un creux ou un puit permanent, est de section décroissante dans le sens opposé à la direction de croissance et sa largeur et sa profondeur augmentent lorsque l’épaisseur du dépôt s’accroît. Ces creux forment des macro-pyramides inversées de plusieurs centaines de micromètres de largeur. A l’apex de ces creux, la matrice cristalline peut présenter des défauts cristallins et une densité de dislocation élevée.
[0011] Tous ces défauts générés lors de la croissance peuvent induire des imperfections dans la plaque finale (hétérogénéité de dopage et défauts cristallins, densité de dislocation élevée) qui vont induire une défaillance lors de la fabrication de dispositifs électroniques et/ou optoélectroniques.
[0012] Afin d’améliorer les propriétés électrique des substrats, US2006255339A1 a par exemple dévoilé un cristal de GaN dopé n selon une concentration de 0.7xl018 à environ 3xl018/cm3 tout en présentant une conductivité thermique d’au moins 1,5 W/ cm.K afin de pouvoir équiper des dispositifs notamment des diodes de puissance supérieures à 1W. Des dopants tels que Si, O, Ge, C peuvent etre utilisés seuls ou en combinaison même si, dans cette demande, seuls des exemples avec dopage au Si ont été fournis.
[0013] US201107175200A1 propose un procédé de croissance HVPE au cours duquel le cristal est dopé au Ge par apport de GeCl4 au sein de la chambre de réaction de manière à obtenir un cristal plus conducteur électroniquement afin de compenser l’augmentation soudaine de résistivité observée lorsque la vitesse de croissance est supérieure à 450pm/h. Cependant une telle vitesse de croissance conduit à une densité surfacique macro-inclusions élevée et une qualité cristalline inférieure.
[0014] US9461121B2 revendique un procédé pour améliorer la distribution des dopants n au sein du cristal de GaN typiquement par croissance en phase vapeur en mixant l’apport de Ga et de dopant. L’incorporation homogène dans le réacteur est réalisée soit par prémélange du dopant et du Ga avant réaction avec HCl ou mélange des halogénures de dopant et de Gallium sous forme d’une tubulure unique au sein de la chambre de réaction. L’homogénéité de concentration en dopant est mesurée par micro Raman, photoconductivité microondes (MDP) ou micro-photoluminescence. Le niveau d’homogénéité et les données de méthodes indiquées montrent qu’il s’agit clairement d’un procédé HVPE avec croissance 2D et par conséquent ne confère pas de solution pour des procédés de croissance en mode 3D.
[0015] Il existe donc un besoin pour un matériau nitrure d’élément 13 ou III du tableau périodique, notamment des substrats et des plaquettes de matériau de nitrure d’élément 13 ou III plus particulièrement des plaquettes et de substrats composés de GaN, de forte épaisseur, typiquement d’épaisseur supérieure à 100 micromètres, voire même 400 micromètres ou plus, plus homogène présentant à la fois :
[0016] - une faible densité surfacique de macro-inclusions, typiquement inférieure à 5 cm2 de préférence inférieure à 4 cm2, voire inférieure à 1cm 2,
- une meilleure qualité cristalline mesurée par la largeur à mi-hauteur du pic de diffraction des rayons X (DRX) de la raie (002) autour de l’angle ω en condition symétrique des plans de GaN (0001) inférieure à 130 Arcsec, de préférence inférieure à 100 Arcsec, de préférence inférieure à 90 Arcsec et la largeur à mi-hauteur du pic de diffraction des rayons X (DRX) de la raie 201 autour de l’angle ω en condition oblique des films de GaN (0001) inférieure à 240 Arc.sec. de préférence inférieure à 140 Arc.sec., et
- des propriétés électroniques améliorées, typiquement une résistivité électrique moyenne inférieure à 25 mohm.cm, voire inférieure à 20 mohm.cm.
Exposé de l’invention
[0017] A cet égard, l’invention a pour objet un procédé de fabrication d'un matériau monocristallin semi-conducteur de nitrure d’élément 13 comprenant les étapes de :
[0018] a) dépôt par croissance épitaxiale sur un substrat de départ d’une première couche de nitrure d’élément 13, de préférence GaN,
[0019] b) apport d’un gaz dopant n et dépôt par croissance épitaxiale d’une deuxième couche de nitrure d’élément 13, de préférence GaN, sur la première couche, ledit dépôt comprenant des zones de dépressions de matière,
[0020] c) arrêt de l’apport en gaz dopant, et dépôt par croissance épitaxiale d’une troisième couche de nitrure d’élément 13, de préférence GaN, sur la couche précédente dopée, et dans les zones de dépression de la deuxième couche, de sorte que les zones de dépression de la deuxième couche soient comblées par le dépôt de la troisième couche.
[0021] A titre indicatif, sauf mention contraire, les concentrations en élément chimique mentionnées dans le texte sont des concentrations atomiques.
[0022] Avantageusement, mais facultativement, le procédé selon l’invention peut en outre comprendre au moins l’une des caractéristiques suivantes :
[0023] - Le gaz dopant n comporte au moins un élément chimique du groupe 14 du tableau périodique.
- L’élément chimique du groupe 14 du tableau périodique est du germanium, formé à partir d’une source solide, de GeCl4, de germane, tetramethylgermanium et de Isobutylgermane ainsi que leurs dérivés ; et/ou, du silicium, formé à partir d’une source solide, de silane, de dichlorosilane, de tétrachlorure de Silicium, ainsi que leurs dérivés.
- Le gaz dopant n est mélangé en phase vapeur avec un flux de Chlorure de Gallium gazeux.
- La croissance épitaxiale est mise en œuvre par HVPE à une vitesse de croissance inférieure à 450 pm/h afin de garantir une faible densité surfacique de macro-inclusions et de garantir une qualité cristalline satisfaisante.
- Les étapes de dépôt par croissance épitaxiale sont réalisées par HVPE.
- Une étape de séparation du substrat de départ pour l’obtention d’un matériau monocristallin semi-conducteur de nitrure d’élément 13 autosupporté.
[0024] - La fabrication d’un matériau monocristallin semi-conducteur de nitrure d’élément 13 autosupporté ; ledit matériau comportant :
• une couche de nitrure d’élément 13, de préférence GaN, dopée avec un dopant n sur une épaisseur prédéterminée, et comportant des zones de dépression de matière ;
• une couche de nitrure d’élément 13, de préférence GaN, non dopée, disposée sur la couche dopée et dans les zones de dépression de matière de la couche dopée ;
• la rectification par élimination pour obtenir la deuxième couche dopée n selon une épaisseur déterminée, pour la formation de plaquettes de nitrure d’élément 13 ou III.
- Les étapes de sélection de plaquettes comprenant les sous-étapes de :
• réalisation d’une spectroscopic Raman afin d’identifier des zones moins ou non dopées de ladite plaquette, dites zones de dopage minimal ;
• identification des défauts non radiatifs par cathodo-luminescence afin de sélectionner les plaquettes dont la densité de dislocations traversantes ou TDD maximale supérieure à 1 xlO8 cm2 est limitée à une surface dans un cercle de 50pm de diamètre dont le centre coïncide avec celui de chaque zone de dopage minimal.
