FR2968831A1 - METHODS OF FORMING NITRIDE III MASSIVE MATERIALS ON METAL NITRIDE GROWTH MATRIX LAYERS AND STRUCTURES FORMED THEREFROM - Google Patents
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Abstract
Des matériaux semiconducteurs massifs de nitrure III sont déposés en utilisant un procédé HVPE qui utilise un précurseur de trichlorure de métal sur une couche matricielle de nitrure de métal d'un substrat de croissance. Le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III peut être réalisé sans formation ex situ de la couche matricielle en utilisant un procédé MOCVD. Dans certains modes de réalisation, une couche matricielle de nucléation est formée ex situ en utilisant un procédé non-MOCVD avant le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III sur la couche matricielle en utilisant un procédé HVPE. Dans d'autres modes de réalisation, une couche matricielle de nucléation est formée in situ en utilisant un procédé MOCVD avant le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III sur la couche matricielle en utilisant un procédé HVPE. Dans d'autres modes de réalisation, une couche matricielle de nucléation est formée in situ en utilisant un procédé HVPE avant le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III sur la couche matricielle en utilisant un procédé HVPE.Massive semiconductor materials of nitride III are deposited using a HVPE process that uses a metal trichloride precursor on a metal nitride matrix layer of a growth substrate. Deposition of the solid nitride III semiconductor material can be achieved without ex situ formation of the matrix layer using a MOCVD method. In some embodiments, a nucleation matrix layer is formed ex situ using a non-MOCVD method prior to deposition of the solid nitride III semiconductor material on the matrix layer using a HVPE method. In other embodiments, a nucleation matrix layer is formed in situ using a MOCVD method prior to deposition of the solid nitride III semiconductor material on the matrix layer using a HVPE method. In other embodiments, a nucleation matrix layer is formed in situ using a HVPE process prior to deposition of the solid III nitride semiconductor material on the matrix layer using a HVPE method.
Description
PROCÉDÉS DE FORMATION DE MATÉRIAUX MASSIFS DE NITRURE III SUR DES COUCHES MATRICIELLES DE CROISSANCE DE NITRURE DE MÉTAL ET STRUCTURES FORMÉES PAR CES PROCÉDÉS DOMAINE En règle générale, les modes de réalisation de l'invention concernent des procédés de dépôt de matériaux de nitrure III sur des substrats, et des structures formées par ces procédés. Plus particulièrement, les modes de réalisation de l'invention concernent des procédés de dépôt de matériaux de nitrure III sur des substrats qui comprennent une couche matricielle de croissance comprenant un matériau de nitrure de métal, et des structures formées par ces procédés. METHODS OF FORMING NITRIDE III MASSIVE MATERIALS ON METAL NITRIDE GROWTH MATRIX LAYERS AND STRUCTURES FORMED THEREFROM DOMAIN METHODS As a general rule, the embodiments of the invention relate to methods of depositing nitride III materials on substrates, and structures formed by these methods. More particularly, the embodiments of the invention relate to methods of depositing nitride III materials on substrates that include a growth matrix layer comprising a metal nitride material, and structures formed by these methods.
CONTEXTE Le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) est un procédé chimique qui est utilisé pour déposer des matériaux solides sur des substrats, et est couramment utilisé dans la fabrication d'appareils semi-conducteurs. Dans les procédés de dépôt chimique en phase vapeur, un substrat est exposé à un ou plusieurs gaz réactifs, qui réagissent, se décomposent, ou réagissent et se décomposent à la fois de telle manière que cela entraîne le dépôt d'un matériau solide sur la surface du substrat. Un type particulier de procédé CVD est nommé dans l'art épitaxie en phase vapeur (VPE). Dans les procédés VPE, un substrat est exposé à une ou plusieurs vapeurs réactives dans une chambre réactionnelle, qui réagissent, se décomposent, ou réagissent et se décomposent à la fois de telle manière que cela entraîne le dépôt épitaxial d'un matériau solide sur la surface du substrat. Les procédés VPE sont souvent utilisés pour déposer des matériaux semi-conducteurs de type III-V. Lorsque l'une des vapeurs réactives dans un procédé VPE comprend une vapeur d'halogénure, le procédé peut être nommé épitaxie en phase vapeur aux halogénures (HVPE). D'après l'art, on sait former des matériaux semi-conducteurs de nitrure III tels que le nitrure de gallium (GaN) en utilisant des procédés VPE dans lesquels des matériaux précurseurs organométalliques (MO) sont décomposés dans une chambre réactionnelle pour former le matériau semiconducteur de nitrure III. De tels procédés sont souvent nommés procédés d'épitaxie en phase vapeur aux organométalliques (MOVPE), et peuvent également être caractérisés comme étant des procédés de dépôt chimique en phase vapeur aux organométalliques (MOCVD). De tels procédés MOVPE sont habituellement réalisés en utilisant plusieurs procédés de pré-dépôt séquentiels avant le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III souhaité. BACKGROUND Chemical vapor deposition (CVD) is a chemical process that is used to deposit solid materials on substrates, and is commonly used in the manufacture of semiconductor devices. In chemical vapor deposition processes, a substrate is exposed to one or more reactive gases, which react, decompose, or react and decompose both in such a manner that it results in the deposition of a solid material on the substrate. surface of the substrate. One particular type of CVD process is named in the vapor phase epitaxy (VPE) art. In VPE processes, a substrate is exposed to one or more reactive vapors in a reaction chamber, which react, decompose, or react and decompose both in such a manner that this results in the epitaxial deposition of a solid material on the reaction chamber. surface of the substrate. VPE processes are often used to deposit III-V type semiconductor materials. When one of the reactive vapors in a VPE process comprises a halide vapor, the process may be termed hydrogenated vapor phase epitaxy (HVPE). According to the art, it is known to form nitride III semiconductor materials such as gallium nitride (GaN) using VPE processes in which organometallic precursor materials (OM) are decomposed in a reaction chamber to form the semiconductor material of nitride III. Such methods are often referred to as organometallic vapor phase epitaxy (MOVPE) processes, and may also be characterized as organometallic chemical vapor deposition (MOCVD) processes. Such MOVPE processes are usually performed using several sequential pre-deposition processes prior to deposition of the desired solid III nitride semiconductor material.
Ces procédés séquentiels de pré-dépôt peuvent comprendre une cuisson à l'hydrogène à température élevée du substrat de croissance (par exemple un substrat de saphir), une nitruration du substrat de croissance, la formation d'une couche de nucléation d'un matériau de nitrure III à des températures relativement basses sur le substrat de croissance, le recuit de la couche de nucléation à des températures relativement élevées, la coalescence de la couche de nucléation, et enfin la croissance de la couche de matériau de nitrure III sur la couche de nucléation. Les procédés HVPE sont également utilisés pour former des matériaux semiconducteurs de nitrure III tels que le nitrure de gallium (GaN). Dans de tels procédés, la croissance épitaxiale de GaN sur un substrat peut être due à une réaction en phase vapeur entre le monochlorure de gallium (GaCl) et de l'ammoniac (NH3) qui est réalisée dans une chambre réactionnelle à des températures élevées comprises entre environ 500 °C et environ 1000 °C. Le NH3 peut être fourni par une source standard de NH3 gazeux. Dans certains procédés, la vapeur de GaCl est fournie en faisant passer du chlorure d'hydrogène (HC1) gazeux (qui peut être fourni par une source standard d'HCl gazeux) sur du gallium (Ga) liquide chauffé pour former in situ du GaCl dans la chambre réactionnelle. Le gallium liquide peut être chauffé à une température comprise entre environ 750 °C et environ 850 °C. Le GaCl et le NH3 peuvent être dirigés vers (par exemple, sur) une surface d'un substrat chauffé, telle qu'une tranche de matériau semi-conducteur. Le brevet US n° 6 179 913, délivré le 30 janvier 2001 au nom de Solomon et al., décrit un système d'injection de gaz pour une utilisation dans ces systèmes et procédés. Les différents procédés séquentiels de pré-dépôt mentionnés ci-dessus en ce qui concerne les procédés MOVPE utilisés pour former les matériaux semiconducteurs massifs de nitrure III peuvent être difficiles à réaliser dans un réacteur de dépôt HVPE. These sequential pre-deposition processes may include high temperature hydrogen cooking of the growth substrate (e.g. sapphire substrate), growth substrate nitriding, formation of a nucleation layer of a material nitride III at relatively low temperatures on the growth substrate, annealing of the nucleation layer at relatively high temperatures, coalescence of the nucleation layer, and finally growth of the layer of nitride material III on the layer. nucleation. HVPE processes are also used to form nitride III semiconductor materials such as gallium nitride (GaN). In such processes, the epitaxial growth of GaN on a substrate may be due to a vapor phase reaction between gallium monochloride (GaCl) and ammonia (NH3) which is carried out in a reaction chamber at high temperatures included between about 500 ° C and about 1000 ° C. NH3 can be provided by a standard source of gaseous NH3. In some processes, GaCl vapor is supplied by passing gaseous hydrogen chloride (HC1) (which may be supplied by a standard source of gaseous HCl) over heated liquid gallium (Ga) to form GaCl in situ. in the reaction chamber. The liquid gallium can be heated to a temperature of from about 750 ° C to about 850 ° C. GaCl and NH3 may be directed to (for example, on) a surface of a heated substrate, such as a slice of semiconductor material. U.S. Patent No. 6,179,913, issued January 30, 2001 to Solomon et al., Discloses a gas injection system for use in such systems and methods. The various sequential pre-deposition processes mentioned above with respect to the MOVPE processes used to form solid III nitride semiconductor materials can be difficult to achieve in a HVPE deposition reactor.
BREF RÉSUMÉ Ce résumé sert à introduire une sélection de concepts d'une forme simplifiée, ces concepts étant davantage décrits dans la description détaillée ci-dessous de certains exemples de modes de réalisation de la présente invention. Ce résumé n'a pas pour but d'identifier les caractéristiques clés ou les caractéristiques essentielles du sujet revendiqué, ni pour but d'être utilisé pour limiter la portée du sujet revendiqué. Comme précédemment mentionné, les différents procédés séquentiels de pré-dépôt utilisés pour former une couche de nucléation de matériau de nitrure III sur le substrat de croissance avant le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III sur la couche de nucléation peuvent être difficiles à réaliser dans un réacteur de dépôt HVPE. En conséquence, les procédés HVPE connus utilisés pour déposer le matériau semiconducteur massif de nitrure III utilisent généralement un substrat de croissance qui comprend une couche de nucléation d'un matériau de nitrure de métal ex situ (c'est-à-dire dans un procédé de dépôt séparé réalisé dans une chambre séparée) sur un substrat en utilisant un procédé MOCVD. Le matériau massif de nitrure III souhaité est ensuite déposé sur le substrat de croissance dans un procédé HVPE séparé réalisé dans une chambre séparée. Dans certains modes de réalisation, la présente invention comprend des procédés de dépôt de matériaux semiconducteurs massifs de nitrure III sur des substrats de croissance. Une couche matricielle de nucléation de nitrure de métal est formée sur un substrat pour former un substrat de croissance, et le matériau semiconducteur massif de nitrure III est déposé sur le substrat de croissance en utilisant un procédé d'épitaxie en phase vapeur aux halogénures (HVPE). Le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III sur le substrat de croissance peut comprendre la décomposition d'un trichlorure de métal et/ou d'un tétrachlorure de métal pour former un gaz précurseur de chlorure de métal du groupe III et la réaction du gaz précurseur de chlorure de métal du groupe III avec un gaz précurseur du groupe V pour former un matériau semiconducteur massif de nitrure III sur le substrat de croissance. Dans au moins certains modes de réalisation, la présente invention concerne des procédés de dépôt de matériaux massifs de nitrure III sur des substrats de croissance en utilisant des procédés HVPE sans formation ex situ des couches matricielles de nucléation en utilisant des procédés MOCVD. Dans certains modes de réalisation, la présente invention concerne des procédés de dépôt d'un matériau semiconducteur massif de nitrure III sur un substrat de croissance. Une couche matricielle de nucléation de nitrure de métal est formée sur un substrat en utilisant un procédé de dépôt chimique en phase vapeur non aux organométalliques (MOCVD) dans une première chambre pour former le substrat de croissance, et le matériau semiconducteur massif de nitrure III est déposé sur le substrat de croissance en utilisant un procédé d'épitaxie en phase vapeur aux halogénures (HVPE) dans une seconde chambre. Le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III sur le substrat de croissance peut comprendre l'écoulement de NH3 et d'un trichlorure de métal et/ou d'un tétrachlorure de métal vers la seconde chambre. Dans d'autres modes de réalisation des procédés de 35 dépôt d'un matériau semiconducteur massif de nitrure III sur un substrat, une couche matricielle de nucléation de nitrure de métal est formée sur un substrat en utilisant un procédé de dépôt chimique en phase vapeur aux organométalliques (MOCVD) dans une chambre pour former le substrat de croissance, et le matériau semiconducteur massif de nitrure III est déposé sur le substrat de croissance en utilisant un procédé d'épitaxie en phase vapeur aux halogénures (HVPE) dans la même chambre. Le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III sur le substrat de croissance en utilisant le procédé d'épitaxie en phase vapeur aux halogénures (HVPE) peut comprendre l'écoulement de NH3 et d'un trichlorure de métal et/ou d'un tétrachlorure de métal vers cette même chambre. BRIEF SUMMARY This summary serves to introduce a selection of concepts of a simplified form, these concepts being further described in the following detailed description of some exemplary embodiments of the present invention. This summary is not intended to identify the key characteristics or essential characteristics of the subject claimed, nor is it intended to be used to limit the scope of the subject claimed. As previously mentioned, the various sequential pre-deposition methods used to form a nitride III material nucleation layer on the growth substrate prior to the deposition of the solid nitride III semiconductor material on the nucleation layer may be difficult to achieve in a HVPE storage reactor. Accordingly, the known HVPE methods used to deposit solid III nitride semiconductor material generally employ a growth substrate which comprises a nucleation layer of an ex situ metal nitride material (i.e., in a process separate deposition process performed in a separate chamber) on a substrate using a MOCVD method. The desired solid nitride III material is then deposited on the growth substrate in a separate HVPE process made in a separate chamber. In some embodiments, the present invention includes methods of depositing solid III nitride semiconductor materials on growth substrates. A metal nitride nucleation matrix layer is formed on a substrate to form a growth substrate, and the solid nitride III semiconductor material is deposited on the growth substrate using a halide vapor phase epitaxy (HVPE) process. ). The deposition of the solid III nitride semiconductor material on the growth substrate may include decomposing a metal trichloride and / or metal tetrachloride to form a Group III metal chloride precursor gas and the reaction of the gas. Group III metal chloride precursor with a Group V precursor gas to form a solid III nitride semiconductor material on the growth substrate. In at least some embodiments, the present invention provides methods of depositing nitride III bulk material onto growth substrates using HVPE methods without ex situ formation of the nucleation matrix layers using MOCVD methods. In some embodiments, the present invention provides methods of depositing a solid III nitride semiconductor material on a growth substrate. A metal nitride nucleation matrix layer is formed on a substrate using a non-organometallic chemical vapor deposition (MOCVD) process in a first chamber to form the growth substrate, and the solid semiconductor material of nitride III is deposited on the growth substrate using a halide vapor phase epitaxy (HVPE) process in a second chamber. The deposition of the solid nitride III semiconductor material on the growth substrate may comprise the flow of NH 3 and a metal trichloride and / or metal tetrachloride to the second chamber. In other embodiments of methods for depositing a solid III nitride semiconductor material on a substrate, a metal nitride nucleation matrix layer is formed on a substrate using a CVD method. organometallic (MOCVD) materials in a chamber to form the growth substrate, and the solid nitride III semiconductor material is deposited on the growth substrate using a halide vapor phase epitaxy (HVPE) process in the same chamber. The deposition of the solid III nitride semiconductor material on the growth substrate using the halide vapor phase epitaxy (HVPE) method may include the flow of NH 3 and a metal trichloride and / or a tetrachloride of metal to this same room.