[0025] L’invention a également pour objet un matériau monocristallin semi-conducteur de nitrure d’élément 13 comportant :
[0026] - une première couche de nitrure d’élément 13, de préférence GaN, non dopée, comportant des zones de défauts permanents correspondant à des creux ou puits de section décroissante dans le sens opposé à la direction de croissance ;
- une seconde couche de nitrure d’élément 13, de préférence GaN, dopée avec un dopant n sur une épaisseur prédéterminée, et comprenant des zones de dépression de matière, coïncidant avec les zones de défauts permanents de la première couche ou avec des zones de défauts se formant au sein de la deuxième couche ;
- une troisième couche de nitrure d’élément 13, de préférence GaN, non dopée, disposée sur la couche dopée et dans les zones de dépression de matière de la couche dopée, les zones de dépression de la deuxième couche étant comblées par le dépôt de la troisième couche.
[0027] Avantageusement, mais facultativement, le matériau monocristallin semi-conducteur selon l’invention peut en outre comprendre au moins l’une des caractéristiques suivantes :
[0028] - L’épaisseur de la seconde couche dopée n est comprise entre 100 et 2000 micromètres ;
- L’épaisseur de la première couche est comprise entre en 100 et 1000 micromètres ;
- L’épaisseur de la troisième couche est comprise entre 200 et 5000 micromètres ;
- Le ratio de l’épaisseur de la deuxième couche sur celle de la première couche est compris entre 0.1 et 20 ;
- La teneur en dopant n de la seconde couche est supérieure à 1 xlO18 cm 3 et inférieure à 2 xlO19 cm 3.
[0029] L’invention a également pour objet une plaquette de nitrure d’élément 13 ou III comportant :
[0030] - une couche de nitrure d’élément 13, de préférence GaN, dopée avec un dopant n et comportant des zones de dépression de matière ;
- une couche de nitrure d’élément 13, de préférence GaN, non dopée, disposée dans les zones de dépression de matière de la couche dopée ;
[0031] la face supérieure de la plaquette comprenant :
[0032] - une première zone dopée, correspondant à la surface supérieure de la couche dopée, dont la densité de porteurs libres de ladite première zone mesurée par effet Hall est supérieure à 1,0 x 1018 cm3 ; et
- une deuxième zone moins ou pas dopée, correspondant à la surface supérieure de la couche non-dopée disposée dans les zones de dépression de matière de la couche dopée, dont la densité de porteurs libres de ladite deuxième zone mesurée par effet Hall est inférieure 8 x 1017 cm 3, de préférence inférieure à 5 x 1017/cm3.
[0033] Avantageusement, mais facultativement, la plaquette de nitrure d’élément 13 ou III selon l’invention peut en outre comprendre au moins l’une des caractéristiques suivantes :
[0034] - La première zone dopée comporte un élément chimique du groupe 14 du tableau périodique est du germanium, formé à partir d’une source solide, de GeCl4, de germane, tetramethylgermanium et de Isobutylgermane ainsi que leurs dérivés ; et/ou, du silicium, formé à partir d’une source solide, de silane, de dichlorosilane, de tétrachlorure de Silicium, ainsi que leurs dérivés.
- La teneur en dopant de la première zone est supérieure à 1 xlO18 cm3 et inférieure à 2 xlO19 cm3.
- La concentration en oxygène O dans la première zone dopée est inférieure à 2.0xl018cm3.
- L’apport et concentration en oxygène contrôlés grâce à une maîtrise de la pureté du précurseur d’élément III et la réalisation d’une ou plusieurs purges très poussées, à une pression résiduelle inférieure à 10 torrs, suivie d’un ou plusieurs balayage N2 du réacteur.
- La concentration cumulée d’atomes d’oxygène O et de dopant n dans ledit cristal est inférieure à l,0xl019cm3.
- La surface de la deuxième zone représente moins de 5%, voire moins de 2% de la surface de la plaquette.
- La qualité cristalline mesurée par la largeur à mi-hauteur du pic de diffraction des rayons X (DRX) de la raie (002) autour de l’angle ω en condition symétrique des plans de GaN (0001) inférieure à 130 Arcsec, de préférence inférieure à 100 Arcsec, de préférence inférieure à 90 Arcsec, voire inférieure à 60 Arcsec et la largeur à mi-hauteur du pic de diffraction des rayons X (DRX) de la raie 201 autour de l’angle ω en condition oblique des films de GaN (0001) inférieure à 240 Arcsec de préférence inférieure à 140 Arcsec, voire inférieure à 100 Arcsec,
- Le matériau de la plaquette présente une résistivité électrique moyenne inférieure à 25 mW. cm.
[0035] L’invention a également pour objet l’utilisation d'une plaquette de nitrure d’élément 13 ou III, selon l’une des caractéristiques précédemment décrites, comme substrat pour la fabrication de composants optoélectroniques et/ou électroniques, tels que des diodes électroluminescentes, des diodes laser, des transistors verticaux pour l’électronique de puissance, des transistors horizontaux pour l’électronique de puissance ou les télécommunications (Radio-fréquence), des diodes redresseuses de courant ou des capteurs.
[0036] L’invention concerne aussi une méthode permettant de sélectionner au sein d’une plaquette de matériau monocristallin semi-conducteur de nitrure d’élément 13 les zones défectueuses conduisant à des déficiences des composants optoélectroniques sur ou à proximité desquelles ils sont disposés.
[0037] Plus particulièrement l’invention a aussi pour objet une méthode de sélection des zones défectueuses sein d’une plaquette de matériau monocristallin semi-conducteur de nitrure d’élément 13, avant ou après dépôt des composants optoélectroniques, comportant les étapes pour :
[0038] -selon une première étape, réaliser une spectroscopie Raman afin d’identifier les zones moins ou non dopées de ladite plaquette, dites zones de dopage minimal, [0039] ou identifier par photoluminescence, de préférence par cathodo-luminescence, les défauts non radiatifs dont la densité de dislocations traversantes ou TDD « Threading Dislocation Density » en anglais) maximale, supérieure à 1 x 108cm 2,
[0040] -selon une deuxième étape, sélectionner la zone inscrite dans un disque de 50pm de diamètre dont le centre coïncide avec celui de chaque zone de dopage minimal, correspondant aux zones dans lesquels les composants optoélectroniques peuvent être déficient, pour
[0041] avant dépôt de composants optoélectroniques sur la plaquette, éviter ce dépôt dans cette zone sélectionnée de 50pm de diamètre , et/ou
[0042] après dépôt de composants optoélectroniques sur la plaquette, éliminer les composants déposés dans cette zone sélectionnée de 50pm de diamètre.
Brève description des dessins
[0043] D’autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, au regard des figures annexées, données à titre d’exemples non limitatifs et sur lesquelles :
[0044] [fig.l]
[0045] - La figure 1 résume les principales étapes du procédé de fabrication de substrat selon un mode de mise en œuvre de l’invention.