Dans encore d'autres modes de réalisation des procédés de dépôt d'un matériau semiconducteur massif de nitrure III sur un substrat de croissance, une couche matricielle de nucléation de nitrure de métal est formée sur un substrat en utilisant un procédé d'épitaxie en phase vapeur aux halogénures (HVPE) dans une chambre pour former le substrat de croissance, et le matériau semiconducteur massif de nitrure III est déposé sur le substrat de croissance en utilisant un procédé d'épitaxie en phase vapeur aux halogénures (HVPE) dans la même chambre. Le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III sur le substrat de croissance en utilisant le procédé d'épitaxie en phase vapeur aux halogénures (HVPE) peut comprendre l'écoulement de NH3 et d'un trichlorure de métal et/ou d'un tétrachlorure de métal vers cette même chambre. D'autres modes de réalisation de l'invention comprennent les structures comprenant le matériau semiconducteur massif de nitrure III qui sont formées en utilisant les procédés décrits ici.35 BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention peut être mieux comprise en se référant à la description détaillée suivante des exemples de modes de réalisation de la présente invention, qui sont illustrés sur les figures jointes, dans lesquelles : la figure 1 est une vue transversale simplifiée d'un substrat qui peut être utilisé selon les modes de 10 réalisation des procédés de l'invention ; la figure 2 est une vue transversale simplifiée d'un substrat de croissance qui peut être utilisé selon les modes de réalisation des procédés de l'invention, et qui peut être formé par un dépôt d'une couche 15 matricielle de nucléation sur le substrat de la figure 1 ; la figure 3 est une vue transversale simplifiée d'une structure qui comprend un matériau semiconducteur massif de nitrure III déposé sur la couche matricielle 20 de nucléation du substrat de croissance de la figure 2 selon les modes de réalisation des procédés de l'invention ; la figure 4A est une vue transversale illustrant schématiquement un exemple de mode de réalisation d'un 25 système de dépôt HVPE qui comprend une chambre réactionnelle et au moins un injecteur de gaz, et qui peut être utilisée dans les modes de réalisation des procédés de l'invention ; la figure 4B est une vue transversale schématique 30 de la chambre réactionnelle illustrée sur la figure 4A prise le long de la ligne de coupe 4B-4B illustrée sur celle-ci ; la figure 5 illustre schématiquement un mode de réalisation d'un injecteur de gaz de thermalisation qui peut être utilisé dans le système de dépôt de la figure 4A ; la figure 6 illustre schématiquement un autre exemple de mode de réalisation d'un injecteur de gaz qui peut être utilisé dans le système de dépôt de la figure 4A ; la figure 7 est une coupe en perspective partielle agrandie d'une partie de l'injecteur de gaz de la figure 6 ; et la figure 8 est un graphe représentant schématiquement un procédé de dépôt qui peut être utilisé pour déposer un matériau semiconducteur massif de nitrure III sur un substrat de croissance selon les modes de réalisation de l'invention et en utilisant un système de dépôt HVPE tel que celui illustré sur les figures 4A et 4B. In still other embodiments of methods of depositing a solid III nitride semiconductor material on a growth substrate, a metal nitride nucleation matrix layer is formed on a substrate using a phase epitaxy method. halide vapor (HVPE) in a chamber to form the growth substrate, and the solid nitride III semiconductor material is deposited on the growth substrate using a halide vapor phase epitaxy (HVPE) process in the same chamber . The deposition of the solid III nitride semiconductor material on the growth substrate using the halide vapor phase epitaxy (HVPE) method may include the flow of NH 3 and a metal trichloride and / or a tetrachloride of metal to this same room. Other embodiments of the invention include structures comprising the solid nitride III semiconductor material which are formed using the methods described herein. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention may be better understood by reference to the detailed description Following are examples of embodiments of the present invention, which are illustrated in the accompanying figures, in which: FIG. 1 is a simplified cross-sectional view of a substrate that may be used in accordance with embodiments of the methods of the invention; invention; FIG. 2 is a simplified cross-sectional view of a growth substrate that may be used in accordance with the embodiments of the methods of the invention, and which may be formed by deposition of a nucleation matrix layer on the substrate of Figure 1; Fig. 3 is a simplified cross-sectional view of a structure which comprises a solid nitride III semiconductor material deposited on the matrix layer 20 of nucleation of the growth substrate of Fig. 2 according to the embodiments of the methods of the invention; FIG. 4A is a cross-sectional view schematically illustrating an exemplary embodiment of a HVPE deposition system which comprises a reaction chamber and at least one gas injector, and which can be used in the embodiments of the methods of the invention. invention; Fig. 4B is a schematic cross-sectional view of the reaction chamber shown in Fig. 4A taken along section line 4B-4B shown thereon; Figure 5 schematically illustrates an embodiment of a thermalization gas injector that can be used in the deposition system of Figure 4A; Figure 6 schematically illustrates another exemplary embodiment of a gas injector which may be used in the deposition system of Figure 4A; Fig. 7 is an enlarged partial perspective sectional view of a portion of the gas injector of Fig. 6; and Fig. 8 is a graph schematically showing a deposition method that can be used to deposit solid III nitride semiconductor material on a growth substrate according to the embodiments of the invention and using a HVPE deposition system such as that illustrated in Figures 4A and 4B.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DES MODES DE RÉALISATION DE L'INVENTION Les illustrations présentées ici ne sont pas les vues réelles d'un composant, dispositif ou système particulier, mais sont simplement des représentations idéalisées qui sont utilisées pour décrire les modes de réalisation de la présente invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS OF THE INVENTION The illustrations presented here are not the actual views of a particular component, device, or system, but are merely idealized representations that are used to describe the embodiments of the present invention.
Un certain nombre de références sont citées ici, mais aucune des références citées, quelle que soit la manière dont elles sont caractérisées ici, n'est admise comme art antérieur par rapport à l'invention du sujet revendiqué ici. A number of references are cited here, but none of the cited references, regardless of how they are characterized here, is accepted as prior art in relation to the invention of the subject claimed herein.
Comme utilisé ici, le terme « matériau semiconducteur de type III-V » signifie et comprend n'importe quel matériau semiconducteur qui est au moins majoritairement composé d'un ou plusieurs éléments du groupe IIIA du tableau périodique (B, Al, Ga, In et Ti) et d'un ou plusieurs éléments du groupe VA du tableau périodique (N, P, As, Sb et Bi). Par exemple, les matériaux semiconducteurs de type III-V comprennent, sans limitation, GaN, GaP, GaAs, InN, InP, InAs, A1N, A1P, AlAs, InGaN, InGaP, InGaNP, etc. As used herein, the term "III-V semiconductor material" means and includes any semiconductor material that is at least predominantly composed of one or more elements of Group IIIA of the periodic table (B, Al, Ga, In and Ti) and one or more elements of group VA of the periodic table (N, P, As, Sb and Bi). For example, type III-V semiconductor materials include, without limitation, GaN, GaP, GaAs, InN, InP, InAs, AlN, AlP, AlAs, InGaN, InGaP, InGaNP, etc.
Comme utilisé ici, le terme « matériau semiconducteur de nitrure III » signifie et comprend tout matériau semiconducteur de type III-V qui est au moins majoritairement composé d'un ou plusieurs éléments du groupe IIIA du tableau périodique (B, Al, Ga, In et Ti) et d'azote. Par exemple, les matériaux semiconducteurs de nitrure III comprennent GaN, InN, A1N, InGaN, GaAlN, InA1N, etc. Comme utilisé ici, le terme « nitrure de métal » signifie un composé de métal et d'azote. Les matériaux de nitrure de métal comprennent, sans limitation, le nitrure d'aluminium (A1N), le nitrure de gallium (GaN), le nitrure de gallium aluminium (Al,Gal_XN), le nitrure de titane (TiN), le nitrure de hafnium (HfN), le nitrure de chrome (CrN), le nitrure de tungstène (WN) et le nitrure de tantale (TaN). Comme utilisés ici, les termes « dépôt chimique en phase vapeur » et « CVD » sont synonymes et signifient et comprennent tout procédé utilisé pour déposer un ou plusieurs matériaux solides sur un substrat dans une chambre réactionnelle dans laquelle le substrat est exposé à un ou plusieurs gaz réactifs, qui réagissent, se décomposent, ou réagissent et se décomposent à la fois de telle manière que cela entraîne le dépôt du ou des matériaux solides sur une surface du substrat. As used herein, the term "III nitride semiconductor material" means and includes any type III-V semiconductor material that is at least predominantly composed of one or more elements of Group IIIA of the periodic table (B, Al, Ga, In and Ti) and nitrogen. For example, III nitride semiconductor materials include GaN, InN, AlN, InGaN, GaAlN, InAlN, etc. As used herein, the term "metal nitride" means a compound of metal and nitrogen. The metal nitride materials include, but are not limited to, aluminum nitride (A1N), gallium nitride (GaN), gallium aluminum nitride (Al, Gal_XN), titanium nitride (TiN), nitride of hafnium (HfN), chromium nitride (CrN), tungsten nitride (WN) and tantalum nitride (TaN). As used herein, the terms " chemical vapor deposition " and " CVD " are synonymous and mean and include any method used to deposit one or more solid materials on a substrate in a reaction chamber in which the substrate is exposed to one or more reactive gases, which react, decompose, or react and decompose in such a manner that this results in the deposition of the solid material (s) on a surface of the substrate.
Comme utilisés ici, les termes « épitaxie en phase vapeur » et « VPE » sont synonymes et signifient et comprennent tout procédé CVD dans lequel le substrat est exposé à un ou plusieurs gaz réactifs, qui réagissent, se décomposent, ou réagissent et se décomposent à la fois de telle manière que cela entraîne le dépôt épitaxial du ou des matériaux solides sur une surface du substrat. Comme utilisés ici, les termes « épitaxie en phase vapeur aux halogénures » et « HVPE » sont synonymes et signifient et comprennent tout procédé VPE dans lequel au moins un gaz réactif utilisé dans le procédé VPE comprend une vapeur d'halogénure. Comme utilisé ici, le terme « organométallique » signifie et comprend tout composé comprenant au moins un élément métallique et une espèce chimique organique comprenant au moins un ligand à base de carbone. Les organométalliques sont parfois nommés « métallorganiques » et ces termes sont synonymes pour les besoins de cette description. Les organométalliques comprennent, sans limitation, le triméthylgallium (TMG), le triéthylgallium (TEG), le triméthylaluminium (TMA), le triéthylaluminium (TEA), le tétrakisdiéthylaminotitane (TDEAT) et le tétrakis(diméthylamido)titane (TDEAT). As used herein, the terms "vapor phase epitaxy" and "VPE" are synonymous and mean and include any CVD process in which the substrate is exposed to one or more reactive gases, which react, decompose, or react and decompose at both in such a way that this results in the epitaxial deposition of the solid material (s) on a surface of the substrate. As used herein, the terms "halide vapor phase epitaxy" and "HVPE" are synonymous and mean and include any VPE process in which at least one reactive gas used in the VPE process comprises a halide vapor. As used herein, the term "organometallic" means and includes any compound comprising at least one metal element and an organic chemical species comprising at least one carbon-based ligand. Organometallics are sometimes called "metallorganic" and these terms are synonymous for the purposes of this description. Organometallics include, but are not limited to, trimethylgallium (TMG), triethylgallium (TEG), trimethylaluminum (TMA), triethylaluminum (TEA), tetrakisdiethylaminotitanium (TDEAT), and tetrakis (dimethylamido) titanium (TDEAT).
Comme utilisés ici, les termes « épitaxie en phase vapeur aux organométalliques » et « MOVPE » sont synonymes et signifient et comprennent tout procédé VPE dans lequel au moins une vapeur réactive utilisée dans le procédé VPE comprend une vapeur organométallique. As used herein, the terms "organometallic vapor phase epitaxy" and "MOVPE" are synonymous and mean and include any VPE process in which at least one reactive vapor used in the VPE process comprises an organometallic vapor.
Comme utilisés ici, les termes « procédé de dépôt chimique en phase vapeur non aux organométalliques » et « procédé non-MOCVD » sont synonymes et signifient et comprennent tout procédé de dépôt qui n'est pas un procédé MOCVD. As used herein, the terms "non-organometallic chemical vapor deposition process" and "non-MOCVD method" are synonymous and mean and include any deposition process that is not a MOCVD process.
Comme utilisés ici, les termes « procédé d' épitaxie en phase vapeur non aux organométalliques » et « procédé non-MOVPE » sont synonymes et signifient et comprennent tout procédé de dépôt qui n'est pas un procédé MOVPE. As used herein, the terms "non-organometallic vapor phase epitaxy process" and "non-MOVPE method" are synonymous and mean and include any deposition process that is not an MOVPE process.
Comme utilisé ici, le terme « gaz » comprend les gaz (fluides qui n'ont ni forme indépendante, ni volume) et les vapeurs (gaz qui comprennent un liquide diffusé ou une matière solide suspendue dans celui-ci) et les termes « gaz » et « vapeur » sont synonymes ici. Les figures 1 à 3 illustrent le dépôt d'un matériau semiconducteur massif de nitrure III sur un substrat de croissance selon les modes de réalisation de l'invention. En se référant à la figure 1, un substrat (10) est proposé. En général, le substrat (10) peut être un corps plat, discoïdal, et peut généralement être circulaire, rectangulaire, etc. Le substrat (10) peut comprendre ce qui est connu dans l'art sous le nom de « matrice » ou « tranche ». Le substrat (10) peut se composer au moins en grande partie d'un matériau homogène (12). Le matériau (12) peut comprendre, par exemple, une céramique telle qu'un oxyde (par exemple le dioxyde de silicium (SiO2) ou l'oxyde d'aluminium (Al2O3) (par exemple le saphir qui est l'a-Al2O3)) ou un nitrure (par exemple le nitrure de silicium (Si3N4) ou le nitrure de bore (BN)). Comme autres exemples, le matériau {12) peut comprendre un matériau semiconducteur tel que le silicium (Si), le germanium (Ge), un matériau semiconducteur de type III- V, etc. Dans certains modes de réalisation, le matériau (12) du substrat (10) peut se composer au moins en grande partie d'un cristal unique du matériau (12). En outre, dans de tels modes de réalisation, le cristal unique peut avoir une orientation cristallographique choisie, de sorte qu'une surface principale exposée (14) du matériau (12) comprend un plan cristallographique choisi du cristal unique du matériau (12). Dans un exemple non limitatif, le substrat (10) peut être choisi pour comprendre un substrat de saphir. De tels substrats de saphir sont disponibles dans le commerce. En se référant à la figure 2, une couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18) peut être formée (par exemple déposée) sur la surface principale exposée (14) pour former un substrat de croissance (20). Selon les modes de réalisation des procédés de l'invention, la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18) peut être formée sur le substrat de plusieurs manières différentes, qui sont décrites plus en détail ci-dessous. À titre d'exemple et sans limitation, la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18) peut être déposée sur la surface principale exposée (14) de sorte que la couche matricielle (18) a une épaisseur moyenne T1 comprise entre environ deux nanomètres (2 nm) et environ cinq micromètres (5 pm). La couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18) est utilisée pour faciliter le dépôt d'un matériau semiconducteur massif de type III-V sur le substrat (10) avec une épaisseur totale moyenne souhaitée tout en maintenant les densités de défauts dans le matériau semiconducteur massif de type III-V aux concentrations souhaitées. En raison des différences entre les structures du réseau cristallin du matériau (12) du substrat (10) et du matériau semiconducteur massif de type III-V qui doit être déposé sur le substrat (10) (ces différences sont souvent nommées dans l'art « incohérence du réseau cristallin »), la structure cristalline du matériau semiconducteur massif de type III-V peut comprendre des concentrations non souhaitées, relativement importantes de défauts tels que des dislocations si le matériau semiconducteur massif de type III-V doit être directement déposé sur la surface principale exposée (14) du substrat (10). Par conséquent une couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18) est proposée entre le substrat (10) et le matériau semiconducteur massif de type III-V qui peut avoir une composition et/ou une microstructure choisie de sorte que la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18) a une incohérence du réseau cristallin relativement moins élevée avec le substrat (10) et le matériau semiconducteur massif de type III-V à déposer sur celle-ci par rapport à l'incohérence du réseau cristallin entre le substrat (10) et le matériau semiconducteur massif de type III-V. En d'autres termes, la couche matricielle de nucléation peut être utilisée pour minimiser l'incohérence du réseau cristallin entre le substrat (10) et le matériau semiconducteur massif de type III-V à déposer dessus, et de telles couches matricielles de nucléation (18) sont également nommées dans l'art couches « tampons ». En outre, la couche matricielle de nucléation peut être utilisée comme couche de germination pour nucléer la croissance du matériau semiconducteur massif de type III-V dessus, et de telles couches matricielles de nucléation (18) sont également nommées dans l'art couches de « germination ». En se référant à la figure 3, après la formation du substrat de croissance (20), le matériau semiconducteur massif de type III-V (22) peut être nucléé et déposé sur une surface principale exposée (19) de la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18) en utilisant un procédé HVPE. Bien qu'une liaison discrète soit visible entre la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18) et le matériau semiconducteur massif de type III-V (22) dans le dessin simplifié de la figure 3, il faut noter que la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18) et le matériau semiconducteur massif de type III-V peuvent, dans certains modes de réalisation, avoir au moins en grande partie la même composition, et il peut être difficile ou impossible de visualiser ou bien d'identifier une quelconque liaison discrète entre la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18) et le matériau semiconducteur massif de type III-V (22). À titre d'exemple et sans limitation, le matériau semiconducteur massif de type III-V (22) peut être déposé sur le substrat de croissance (20) avec une épaisseur totale moyenne T2 d'au moins environ cinq micromètres (5 }gym), d'au moins environ sept micromètres (7 pm), d'au moins environ dix micromètres (10 pm), d'au moins environ vingt micromètres (20 pm) ou même d'au moins environ trente micromètres (30 pm). La présence de la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18) préparée selon les modes de réalisation de la présente invention peut faciliter le dépôt du matériau semiconducteur massif de type III-V (22) avec cette épaisseur totale moyenne T2, tout en maintenant les densités de dislocation dans le matériau semiconducteur massif de type III-V (22) sur la surface principale exposée (23) du matériau semiconducteur massif de type III-V (22) à des concentrations d'environ 5 x 108 par centimètre carré ou moins. Les figures 4A et 4B sont des illustrations simplifiées illustrant schématiquement un mode de réalisation d'un système de dépôt HVPE (100) qui peut être utilisé dans les modes de réalisation des procédés de l'invention, comme décrit ici. Dans des exemples non limitatifs, le système de dépôt (100) peut comprendre un système de dépôt tel que décrit dans la demande de publication de brevet US n° US 2009/0223442 Al publiée le 10 septembre 2009 au nom d'Arena et al., la demande de brevet US provisoire n° de série 61/157 112 déposée le 3 mars 2009 au nom d'Arena et al., et la demande de brevet US n° de série 12/894 724 déposée le 30 septembre 2010 au nom de Bertran. Le système de dépôt (100) illustré sur les figures 4A et 4B comprend une chambre réactionnelle (102) et un ou plusieurs injecteurs de gaz (comme décrit plus en détail ci-dessous). As used herein, the term "gas" includes gases (fluids that have neither independent form nor volume) and vapors (gases that include a diffused liquid or a solid material suspended therein) and "gas" And "steam" are synonymous here. Figures 1 to 3 illustrate the deposition of a solid semiconductor material of nitride III on a growth substrate according to the embodiments of the invention. Referring to Figure 1, a substrate (10) is provided. In general, the substrate (10) may be a flat, discoidal body, and may generally be circular, rectangular, etc. The substrate (10) may comprise what is known in the art as the "matrix" or "slice". The substrate (10) may be at least largely composed of a homogeneous material (12). The material (12) may comprise, for example, a ceramic such as an oxide (for example silicon dioxide (SiO 2) or aluminum oxide (Al 2 O 3) (for example sapphire which is α-Al 2 O 3 )) or a nitride (for example silicon nitride (Si3N4) or boron nitride (BN)). As other examples, the material {12) may comprise a semiconductor material such as silicon (Si), germanium (Ge), a III-V semiconductor material, etc. In some embodiments, the material (12) of the substrate (10) may be composed at least substantially of a single crystal of the material (12). Further, in such embodiments, the single crystal may have a selected crystallographic orientation, so that an exposed major surface (14) of the material (12) comprises a selected crystallographic plane of the single crystal of the material (12). In a non-limiting example, the substrate (10) may be selected to include a sapphire substrate. Such sapphire substrates are commercially available. Referring to FIG. 2, a metal nitride nucleation matrix layer (18) may be formed (eg deposited) on the exposed major surface (14) to form a growth substrate (20). According to the embodiments of the methods of the invention, the metal nitride nucleation matrix layer (18) can be formed on the substrate in a number of different ways, which are described in more detail below. By way of example and without limitation, the metal nitride nucleation matrix layer (18) may be deposited on the exposed main surface (14) so that the matrix layer (18) has an average thickness T1 of about two nanometers (2 nm) and about five micrometers (5 μm). The metal nitride nucleation matrix layer (18) is used to facilitate the deposition of a solid III-V type semiconductor material on the substrate (10) with a desired average total thickness while maintaining the defect densities in the substrate. solid type III-V semiconductor material at the desired concentrations. Due to the differences between the structures of the crystal lattice of the material (12) of the substrate (10) and the solid III-V type semiconductor material to be deposited on the substrate (10) (these differences are often named in the art "Crystalline lattice inconsistency"), the crystalline structure of the solid III-V semiconductor material may include undesired, relatively large concentrations of defects such as dislocations if the solid III-V type semiconductor material is to be directly deposited on the exposed main surface (14) of the substrate (10). Therefore, a metal nitride nucleation matrix layer (18) is provided between the substrate (10) and the III-V type solid semiconductor material which may have a composition and / or microstructure chosen so that the matrix layer of metal nitride nucleation (18) has a relatively lower crystal lattice inconsistency with the substrate (10) and the solid III-V type semiconductor material to deposit thereon with respect to the crystal lattice inconsistency between the substrate (10) and the solid III-V type semiconductor material. In other words, the nucleation matrix layer can be used to minimize the incoherence of the crystal lattice between the substrate (10) and the solid III-V type semiconductor material to be deposited on it, and such matrix nucleation layers ( 18) are also named in the art "buffer" layers. Further, the nucleation matrix layer may be used as a seed layer to nucleate the growth of the solid III-V type semiconductor material thereon, and such nucleation matrix layers (18) are also referred to in the layer art of germination ". Referring to Fig. 3, after formation of the growth substrate (20), the solid III-V type semiconductor material (22) can be nucleated and deposited on an exposed main surface (19) of the nucleation matrix layer of metal nitride (18) using a HVPE process. Although a discrete bond is visible between the metal nitride nucleation matrix layer (18) and the solid III-V type semiconductor material (22) in the simplified drawing of Figure 3, it should be noted that the matrix layer metal nitride nucleation (18) and the solid III-V semiconductor material may, in some embodiments, be at least substantially the same composition, and it may be difficult or impossible to visualize or identifying any discrete bond between the metal nitride nucleation matrix layer (18) and the solid III-V semiconductor material (22). By way of example and without limitation, the III-V type solid semiconductor material (22) can be deposited on the growth substrate (20) with a mean total thickness T2 of at least about five micrometers (5} gym) at least about seven microns (7 μm), at least about ten microns (10 μm), at least about twenty microns (20 μm), or even at least about thirty microns (30 μm). The presence of the metal nitride nucleation matrix layer (18) prepared according to the embodiments of the present invention can facilitate the deposition of the solid III-V type semiconductor material (22) with this average total thickness T2, while maintaining the dislocation densities in the III-V solid semiconductor material (22) on the exposed major surface (23) of the III-V solid semiconductor material (22) at concentrations of about 5 x 108 per square centimeter or less. Figs. 4A and 4B are schematic illustrations schematically illustrating an embodiment of a HVPE deposition system (100) that may be used in the embodiments of the methods of the invention, as described herein. In non-limiting examples, the deposition system (100) may include a deposition system as described in US Patent Application Publication No. US 2009/0223442 A1 published on September 10, 2009 in the name of Arena et al. , US Patent Application Serial No. 61 / 157,112 filed March 3, 2009 in the name of Arena et al., and US Patent Application Serial No. 12 / 894,724 filed September 30, 2010 in the name of from Bertran. The deposition system (100) illustrated in Figures 4A and 4B includes a reaction chamber (102) and one or more gas injectors (as described in more detail below).