[0046] [fig.2]
[0047] - La figure 2 représente schématiquement un matériau semi-conducteur composé d’un empilement de couches selon un mode de mise en œuvre possible de l’invention.
[0048] [fig.3]
[0049] - La figure 3 illustre après séparation une tranche de matériau de GaN autosupporté selon un mode de mise en œuvre possible de l’invention comportant une première couche ou couche inférieure non dopée, une deuxième couche ou couche intermédiaire dopée n et une troisième couche ou couche su8 périeure non dopée.
[0050] [fig.4]
[0051] - La figure 4 représente une coupe de la plaquette après rectification et finition de la tranche de matériau supporté.
[0052] [fig.5]
[0053] - La figure 5 représente respectivement des spectres Raman mesurés au sein et au pourtour au fond d’un puit de croissance.
[0054] DESCRIPTION DETAILLEE D’AU MOINS UN MODE DE REALISATION DE L’INVENTION
[0055] En référence aux figures 1, 2, on a illustré les grandes phases du procédé de fabrication de plaquettes de GaN.
[0056] Dans la suite, on décrira le procédé selon l’invention en référence à la fabrication de plaquettes de nitrure de gallium GaN.
[0057] Toutefois, il est bien évident pour l’homme du métier que le procédé décrit cidessous peut être utilisé pour faire croître un matériau incluant une couche de nitrure d’élément 13 autre que du nitrure de gallium GaN.
[0058] 1. Procédé de fabrication
[0059] Le procédé comprend :
[0060] -une phase 10 de croissance d’une première couche de nitrure d’élément 13 préférentiellement de GaN 5 a ;
[0061] -une phase 20 de formation d’une zone de séparation 4 ;
[0062] -une phase 30 de reprise d’épitaxie pour former une couche épaisse de GaN 5b non dopée, une couche épaisse 5c de GaN dopée n et une couche épaisse finale de GaN 5d non dopée ;
[0063] -une phase 40 de séparation pour obtenir un cristal de GaN 5 ;
[0064] -une phase 45 de rectification pour enlever une épaisseur des couches épaisses de
GaN non dopées ;
[0065] -une phase 50 de finition pour former des plaquettes de GaN à partir du cristal de GaN 5.
[0066] 1. Phase 10 de croissance
[0067] La phase de croissance 10, optionnelle, consiste à former une sous-couche de GaN 5a par surcroissance latérale.
[0068] La surcroissance latérale permet de minimiser la densité de défauts contenus dans la sous-couche de GaN 5a.
[0069] L’approche utilisée pour réduire la densité de dislocations dans la sous-couche de GaN 5a consiste à :
[0070] - initier un mode de croissance du GaN par îlots, puis à
- favoriser la coalescence des îlots pour obtenir la sous-couche de GaN 5a.
[0071] Avantageusement, la surcroissance latérale est mise en œuvre sur un substrat de départ 1 présentant un angle de troncature non nul.
[0072] Le fait d’utiliser un substrat de départ 1 présentant un angle de troncature non nul permet de faire croître une première couche de GaN 5a ayant un angle de troncature non nul.
[0073] Le substrat de départ 1 peut être choisi parmi Si, AIN, GaN, GaAs, A12O3 (saphir), ZnO, SiC, LiA102, LiGaO2, MgAl2O4,, 4H-SÎC, ou tout autre type de substrat de départ connu par l’homme du métier pour mettre en œuvre une croissance de nitrure de gallium.
[0074] Il peut présenter une épaisseur de quelques centaines de micromètres, généralement 350 micromètres.
[0075] Avantageusement, le substrat de départ 1 peut être traité par nitruration préalablement à toute étape de dépôt. Cela permet d’améliorer la qualité du cristal de GaN obtenu.
[0076] L’angle de troncature peut être compris entre 0,1 et 5 degrés, préférentiellement entre 0,2 et 0,8 degré, et encore plus préférentiellement entre 0,3 et 0,6 degré (notamment pour limiter les fautes d’empilement).
[0077] La croissance de la sous-couche de GaN 5a peut être mise en œuvre selon différentes variantes. Notamment, la surcroissance latérale peut être basée :
[0078] - sur l’utilisation d’un masque diélectrique 3a, 3b incluant des ouvertures 3a dans lesquelles se forment les îlots, tel que décrit dans le document WO99/20816 ;
- sur l’utilisation d’une couche de diélectrique dépourvue d’ouverture sur laquelle se forment spontanément des îlots, tel que décrit dans le document EP 1 338 683.
- Première variante de surcroissance latérale
[0079] Dans une première variante, la phase 10 de croissance consiste en une surcroissance latérale épitaxiale (ci-après dénommée « ELO » selon l’acronyme de l’expression anglo-saxonne « Epitaxial Lateral Overgrowth »).
[0080] L’ELO comprend une étape de dépôt d’une couche plane plus épaisse 2 sur le substrat de départ 1.
[0081] Ce dépôt est de préférence réalisé par épitaxie phase vapeur aux organométalliques (ou « MOVPE », sigle de l’expression anglo-saxonne « MetalOrganic Vapour Phase Epitaxy »), par exemple à une température comprise entre 500°C et 700°C, notamment de 600°C.
[0082] Le dépôt d’une couche 2 permet de réduire les contraintes entre le substrat de départ 1 et la sous-couche de GaN 5a épitaxiée par la suite sur celui-ci. En effet, le dépôt de la couche 2 sur le substrat 1 permet d’assurer une transition « douce » entre le substrat 1 et la sous-couche de GaN 5a dont les structures cristallines sont différentes.
[0083] Le dépôt de la couche 2 permet en outre de faciliter la séparation ultérieure du cristal de GaN 5, comme il ressortira de la description qui va suivre. La couche 2 est par exemple une couche de GaN, une couche d’AIN, ou une couche d’AlGaN.
[0084] Dans une autre étape, un masque 3a, 3b incluant des ouvertures 3a est formé. Les ouvertures 3a peuvent être ponctuelles ou sous forme de bandes, et permettent de définir des positions pour la croissance sélective ultérieure d’ilôts de GaN.
[0085] Le masque 3a, 3b peut être un masque en matériau diélectrique, comme par exemple du SiNx (SiN, Si3N4, etc.) ou du SiO2 ou du TiN. Ceci permet de minimiser les défauts créés en bord de masque et améliore ainsi la qualité de la couche de GaN épitaxiée ultérieurement sur celui-ci.
[0086] La formation du masque 3a, 3b peut être réalisée par toute technique connue de l’homme du métier. Par exemple, la formation du masque peut consister en :
[0087] · le dépôt d’une couche de diélectrique 3a à partir de précurseurs gazeux de silane et d’ammoniac directement sur la couche 2, et • la gravure par photolithographie de la couche de diélectrique 3a pour former des ouvertures 3a.
[0088] On obtient ainsi un substrat de départ 1 recouvert d’une couche 2 et d’un masque 3a, 3b. Outre sa fonction d’amélioration de la qualité de la sous-couche de GaN 5a (par filtration des défauts traversants), le masque 3a, 3b permet de fragiliser l’interface entre le substrat de départ 1 et la première couche de GaN 5a.