Dans la description suivante du système de dépôt (100) et, plus particulièrement, de la chambre réactionnelle (102) du système de dépôt (100), les termes « longitudinal » et « transversal » sont utilisés pour indiquer les sens relatifs à la chambre réactionnelle (102) d'après les figures 4A et 4B, le sens longitudinal étant le sens vertical par rapport à la figure 4A et le sens s'étendant dans le plan de la figure 4B, et les sens transversaux ou latéraux étant ceux s'étendant horizontalement par rapport à chacune des figures 4A et 4B. Les sens transversaux sont également nommés sens s'étendant « d'un côté à l'autre du réacteur ». Le système de dépôt (100) comprend la chambre réactionnelle (102), une structure de support du substrat (104) (par exemple un suscepteur) configurée pour supporter un ou plusieurs substrats à travailler (106) (qui peuvent initialement comprendre un substrat (10) comme illustré sur la figure 1 ou un substrat de croissance (20) comme illustré sur la figure 2) sur lesquels on souhaite déposer ou sinon fournir un matériau du système de dépôt (100). À titre d'exemple non limitatif, la chambre réactionnelle (102) peut avoir une hauteur d'environ deux pouces, une largeur d'environ douze pouces, et une longueur d'environ vingt pouces, et la structure de support du substrat (104) peut être configurée pour supporter un substrat à travailler (106) de huit pouces, un substrat à travailler (106) de six pouces, un substrat à travailler (106) de trois pouces quatre ou un substrat à travailler (106) de huit pouces deux. Le système de dépôt (100) comprend en outre des éléments chauffants (108) (figure 4B), qui peuvent être utilisés pour chauffer de manière sélective le système de dépôt (100), de sorte qu'une température moyenne dans la chambre réactionnelle (102) peut être contrôlée dans une plage de températures élevées souhaitable pendant les processus de dépôt. Les éléments chauffants (108) peuvent comprendre, par exemple, des éléments chauffants résistants ou des éléments chauffants rayonnants. Comme illustré sur la figure 4B, la structure de support du substrat (104) peut être montée sur un axe (110), qui peut être couplé (par exemple couplé de manière structurelle directement, couplé de manière magnétique, etc.) à un dispositif d'entraînement (112) tel qu'un moteur électrique qui est configuré pour entraîner la rotation de l'axe (110) et, par conséquent, de la structure de support du substrat (104) dans la chambre réactionnelle (102). In the following description of the deposition system (100) and, more particularly, the reaction chamber (102) of the deposition system (100), the terms "longitudinal" and "transverse" are used to indicate the directions relating to the chamber. reaction (102) according to Figures 4A and 4B, the longitudinal direction being the vertical direction with respect to Figure 4A and the direction extending in the plane of Figure 4B, and the transverse or lateral directions being those s' extending horizontally with respect to each of FIGS. 4A and 4B. The transverse directions are also called directions extending "from one side to the other of the reactor". The deposition system (100) comprises the reaction chamber (102), a substrate support structure (104) (for example a susceptor) configured to support one or more work substrates (106) (which may initially comprise a substrate ( 10) as illustrated in Figure 1 or a growth substrate (20) as shown in Figure 2) on which it is desired to deposit or otherwise provide a material of the deposition system (100). By way of nonlimiting example, the reaction chamber (102) may have a height of about two inches, a width of about twelve inches, and a length of about twenty inches, and the support structure of the substrate (104 ) may be configured to support an eight inch working substrate (106), a six inch working substrate (106), a three inch four working substrate (106) or an eight inch working substrate (106) two. The deposition system (100) further comprises heating elements (108) (Fig. 4B), which can be used to selectively heat the deposition system (100), so that an average temperature in the reaction chamber ( 102) can be controlled in a desirable high temperature range during the deposition process. The heating elements (108) may include, for example, resistive heating elements or radiant heating elements. As illustrated in FIG. 4B, the support structure of the substrate (104) can be mounted on an axis (110), which can be coupled (for example, directly structurally coupled, magnetically coupled, etc.) to a device drive (112) such as an electric motor which is configured to cause rotation of the axis (110) and, therefore, of the support structure of the substrate (104) in the reaction chamber (102).
Dans certains modes de réalisation, un ou plusieurs des chambre réactionnelle (102), structure de support du substrat (104), axe (110) et tout autre composant dans la chambre réactionnelle (102) peuvent être au moins dans l'ensemble constitués d'un matériau céramique réfractaire tel qu'un oxyde de céramique (par exemple la silice (quartz), l'alumine, la zircone, etc.), un carbure (par exemple le carbure de silicium, le carbure de bore, etc.) ou un nitrure (par exemple le nitrure de silicium, le nitrure de bore, etc.). In some embodiments, one or more of the reaction chamber (102), substrate support structure (104), axis (110), and any other component in the reaction chamber (102) may be at least generally comprised of a refractory ceramic material such as a ceramic oxide (for example silica (quartz), alumina, zirconia, etc.), a carbide (for example silicon carbide, boron carbide, etc.) or a nitride (for example silicon nitride, boron nitride, etc.).
Le système de dépôt (100) comprend en outre un système d'écoulement de gaz utilisé pour injecter un ou plusieurs gaz dans la chambre réactionnelle (102) et pour éjecter les gaz hors de la chambre réactionnelle (102). En se référant à la figure 4A, le système de dépôt (100) peut comprendre trois conduites d'arrivée de gaz (114A, 114B, 114C) qui transportent les gaz provenant des sources de gaz respectives (128A, 128B, 128C). Facultativement, des dispositifs (117A, 117B, 117C), qui peuvent comprendre un ou plusieurs des vannes, régulateurs de contre-pression et régulateurs de débit massique, peuvent être utilisés pour contrôler de manière sélective le flux de gaz à travers les conduites d'arrivée de gaz (114A, 114B, 114C) respectives. Dans certains modes de réalisation, au moins l'une des sources de gaz (128A, 128B) peut comprendre une source externe d'un trichlorure de métal tel que GaC13, InC13 ou A1C13r comme décrit dans la demande de publication de brevet US n° US 2009/0223442 Al. GaC13, InC13 et AlC13 peuvent exister sous la forme d'un dimère tel que, par exemple Ga2C16, In2Cl6 et Al2C16 respectivement. En conséquence, au moins l'une des sources de gaz (128A, 128B) peut comprendre un dimère tel que Ga2C16, In2Cl6 ou Al2C16. Comme exemple non limitatif, une ou plusieurs sources de gaz (128A, 128B) peuvent offrir un débit massique de vapeur de GaCl3 sous forme de composant précurseur du groupe IIIA. La source de gaz (128C) peut comprendre une source externe d'un précurseur du groupe VA, tel que l'ammoniac (NH3) Dans les modes de réalisation dans lesquels une ou plusieurs des sources de gaz (128A, 128B) sont ou comprennent une source de GaC13r la source de GaC13 comprend un réservoir de GaC13 liquide maintenu à une température d'au moins 120 °C (par exemple d'environ 130 °C) et peut comprendre un moyen physique pour améliorer la vitesse d'évaporation du GaC13 liquide. Un tel moyen physique peut comprendre, par exemple, un dispositif configuré pour agiter le GaC13 liquide, un dispositif configuré pour pulvériser le GaC13 liquide, un dispositif configuré pour faire circuler un gaz vecteur rapidement sur le GaC13 liquide, un dispositif configuré pour faire barboter un gaz vecteur dans le GaC13 liquide, un dispositif, tel qu'un dispositif piézoélectrique, configuré pour disperser par ultrasons le GaC13 liquide, et analogue. Comme exemple non limitatif, un gaz vecteur, tel que He, N2, H2 ou Ar, ou un mélange de ceux-ci (par exemple un mélange de N2 et H2) peut être mis à barboter dans le GaC13 liquide, tandis que le GaCl3 liquide est maintenu à une température d'au moins 120 °C, de sorte que le gaz source peut comprendre un ou plusieurs gaz vecteurs. La circulation de la vapeur de GaCl3 dans un ou plusieurs injecteurs de gaz (150A, 150B) peut être contrôlée dans certains modes de réalisation de l'invention. Par exemple, dans des modes de réalisation dans lesquels un gaz vecteur est mis à barboter dans le GaCl3 liquide, la circulation de GaCl3 à partir de la source de gaz (128A, 128B, 128C) dépend d'un ou plusieurs facteurs, y compris par exemple la température du GaC13, la pression au-dessus du GaCl3 et la circulation du gaz vecteur qui barbote dans le GaC13. Alors que le débit massique de GaC13 peut être, en principe, contrôlé par l'un quelconque de ces paramètres, dans certains modes de réalisation, le débit massique de GaC13 peut être contrôlé en faisant varier la circulation du gaz vecteur en utilisant un régulateur de débit massique. Dans certains modes de réalisation, les 35 températures des conduites d'arrivée de gaz (114A, 114B) peuvent être contrôlées entre les sources de gaz (128A, 128B) et les injecteurs de gaz (150A, 150B). Les températures des conduites d'arrivée de gaz (114A, 114B) et des capteurs, régulateurs de débit massique et analogues associés peuvent augmenter progressivement d'une première température (par exemple d'environ 120 °C ou plus) à la sortie des sources de gaz (128A, 128B) respectives jusqu'à une seconde température (par exemple d'environ 160 °C ou moins) au niveau des injecteurs de gaz (150A, 150B) afin d'empêcher la condensation des gaz (par exemple la vapeur de GaCl3) dans les conduites d'arrivée de gaz (114A, 114B) et analogues. Facultativement, la longueur des conduites d'arrivée de gaz (114A, 114B) entre les sources de gaz (128A, 128B) respectives et les injecteurs de gaz (150A, 150B) peut être d'environ trois pieds ou moins, d'environ deux pieds ou moins, ou même d'environ un pied ou moins. La pression des gaz sources peut être contrôlée en utilisant un ou plusieurs systèmes de contrôle de pression. Chacune des deux conduites d'arrivée de gaz (114A, 114B) peut facultativement s'étendre vers l'un des deux injecteurs de gaz (150A, 150B) respectifs, qui sont décrits plus en détail ci-dessous. The deposition system (100) further includes a gas flow system used to inject one or more gases into the reaction chamber (102) and to eject the gases out of the reaction chamber (102). Referring to FIG. 4A, the deposition system (100) may include three gas supply lines (114A, 114B, 114C) which carry the gases from the respective gas sources (128A, 128B, 128C). Optionally, devices (117A, 117B, 117C), which may include one or more of the valves, backpressure regulators, and mass flow controllers, may be used to selectively control the flow of gas through the fuel lines. gas inlet (114A, 114B, 114C) respectively. In some embodiments, at least one of the gas sources (128A, 128B) may comprise an external source of a metal trichloride such as GaC13, InC13 or A1C13r as described in US Patent Application Publication No. US 2009/0223442 Al. GaC13, InCl3 and AlCl3 may exist in the form of a dimer such as, for example Ga2C16, In2Cl6 and Al2C16 respectively. Accordingly, at least one of the gas sources (128A, 128B) may comprise a dimer such as Ga2C16, In2Cl6 or Al2C16. As a non-limiting example, one or more gas sources (128A, 128B) may provide a mass flow of GaCl 3 vapor as a Group IIIA precursor component. The gas source (128C) may comprise an external source of a VA group precursor, such as ammonia (NH3) In embodiments in which one or more of the gas sources (128A, 128B) are or comprise a source of GaC13r the GaC13 source comprises a reservoir of liquid GaC13 maintained at a temperature of at least 120 ° C (eg, about 130 ° C) and may include physical means to improve the rate of evaporation of GaC13 liquid. Such physical means may include, for example, a device configured to stir liquid GaC13, a device configured to spray liquid GaC13, a device configured to rapidly circulate a carrier gas over liquid GaC13, a device configured to bubble a liquid carrier gas in liquid GaC13, a device, such as a piezoelectric device, configured to ultrasonically disperse liquid GaC13, and the like. As a nonlimiting example, a carrier gas, such as He, N2, H2 or Ar, or a mixture thereof (for example a mixture of N2 and H2) can be bubbled in the liquid GaC13, while the GaCl3 liquid is maintained at a temperature of at least 120 ° C, so that the source gas may comprise one or more carrier gases. The circulation of GaCl 3 vapor in one or more gas injectors (150A, 150B) can be controlled in some embodiments of the invention. For example, in embodiments in which a carrier gas is bubbled in liquid GaCl3, the circulation of GaCl3 from the gas source (128A, 128B, 128C) depends on one or more factors, including for example the temperature of GaC13, the pressure above the GaCl3 and the circulation of the carrier gas which bubbles in GaC13. While the mass flow rate of GaC13 can be, in principle, controlled by any of these parameters, in some embodiments, the mass flow rate of GaC13 can be controlled by varying the flow of the carrier gas using a regulator of mass flow. In some embodiments, the temperatures of the gas supply lines (114A, 114B) can be controlled between the gas sources (128A, 128B) and the gas injectors (150A, 150B). The temperatures of the gas supply lines (114A, 114B) and the associated sensors, mass flow controllers and the like can gradually increase from a first temperature (e.g., about 120 ° C or more) to the output of the sources. respective gases (128A, 128B) to a second temperature (e.g., about 160 ° C or less) at the gas injectors (150A, 150B) to prevent condensation of gases (e.g. of GaCl3) in the gas supply lines (114A, 114B) and the like. Optionally, the length of the gas supply lines (114A, 114B) between the respective gas sources (128A, 128B) and the gas injectors (150A, 150B) may be about three feet or less, about two feet or less, or even about one foot or less. Source gas pressure can be controlled using one or more pressure control systems. Each of the two gas supply lines (114A, 114B) may optionally extend to one of two respective gas injectors (150A, 150B), which are described in more detail below.