[0089] Une autre étape consiste à former des îlots de GaN à travers les ouvertures 3a du masque. La vitesse de croissance selon un axe orthogonal au plan principal du substrat de départ 1 est maintenue supérieure à la vitesse de croissance latérale. On obtient ainsi des îlots ou des bandes à sections triangulaires (en fonction de la forme des ouvertures 3a). A l'intérieur de ces bandes à section triangulaire, les dislocations traversantes sont courbées à 90°.
[0090] On procède ensuite à une surcroissance latérale pour aboutir au final à une couche plane ELO. On obtient à la fin de cette étape du procédé une première couche de GaN 5a présentant une densité de dislocations inférieure à ΙΟΑηΓ2.
[0091] 1. Deuxième variante de surcroissance latérale
[0092] Dans une deuxième variante, la phase 10 de croissance consiste en une surcroissance latérale universelle (ci-après dénommée « ULO » selon l’acronyme de l’expression anglo-saxonne « Universal Lateral Overgrowth ») tel que décrit dans le document EP 1 977 028.
[0093] L’ULO comprend une étape de dépôt d’une couche de nucléation sur le substrat de départ 1.
[0094] La couche de nucléation est par exemple un film très mince de nitrure de silicium
SiN, de l'ordre de quelques plans atomiques, autrement dit de l'ordre de 10 nm à 20 nm d'épaisseur. Le dépôt de SiN à base de silane et d'ammoniac peut durer 360 secondes. [0095] Une couche tampon 2 continue - par exemple de GaN - est ensuite déposée sur la couche de nucléation. Le dépôt de la couche tampon 2 de GaN permet de filtrer les défauts cristallins et ainsi de minimiser dès le début du procédé la densité de défauts qui seront présents dans la sous-couche de GaN 5a épitaxiée par la suite.
[0096] L'épaisseur de cette couche tampon 2 de GaN peut être comprise entre 10 et 100 nm. La température lors de cette opération peut être comprise entre 500 et 700°C.
[0097] On procède ensuite à un recuit à haute température comprise entre 900 et 1150°C. Sous l'effet conjoint de l'élévation de la température, de la présence dans le véhicule gazeux d'une quantité d'hydrogène suffisante et de la présence du film très mince de SiN, la morphologie de la couche tampon 2 de GaN subit une profonde modification résultant d'une recristallisation en phase solide par transport de masse. La couche tampon 2 de GaN initialement continue est alors convertie en une couche discontinue de motifs de GaN. On obtient ainsi des motifs ou îlots de GaN de très bonne qualité cristalline et conservant une relation d'épitaxie avec le substrat de départ grâce à la très faible épaisseur de la couche de nucléation.
[0098] Les zones où le nitrure de silicium SiN est mis à nu fonctionnent alors comme un masque et les motifs de GaN fonctionnent comme les zones de GaN localisées dans les ouvertures réalisées ex-situ dans le masque. On procède ensuite à une surcroissance latérale pour aboutir au final à une couche plane ULO.
[0099] Cette méthode, où le masque de nitrure de silicium se forme spontanément, et qui fait intervenir les mêmes mécanismes de courbure des dislocations que dans l'ELO est identifiée comme « ULO » (ou « ELO spontané »).
[0100] 1. Phase 20 de formation d’une z.one de séparation 4
[0101] Le procédé comprend de plus une phase 20 de formation d’une zone de séparation 4.
[0102] Cette phase 20 de formation d’une zone de séparation peut être mise en œuvre selon différentes variantes. En particulier, la phase 20 de formation de la zone de séparation peut être mise en œuvre :
[0103] - préalablement à la phase 10 de croissance de la sous-couche de GaN (première variante), ou
- postérieurement à la phase 10 de croissance de la sous-couche de GaN (deuxième variante), ou
- pendant la phase 10 de croissance de la sous-couche de GaN (troisième variante).
- Première variante de formation de la zone de séparation 4
[0104] Dans une première variante, la phase 20 de formation d’une zone de séparation 4 peut consister à déposer une couche intermédiaire sacrificielle, préalablement à la phase 10 de croissance de la sous-couche de GaN 5a, tel que décrit dans le document EP 1 699 951.
[0105] La couche intermédiaire pouvant être du Si, ZnO, ΊΊΝ, SiN, TiC sert de couche sacrificielle destinée à être vaporisée spontanément lors de la phase ultérieure de croissance par épitaxie de la sous-couche de GaN 5a.
[0106] 1. Deuxième variante de formation de la z.one de séparation
[0107] Dans une deuxième variante, la phase 20 de formation d’une zone de séparation 4 comprend une étape d’implantation réalisée après la phase 10 de croissance de la souscouche de GaN 5a. Cette implantation permet la création d’une zone fragilisée dans la sous-couche de GaN 5a.
[0108] L’implantation consiste à bombarder d’ions la sous-couche de GaN 5a de sorte à créer dans le semi-conducteur, à une profondeur voisine de la profondeur moyenne de pénétration de ces ions, une couche de microcavités (ou bulles).
[0109] Les ions implantés peuvent être choisis parmi le Tungstène, l’Hélium, le Néon, le Krypton, le Chrome, le Molybdène, le Eer, l'Hydrogène, ou le Bore. De préférence, les ions implantés sont des ions de tungstène. Ceux-ci présentent la particularité de décomposer le GaN.
[0110] En termes de dose, lorsque les ions implantés sont des ions H+, la dose d’ions implantés peut être comprise entre 1016 et 1017 cm2, et la profondeur d’implantation peut varier entre 0 nm et 50 nm en partant de la surface libre - appelée face de croissance - de la sous-couche de GaN 5a.
[0111] L’implantation d’ions de fragilisation peut être mise en œuvre lors d’une étape unique ou lors d’étapes successives. La température peut être comprise entre 4K et 1400K lors de l’étape d’implantation. L’implantation peut être suivie d’une phase de recuit pour soigner les dommages cristallins crées durant l’implantation ionique, ce recuit peut s’effectuer à une température comprise entre 500°C et 1500°C.
[0112] 1. Troisième variante de formation de la z.one de séparation
[0113] Dans une troisième variante, la zone de séparation 4 peut être formée pendant la phase 10 de croissance de la sous-couche de GaN 5a.
[0114] Notamment lorsque la phase de croissance est réalisée selon la première variante de réalisation dite ELO (i.e. dépôt d’un masque de diélectrique 3a, 3b), la phase 20 de formation de la zone de séparation 4 peut comprendre l’implantation de la couche tampon 2 préalablement au dépôt du masque 3a, 3b.
[0115] Cela permet de placer la zone de séparation 4 à une profondeur précisément souhaitée du fait que la première couche de GaN 5a déposée lors de l’étape de surcroissance ELO ne « gêne » pas l'implantation d'ions.
[0116] Bien entendu, l'implantation peut être effectuée à différents stades de la phase de surcroissance latérale ELO (ou ULO), soit dans les îlots, soit à un stade intermédiaire où les îlots ne sont pas entièrement coalescés, soit après coalescence totale des îlots.
[0117] 1. Phase de reprise d’épitaxie 30
[0118] A l’issue des phases 20 de formation d’une zone de séparation 4 et de croissance 10 de la sous-couche de GaN 5a, le procédé comprend une phase de reprise d’épitaxie 30 pour former une première couche épaisse de GaN épaisse de GaN 5b non dopée, une deuxième couche épaisse 5c de GaN dopée n et une troisième couche épaisse de GaN 5d non dopée.
[0119] Le procédé peut-être également démarré directement à cette phase 30, par la formation d’une couche épaisse de GaN 5b, les phases de croissance 10, et de formation de la zone de séparation 20 étant optionnelles. Dans la suite du texte, il est envisagé que ces phases 10 et 20 sont appliquées.
[0120] Cette reprise par épitaxie peut être mise en œuvre par :
[0121] - Epitaxie en Phase Vapeur aux OrganoMétalliques (« MOVPE ») ;
- Epitaxie en Phase Vapeur aux Halogénures (ou « HVPE », sigle de l’expression anglo-saxonne « Hydride Vapor Phase Epitaxy ») ;
- Transport de Vapeur en Espace Clos (ou « CSVT » sigle de l’expression anglo-saxonne « Close-Spaced Vapor Transport ») ; ou encore par
- Epitaxie en Phase Liquide (ou « LPE » sigle de l’expression anglo-saxonne « Liquide Phase Epitaxy »).
[0122] On préfère lors de cette étape mettre en œuvre la technologie « HVPE » qui permet l’obtention de trois principaux effets intéressants :
[0123] - Un premier effet est que la sous-couche de GaN 5a est épaissie sans perdre ses qualités cristallines (on ne génère ni nouvelle dislocation, ni fissure) ;
- Un deuxième effet est que l'on réduit encore la densité de dislocation lors de reprise d'épitaxie en HVPE, d'un facteur au moins égal à 2, au-delà de lOOpm de croissance GaN (0001) (ref. https://doi.Org/10.1143/APEX.5.095503) ;
- Un troisième effet est que la couche épaisse de GaN 5 ainsi obtenue peut dans certain cas permettre la séparation spontanée de son substrat de départ 1 au niveau de la zone de séparation 4 en cas de sublimation ou de fracture mécanique de ladite zone au cours de la croissance HVPE.
[0124] Plus précisément, la reprise est réalisée selon le processus suivant : la montée en température s'effectue dans une atmosphère mixte d'azote et d'ammoniac et d’hydrogène. Dès que la température d’environ 1000°C est atteinte de façon stable, la phase de croissance d'une couche épaisse de GaN est alors amorcée en introduisant dans la phase vapeur, par exemple, le chlorure de gallium (GaCl). Le GaCl et l’ammoniac sont partiellement pyrolisés dans la chambre de croissance dont la température est maintenue à environ 1000°C. Ainsi un dépôt monocristallin de GaN se forme progressivement au niveau substrat de nucléation (formé durant la première phase de croissance).
[0125] Il est nécessaire d'obtenir une couche de GaN suffisamment épais, donc suffisamment résistant d'un point de vue mécanique pour éviter la fracture de la couche de GaN en morceaux de faible surface au cours de la séparation ainsi que pour faciliter sa manipulation sans risque de casse. La croissance se poursuit ainsi durant plusieurs heures dans ces conditions expérimentales afin d'atteindre une épaisseur d'au moins 200 micron de la couche de GaN et préférentiellement une épaisseur supérieure à 1 mm.
[0126] La croissance est alors définitivement achevée en dérivant le flux de HCl vers l'extérieur et le refroidissement s'opère dans une atmosphère constituée d'azote et d'ammoniac.
[0127] Les conditions de croissance de ces première, deuxième, et troisième couches monocristalline 5b, 5c, 5d sont typiquement une température de croissance comprise entre 900 à 1200°C, avec une vitesse de croissance pouvant être comprise entre 50 et 500 micromètres /h, de préférence entre 70 et 200 micromètres/h.
[0128] Le cristal autosupporté brut de GaN ainsi obtenu à une épaisseur supérieure 200pm et préférentiellement supérieure à 1mm. Son épaisseur maximale est inférieure à 10 mm voire inférieure à 5 mm.
[0129] Le diamètre du cristal autosupporté brut GaN ainsi obtenu à un diamètre supérieur à 50mm et préférentiellement un diamètre supérieur à 100mm. Son diamètre maximal est inférieur à 250 mm voire inférieure à 200 mm.
[0130] En référence à la figure 3, la couche 5b comporte des zones de défauts permanents correspondant à des creux ou puits de section décroissante dans le sens opposé à la direction de croissance.
[0131] Dans un second temps, dans les mêmes conditions de croissance, le dopage est réalisé par apport de l’élément dopant n, pour obtenir une deuxième couche monocristalline de GaN 5c sur la couche 5b, selon le processus suivant :
[0132] - Apport et concentration en oxygène sont contrôlés grâce à une maîtrise de la pureté du précurseur d’élément III et la réalisation de purges très poussées du réacteur avant croissance sous vide à une pression résiduelle inférieure à 500 torrs.
- Pour le Germanium : à partir d’une source solide, de GeCl4, de germane, tetramethylgermanium et de Isobutylgermane ainsi que leurs dérivés. Ces gaz dopants étant alors vaporisés dans la chambre de réaction. De préférences ces gaz dopants peuvent être préalablement mélangés en phase vapeur avec le flux de GaCl pour améliorer la répartition homogène du flux de dopage dans la chambre de croissance.
[0133] Dans le cas d’un précurseur gazeux, le réservoir de gaz est maintenu à une pression comprise entre 1 bar et 3 bars et un flux de gaz porteur (N2 et/ou H2) d’un débit compris entre 0.25 sccm et 20 sccm est appliqué.
[0134] - Pour le Silicium, à partir de silane, de dichlorosilane, de tétrachlorure de Silicium, ainsi que leurs dérivés qui sont vaporisés dans la chambre de réaction. Dans le cas du dichlorosilane (1% dilué dans 99% N2 (ou H2) un flux compris entre 1 et 20 sccm est appliqué. De préférences ces gaz dopants peuvent être préalablement mélangés en phase vapeur avec le flux de GaCl pour améliorer la répartition homogène du flux de dopage dans la chambre de croissance.
- Le silicium et le germanium peuvent être introduits conjointement, ce qui conduit à un système à 3 dopants.
[0135] Typiquement l’épaisseur de cette première couche monocristalline de GaN 5b est de de 100 à 1000 micromètres.
[0136] Les zones de défauts permanents 6 de la couche 5b ont pour conséquence que les défauts se propagent également dans la couche 5b. Ainsi, lors de la croissance de la deuxième couche dopée 5c, on obtient des dépressions de matière de la couche 5c dans des zones de dépression coïncidant avec les zones de défauts de la couche 5b.
[0137] D’autres formes de dépression de matière peuvent apparaître liées à des inclusions ou des nucléations qui modifient localement la vitesse de croissance sans pour autant déboucher jusqu’à la surface supérieure de la couche 5b ou même 5c.