Dans d'autres modes de réalisation, le système de dépôt (100) peut comprendre moins de deux (par exemple un (e)) conduites d'arrivée de gaz et injecteurs de gaz respectifs, ou le système de dépôt {100) peut comprendre plus de deux (par exemple trois, quatre, cinq, etc.) conduites d'arrivée de gaz et injecteurs de gaz respectifs. Dans le mode de réalisation des figures 4A et 4B, les injecteurs de gaz (150A, 150B) sont entièrement situés à l'extérieur de la chambre réactionnelle (102). In other embodiments, the deposition system (100) may comprise less than two (e.g. gas delivery lines and respective gas injectors, or the deposition system (100) may comprise more than two (for example, three, four, five, etc.) gas supply lines and respective gas injectors. In the embodiment of Figures 4A and 4B, the gas injectors (150A, 150B) are entirely located outside the reaction chamber (102).
Cependant, dans d'autres modes de réalisation, les injecteurs de gaz (150A, 150B) peuvent être entièrement placés à l'intérieur de la chambre réactionnelle (102) ou au moins une partie des injecteurs de gaz (150A, 150B) peut se prolonger au moins partiellement dans la chambre réactionnelle (102). Le système de dépôt (100) peut en outre comprendre trois évents (116A, 116B, 116C) qui offrent une communication fluide entre l'extérieur et l'intérieur de la chambre réactionnelle (102). Chaque évent (116A, 116B, 116C) peut offrir une communication fluide par l'intermédiaire d'une paroi, du plafond et/ou du fond de la chambre réactionnelle (102) entre l'un des injecteurs de gaz (150A, 150B) respectifs et l'une des conduites de dispersion de gaz (118A, 118B, 118C) respectives dans la chambre réactionnelle (102). Les conduites de dispersion de gaz (118A, 118B, 118C) dans la chambre réactionnelle (102) peuvent être utilisées pour transporter les gaz vers les sites souhaités dans l'enceinte. Les conduites de dispersion de gaz (118A, 118B, 118C) peuvent être situées et configurées pour injecter des gaz à l'intérieur de la chambre réactionnelle (102) selon des sens choisis par rapport aux substrats à travailler (106) portés par la structure de support du substrat (104). Les gaz transportés par les conduites de dispersion de gaz (118A, 118B, 118C), tels que les gaz précurseurs et les gaz vecteurs, peuvent circuler dans le sens longitudinal à travers la chambre réactionnelle (102) (sens vertical par rapport à la figure 4A) et peuvent être injectés dans des sens se prolongeant vers les substrats à travailler (106) de manière longitudinale dans la chambre réactionnelle (102), les sens étant orientés au moins dans l'ensemble parallèlement aux surfaces principales exposées supérieures des substrats à travailler (106). Les conduites de dispersion de gaz (118A, 118B, 118C) peuvent être supportées et maintenues en place dans la chambre réactionnelle (102) en utilisant des supports de conduite. L'agencement et la configuration particuliers des conduites de dispersion de gaz (118A, 118B, 118C) est simplement un ou une des nombreux agencements et configurations qui peuvent être utilisés dans les modes de réalisation de l'invention, et d'autres modes de réalisation des chambres réactionnelles (102) peuvent avoir des configurations et des agencements différents des conduites de dispersion de gaz dans la chambre réactionnelle (102). Les conduites de dispersion de gaz (118A, 118B, 118C) peuvent être activement chauffées, passivement chauffées ou chauffées de manière passive et active. Par exemple, les éléments de production de chaleur (non illustrés) peuvent être positionnés de manière adjacente à au moins une partie des conduites de dispersion de gaz (118A, 118B, 118C). Dans certains modes de réalisation, les conduites de dispersion de gaz (118A, 118B, 118C) sont chauffées par les éléments chauffants (108) (figure 4B). Facultativement, les structures de transfert thermique passif (par exemple les structures comprenant des matériaux qui se comportent de manière similaire à un corps noir) peuvent être situées de manière adjacente à ou proche d'au moins une partie des conduites de dispersion de gaz (118A, 118B, 118C) dans la chambre réactionnelle (102) pour améliorer le transfert de chaleur vers les conduites de dispersion de gaz (118A, 118B, 118C). Les structures de transfert thermique passif (par exemple les structures comprenant des matériaux qui se comportent de manière similaire à un corps noir) peuvent être présentes dans la chambre réactionnelle (102) comme décrit par exemple dans la demande de publication de brevet US n° US 2009/0214785 Al, qui a été publiée le 27 août 2009 au nom de Arena et al. Par exemple, une plaque de transfert thermique (124) (représentée sur les figures 4A et 4B par une ligne en pointillé) peut être placée dans la chambre réactionnelle (102) de sorte que la plaque de transfert thermique (124) se prolonge à travers la chambre réactionnelle (102) sur la structure de support du substrat (104) et les substrats à travailler (106) supportés par la structure de support du substrat (104). La plaque de transfert thermique (124) peut faciliter dans un procédé de thermalisation, la circulation des gaz à proximité de la plaque de transfert thermique (124) en absorbant le rayonnement des éléments chauffants (tels que les éléments chauffants (108)) et en irradiant de nouveau la chaleur absorbée dans les gaz du procédé. Une telle structure de transfert thermique passif peut améliorer le transfert de chaleur à l'intérieur de la chambre réactionnelle (102), et peut améliorer l'homogénéité et la consistance de la température dans la chambre réactionnelle (102). Les structures de transfert thermique passif peuvent comprendre des matériaux ayant des valeurs d'émissivité élevées (proches de l'unité) (matériaux de corps noir) qui sont également capables de supporter une température élevée, les environnements corrosifs que l'on peut rencontrer dans le système de dépôt (100). Ces matériaux peuvent comprendre par exemple le nitrure d'aluminium (AIN), le carbure de silicium (SiC) et le carbure de bore (B4C) qui ont respectivement des valeurs d'émissivité de 0, 98, 0,92 et 0, 92. Les sous-produits gazeux, les gaz vecteurs et tout 35 gaz précurseur en excès peuvent être évacués hors de la chambre réactionnelle (102) par l'intermédiaire d'un orifice de sortie de la chambre (126). Comme mentionné précédemment, un ou plusieurs injecteurs de gaz (150A, 150B) du système de dépôt (100) des figures 4A et 4B peuvent être ou comprendre un injecteur de gaz comme décrit plus en détail ci-dessous en se référant aux figures 5 à 7. Dans certains modes de réalisation, les injecteurs de gaz (150A, 150B) peuvent comprendre des injecteurs de gaz tels que ceux décrits dans la demande internationale WO 2010/101715 Al, publiée le 10 septembre 2010 au nom de Arena et al. Par exemple, la figure 5 est une vue en perspective d'un injecteur de gaz de thermalisation (160), qui peut être utilisé pour un ou les deux injecteurs de gaz (150A, 150B) illustrés sur la figure 4A. Comme illustré sur la figure 6, l'injecteur de gaz (160) comprenant une conduite (162) qui comprend une partie d'entrée (164), une partie centrale hélicoïdale (166) et une partie de sortie (168). Un gaz source (par exemple GaC13), un gaz vecteur (par exemple H2, N2, etc.) ou un mélange d'un gaz source et d'un gaz vecteur peut être approvisionné à la partie d'entrée (164). Le gaz ou les gaz s'écoulent de la partie d'entrée {164), à travers la partie centrale hélicoïdale (166) vers la partie de sortie (168) et dans la chambre réactionnelle {102) (figure 4A). Au moins la partie centrale hélicoïdale (166) de la conduite (162) peut être chauffée, comme décrit plus en détail ci-dessous. En refroidissant la conduite (162), une longueur de l'espace physique occupé par la conduite (162) est significativement inférieure à la longueur réelle du circuit de circulation à travers la conduite (162). En d'autres termes, une longueur de la conduite (162) peut être plus longue que la distance la plus courte entre la partie d'entrée (164) et la partie de sortie (168). La conduite (162) peut avoir d'autres configurations. Par exemple, la conduite (162) peut avoir une configuration en serpentin qui comprend une pluralité de sections linéaires en général parallèles reliées ensemble bout à bout par des sections incurvées qui se prolongent par un angle de 180°. La conduite (162) peut être configurée pour chauffer le gaz circulant dans la conduite (162) pendant un temps souhaitable (par exemple un temps de séjour), qui peut dépendre de la zone transversale du circuit de circulation dans la conduite (162), du débit du gaz source dans la conduite (162) et de la longueur globale de la conduite (162). La conduite (162) peut être façonnée et configurée pour être située proche d'un ou plusieurs éléments chauffants actifs ou passifs, comme décrit plus en détail ci-dessous. Comme illustré sur la figure 5, au moins la partie centrale hélicoïdale (166) de la conduite (162) peut être contenue dans un boîtier externe (170). Le boîtier externe (170) peut également servir de conduite menant un gaz supplémentaire pour les gaz tels que les gaz de purge. Par exemple, comme illustré sur la figure 5, le boîtier externe (170) peut comprendre une entrée de boîtier (172) et une sortie de boîtier (174). Le gaz de purge peut être poussé à s'écouler dans le boîtier externe (170) à partir de l'entrée de boîtier (172) vers la sortie de boîtier (174). Le gaz de purge peut être chauffé par l'injecteur de gaz de thermalisation (160) lorsqu'il passe dans le boîtier externe (170). La conduite (162) et le boîtier externe (170) peuvent comprendre un matériau réfractaire qui est stable et inerte à des températures élevées auxquelles ils sont soumis pendant leur utilisation. Par exemple, la conduite (162) et le boîtier externe (170) peuvent être en et au moins comprendre en grande partie du quartz. L'injecteur de gaz de thermalisation (160) peut être chauffé en utilisant des éléments de production de chaleur actifs proches (par exemple adjacents) du boîtier externe (170) et/ou de la partie centrale hélicoïdale (166) de la conduite (172). Les éléments chauffants actifs comprennent les éléments émettant un rayonnement tels que les lampes à rayons infrarouges, les éléments chauffants inducteurs, les éléments chauffants électriques tels que les éléments chauffants résistants et analogues. L'injecteur de gaz de thermalisation (160) peut également comprendre des éléments chauffants passifs qui ne génèrent pas eux-mêmes de la chaleur, mais qui sont utilisés pour redistribuer, refléter ou sinon affecter le transfert thermique dans et autour de l'injecteur de gaz de thermalisation (160). Par exemple, comme illustré sur la figure 5, l'injecteur de gaz de thermalisation (160) peut comprendre un élément chauffant actif (180), qui peut comprendre un appareil de chauffage chauffé par résistance qui entoure au moins partiellement l'extérieur du boîtier externe (170). Par conséquent, les gaz circulant à travers la conduite (162) et/ou le boîtier externe (170) peuvent être chauffés par l'élément chauffant actif (180). Comme illustré sur la figure 5, un élément chauffant facultatif (182), qui peut être actif ou passif, peut être placé dans le boîtier externe (170). L'élément chauffant (182) peut avoir une forme cylindrique allongée, et la partie centrale hélicoïdale (166) de la conduite (162) peut serpenter autour de l'élément chauffant (182) comme illustré sur la figure 5. À titre d'exemple et sans limitation, l'élément chauffant (182) peut comprendre une tige comprenant un matériau de corps noir qui est utilisée pour redistribuer la chaleur générée par l'élément chauffant actif (180). La présence de l'élément chauffant (182) peut améliorer l'efficacité à laquelle les gaz dans la partie centrale hélicoïdale (166) du serpentin (162) et les gaz dans le boîtier externe (170) sont chauffés par l'élément chauffant actif (180). Dans des modes de réalisation de l'invention dans lesquels le gaz source alimenté à l'injecteur de gaz de thermalisation (160) par l'une des sources de gaz (128A, 128B) comprend un trichlorure de métal tel que le GaCl3 et un gaz vecteur d'hydrogène H2, le trichlorure de métal et le gaz d'hydrogène peuvent se décomposer pour former une vapeur de monochlorure de métal telle qu'une vapeur de GaCl et d'HCl, laquelle vapeur peut sortir par la partie de sortie (168) de la conduite (162) et aller dans la chambre réactionnelle (102). However, in other embodiments, the gas injectors (150A, 150B) may be fully located within the reaction chamber (102) or at least a portion of the gas injectors (150A, 150B) may be at least partially extend in the reaction chamber (102). The deposition system (100) may further include three vents (116A, 116B, 116C) that provide fluid communication between the exterior and interior of the reaction chamber (102). Each vent (116A, 116B, 116C) may provide fluid communication through a wall, ceiling and / or bottom of the reaction chamber (102) between one of the gas injectors (150A, 150B) respective ones and one of the respective gas dispersion lines (118A, 118B, 118C) in the reaction chamber (102). The gas dispersion lines (118A, 118B, 118C) in the reaction chamber (102) may be used to transport the gases to the desired sites in the enclosure. The gas dispersion conduits (118A, 118B, 118C) may be located and configured to inject gases into the reaction chamber (102) in selected directions relative to the work substrates (106) carried by the structure supporting the substrate (104). The gases transported by the gas dispersion conduits (118A, 118B, 118C), such as the precursor gases and the carrier gases, can flow in the longitudinal direction through the reaction chamber (102) (vertical direction with respect to FIG. 4A) and can be injected in directions extending to the working substrates (106) longitudinally into the reaction chamber (102), the directions being oriented at least generally parallel to the upper exposed major surfaces of the substrates to be worked. (106). Gas dispersion lines (118A, 118B, 118C) may be supported and held in place in the reaction chamber (102) using conduit supports. The particular arrangement and configuration of the gas dispersion lines (118A, 118B, 118C) is simply one or more of the many arrangements and configurations that can be used in the embodiments of the invention, and other modes of The reaction chambers (102) may have different configurations and arrangements of the gas dispersion lines in the reaction chamber (102). The gas dispersion lines (118A, 118B, 118C) can be actively heated, passively heated or passively and actively heated. For example, the heat generating elements (not shown) may be positioned adjacent to at least a portion of the gas dispersion lines (118A, 118B, 118C). In some embodiments, the gas dispersion lines (118A, 118B, 118C) are heated by the heating elements (108) (Figure 4B). Optionally, passive heat transfer structures (e.g., structures comprising materials that behave similarly to a blackbody) may be located adjacent to or near at least a portion of the gas dispersion lines (118A). , 118B, 118C) in the reaction chamber (102) to improve heat transfer to gas dispersion lines (118A, 118B, 118C). Passive heat transfer structures (e.g., structures comprising materials that behave similarly to a blackbody) may be present in the reaction chamber (102) as described, for example, in US Patent Application Publication No. US 2009/0214785 Al, which was published on August 27, 2009 in the name of Arena et al. For example, a heat transfer plate (124) (shown in Figs. 4A and 4B by a dotted line) can be placed in the reaction chamber (102) so that the heat transfer plate (124) extends through the reaction chamber (102) on the support structure of the substrate (104) and the substrates to be worked (106) supported by the support structure of the substrate (104). The heat transfer plate (124) can facilitate in a thermalization process the flow of gases in the vicinity of the heat transfer plate (124) by absorbing radiation from the heating elements (such as the heating elements (108)) and again irradiating the heat absorbed in the process gases. Such a passive heat transfer structure can enhance heat transfer within the reaction chamber (102), and can improve the homogeneity and consistency of the temperature in the reaction chamber (102). Passive heat transfer structures may include materials having high emissivity values (close to unity) (blackbody materials) that are also capable of withstanding a high temperature, corrosive environments that may be encountered in the deposit system (100). These materials may comprise, for example, aluminum nitride (AlN), silicon carbide (SiC) and boron carbide (B4C) which have emissivity values of 0.98, 0.92 and 0.92, respectively. The gaseous byproducts, carrier gases, and any excess precursor gas may be discharged from the reaction chamber (102) through an outlet of the chamber (126). As mentioned previously, one or more gas injectors (150A, 150B) of the deposition system (100) of FIGS. 4A and 4B may be or comprise a gas injector as described in more detail below with reference to FIGS. In some embodiments, the gas injectors (150A, 150B) may comprise gas injectors such as those described in International Application WO 2010/101715 A1, published on September 10, 2010 in the name of Arena et al. For example, Fig. 5 is a perspective view of a thermalization gas injector (160), which may be used for one or both of the gas injectors (150A, 150B) shown in Fig. 4A. As illustrated in Figure 6, the gas injector (160) includes a conduit (162) that includes an inlet portion (164), a helical core portion (166), and an outlet portion (168). A source gas (e.g. GaC13), a carrier gas (e.g., H2, N2, etc.) or a mixture of a source gas and a carrier gas may be supplied to the inlet portion (164). The gas or gases flow from the inlet portion (164) through the helical core portion (166) to the outlet portion (168) and the reaction chamber (102) (Fig. 4A). At least the helical core portion (166) of the conduit (162) may be heated as described in more detail below. By cooling the line (162), a length of the physical space occupied by the line (162) is significantly less than the actual length of the flow path through the line (162). In other words, a length of the pipe (162) may be longer than the shortest distance between the inlet portion (164) and the outlet portion (168). The conduit (162) may have other configurations. For example, the conduit (162) may have a serpentine configuration that includes a plurality of generally parallel linear sections connected together end-to-end by curved sections that extend at an angle of 180 °. The conduit (162) may be configured to heat the gas flowing in the conduit (162) for a desirable time (for example a residence time), which may depend on the cross-sectional area of the circulation circuit in the conduit (162), the flow of the source gas in the line (162) and the overall length of the line (162). The conduit (162) may be shaped and configured to be located close to one or more active or passive heating elements, as described in more detail below. As illustrated in Figure 5, at least the helical central portion (166) of the conduit (162) may be contained in an outer housing (170). The outer casing (170) may also serve as an additional gas conduit for gases such as purge gases. For example, as shown in Figure 5, the outer housing (170) may include a housing inlet (172) and a housing outlet (174). The purge gas may be forced to flow into the outer housing (170) from the housing inlet (172) to the housing outlet (174). The purge gas may be heated by the thermalization gas injector (160) as it passes through the outer casing (170). The conduit (162) and the outer housing (170) may include a refractory material that is stable and inert at the elevated temperatures to which it is subjected during use. For example, the conduit (162) and the outer housing (170) may be at least substantially comprised of quartz. The thermalization gas injector (160) can be heated using active heat generating elements close to (for example adjacent) the outer casing (170) and / or the helical central portion (166) of the duct (172). ). Active heating elements include radiation emitting elements such as infrared lamps, inductive heating elements, electric heating elements such as resistive heating elements and the like. The thermalization gas injector (160) may also include passive heaters that do not generate heat themselves, but are used to redistribute, reflect, or otherwise affect heat transfer in and around the fuel injector. thermalization gas (160). For example, as illustrated in Figure 5, the thermalization gas injector (160) may include an active heating element (180), which may include a resistance heated heater that at least partially surrounds the exterior of the housing external (170). Accordingly, the gases flowing through the conduit (162) and / or the outer housing (170) can be heated by the active heating element (180). As illustrated in Figure 5, an optional heating element (182), which may be active or passive, may be placed in the outer housing (170). The heating element (182) may have an elongate cylindrical shape, and the helical core portion (166) of the conduit (162) may meander around the heating element (182) as shown in FIG. For example and without limitation, the heating element (182) may include a rod comprising a black body material that is used to redistribute the heat generated by the active heating element (180). The presence of the heating element (182) can improve the efficiency with which the gases in the helical central portion (166) of the coil (162) and the gases in the outer casing (170) are heated by the active heating element (180). In embodiments of the invention wherein the source gas supplied to the thermalization gas injector (160) by one of the gas sources (128A, 128B) comprises a metal trichloride such as GaCl3 and a H2 hydrogen carrier gas, metal trichloride and hydrogen gas can decompose to form a metal monochloride vapor such as GaCl and HCl vapor, which vapor can exit through the exit portion ( 168) of the line (162) and go to the reaction chamber (102).