[0138] Dans un troisième temps, l’apport de gaz dopant n est arrêté, et les conditions de croissance sont maintenues, permettant d’obtenir sur la couche précédente dopée 5c typiquement d’épaisseur de 100 à 2000 micromètres, une troisième couche monocristalline de GaN 5d, typiquement d’épaisseur de 200 à 5000 micromètres.
[0139] L’épaisseur obtenue de la couche monocristalline et le mode de croissance de GaN 5d permet que les zones de dépression de la couche 5c soient comblées par le dépôt de cette troisième couche.
[0140] 1. Phase de séparation 40
[0141] Une phase 40 de séparation est également mise en œuvre, celle-ci est dépendante de la variante implémentée pour la phase 20 de formation de la zone de séparation 4.
[0142] Dans le cas d’une implantation d’ions, la phase 40 de séparation spontanée a lieu du fait du cycle thermique (reprise d'épitaxie à haute température et refroidissement) que subit la couche épaissie de GaN 5 qui, à cause de la différence de coefficients de dilatation thermique entre le substrat de départ 1 et la couche épaisse de GaN 5, engendre des contraintes provoquant sa séparation.
[0143] Dans le cas du dépôt d’une couche intermédiaire sacrificielle, cette séparation intervient durant de la reprise d’épitaxie par vaporisation spontanée de la couche intermédiaire ou bien par fracture mécanique au niveau de la couche dite sacrificielle.
[0144] Dans le cas de séparation post croissance un laser peut être utilisé pour vaporiser la couche sacrificielle.
[0145] On obtient ainsi un cristal de GaN 5 autosupporté tel qu’illustré à la figure 3.
[0146] Un tel cristal, illustré figure 3 (représentation non bombée), peut-être bombé et présente un rayon de courbure typiquement supérieur à 5 mètres et inférieur à 25 mètres et préférentiellement inférieur à 20 mètres. Par ailleurs, le cristal 5 a en outre une densité de dislocation de 107cm-2 ou inférieure, de préférence inférieure à 5xl06 cm-2.
[0147] Le cristal de GaN 5 ayant été formé sur un substrat de départ présentant un angle de troncature (ou « miscut » en anglais) non nul, présente également un angle de troncature non nul, l’orientation des plans cristallins se propageant d’une couche à l’autre. Par exemple, dans le cas d’un substrat de saphir 1 d’angle de troncature égale à 4 degrés, la face de croissance du cristal 5 présente un angle de troncature égale à 4 degrés, de préférence compris entre 0,1 et 1 degré sur toute sa surface.
[0148] 1. Phase de rectification 45
[0149] Une fois le cristal de GaN 5 séparé du substrat de départ 1, on procède à sa rectification.
[0150] Les techniques actuelles permettent de contrôler rélimination d’une épaisseur de couche à 10 micromètres près.
[0151] 1. Phase definition 50
[0152] On procède ensuite à l’opération de finition pour former des plaquettes GaN présentant une largeur à mi-hauteur du pic de diffraction des rayons X (DRX) de la raie (002) autour de l’angle ω en condition symétrique des films de GaN (0001) inférieure à 130 arcsecs voire inférieure à 90 arcsecs, de préférence inférieure à 60 Arcsec.
[0153] On procède à une rectification de la face arrière et des cotés ou chants de la plaquette, au polissage afin d’obtenir un état de surface acceptable pour l’application.
[0154] La rectification par élimination correspondant à l’épaisseur de la deuxième couche dopée n 5c, comme illustré en figure 3, pour la formation de plaquettes de nitrure d’élément 13 ou III.
[0155] Ainsi, le procédé proposé est particulièrement adapté à la fabrication de tranches ou de plaquettes de matériau semi-conducteur, notamment des tranches ou de plaquettes de matériau d’éléments de groupe 13 et 15 du tableau périodique, plus particulièrement des tranches ou de plaquettes composées de nitrure d’élément 13, de préférence de GaN, de grande taille, supérieure à 5 centimètres, de plus 10 centimètres ou même 15 à 20 centimètres.
[0156] La tranche ou plaquette de matériau semi-conducteur 7, en référence à la figure 4, formée selon le procédé de l’invention, présente :
[0157] - des zones de dopage de type n de moins forte valeurs qui coïncident avec les zones à forte densité de défauts cristallins, de telle manière que selon un plan perpendiculaire à la direction de croissance, une face Gallium, comprenant une première zone 7a dopée n dont la densité de porteurs libres mesurée par par la méthode Van der Pauw est de supérieure à 1,0 x 1018 cm3 et une deuxième zone 7b non ou moins dopée n, correspondant à des dépressions de matière, par exemple coïncidant avec des défaut permanents de la première couché décrite précédemment tels que des puits de croissance, dont la densité de porteurs libres de ladite deuxième zone mesurée par effet Hall est inférieure 1,0 x 1018 cm3, et
- une épaisseur de l’ordre de 450 micromètres et
- une excellente qualité cristalline telle que la largeur à mi-hauteur du pic de diffraction des rayons X (DRX) de la raie (002) autour de l’angle ω en condition symétrique des films de GaN (0001) est inférieure à 130 Arcsec Arcsec ou même inférieure à 60 Arcsec et
- une densité surfacique de macro-inclusions inférieure à 5 cm2, et préférentiellement inférieure à 1 cm2
- une résistivité électrique moyenne inférieure à 25 mohm.cm. 1. Phase de sélection 60
[0158] Le procédé proposé peut également comprendre une phase de sélection de plaquettes comprenant les sous-étapes de :
[0159] - réalisation d’une spectroscopic Raman, en référence à la figure 5, afin d’identifier des zones moins ou non dopées de ladite plaquette, dites zones de dopage minimal, ces zones sont localisées au pourtour de région de défaut permanent.
[0160] Les mesures ont été réalisées sur le spectromètre Raman Thermo DXRxi. Ce spectromètre est dédié à l’imagerie Raman rapide avec une capacité d’acquisition maximale de 600 spectres/s. Dans une configuration, l’analyse est effectuée avec un laser de 532nm, de puissance de de 10 mW. Le faisceau laser est focalisé sur l’échantillon au travers d’un microscope proposant un niveau de grossissement de 50x ;
[0161] - identification des défauts non radiatifs par cathodo-luminescence afin de sélectionner les plaquettes dont la densité de dislocations traversantes ou TDD maximale supérieure à 1 xl08 cm2 est limitée à une surface dans un cercle de 50pm de diamètre dont le centre coïncide avec celui de chaque zone de dopage minimal.
[0162] Cette identification permet de sélectionner la zone inscrite dans un disque de 50pm de diamètre dont le centre coïncide avec celui de chaque zone de dopage minimal, cor respondant aux zones dans lesquels les composants optoélectroniques peuvent être déficient, pour avant dépôt de composants optoélectroniques sur la plaquette, éviter ce dépôt dans cette zone sélectionnée de 50pm de diamètre , et/ou après dépôt de composants optoélectroniques sur la plaquette, éliminer les composants déposés dans cette zone sélectionnée de 50pm de diamètre.