Dans d'autres modes de réalisation, les injecteurs de gaz (150A, 150B) peuvent comprendre les injecteurs de gaz décrits dans la demande de brevet US n° de série 12/894 724. Par exemple, les injecteurs de gaz (150A, 150B) peuvent comprendre un réservoir configuré pour contenir un métal liquide ou un autre élément, tel que par exemple du gallium (Ga) liquide, de l'aluminium (Al) liquide ou de l'indium (In) liquide ou une substance organométallique telle que le triméthylgallium (TMG), le triéthylgallium (TEG), le triméthylaluminium (TMA), le triéthylaluminium (TEA), le tétrakisdiéthylaminotitane (TDEAT) et le tétrakis(diméthylamido)titane (TDMAT). Dans d'autres modes de réalisation de l'invention, le réservoir peut être configuré pour contenir un réactif solide pour une réaction avec un gaz source (ou un produit de décomposition ou réactionnel d'un gaz source). Par exemple, le réservoir peut être configuré pour contenir un volume solide d'un ou plusieurs matériaux tels que par exemple le silicium (Si) solide ou le magnésium (Mg) solide. La figure 6 est une vue en perspective d'un injecteur de gaz (200) qui peut être utilisé pour un ou les deux injecteurs de gaz (150A, 150B) illustrés sur la figure 4A. Comme illustré sur la figure 6, l'injecteur de gaz (200) comprend une entrée (202), une sortie (204), une conduite de thermalisation (206) et un contenant (210). Le contenant (210) est configuré pour contenir un réactif liquide. Par exemple, un métal liquide, tel que le gallium liquide, l'indium liquide, l'aluminium liquide, etc., ou une substance organométallique liquide peut être placé(e) dans le contenant (210). Un gaz source (par exemple le GaC13), un gaz vecteur (par exemple H2, N2 etc.) ou un mélange d'un gaz source et d'un gaz vecteur peut être approvisionné vers l'entrée (202). Le ou les gaz sources peuvent circuler à partir de l'entrée (202) dans la conduite de thermalisation (206). La conduite de thermalisation (206) peut être configurée pour chauffer le gaz circulant dans la conduite de thermalisation (206) pendant un temps souhaitable (par exemple un temps de séjour), qui peut dépendre de la zone transversale du circuit de circulation dans la conduite de thermalisation (206), du débit du gaz source dans la conduite de thermalisation (206) et de la longueur globale de la conduite de thermalisation (206). La conduite de thermalisation (206) peut être façonnée et configurée pour être située proche d'un ou plusieurs éléments chauffants actifs ou passifs, comme décrit plus en détail ci-dessous. In other embodiments, the gas injectors (150A, 150B) may comprise the gas injectors disclosed in US Patent Application Serial No. 12 / 894,724. For example, the gas injectors (150A, 150B ) may comprise a reservoir configured to contain a liquid metal or other element, such as, for example, liquid gallium (Ga), liquid aluminum (Al) or liquid indium (In) or an organometallic substance such as trimethylgallium (TMG), triethylgallium (TEG), trimethylaluminum (TMA), triethylaluminum (TEA), tetrakisdiethylaminotitanium (TDEAT) and tetrakis (dimethylamido) titanium (TDMAT). In other embodiments of the invention, the reservoir may be configured to contain a solid reagent for reaction with a source gas (or a decomposition or reaction product of a source gas). For example, the reservoir may be configured to contain a solid volume of one or more materials such as for example solid silicon (Si) or solid magnesium (Mg). Fig. 6 is a perspective view of a gas injector (200) that may be used for one or both gas injectors (150A, 150B) shown in Fig. 4A. As illustrated in Figure 6, the gas injector (200) includes an inlet (202), an outlet (204), a thermalization pipe (206) and a container (210). The container (210) is configured to contain a liquid reagent. For example, a liquid metal, such as liquid gallium, liquid indium, liquid aluminum, etc., or a liquid organometallic substance can be placed in the container (210). A source gas (for example GaC13), a carrier gas (for example H2, N2, etc.) or a mixture of a source gas and a carrier gas can be supplied to the inlet (202). The source gas (s) may flow from the inlet (202) into the thermalization pipe (206). The thermalization duct (206) may be configured to heat the gas flowing in the thermalization duct (206) for a desirable time (for example a residence time), which may depend on the cross-sectional area of the circulation circuit in the duct. of thermalization (206), the flow of the source gas in the thermalization pipe (206) and the overall length of the thermalization pipe (206). The thermalization pipe (206) can be shaped and configured to be located close to one or more active or passive heating elements, as described in more detail below.
En outre, la conduite de thermalisation (206) peut comprendre une ou plusieurs sections incurvées ou boucles de sorte que la longueur de l'espace physique occupé par la conduite de thermalisation (206) est significativement inférieure à la longueur réelle du circuit de circulation dans la conduite de thermalisation (206). En d'autres termes, une longueur de la conduite de thermalisation (206) peut être plus longue que la distance la plus courte entre l'entrée (202) et le contenant de liquide (210). Dans certains modes de réalisation, la longueur de la conduite de thermalisation (206) peut être au moins environ deux fois la distance la plus courte entre l'entrée (202) et le contenant de liquide (210), au moins environ trois fois la distance la plus courte entre l'entrée (202) et le contenant de liquide (210), ou même au moins environ quatre fois la distance la plus courte entre l'entrée (202) et le contenant de liquide (210). Par exemple, la conduite de thermalisation (206) peut avoir une configuration en serpentin, comme illustrée sur la figure 6, qui comprend une pluralité de sections linéaires en général parallèles reliées ensemble bout à bout par des sections incurvées qui se prolongent par un angle de 180°. La conduite de thermalisation (206) peut comprendre un tube qui est au moins en grande partie constitué d'un matériau réfractaire tel que le quartz par exemple. In addition, the thermalization duct (206) may comprise one or more curved sections or loops so that the length of the physical space occupied by the thermalization duct (206) is significantly less than the actual length of the circulation circuit in the thermalization pipe (206). In other words, a length of the thermalization pipe (206) may be longer than the shortest distance between the inlet (202) and the liquid container (210). In some embodiments, the length of the thermalization conduit (206) may be at least about two times the shortest distance between the inlet (202) and the liquid container (210), at least about three times the the shortest distance between the inlet (202) and the liquid container (210), or even at least about four times the shortest distance between the inlet (202) and the liquid container (210). For example, the thermalization duct (206) may have a serpentine configuration, as illustrated in FIG. 6, which comprises a plurality of generally parallel linear sections connected together end-to-end by curved sections which extend through an angle of 180 °. The thermalization conduit (206) may comprise a tube which is at least largely made of a refractory material such as quartz for example.
Dans certains modes de réalisation, le gaz peut comprendre un gaz source qui se décompose au moins partiellement dans la conduite de thermalisation (206). Par exemple, dans des modes de réalisation dans lesquels le gaz comprend un gaz source de Gac13 et un gaz vecteur comprenant de l'H2, le gaz source peut se décomposer pour former du GaCl gazeux et du chlorure d'hydrogène (HCl). Les gaz circulent de la conduite de thermalisation (206) dans le contenant (210). La figure 7 est une coupe partielle agrandie du contenant (210). Comme illustré sur la figure 7, le contenant (210) comprend une paroi inférieure (212), une paroi supérieure (214) et au moins une paroi latérale (216). Dans le mode de réalisation des figures 6 et 7, le réservoir possède une forme en général cylindrique de sorte que la paroi inférieure (212) et la paroi supérieure (214) ont chacune une forme circulaire et sont chacune au moins planes dans l'ensemble, et de sorte que la paroi latérale (216) est au moins cylindrique (par exemple tubulaire) dans l'ensemble. Dans d'autres modes de réalisation de l'invention, le réservoir peut être configuré selon d'autres configurations géométriques. La paroi inférieure (212), la paroi supérieure (214) et au moins l'une des parois latérales (216) définissent ensemble un corps creux, dont l'intérieur définit un réservoir pour contenir un réactif liquide tel que du gallium liquide ou une substance organométallique. L'espace intérieur dans le contenant creux (210) peut être partiellement rempli avec un réactif liquide. Par exemple, le contenant (210) peut être rempli avec un réactif liquide jusqu'au niveau indiqué par la ligne en pointillé (220) sur la figure 7, de sorte qu'un vide ou espace (222) est présent au-dessus du réactif liquide dans le contenant (210). Les gaz circulant hors de la conduite de thermalisation (206) peuvent être injectés dans l'espace (222) au-dessus du réactif liquide dans le contenant (210). Dans un exemple non limitatif, les gaz circulant hors de la conduite de thermalisation (206) peuvent circuler à travers la paroi inférieure (212) dans un tube (224). Dans certains modes de réalisation, le tube (224) peut comprendre une partie constitutive de la conduite de thermalisation (206) qui se prolonge dans le contenant (210). Le tube (224) peut se prolonger dans le réactif liquide placé dans le contenant de liquide au niveau de l'espace (222) au-dessus du réactif liquide. Le tube (224) peut comprendre un coude de 90° de sorte qu'une partie terminale du tube (224) se prolonge de manière horizontale au-dessus du réactif liquide. Comme illustré sur la figure 7, une ouverture peut être présente dans la paroi latérale cylindrique du tube (224) sur l'un de ses côtés faisant face à la surface du réactif liquide, de sorte que les gaz circulant dans le tube (224) sortent du tube (224) par l'ouverture (226). Les gaz sortant par l'ouverture (226) peuvent être dirigés hors de l'ouverture dans un sens orienté vers la surface du réactif liquide pour favoriser une réaction entre un ou plusieurs composants des gaz et le réactif liquide. Par exemple, dans des modes de réalisation dans lesquels le gaz source comprend du GaC13 transporté dans un gaz vecteur tel que l' H2, et le gaz source s'est décomposé pour comprendre du GaCl gazeux et une espèce chlorée telle que par exemple du chlorure d'hydrogène (HC1) dans la conduite de thermalisation (206), le réactif liquide dans le contenant de liquide peut comprendre du gallium liquide, qui peut réagir avec le gaz chloré (par exemple l'HCl) généré dans la conduite de thermalisation (206) pour former du GaCl gazeux additionnel. Les gaz dans l'espace (222) au-dessus du réactif liquide dans le contenant (210) peuvent circuler hors du contenant par l'intermédiaire d'un évent (228). Par exemple, l'évent (228) peut être situé dans la paroi supérieure (214) du contenant au-dessus de la partie du tube (224) se prolongeant horizontalement. L'évent (228) peut conduire à une conduite de sortie (230) dont l'extrémité peut délimiter la sortie (204) de l'injecteur de gaz (200). Dans d'autres modes de réalisation, les gaz circulant hors de la conduite de thermalisation (206) peuvent être injectés dans le réactif liquide dans le contenant (210), de sorte que les gaz remontent sous forme de bulles dans le réactif liquide jusqu'à l'espace (222) au-dessus du réactif liquide. Les divers composants du contenant (210) peuvent être au moins dans l'ensemble constitués d'un matériau réfractaire tel que le quartz par exemple. In some embodiments, the gas may comprise a source gas that is at least partially decomposed in the thermalization conduit (206). For example, in embodiments in which the gas comprises a Gac13 source gas and a carrier gas comprising H2, the source gas can decompose to form gaseous GaCl and hydrogen chloride (HCl). The gases flow from the thermalization pipe (206) into the container (210). Figure 7 is an enlarged partial section of the container (210). As illustrated in FIG. 7, the container (210) comprises a bottom wall (212), an upper wall (214) and at least one side wall (216). In the embodiment of Figures 6 and 7, the reservoir has a generally cylindrical shape so that the bottom wall (212) and the top wall (214) each have a circular shape and are each at least flat overall. , and so that the side wall (216) is at least cylindrical (for example tubular) in the assembly. In other embodiments of the invention, the reservoir may be configured according to other geometric configurations. The bottom wall (212), the top wall (214) and at least one of the side walls (216) together define a hollow body, the interior of which defines a reservoir for containing a liquid reagent such as liquid gallium or organometallic substance. The interior space in the hollow container (210) can be partially filled with a liquid reagent. For example, the container (210) can be filled with a liquid reagent to the level indicated by the dotted line (220) in Figure 7, so that a gap or gap (222) is present over the liquid reagent in the container (210). The gases flowing out of the thermalization conduit (206) may be injected into the space (222) above the liquid reagent in the container (210). In a non-limiting example, gases flowing out of the thermalization conduit (206) may flow through the bottom wall (212) into a tube (224). In some embodiments, the tube (224) may include a constituent portion of the thermalization conduit (206) that extends into the container (210). The tube (224) may extend into the liquid reagent placed in the liquid container at the space (222) above the liquid reagent. The tube (224) may comprise a bend of 90 ° so that an end portion of the tube (224) extends horizontally above the liquid reagent. As illustrated in FIG. 7, an opening may be present in the cylindrical side wall of the tube (224) on one of its sides facing the surface of the liquid reagent, so that the gases flowing in the tube (224) exiting the tube (224) through the opening (226). The gases exiting through the opening (226) may be directed out of the opening in a direction toward the surface of the liquid reagent to promote a reaction between one or more components of the gases and the liquid reagent. For example, in embodiments in which the source gas comprises GaC13 transported in a carrier gas such as H2, and the source gas has decomposed to comprise GaCl gas and a chlorinated species such as for example chloride of hydrogen (HC1) in the thermalization conduit (206), the liquid reagent in the liquid container may comprise liquid gallium, which may react with the chlorine gas (eg HCl) generated in the thermalization line ( 206) to form additional gaseous GaCl. The gases in the space (222) above the liquid reagent in the container (210) can flow out of the container through a vent (228). For example, the vent (228) may be located in the top wall (214) of the container above the portion of the tube (224) extending horizontally. The vent (228) may lead to an outlet pipe (230), the end of which may delimit the outlet (204) of the gas injector (200). In other embodiments, the gases flowing out of the thermalization conduit (206) can be injected into the liquid reagent into the container (210), so that the gases rise up as bubbles in the liquid reagent until at the space (222) above the liquid reagent. The various components of the container (210) may be at least in the assembly made of a refractory material such as quartz for example.
Le GaCl peut être un gaz précurseur souhaité pour la formation de GaN. Par conséquent, en convertissant l'espèce chlorée en excès telle que par exemple le chlorure d'hydrogène gazeux (HC1) qui provient de la décomposition thermique du GaC13 et de l'H2 (dans des systèmes qui utilisent un gaz source comprenant du GaC13 et de l'H2) en GaCl additionnel, on peut éviter les effets néfastes de l'espèce chlorée en excès sur le matériau de GaN déposé, car la quantité de l'espèce chlorée qui entre dans la chambre réactionnelle (102) peut être réduite. Ces effets néfastes peuvent comprendre, par exemple, l'incorporation d'atomes de chlore dans le réseau cristallin du nitrure de gallium et le craquage ou la délamination du film de GaN déposé. L'introduction de chlorure d'hydrogène (HC1) gazeux en excès dans la chambre réactionnelle peut entraîner l'action du chlorure d'hydrogène en tant qu'attaquant chimique sur le GaN dans la chambre réactionnelle, réduisant ainsi la vitesse de croissance ou empêchant même la croissance du GaN. En outre, en faisant réagir l'espèce chlorée en excès avec le gallium liquide pour former du GaCl additionnel, l'efficacité du système de dépôt (100) peut être améliorée. Le système de dépôt HVPE (100) décrit ci-dessus en se référant aux figures 4A et 4B peut être utilisé pour déposer le matériau semiconducteur massif de nitrure III (22) sur un substrat de croissance (20) selon les modes de réalisation de l'invention, comme précédemment décrit en se référant à la figure 3. La figure 8 est un graphe représentant schématiquement un exemple non limitatif d'un procédé de dépôt HVPE qui peut être utilisé pour déposer le matériau semiconducteur massif de nitrure III (22) sur un substrat de croissance (20) en utilisant le système de dépôt (100) des figures 4A et 4B. Le procédé de dépôt illustré sur la figure 8 est donné comme exemple, et d'autres procédés de dépôt HVPE peuvent également être utilisés pour déposer le matériau semiconducteur massif de nitrure III sur un substrat de croissance (20) (figure 3). GaCl may be a desired precursor gas for GaN formation. Therefore, converting the chlorinated species to excess such as, for example, gaseous hydrogen chloride (HC1) from thermal decomposition of GaC13 and H2 (in systems that utilize a source gas comprising GaC13 and of H2) to additional GaCl, the deleterious effects of the excess chlorinated species on the deposited GaN material can be avoided since the amount of the chlorinated species that enters the reaction chamber (102) can be reduced. These adverse effects may include, for example, incorporation of chlorine atoms into the crystal lattice of gallium nitride and cracking or delamination of the deposited GaN film. The introduction of excess hydrogen chloride (HCl) into the reaction chamber can cause the action of hydrogen chloride as a chemical striker on the GaN in the reaction chamber, thereby reducing the rate of growth or preventing even the growth of GaN. In addition, by reacting the excess chlorine species with the liquid gallium to form additional GaCl, the efficiency of the deposition system (100) can be improved. The HVPE deposition system (100) described above with reference to FIGS. 4A and 4B may be used to deposit the solid nitride III semiconductor material (22) on a growth substrate (20) according to the embodiments of the invention. the invention, as previously described with reference to FIG. 3. FIG. 8 is a graph showing schematically a non-limiting example of a HVPE deposition process that can be used to deposit the solid semiconductor material of nitride III (22) on a growth substrate (20) using the deposition system (100) of Figs. 4A and 4B. The deposition process illustrated in FIG. 8 is exemplified, and other HVPE deposition methods can also be used to deposit solid III nitride semiconductor material on a growth substrate (20) (FIG. 3).
En se référant à la figure 8, le procédé de dépôt de l'exemple est représenté en traçant la température T dans la chambre réactionnelle (102) en fonction du temps t. Comme illustré sur le graphe, le procédé de dépôt comprend dix (10) étapes, qui sont séquentiellement nommées Si à 510. Les paramètres d'un exemple non limitatif du procédé de dépôt pour chacune des dix étapes Si à no sont illustrés dans le tableau 1 ci-dessous. Referring to Fig. 8, the deposition method of the example is shown by plotting the temperature T in the reaction chamber (102) as a function of time t. As illustrated in the graph, the deposition process comprises ten (10) steps, which are sequentially named Si to 510. The parameters of a non-limiting example of the deposition process for each of the ten steps Si to no are illustrated in the table. 1 below.
TABLEAU 1 Étape Description Temp. Temps Pression Source Source Gaz de groupe III groupe V purge Si Chargement 350 °C --- Atm --- S2 Stabilisation 400 °C 30 s 200 Torr --- --- N2 10 slm S3 Chauffage --- 4,5 min 200 Torr --- NH3 1 slm N2 15 slm H2 2 slm S4 Stabilisation 1025 °C 30 s 200 Torr --- NH3 N2 23 slm 18 sin' H2 16 slm S5 1er dépôt 1025 °C 5,0 min 200 Torr N2 2,5 slm NH3 N2 23 slm H2 0,8 slm 18 slm H2 5 slm GaC13 51 sccm S6 2e dépôt 1025 °C 20,0 min 200 Torr N2 2,5 slm NH3 N2 23 slm H2 1,2 slm 18 slm H2 5 slm GaC13 80 sccm S7 Recuit 1025 °C 10,0 min 200 Torr --- NH3 N2 23 slm 14 slm H2 5 slm S8 Refroidissement --- 4,5 min 200 Torr --- NH3 N2 23 slm 14 slm H2 12 slm S9 Purge 400 °C 5,0 min Atm --- --- N2 16 slm S10 Déchargement 350 °C --- Atm --- --- N2 10 slm Comme illustré sur la figure 8 et le tableau 1, l'étape S1 est une étape de chargement pendant laquelle les substrats à travailler (106) sont chargés sur la structure de support du substrat (104). Après le chargement des substrats à travailler (106) sur la structure de support du substrat (104), la chambre réactionnelle (102) est chauffée à une température T1 de 350 °C à pression atmosphérique tout en faisant circuler un gaz de purge comprenant du N2 dans la chambre réactionnelle (102) à un débit de 10 litres standard par minute (slm). Comme illustré sur la figure 8, l'étape de stabilisation S2 commence au temps t1 et se prolonge pendant une durée de 30 secondes. Pendant l'étape de stabilisation S2, la chambre réactionnelle (102) est chauffée à une température T2 de 400 °C à une pression de 200 Torr tout en faisant circuler un gaz de purge dans la chambre réactionnelle (102). Le gaz de purge comprend du N2 à un débit de 15 slm et de l'H2 à un débit de 2 slm. L'étape de chauffage S3 commence au temps t2 et se prolonge pendant une durée de 4,5 minutes. Pendant l'étape de chauffage S3, la chambre réactionnelle (102) est chauffée de manière stable et continue à une vitesse de chauffage sensiblement constante d'une température T2 à une température T3 de 1025 °C. La pression dans la chambre réactionnelle (102) est maintenue à 200 Torr pendant l'étape de chauffage S3. Pendant l'étape de chauffage S3, un gaz source de groupe V comprenant du NH3 circule dans la chambre réactionnelle (102) à un débit de 1 slm, et un gaz de purge comprenant du N2 à un débit de 23 slm et de l'H2 à un débit de 16 slm passe dans la chambre réactionnelle (102). L'étape de stabilisation S4 commence au temps t3 et se prolonge pendant une durée de 30 secondes. Pendant l'étape de stabilisation S4, la chambre réactionnelle (102) est maintenue à la température T3 de 1025 °C et à une pression de 200 Torr. Pendant l'étape de stabilisation S4, un gaz source du groupe V comprenant du NH3 circule dans la chambre réactionnelle (102) à un débit de 18 slm, et un gaz de purge comprenant du N2 à un débit de 23 slm et de l'H2 à un débit de 5 slm passe dans la chambre réactionnelle (102). TABLE 1 Step Description Temp. Time Pressure Source Source Group Gas III group V purge If Load 350 ° C --- Atm --- S2 Stabilization 400 ° C 30 s 200 Torr --- --- N2 10 slm S3 Heating --- 4.5 min 200 Torr --- NH3 1 slm N2 15 slm H2 2 slm S4 Stabilization 1025 ° C 30 s 200 Torr --- NH3 N2 23 slm 18 sin 'H2 16 slm S5 1st deposit 1025 ° C 5.0 min 200 Torr N2 2 , 5 slm NH3 N2 23 slm H2 0.8 slm 18 slm H2 5 slm GaC13 51 sccm S6 2nd deposit 1025 ° C 20.0 min 200 Torr N2 2.5 slm NH3 N2 23 slm H2 1.2 slm 18 slm H2 5 slm GaC13 80 sccm S7 Annealing 1025 ° C 10.0 min 200 Torr --- NH3 N2 23 slm 14 slm H2 5 slm S8 Cooling --- 4.5 min 200 Torr --- NH3 N2 23 slm 14 slm H2 12 slm S9 Purge 400 ° C 5.0 min Atm --- --- N2 16 slm S10 Unload 350 ° C --- Atm --- --- N2 10 slm As shown in Figure 8 and Table 1, Step S1 is a loading step during which the substrates to be worked (106) are loaded onto the support structure of the substrate (104). After loading the substrates to be worked (106) onto the support structure of the substrate (104), the reaction chamber (102) is heated to a temperature T1 of 350 ° C at atmospheric pressure while circulating a purge gas comprising N2 in the reaction chamber (102) at a flow rate of 10 standard liters per minute (slm). As illustrated in FIG. 8, the stabilization step S2 begins at the time t1 and is prolonged for a duration of 30 seconds. During the stabilization step S2, the reaction chamber (102) is heated to a temperature T2 of 400 ° C at a pressure of 200 Torr while flowing a purge gas into the reaction chamber (102). The purge gas comprises N2 at a rate of 15 slm and H2 at a rate of 2 slm. The heating step S3 begins at time t2 and continues for a period of 4.5 minutes. During the heating step S3, the reaction chamber (102) is stably and continuously heated at a substantially constant heating rate of a temperature T2 at a temperature T3 of 1025 ° C. The pressure in the reaction chamber (102) is maintained at 200 Torr during the heating step S3. During the heating step S3, a group V source gas comprising NH3 flows in the reaction chamber (102) at a flow rate of 1 slm, and a purge gas comprising N2 at a flow rate of 23 slm and the H2 at a flow rate of 16 slm passes into the reaction chamber (102). Stabilization step S4 begins at time t3 and continues for a period of 30 seconds. During the stabilization step S4, the reaction chamber (102) is maintained at the temperature T3 of 1025 ° C and at a pressure of 200 Torr. During the stabilization step S4, a group V source gas comprising NH3 flows into the reaction chamber (102) at a flow rate of 18 slm, and a purge gas comprising N2 at a flow rate of 23 slm and the H2 at a flow rate of 5 slm passes into the reaction chamber (102).
L'étape de ler dépôt S5 commence au temps t4 et se prolonge pendant une durée de 5,0 minutes. Pendant l'étape de dépôt S5, la chambre réactionnelle (102) est maintenue à la température T3 de 1025 °C et à une pression de 200 Torr. Pendant l'étape de dépôt S5, un gaz source du groupe III comprenant du GaCl3 circule dans la chambre réactionnelle à un débit de 51 centimètres cubes standard par minute (sccm) avec un gaz vecteur comprenant du N2 à un débit de 2,5 slm et de l'H2 à un débit de 0,8 slm Un gaz source du groupe V comprenant du NH3 circule dans la chambre réactionnelle (102) à un débit de 18 slm. Un gaz de purge comprenant du N2 à un débit de 23 slm et de l'H2 à un débit de 5 slm circule également dans la chambre réactionnelle (102). The deposition step S5 starts at time t4 and continues for a period of 5.0 minutes. During the deposition step S5, the reaction chamber (102) is maintained at the temperature T3 of 1025 ° C. and at a pressure of 200 Torr. During the deposition step S5, a group III source gas comprising GaCl 3 circulates in the reaction chamber at a flow rate of 51 standard cubic centimeters per minute (sccm) with a carrier gas comprising N 2 at a flow rate of 2.5 slm. and H2 at a flow rate of 0.8 slm A Group V source gas comprising NH3 flows through the reaction chamber (102) at a rate of 18 slm. A purge gas comprising N 2 at a rate of 23 slm and H 2 at a rate of 5 slm also flows into the reaction chamber (102).
L'étape de 2e dépôt S6 commence au temps t5 et se prolonge pendant une durée de 20,0 minutes. Pendant l'étape de 2e dépôt S6, la chambre réactionnelle (102) est maintenue à la température T3 de 1025 °C et à une pression de 200 Torr. Pendant l'étape de 2e dépôt S6, le débit du gaz source du groupe III comprenant du GaCl3 est augmenté à 80 sccm, le GaCl3 étant transporté par le gaz vecteur comprenant du N2 à un débit de 2,5 slm et de l'H2 à un débit de 1,2 slm et un gaz source du groupe V comprenant du NH3 circule dans la chambre réactionnelle (102) à un débit de 18 slm. Un gaz de purge comprenant du N2 à un débit de 23 slm et de l'H2 à un débit de 5 slm circule également dans la chambre réactionnelle (102) pendant l'étape de 2e dépôt S6. Pendant l'étape de ler dépôt S5 et/ou l'étape de 2e dépôt S6, le matériau semiconducteur massif de nitrure III (22) peut être déposé sur le substrat de croissance (20) dans le procédé HVPE à une vitesse d'au moins environ dix micromètres (10 pm) par heure ou même à une vitesse d'au moins environ vingt micromètres (20 }gym) par heure. Les vitesses de dépôt peuvent être significativement plus élevées que les vitesses de dépôt qui peuvent être obtenues en utilisant les procédés MOCVD pour le dépôt de matériaux semiconducteurs massifs de nitrure III. L'étape de recuit S7 commence au temps t6 et se prolonge pendant une durée de 20,0 minutes. Pendant l'étape de recuit S7, la chambre réactionnelle (102) est maintenue à la température T3 de 1025 °C et à une pression de 200 Torr. Pendant l'étape de recuit S7, un gaz source du groupe V comprenant du NH3 circule dans la chambre réactionnelle (102) à un débit de 14 slm, et un gaz de purge comprenant du N2 à un débit de 23 slm et de l'H2 à un débit de 5 slm passe dans la chambre réactionnelle (102). L'étape de refroidissement S8 commence au temps t7 et se prolonge pendant une durée de 4,5 minutes. The second deposit step S6 begins at time t5 and continues for a period of 20.0 minutes. During the second deposition step S6, the reaction chamber (102) is maintained at the temperature T3 of 1025 ° C. and at a pressure of 200 Torr. During the second deposition step S6, the flow of the group III source gas comprising GaCl 3 is increased to 80 sccm, the GaCl 3 being transported by the carrier gas comprising N 2 at a flow rate of 2.5 μm and the H2 at a flow rate of 1.2 slm and a group V source gas comprising NH3 circulates in the reaction chamber (102) at a flow rate of 18 slm. A purge gas comprising N2 at a flow rate of 23 slm and H2 at a flow rate of 5 slm also flows into the reaction chamber (102) during the second deposition step S6. During the deposition step S5 and / or the second deposition step S6, the solid nitride III semiconductor material (22) can be deposited on the growth substrate (20) in the HVPE process at a speed of minus ten micrometers (10 pm) per hour or even at a speed of at least about twenty micrometers (20 pm) per hour. The deposition rates can be significantly higher than the deposition rates that can be obtained using the MOCVD methods for the deposition of solid nitride III semiconductor materials. The annealing step S7 begins at time t6 and continues for a period of 20.0 minutes. During the annealing step S7, the reaction chamber (102) is maintained at the temperature T3 of 1025 ° C. and at a pressure of 200 Torr. During the annealing step S7, a group V source gas comprising NH3 flows in the reaction chamber (102) at a flow rate of 14 slm, and a purge gas comprising N2 at a flow rate of 23 slm and the H2 at a flow rate of 5 slm passes into the reaction chamber (102). The cooling step S8 begins at time t7 and continues for a period of 4.5 minutes.