[0163] Selon un autre procédé possible, à titre d’illustration et à la différence du procédé précédemment décrit, le matériau monocristallin selon l’invention est obtenu par croissance sur un substrat de départ ou germe, par exemple du saphir sur lequel a été déposé de préférence préalablement une couche de nitrure de GaN, de préférence d’au moins quelques micromètres et moins de 10 micromètres. La croissance réalisée dans un réacteur de type HVPE. Le dépôt épitaxial est réalisé dans les meme conditions que la phase 30 décrite précédemment mais poursuivie suer une durée plus longue afin de former une couche de plusieurs mm.
[0164] Le cristal subit une opération de détourage puis une découpe en plusieurs tranches ou plaquettes ayant typiquement de 100 à 600 micromètres d’épaisseur à l’aide d’une scie à fil soit « loose wire saw » (particules abrasives dans une barbotine qui vient imprégner le fil avant découpe), soit « fixed wire saw » (particules abrasives préalablement fixées sur le fil). Les étapes de finition (prépolissage, polissage) sont similaires au procédé précédemment décrit.
Claims (1)
-
Revendications [Revendication 1] Procédé de fabrication d'un matériau monocristallin semi-conducteur de nitrure d’élément 13 comprenant les étapes de : a) dépôt par croissance épitaxiale sur un substrat de départ d’une première couche de nitrure d’élément 13, de préférence GaN, b) apport d’un gaz dopant n et dépôt par croissance épitaxiale d’une deuxième couche de nitrure d’élément 13, de préférence GaN, sur la première couche, ledit dépôt comprenant des zones de dépressions de matière, c) arrêt de l’apport en gaz dopant, et dépôt par croissance épitaxiale d’une troisième couche de nitrure d’élément 13, de préférence GaN, sur la couche précédente dopée, et dans les zones de dépression de la deuxième couche, de sorte que les zones de dépression de la deuxième couche soient comblées par le dépôt de la troisième couche. [Revendication 2] Procédé de fabrication selon la revendication 1 dans lequel le gaz dopant n comporte au moins un élément chimique du groupe 14 du tableau périodique. [Revendication 3] Procédé de fabrication selon la revendication 2 dans lequel l’élément chimique du groupe 14 du tableau périodique est du germanium, formé à partir d’une source solide, de GeCl4, de germane, tetramethylgermanium et de Isobutylgermane ainsi que leurs dérivés ; et/ou, du silicium, formé à partir d’une source solide, de silane, de dichlorosilane, de tétrachlorure de Silicium, ainsi que leurs dérivés. [Revendication 4] Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes dans lequel le gaz dopant n est mélangé en phase vapeur avec un flux de Chlorure de Gallium gazeux. [Revendication 5] Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes dans lequel les étapes de dépôt par croissance épitaxiale sont réalisées par HVPE. [Revendication 6] Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes comportant également une étape de séparation du substrat de départ pour l’obtention d’un matériau monocristallin semi-conducteur de nitrure d’élément 13 autosupporté. [Revendication 7] Procédé de fabrication de plaquette de nitrure d’élément 13 ou III comportant : - la fabrication d’un matériau monocristallin semi-conducteur de nitrure d’élément 13 autosupporté selon la revendication précédente ; ledit matériau comportant : une couche de nitrure d’élément 13, de préférence GaN, dopée avec un dopant n sur une épaisseur prédéterminée, et comportant des zones de dépression de matière ; une couche de nitrure d’élément 13, de préférence GaN, non dopée, disposée sur la couche dopée et dans les zones de dépression de matière de la couche dopée ; - la rectification par élimination pour obtenir la couche dopée n selon une épaisseur déterminée, pour la formation de plaquettes de nitrure d’élément 13 ou III. [Revendication 8] Procédé de fabrication de plaquette de nitrure d’élément 13 ou III selon la revendication précédente comportant également les étapes de sélection de plaquettes comprenant les sous-étapes de : - réalisation d’une spectroscopie Raman afin d’identifier des zones moins ou non dopées de ladite plaquette, dites zones de dopage minimal ; - identification des défauts non radiatifs par cathodo-luminescence afin de sélectionner les plaquettes dont la densité de dislocations traversantes ou TDD maximale supérieure à 1 xl08 cm-2 est limitée à une surface dans un cercle de 20pm de diamètre dont le centre coïncide avec celui de chaque zone de dopage minimal. [Revendication 9] Matériau monocristallin semi-conducteur de nitrure d’élément 13 comportant - une première couche de nitrure d’élément 13, de préférence GaN, non dopée, comportant des zones de défauts permanents correspondant à des creux ou puits de section décroissante dans le sens opposé à la direction de croissance ; - une seconde couche de nitrure d’élément 13, de préférence GaN, dopée avec un dopant n sur une épaisseur prédéterminée, et comportant des zones de dépression de matière coïncidant avec les zones de défauts permanents de la première couche ; - une troisième couche de nitrure d’élément 13, de préférence GaN, non dopée, disposée sur la couche dopée et dans les zones de dépression de matière de la couche dopée, les zones de dépression de la deuxième couche étant comblées par le dépôt de la troisième couche. [Revendication 10] Matériau monocristallin semi-conducteur selon la revendication précédente dans lequel l’épaisseur de la seconde couche dopée n est comprise entre 100 et 2000 micromètres. [Revendication 11] Matériau monocristallin semi-conducteur selon l’une des revendications 9 à 10 dans lequel l’épaisseur de la première couche est comprise entre en 100 et 1000 micromètres. [Revendication 12] Matériau monocristallin semi-conducteur selon l’une des revendications 9 à 11 dans lequel l’épaisseur de la troisième couche est comprise entre 200 et 5000 micromètres. [Revendication 13] Matériau monocristallin semi-conducteur selon l’une des revendications 9 à 12 dans lequel le ratio de l’épaisseur de la deuxième couche sur celle de la première couche est compris entre 0.1 et 20. [Revendication 14] Matériau monocristallin semi-conducteur selon l’une des revendications 9 à 13 dans lequel la teneur en dopant n de la seconde couche est supérieure à 1 xlO18 cm3 et inférieure à 2 xlO19 cm3. [Revendication 15] Plaquette de nitrure d’élément 13 ou III fabriquée selon le procédé de la revendication 7 et comportant : - une couche de nitrure d’élément 13, de préférence GaN, dopée avec un dopant n et comportant des zones de dépression de matière ; - une couche de nitrure d’élément 13, de préférence GaN, non dopée, disposée dans les zones de dépression de matière de la couche dopée ; la face supérieure de la plaquette comprenant - une première zone dopée, correspondant à la surface supérieure de la couche dopée, dont la densité de porteurs libres de ladite première zone mesurée par effet Hall est supérieure à 1,0 x 1018 cm3 ;et - une deuxième