Pendant l'étape de refroidissement S8, la chambre réactionnelle (102) est refroidie de manière stable et continue à une vitesse de refroidissement sensiblement constante de la température T3 à la température T2 de 400 °C. La pression dans la chambre réactionnelle (102) est maintenue à 200 Torr pendant l'étape de refroidissement S8. Pendant l'étape de refroidissement S8, un gaz source du groupe V comprenant du NH3 circule dans la chambre réactionnelle (102) à un débit de 14 slm, et un gaz de purge comprenant du N2 à un débit de 23 slm et de l'H2 à un débit de 12 slm passe dans la chambre réactionnelle (102). L'étape de purge S9 commence au temps t8 et se prolonge pendant une durée de 5,0 minutes. Pendant l'étape de purge S9, la chambre réactionnelle (102) est maintenue à la température T2 de 400 °C tandis que la pression dans la chambre réactionnelle (102) est réduite de 200 Torr à la pression atmosphérique. Pendant l'étape de purge S9, un gaz de purge comprenant du N2 à un débit de 16 slm passe dans la chambre réactionnelle (102). L'étape de déchargement S10 commence au temps t9 et se prolonge jusqu'à ce que les substrats à travailler (106) soient déchargés de la chambre réactionnelle (102). Pendant l'étape de déchargement S10, la chambre réactionnelle (102) est réduite à, et maintenue à, la température T1 de 350 °C, et la pression est maintenue à la pression atmosphérique, tandis qu'un gaz de purge comprenant du N2 à un débit de 10 slm passe dans la chambre réactionnelle (102). ' En se référant de nouveau aux figures 1 à 3, comme précédemment mentionné, selon les modes de réalisation des procédés de l'invention, le matériau semiconducteur massif de nitrure III (22) peut être déposé sur le substrat de croissance (20) en utilisant un procédé HVPE (tel que décrit ci-dessous) sans formation ex situ (par exemple en utilisant un autre système de dépôt et/ou dans une autre chambre réactionnelle) de la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18) sur le substrat (10) en utilisant un procédé MOCVD. Dans certains modes de réalisation, la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18) (figure 2) est formée sur le substrat (100) en utilisant un procédé non-MOCVD dans une première chambre réactionnelle pour former le substrat de croissance (20) et le matériau semiconducteur massif de nitrure III (22) est déposé sur le substrat de croissance (20) en utilisant un procédé HVPE tel que celui décrit ci-dessus dans une seconde chambre réactionnelle qui est différente de la première chambre réactionnelle. Par exemple, la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18) (figure 2) peut comprendre du nitrure d'aluminium (AlN) et/ou du nitrure de titane (TiN), et peut être formée sur le substrat (100) en utilisant un procédé de dépôt physique activé par plasma (PEPVD) ou un procédé de dépôt chimique activé par plasma (PECVD). À titre d'exemple et sans limitation, la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18) peut comprendre du nitrure d'aluminium (AIN) et peut être préparée en utilisant les systèmes et les procédés de dépôt physique en phase vapeur activés par plasma (PEPVD) décrits dans le brevet US n° 6 784 085, publié le 31 août 2004 au nom de Cuomo et al. Par exemple, le substrat (100) et une cible métallique du groupe III peuvent être chargés dans une chambre de dépôt par pulvérisation (séparée de la chambre réactionnelle (102) du système de dépôt HVPE (100)). Un environnement activé par plasma très énergétique peut être généré dans la chambre de dépôt par pulvérisation en utilisant un gaz de fond approprié tel que l'argon. Un gaz source contenant de l'azote séparé peut être introduit dans la chambre. De plus, ou en variante, le gaz utilisé pour générer le plasma peut être utilisé en tant que gaz source réactif, auquel cas le gaz de fond peut fournir l'espèce azotée. La cible métallique du groupe III est pulvérisée pour produire une vapeur source de métal du groupe III. La vapeur source de métal du groupe III se combine avec le gaz contenant de l'azote, qui est caractérisé comme comprenant une ou plusieurs espèces telles que de l'azote diatomique, de l'azote atomique, des ions azotés, et de l'azote partiellement ionisé, ainsi que des composés contenant de l'azote tels que l'ammoniac. En conséquence, des vapeurs réactives comprenant des composants du métal du groupe III et de l'azote sont produites dans la chambre réactionnelle, et sont déposées sur et par-dessus la surface principale exposée (14) du substrat (10). La vapeur réactive est déposée sur le substrat (100) pour produire la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18) de la figure 2. Dans certains modes de réalisation, la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18) ainsi déposée peut être soumise à un ou plusieurs procédés thermiques pour améliorer la qualité cristalline de la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18) ainsi déposée. Par exemple, le matériau de nitrure de métal ainsi déposé peut être un matériau polycristallin et/ou amorphe, et peut être soumis à un ou plusieurs procédés thermiques pour améliorer la cristallinité de la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18). Dans certains modes de réalisation, le ou les procédés thermiques peuvent comprendre un procédé de recuit thermique rapide (RTA). Le ou les procédés thermiques peuvent être réalisés par exemple dans un four, une chambre de recuit thermique rapide et/ou un réacteur de dépôt en phase vapeur. À titre d'exemple et sans limitation, le ou les procédés thermiques peuvent comprendre la soumission de la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18) ainsi déposée à une ou des températures supérieures à environ 600 °C, supérieures à environ 800 °C, ou même supérieures à environ 1000 °C. Le ou les procédés thermiques pour le traitement de la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18) ainsi déposée peuvent être réalisés sous une atmosphère gazeuse contrôlée. Par exemple, l'atmosphère gazeuse peut comprendre de l'ammoniac, de l'azote, de l'hydrogène et/ou de l'argon. La couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18) peut être facultativement dopée avec un ou plusieurs éléments dopants en utilisant des procédés de dopage connus. Par exemple, les gaz contenant un élément dopant peuvent être introduits dans la chambre réactionnelle dans des conditions contrôlées. Dans un autre exemple non limitatif, la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18) peut comprendre du nitrure de titane (TiN) et peut être préparée en utilisant les systèmes et les procédés de dépôt chimique en phase vapeur activés par plasma (PECVD) décrits dans le brevet US n° 5 610 106, publié le il mars 1997 au nom de Foster et al. Par exemple, le substrat (10) peut être chargé dans une chambre de dépôt chimique en phase vapeur (séparée de la chambre réactionnelle (102) du système de dépôt HVPE (100)). Une électrode/tête de douche générant une radiofréquence (RF) peut être présente dans la chambre CVD, et des gaz réactifs peuvent être pompés dans la chambre, par l'intermédiaire de l'électrode/tête de douche, et vers le substrat (10). Les gaz réactifs comprennent le tétrachlorure de titane (TiCl4), l'ammoniac (NH3) et un diluant. Le diluant peut comprendre de l'hydrogène, de l'hélium, de l'argon et/ou de l'azote. Le substrat (10) peut être espacé d'environ 0,25 à 3 pouces de l'électrode/tête de douche, de sorte que les ions actifs atteignent le substrat (10). Un plasma est généré à partir des gaz réactifs en utilisant l'électrode/tête de douche générant une RF lorsque les gaz réactifs passent dans l'électrode/tête de douche. Les ions réactifs du plasma atteignent le substrat (10). La pression dans la chambre CVD peut être maintenue entre environ 0,5 Torr et environ 20 Torr (par exemple d'environ 5 Torr). Le substrat (10) peut être maintenu à une température d'environ 400 °C à environ 500 °C (par exemple d'environ 450 C) pendant le procédé de dépôt. Le substrat (10) peut être chauffé en chauffant une structure de support sur laquelle le substrat (10) repose pendant le procédé de dépôt. En outre, la structure de support sur laquelle le substrat (10) repose peut tourner à environ 100 tours par minute ou plus pendant le procédé de dépôt. During the cooling step S8, the reaction chamber (102) is stably cooled and continuous at a substantially constant cooling rate from the temperature T3 to the temperature T2 of 400 ° C. The pressure in the reaction chamber (102) is maintained at 200 Torr during the cooling step S8. During the cooling step S8, a group V source gas comprising NH3 flows in the reaction chamber (102) at a flow rate of 14 slm, and a purge gas comprising N2 at a flow rate of 23 slm and the H2 at a rate of 12 slm passes into the reaction chamber (102). The purge step S9 begins at time t8 and continues for a period of 5.0 minutes. During the purge step S9, the reaction chamber (102) is maintained at the temperature T2 of 400 ° C while the pressure in the reaction chamber (102) is reduced to 200 Torr at atmospheric pressure. During the purge step S9, a purge gas comprising N2 at a rate of 16 slm passes into the reaction chamber (102). The discharge step S10 begins at time t9 and continues until the substrates to be worked (106) are discharged from the reaction chamber (102). During the unloading step S10, the reaction chamber (102) is reduced to, and maintained at, the temperature T1 of 350 ° C, and the pressure is maintained at atmospheric pressure, while a purge gas comprising N2 at a flow rate of 10 slm passes into the reaction chamber (102). Referring again to FIGS. 1 to 3, as previously mentioned, according to the embodiments of the methods of the invention, the solid semiconductor material of nitride III (22) can be deposited on the growth substrate (20) in using a HVPE process (as described below) without ex situ formation (for example using another deposition system and / or in another reaction chamber) of the metal nitride nucleation matrix layer (18) on the substrate (10) using a MOCVD method. In some embodiments, the metal nitride nucleation matrix layer (18) (Figure 2) is formed on the substrate (100) using a non-MOCVD process in a first reaction chamber to form the growth substrate (20). and the solid nitride III semiconductor material (22) is deposited on the growth substrate (20) using a HVPE process such as that described above in a second reaction chamber which is different from the first reaction chamber. For example, the metal nitride nucleation matrix layer (18) (Figure 2) may comprise aluminum nitride (AlN) and / or titanium nitride (TiN), and may be formed on the substrate (100) using a plasma-activated physical deposition method (PEPVD) or a plasma-activated chemical deposition method (PECVD). By way of example and without limitation, the metal nitride nucleation matrix layer (18) may comprise aluminum nitride (AIN) and may be prepared using the systems and methods of physical vapor deposition activated by plasma (PEPVD) described in U.S. Patent No. 6,784,085, issued August 31, 2004 to Cuomo et al. For example, the substrate (100) and a Group III metal target can be loaded into a spray deposition chamber (separate from the reaction chamber (102) of the HVPE deposition system (100)). A highly energetic plasma activated environment can be generated in the spray deposition chamber using a suitable bottom gas such as argon. A source gas containing separate nitrogen can be introduced into the chamber. In addition, or alternatively, the gas used to generate the plasma may be used as the reactive source gas, in which case the bottom gas may provide the nitrogen species. The Group III metal target is pulverized to produce a group III metal source vapor. The Group III metal source vapor is combined with the nitrogen-containing gas, which is characterized as comprising one or more species such as diatomic nitrogen, atomic nitrogen, nitrogen ions, and nitrogen. partially ionized nitrogen, as well as nitrogen-containing compounds such as ammonia. Accordingly, reactive vapors comprising Group III metal components and nitrogen are produced in the reaction chamber, and are deposited on and over the exposed major surface (14) of the substrate (10). The reactive vapor is deposited on the substrate (100) to produce the metal nitride nucleation matrix layer (18) of Figure 2. In some embodiments, the metal nitride nucleation matrix layer (18) thus deposited may be subjected to one or more thermal processes to improve the crystalline quality of the metal nitride nucleation matrix layer (18) thus deposited. For example, the metal nitride material thus deposited may be a polycrystalline and / or amorphous material, and may be subjected to one or more thermal processes to improve the crystallinity of the metal nitride nucleation matrix layer (18). In some embodiments, the thermal process (s) may include a rapid thermal annealing (RTA) method. The thermal process (s) may be carried out, for example, in an oven, a rapid thermal annealing chamber and / or a vapor deposition reactor. By way of example and without limitation, the thermal process (s) may comprise subjecting the metal nitride nucleation matrix layer (18) thus deposited at a temperature or temperatures above about 600 ° C., greater than about 800 ° C. C, or even above about 1000 ° C. The thermal process (es) for the treatment of the metal nitride nucleation matrix layer (18) thus deposited can be carried out under a controlled gaseous atmosphere. For example, the gaseous atmosphere may comprise ammonia, nitrogen, hydrogen and / or argon. The metal nitride nucleation matrix layer (18) may be optionally doped with one or more dopant elements using known doping methods. For example, gases containing a doping element can be introduced into the reaction chamber under controlled conditions. In another non-limiting example, the metal nitride nucleation matrix layer (18) may comprise titanium nitride (TiN) and may be prepared using plasma activated chemical vapor deposition systems and methods (PECVD ) described in US Patent No. 5,610,106, published March 11, 1997 in the name of Foster et al. For example, the substrate (10) can be loaded into a chemical vapor deposition chamber (separated from the reaction chamber (102) of the HVPE deposition system (100)). A radiofrequency (RF) generating electrode / shower head may be present in the CVD chamber, and reactive gases may be pumped into the chamber, through the electrode / shower head, and to the substrate (10). ). The reactive gases include titanium tetrachloride (TiCl4), ammonia (NH3) and a diluent. The diluent may include hydrogen, helium, argon and / or nitrogen. The substrate (10) can be spaced about 0.25 to 3 inches from the electrode / shower head, so that the active ions reach the substrate (10). Plasma is generated from the reactive gases using the RF generating electrode / shower head when the reactant gases pass into the electrode / shower head. The reactive ions of the plasma reach the substrate (10). The pressure in the CVD chamber can be maintained between about 0.5 Torr and about 20 Torr (e.g. about 5 Torr). The substrate (10) may be maintained at a temperature of about 400 ° C to about 500 ° C (eg, about 450 ° C) during the deposition process. The substrate (10) may be heated by heating a support structure on which the substrate (10) rests during the deposition process. In addition, the support structure on which the substrate (10) rests can rotate at about 100 rpm or more during the deposition process.
La concentration des gaz réactifs dans la chambre CVD peut être contrôlée par le débit. En général, le tétrachlorure de titane peut être introduit à un débit d'environ 1 sccm à environ 40 sccm (par exemple à environ 10 sccm). La pression partielle du TiC14 doit être suffisamment basse pour former le TiN. Si la pression partielle du TiCl4 devient trop élevée, il se peut que le TiN ne se forme pas. Lorsque la pression totale est de 5 Torr, la pression partielle du TiC14 peut être inférieure à 0,02 Torr (par exemple d'environ 0,01 Torr à environ 0,001 Torr). À des pressions plus basses (par exemple à environ 0,0001 Torr), la vitesse de la réaction peut être significativement réduite et l'étape de recouvrement peut être inacceptable. Lorsque la pression totale augmente au-dessus de 5 Torr, la pression partielle du TiC14 peut être augmentée en conséquence. En général, le rapport molaire de NH3 à TiC14 peut être d'environ 2:1 (NH3 à TiC14) à environ 100:1 (NH3 à TiC14) (par exemple d'environ 10:1). Selon ces modes de réalisation des procédés de formation de la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18), la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18) peut être formée pour avoir une épaisseur moyenne T1 d'environ vingt-cinq nanomètres (25 nm) ou moins, ou même d'environ dix nanomètres (10 nm) ou moins, et le matériau semiconducteur massif de nitrure III (22) peut être déposé sur et par-dessus la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18) à une épaisseur moyenne T2 d'au moins environ deux micromètres (2 pm), d'au moins environ cinq micromètres (5 pm) ou même d'environ dix micromètres (10 pm) ou plus. Des échantillons ont été préparés en formant une couche matricielle de nucléation d'AIN sur un substrat de saphir en utilisant un procédé de dépôt PEPVD décrit dans le brevet US n° 6 784 085 puis en déposant ensuite du GaN massif sur la couche matricielle de nucléation d'AIN en utilisant un gaz source de trichlorure de métal dans un procédé de dépôt HVPE comme décrit ci-dessus. Dans un premier échantillon, la surface principale exposée (19) (figure 2) de la couche matricielle de nucléation d'AIN est une coupe de 0,5° par rapport au plan A de la structure cristalline de l'AIN, et la couche matricielle de nucléation d'AIN possède une épaisseur moyenne d'environ dix nanomètres (10 nm). Dans un second échantillon, la surface principale exposée (19) (figure 2) de la couche matricielle de nucléation d'AIN est une coupe de 0,25° par rapport au plan A de la structure cristalline de l'AIN, et la couche matricielle de nucléation d'AIN possède une épaisseur moyenne d'environ vingt-cinq nanomètres (25 nm). La qualité cristalline du matériau de GaN massif résultant est mesurée en utilisant une diffractométrie de rayons X (XRD), et on observe que la qualité cristalline est sensiblement équivalente aux qualités cristallines rapportées du GaN massif formé en utilisant des techniques MOCVD classiques. En outre, la rugosité superficielle de la surface principale exposée (23) du matériau de GaN massif est mesurée après le dépôt du matériau de GaN massif sur les couches matricielles de nucléation d'AIN des substrats de croissance. On observe que la surface principale exposée du matériau de GaN massif déposé par-dessus le premier échantillon (coupe de 0,5° par rapport au plan A d'une couche matricielle de nucléation d'AIN de 10 nm) est plus lisse que la surface principale exposée du matériau de GaN massif déposé par-dessus le second échantillon (coupe de 0,25° par rapport au plan A d'une couche matricielle de nucléation d'AIN de 25 nm). En particulier, le premier échantillon montre une rugosité superficielle quadratique moyenne (RMS : root mean square) d'environ 0,92 nm, alors que le second échantillon montre une rugosité superficielle RMS d'environ 10,58 nm. - 2968831 43 En se référant de nouveau aux figures 1 à 3, dans d'autres modes de réalisation, la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18) (figure 2) est formée sur le substrat (100) en utilisant un procédé 5 MOCVD in situ dans la même chambre réactionnelle (102) (figures 4A et 4B) que celle utilisée pour le dépôt ultérieur du matériau semiconducteur de nitrure III massif (22) sur celle-ci dans un procédé HVPE. Par exemple, la couche matricielle de nucléation de nitrure 10 de métal (18) (figure 2) peut comprendre du nitrure de gallium (GaN), du nitrure d'aluminium (AIN), du nitrure de gallium aluminium (Al,Gal_XN) et/ou du nitrure de titane (TiN). Par conséquent, dans certains modes de 15 réalisation, le système de dépôt (100) précédemment décrit en se référant aux figures 4A et 4B peut être capable de réaliser, et est configuré pour réaliser, un procédé MOCVD et un procédé HVPE. En se référant à la figure 4A, à titre d'exemple et sans limitation, une 20 des sources de gaz (128A, 128B) peut comprendre une source de précurseur organométallique tel que le triméthylgallium (TMG), le triéthylgallium (TEG), le triméthylaluminium (TMA), le triéthylaluminium (TEA), le tétrakisdiéthylaminotitane (TDEAT) et/ou le 25 tétrakis(diméthylamido)titane (TDEAT). Dans ces modes de réalisation, il peut ne pas être nécessaire d'utiliser un injecteur de gaz de thermalisation (150A, 150C) conjointement avec la source d'un précurseur organométallique, bien que le précurseur 30 organométallique puisse être transporté dans la chambre réactionnelle en utilisant un gaz vecteur. Par exemple, un gaz vecteur peut être mis à barboter dans un réservoir de précurseur organométallique liquide chauffé pour former une vapeur organométallique, qui peut ensuite s'écouler dans la chambre réactionnelle (102). La vapeur organométallique (102) peut se décomposer dans la chambre réactionnelle (102) entraînant le dépôt de la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18) sur les substrats à travailler (106) (par exemple les substrats (100) illustrés sur la figure 1). Les procédés MOCVD qui peuvent être utilisés pour former la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18) in situ dans la même chambre réactionnelle (102) que celle utilisée pour le dépôt du matériau semiconducteur de nitrure III massif dans un procédé HVPE en utilisant un système de dépôt tel que décrit ici sont décrits par exemple dans la demande de publication de brevet US n° 2009/0184398 Al publiée le 23 juillet 2009 au nom de Choi. Dans certains modes de réalisation, la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18) peut être formée pour avoir une épaisseur moyenne T1 comprise entre environ un demi nanomètre (0,5 nm) et