zone moins ou pas dopée, correspondant à la surface supérieure de la couche non-dopée disposée dans les zones de dépression de matière de la couche dopée, dont la densité de porteurs libres de ladite deuxième zone mesurée par effet Hall est inférieure 8 x 1017 cm3, de préférence inférieure à 5 x 1017 cm3. [Revendication 16] Plaquette de nitrure d’élément 13 ou III selon la revendication précédente dans laquelle la première zone dopée comporte un élément chimique du groupe 14 du tableau périodique est du germanium, formé à partir d’une source solide, de GeCl4, de germane, tetramethylgermanium et de Isobutylgermane ainsi que leurs dérivés ; et/ou, du silicium, formé à partir d’une source solide, de silane, de dichlorosilane, de tétrachlorure de Silicium, ainsi que leurs dérivés. [Revendication 17] Plaquette de nitrure d’élément 13 ou III selon l’une des revendications 15 à 16 dans laquelle la teneur en dopant de la première zone dopée est supérieure à 1 xlO18 cm3 et inférieure à 2 xlO19 cm3. [Revendication 18] Plaquette de nitrure d’élément 13 ou III selon l’une des revendications 15 à 17 dans laquelle la concentration en oxygène 0 dans la première zone dopée est inférieure à 2.0 xl018cm3. [Revendication 19] Plaquette de nitrure d’élément 13 ou III selon la revendication 18 dans laquelle la concentration cumulée d’atomes d’oxygène 0 et de dopant n dans ledit cristal est inférieure à l,0xl019cm3. [Revendication 20] Plaquette de nitrure d’élément 13 ou III selon l’une des revendications 15 à 19 dans laquelle la surface de la deuxième zone représente moins de 5%, voire moins de 2% de la surface de la plaquette. [Revendication 21] Plaquette de nitrure d’élément 13 ou III selon l’une des revendications 15 à 20, dans laquelle la qualité cristalline mesurée par la largeur à mihauteur du pic de diffraction des rayons X (DRX) de la raie (002) autour de l’angle ω en condition symétrique des plans de GaN (0001) inférieure à 130 Arcsec, de préférence inférieure à 100 Arcsec, de préférence inférieure à 90 Arcsec, voire inférieure à 60 Arcsec et la largeur à mi-hauteur du pic de diffraction des rayons X (DRX) de la raie 201 autour de l’angle ω en condition oblique des films de GaN (0001) inférieure à 240 Arcsec de préférence inférieure à 140 Arcsec, voire inférieure à 100 Arcsec. [Revendication 22] Plaquette de nitrure d’élément 13 ou III selon l’une des revendications 15 à 21 dans laquelle le matériau de la plaquette présente une résistivité électrique moyenne inférieure à 25 mohm.cm. [Revendication 23] Utilisation d'une plaquette de nitrure d’élément 13 ou III selon l’une des revendications 15 à 22 comme substrat pour la fabrication de composants optoélectroniques, tels que des diodes électroluminescentes, des diodes laser, des transistors verticaux pour l’électronique de puissance, des transistors horizontaux pour l’électronique de puissance ou les télécommunications (Radio-fréquence), des diodes redresseuses de courant ou des capteurs. 1/5
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Citations (8)
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| WO1999020816A1 (fr) | 1997-10-20 | 1999-04-29 | Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs) | Procede de realisation d'une couche epitaxiale de nitrure de gallium |
| EP1699951A2 (fr) | 2003-09-26 | 2006-09-13 | Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs) | Procede de realisation de substrats autosupportes de nitrures d'elements iii par hetero epitaxie sur une couche sacrificielle |
| US20060255339A1 (en) | 2005-05-12 | 2006-11-16 | Samsung Corning Co., Ltd. | Single-crystalline gallium nitride substrate |
| EP1977028A1 (fr) | 2005-12-15 | 2008-10-08 | Lumilog | Procede de croissance de gan presentant de faibles densites de dislocations |
| US20110175200A1 (en) | 2010-01-21 | 2011-07-21 | Hitachi Cable, Ltd. | Manufacturing method of conductive group iii nitride crystal, manufacturing method of conductive group iii nitride substrate and conductive group iii nitride substrate |
| JP5129186B2 (ja) * | 2009-03-24 | 2013-01-23 | 古河機械金属株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体層の製造方法 |
| US9263266B2 (en) * | 2005-12-12 | 2016-02-16 | Kyma Technologies, Inc. | Group III nitride articles and methods for making same |
| US9461121B2 (en) | 2006-08-09 | 2016-10-04 | Freiberger Compound Materials Gmbh | Process for the manufacture of a doped III-N bulk crystal and a free-standing III-N substrate, and doped III-N bulk crystal and free-standing III-N substrate as such |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1501118B1 (fr) * | 1999-03-17 | 2009-10-07 | Mitsubishi Chemical Corporation | Base de semiconducteur et son procédé de fabrication et procédé de fabrication de cristal semiconducteur |
| US6447604B1 (en) * | 2000-03-13 | 2002-09-10 | Advanced Technology Materials, Inc. | Method for achieving improved epitaxy quality (surface texture and defect density) on free-standing (aluminum, indium, gallium) nitride ((al,in,ga)n) substrates for opto-electronic and electronic devices |
| JP4423969B2 (ja) * | 2003-12-25 | 2010-03-03 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化物半導体積層基板およびそれを用いた窒化物半導体デバイス、窒化物半導体レーザ素子 |
| KR20150092172A (ko) * | 2012-11-16 | 2015-08-12 | 메사추세츠 인스티튜트 오브 테크놀로지 | 반도체 구조물, 및 리세스 형성 에칭 수법 |
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Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999020816A1 (fr) | 1997-10-20 | 1999-04-29 | Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs) | Procede de realisation d'une couche epitaxiale de nitrure de gallium |
| EP1338683A2 (fr) | 1997-10-20 | 2003-08-27 | Lumilog | Procédé de réalisation d'une couche épitaxiale de nitrure de gallium |
| EP1699951A2 (fr) | 2003-09-26 | 2006-09-13 | Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs) | Procede de realisation de substrats autosupportes de nitrures d'elements iii par hetero epitaxie sur une couche sacrificielle |
| US20060255339A1 (en) | 2005-05-12 | 2006-11-16 | Samsung Corning Co., Ltd. | Single-crystalline gallium nitride substrate |
| US9263266B2 (en) * | 2005-12-12 | 2016-02-16 | Kyma Technologies, Inc. | Group III nitride articles and methods for making same |
| EP1977028A1 (fr) | 2005-12-15 | 2008-10-08 | Lumilog | Procede de croissance de gan presentant de faibles densites de dislocations |
| US9461121B2 (en) | 2006-08-09 | 2016-10-04 | Freiberger Compound Materials Gmbh | Process for the manufacture of a doped III-N bulk crystal and a free-standing III-N substrate, and doped III-N bulk crystal and free-standing III-N substrate as such |
| JP5129186B2 (ja) * | 2009-03-24 | 2013-01-23 | 古河機械金属株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体層の製造方法 |
| US20110175200A1 (en) | 2010-01-21 | 2011-07-21 | Hitachi Cable, Ltd. | Manufacturing method of conductive group iii nitride crystal, manufacturing method of conductive group iii nitride substrate and conductive group iii nitride substrate |
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