environ deux micromètres (2 pm) et le matériau semiconducteur massif de nitrure III (22) peut être formé pour avoir une épaisseur moyenne T2 d'au moins environ deux micromètres (2 pm), d'au moins environ cinq micromètres (5 pm), d'au moins environ sept micromètres (7 }gym), d'au moins environ dix micromètres (10 pm), d'au moins environ vingt micromètres (20 pm) ou d'au moins environ trente micromètres (30 pm). En outre, une surface principale exposée (23) du matériau semiconducteur massif de nitrure III (22) peut avoir une rugosité de surface quadratique moyenne d'environ deux nanomètres (2,0 nm) ou moins (par exemple d'environ 0,112 nm) dans certains modes de réalisation. En se référant de nouveau aux figures 1 à 3, dans d'autres modes de réalisation, la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18) (figure 2) est formée sur le substrat (100) en utilisant un procédé HVPE in situ dans la même chambre réactionnelle (102) (figures 4A et 4B) que celle utilisée pour le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III (22) sur celle-ci dans un procédé HVPE comme décrit ici. Par exemple, la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18) (figure 2) peut comprendre du nitrure d'aluminium (A1N) et/ou du nitrure de titane (TiN) et peut être formée en utilisant les procédés décrits dans le brevet US n° 6 221 174 publié le 24 avril 2001 au nom de Chen et al. et dans la demande internationale WO 2010/101715 Al publiée le 10 septembre 2010 au nom de Arena et al. En se référant à la figure 4A, la source de gaz (128A) peut être utilisée pour la formation de la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18) (figure 2) dans un procédé HVPE, et le gaz source (128B) peut être utilisé pour la formation du matériau semiconducteur massif de nitrure III (22) dans un procédé HVPE ultérieur. Dans un exemple non limitatif, la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18) (figure 2) peut comprendre du nitrure d'aluminium (A1N), et la source de gaz (128A) peut comprendre une source d'AlCl3 gazeux. La source de A1C13 gazeux peut comprendre un réservoir d'AiC13 liquide maintenu à une température d'au moins 190 °C (par exemple d'environ 195 °C) et à une pression d'environ 2,5 atmosphères, et peut facultativement comprendre un moyen physique pour améliorer la vitesse d'évaporation de l'AlC13 liquide. Un tel moyen physique peut comprendre, par exemple, un dispositif configuré pour agiter l'AlC13 liquide, un dispositif configuré pour pulvériser l'AlC13 liquide, un dispositif configuré pour faire circuler un gaz vecteur rapidement sur l'AlC13 liquide, un dispositif configuré pour faire barboter un gaz vecteur dans l'AlCl3 liquide, un dispositif, tel qu'un dispositif piézoélectrique, configuré pour disperser par ultrasons l'AlC13 liquide, et analogue. Dans un exemple non limitatif, un gaz vecteur, tel que He, N2, H2 ou Ar, ou un mélange de ceux-ci (par exemple un mélange de N2 et H2) peut être mis à barboter dans l'AlC13 liquide alors que l'AlCl3 liquide est maintenu à une température d'au moins 195 °C, de sorte que le gaz source puisse comprendre un ou plusieurs gaz vecteurs. Facultativement, l'AlC13 et un gaz vecteur comprenant de l'H2 peuvent être alimentés à l'injecteur de thermalisation (150A), l'AlC13 pouvant se décomposer et former de l'AlCl et de l'HCl. L'HCl peut réagir avec l'aluminium liquide contenu dans l'injecteur de thermalisation (150A) pour former plus d'AICl. Les gaz peuvent être ensuite dirigés dans la chambre réactionnelle (102) où l'AlCi peut réagir avec le NH3 alimenté par la source de gaz (128C) pour former de l'AIN sur et par-dessus le substrat. Dans un autre exemple non limitatif, la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18) (figure 2) peut comprendre du nitrure de titane (TiN) et la source de gaz (128A) peut comprendre une source de TiC14 gazeux. La source de TiC14 gazeux peut comprendre un réservoir de TiC14 liquide maintenu à une température d'au moins 80 °C, et peut facultativement comprendre un moyen physique pour améliorer la vitesse d'évaporation du TiC14 liquide comme décrit ci-dessus. The concentration of the reactive gases in the CVD chamber can be controlled by the flow rate. In general, titanium tetrachloride can be introduced at a flow rate of about 1 sccm to about 40 sccm (for example at about 10 sccm). The TiC14 partial pressure must be low enough to form the TiN. If the TiCl4 partial pressure becomes too high, TiN may not form. When the total pressure is 5 Torr, the TiC14 partial pressure may be less than 0.02 Torr (e.g., about 0.01 Torr to about 0.001 Torr). At lower pressures (e.g., about 0.0001 Torr), the reaction rate may be significantly reduced and the recovery step may be unacceptable. When the total pressure increases above 5 Torr, the partial pressure of TiCl4 can be increased accordingly. In general, the molar ratio of NH3 to TiCl4 may be from about 2: 1 (NH3 to TiCl4) to about 100: 1 (NH3 to TiCl4) (eg, about 10: 1). According to these embodiments of the method of forming the metal nitride nucleation matrix layer (18), the metal nitride nucleation matrix layer (18) can be formed to have an average thickness T1 of about twenty-five nanometers (25 nm) or less, or even about ten nanometers (10 nm) or less, and the solid nitride III semiconductor material (22) can be deposited on and over the matrix layer of metal nitride nucleation (18) at an average thickness T2 of at least about two micrometers (2 μm), at least about five microns (5 μm), or even about ten micrometers (10 μm) or more. Samples were prepared by forming an AIIN nucleation matrix layer on a sapphire substrate using a PEPVD deposition method described in US Pat. No. 6,784,085 and then depositing solid GaN on the nucleation matrix layer. of AIN using a metal trichloride source gas in a HVPE deposition process as described above. In a first sample, the exposed main surface (19) (FIG. 2) of the AIN nucleation matrix layer is a 0.5 ° cut with respect to the AIN crystalline structure plane A, and the layer AIN nucleation matrix has an average thickness of about ten nanometers (10 nm). In a second sample, the exposed main surface (19) (Figure 2) of the AIN nucleation matrix layer is a 0.25 ° cut from the AIN crystal structure plane A, and the layer AIN nucleation matrix has an average thickness of about twenty-five nanometers (25 nm). The crystalline quality of the resulting bulk GaN material is measured using X-ray diffractometry (XRD), and it is observed that the crystalline quality is substantially equivalent to the reported crystalline grades of massive GaN formed using standard MOCVD techniques. In addition, the surface roughness of the exposed major surface (23) of the bulk GaN material is measured after deposition of the solid GaN material on the AlN matrix nucleation layers of the growth substrates. It is observed that the exposed main surface of the massive GaN material deposited on top of the first sample (0.5 ° slice with respect to the A-plane of a 10 nm AIN nucleation matrix layer) is smoother than the exposed main surface of solid GaN material deposited over the second sample (0.25 ° to A-plane cut of 25 nm AIN nucleation matrix layer). In particular, the first sample shows a root mean square (RMS) roughness of about 0.92 nm, while the second sample shows an RMS surface roughness of about 10.58 nm. Referring again to FIGS. 1 to 3, in other embodiments, the metal nitride nucleation matrix layer (18) (FIG. 2) is formed on the substrate (100) using a method MOCVD in situ in the same reaction chamber (102) (Figs. 4A and 4B) as used for the subsequent deposition of solid III nitride semiconductor material (22) thereon in a HVPE process. For example, the metal nitride nucleation matrix layer (18) (Figure 2) may comprise gallium nitride (GaN), aluminum nitride (AlN), aluminum gallium nitride (Al, Gal_XN) and / or titanium nitride (TiN). Therefore, in some embodiments, the deposition system (100) previously described with reference to Figs. 4A and 4B may be capable of, and configured to perform, a MOCVD process and a HVPE process. Referring to FIG. 4A, by way of example and without limitation, one of the gas sources (128A, 128B) may comprise an organometallic precursor source such as trimethylgallium (TMG), triethylgallium (TEG), trimethylaluminum (TMA), triethylaluminum (TEA), tetrakisdiethylaminotitanium (TDEAT) and / or tetrakis (dimethylamido) titanium (TDEAT). In these embodiments, it may not be necessary to use a thermalization gas injector (150A, 150C) in conjunction with the source of an organometallic precursor, although the organometallic precursor can be transported into the reaction chamber. using a carrier gas. For example, a carrier gas may be bubbled through a heated organometallic precursor reservoir to form an organometallic vapor, which may then flow into the reaction chamber (102). The organometallic vapor (102) can decompose in the reaction chamber (102) resulting in the deposition of the metal nitride nucleation matrix layer (18) on the substrates to be worked (106) (eg substrates (100) illustrated on Figure 1). MOCVD methods that can be used to form the metal nitride nucleation matrix layer (18) in situ in the same reaction chamber (102) as used for the deposition of solid III nitride semiconductor material in a HVPE process using a deposit system as described herein are described for example in US Patent Application Publication No. 2009/0184398 A1 published July 23, 2009 in the name of Choi. In some embodiments, the metal nitride nucleation matrix layer (18) may be formed to have an average thickness T1 of between about one half nanometer (0.5 nm) and about two micrometers (2 μm) and the material Solid III nitride semiconductor (22) may be formed to have an average thickness T2 of at least about two micrometers (2 μm), at least about five micrometers (5 μm), at least about seven micrometers (7 μm). } gym), at least about ten micrometers (10 μm), at least about twenty micrometers (20 μm) or at least about thirty micrometers (30 μm). In addition, an exposed major surface (23) of the solid nitride III semiconductor material (22) may have a mean square surface roughness of about two nanometers (2.0 nm) or less (e.g., about 0.112 nm) in some embodiments. Referring again to FIGS. 1 to 3, in other embodiments, the metal nitride nucleation matrix layer (18) (FIG. 2) is formed on the substrate (100) using an in situ HVPE process. in the same reaction chamber (102) (Figs. 4A and 4B) as used for depositing solid III nitride semiconductor material (22) thereon in a HVPE process as described herein. For example, the metal nitride nucleation matrix layer (18) (FIG. 2) may comprise aluminum nitride (A1N) and / or titanium nitride (TiN) and may be formed using the methods described in FIG. U.S. Patent No. 6,221,174 published April 24, 2001 in the name of Chen et al. and in international application WO 2010/101715 A1 published on September 10, 2010 in the name of Arena et al. Referring to FIG. 4A, the gas source (128A) can be used for the formation of the metal nitride nucleation matrix layer (18) (FIG. 2) in a HVPE process, and the source gas (128B). can be used for the formation of the solid III nitride semiconductor material (22) in a subsequent HVPE process. In a non-limiting example, the metal nitride nucleation matrix layer (18) (Figure 2) may comprise aluminum nitride (A1N), and the gas source (128A) may comprise a source of AlCl3 gas. The source of AlCl3 gas may comprise a liquid AlCl3 reservoir maintained at a temperature of at least 190 ° C (e.g., about 195 ° C) and at a pressure of about 2.5 atmospheres, and may optionally include physical means for improving the evaporation rate of the liquid AlCl 3. Such physical means may include, for example, a device configured to agitate liquid AlC13, a device configured to spray liquid AlC13, a device configured to circulate a carrier gas rapidly over liquid AlC13, a device configured to bubbling a carrier gas into the liquid AlCl3, a device, such as a piezoelectric device, configured to ultrasonically disperse the liquid AlC13, and the like. In a nonlimiting example, a carrier gas, such as He, N 2, H 2 or Ar, or a mixture thereof (for example a mixture of N 2 and H 2) can be bubbled into the liquid AlCl 3 while the Liquid AlCl 3 is maintained at a temperature of at least 195 ° C, so that the source gas may comprise one or more carrier gases. Optionally, AlC13 and a carrier gas comprising H2 can be fed to the thermalization injector (150A), the AlCl3 being able to decompose and form AlCl and HCl. HCl can react with the liquid aluminum contained in the thermalization injector (150A) to form more AIC1. The gases can then be directed into the reaction chamber (102) where the AlCi can react with the NH3 fed by the gas source (128C) to form AIN on and over the substrate. In another nonlimiting example, the metal nitride nucleation matrix layer (18) (FIG. 2) may comprise titanium nitride (TiN) and the gas source (128A) may comprise a source of TiC14 gas. The source of TiC14 gas may comprise a liquid TiC14 reservoir maintained at a temperature of at least 80 ° C, and may optionally include physical means for improving the evaporation rate of liquid TiC14 as described above.
Dans un exemple non limitatif, un gaz vecteur, tel que He, N2, H2 ou Ar, ou un mélange de ceux-ci (par exemple un mélange de N2 et H2) peut être mis à barboter dans le TiC14 liquide pendant que le TiC14 liquide est maintenu à une température d'au moins 137 °C, de sorte que le gaz source puisse comprendre un ou plusieurs gaz vecteurs. La vapeur de TiC14 peut être ensuite dirigée dans la chambre réactionnelle (102) où le TiC14 peut réagir avec le NH3 alimenté par la source de gaz (128C) pour former du TiN sur et par-dessus le substrat. In a nonlimiting example, a carrier gas, such as He, N2, H2 or Ar, or a mixture thereof (for example a mixture of N2 and H2) can be bubbled in the liquid TiC14 while the TiC14 The liquid is maintained at a temperature of at least 137 ° C, so that the source gas can comprise one or more carrier gases. The TiC14 vapor can then be directed into the reaction chamber (102) where the TiC14 can react with the NH3 fed by the gas source (128C) to form TiN on and over the substrate.
D'autres détails concernant les paramètres du procédé pour la formation du TiN dans un tel procédé sont décrits dans le brevet US n° 6 221 174 susmentionné. Après la formation de la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18) dans la chambre réactionnelle (102) en utilisant un procédé HVPE comme décrit ci-dessus, le matériau semiconducteur massif de nitrure III (22) peut être formé dans la même chambre réactionnelle (102) en utilisant un procédé HVPE comme décrit précédemment en se référant aux figures 3 et 8. Further details regarding the process parameters for TiN formation in such a process are described in the aforementioned US Patent No. 6,221,174. After forming the metal nitride nucleation matrix layer (18) in the reaction chamber (102) using a HVPE method as described above, the solid nitride III semiconductor material (22) can be formed in the same reaction chamber (102) using a HVPE method as previously described with reference to Figures 3 and 8.
Le matériau semiconducteur massif de nitrure III (22) peut être déposé sur le substrat de croissance (20) après la formation de la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18) sans retirer le substrat de croissance (20) de la chambre réactionnelle (102) après la formation de la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal (18) et avant le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III (22) sur le substrat de croissance (20). Les modes de réalisation des procédés de la présente invention peuvent permettre la préparation de matériaux semiconducteurs massifs de nitrure III sans nécessiter la formation ex situ d'une couche matricielle de nucléation de nitrure de métal en utilisant un procédé MOCVD. Par conséquent, au moins certains modes de réalisation des procédés de l'invention peuvent être plus efficaces d'un point de vue du coût pour la formation de matériaux semiconducteurs massifs de nitrure III que les procédés connus jusqu'à présent. The solid nitride III semiconductor material (22) can be deposited on the growth substrate (20) after formation of the metal nitride nucleation matrix layer (18) without removing the growth substrate (20) from the reaction chamber (102) after formation of the metal nitride nucleation matrix layer (18) and prior to deposition of the solid nitride III semiconductor material (22) on the growth substrate (20). Embodiments of the methods of the present invention may allow the preparation of solid III nitride semiconductor materials without requiring the ex situ formation of a metal nitride nucleation matrix layer using a MOCVD method. Therefore, at least some embodiments of the methods of the invention may be more cost-effective in forming solid nitride III semiconductor materials than previously known methods.
D'autres exemples de modes de réalisation non limitatifs de l'invention sont décrits ci-dessous. Mode de réalisation 1 : procédé de dépôt d'un matériau semiconducteur massif de nitrure III sur un substrat de croissance, comprenant : la formation d'une couche matricielle de nucléation de nitrure de métal sur un substrat pour former le substrat de croissance ; et le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III sur le substrat de croissance en utilisant un procédé d'épitaxie en phase vapeur aux halogénures (HVPE), le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III sur le substrat de croissance comprenant : la décomposition d'un trichlorure de métal et/ou d'un tétrachlorure de métal pour former un gaz précurseur de chlorure de métal du groupe III, et la réaction du gaz précurseur de chlorure de métal du groupe III avec un gaz précurseur du groupe V pour former le matériau semiconducteur massif de nitrure III sur le substrat de croissance. Other examples of non-limiting embodiments of the invention are described below. Embodiment 1: A method of depositing a solid III nitride semiconductor material on a growth substrate, comprising: forming a metal nitride nucleation matrix layer on a substrate to form the growth substrate; and depositing the solid III nitride semiconductor material on the growth substrate using a halide vapor phase epitaxy (HVPE) method, depositing the solid III nitride semiconductor material on the growth substrate comprising: a metal trichloride and / or metal tetrachloride to form a Group III metal chloride precursor gas, and reacting the Group III metal chloride precursor gas with a Group V precursor gas to form the solid semiconductor material of nitride III on the growth substrate.
Mode de réalisation 2 : procédé selon le mode de réalisation 1, dans lequel la formation de la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal sur le substrat comprend l'utilisation d'un procédé de dépôt chimique en phase vapeur non aux organométalliques (MOCVD) pour former la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal. Mode de réalisation 3 : procédé selon le mode de réalisation 1, dans lequel la formation de la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal sur le substrat comprend l'utilisation d'un procédé de dépôt chimique en phase vapeur activé par plasma (PECVD) pour former la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal. Mode de réalisation 4 : procédé selon le mode de 35 réalisation 3, dans lequel l'utilisation du procédé de dépôt chimique en phase vapeur activé par plasma (PECVD) pour former la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal comprend : le dépôt d'un matériau de nitrure de métal sur le substrat; et la soumission du matériau de nitrure de métal déposé à un ou plusieurs procédés thermiques pour améliorer la cristallinité du matériau de nitrure de métal déposé. Mode de réalisation 5 : procédé selon le mode de réalisation 4, dans lequel la soumission du matériau de nitrure de métal déposé à un ou plusieurs procédés thermiques pour améliorer la cristallinité du matériau de nitrure de métal déposé comprend la soumission du matériau de nitrure de métal déposé à un procédé de recuit thermique rapide. Embodiment 2: The method of Embodiment 1, wherein forming the metal nitride nucleation matrix layer on the substrate comprises using an organometallic non-chemical vapor phase (MOCVD) method to form the metal nitride nucleation matrix layer. Embodiment 3: The method according to embodiment 1, wherein forming the metal nitride nucleation matrix layer on the substrate comprises using a plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method to form the metal nitride nucleation matrix layer. Embodiment 4: The method according to Embodiment 3, wherein the use of the Plasma Activated Chemical Vapor Deposition (PECVD) method to form the metal nitride nucleation matrix layer comprises: a metal nitride material on the substrate; and subjecting the deposited metal nitride material to one or more thermal processes to improve the crystallinity of the deposited metal nitride material. Embodiment 5: A method according to embodiment 4, wherein subjecting the deposited metal nitride material to one or more thermal processes to improve the crystallinity of the deposited metal nitride material comprises subjecting the metal nitride material deposited to a rapid thermal annealing process.
Mode de réalisation 6 : procédé selon le mode de réalisation 1, dans lequel la formation de la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal sur le substrat comprend l'utilisation d'un procédé d'épitaxie en phase vapeur aux halogénures (HVPE) pour former la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal. Mode de réalisation 7 : procédé selon le mode de réalisation 6, dans lequel l'utilisation d'un procédé d'épitaxie en phase vapeur aux halogénures (HVPE) pour former la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal comprend : la décomposition de GaC13, InCl3, A1C13 et/ou TiC14 pour former un gaz précurseur de trichlorure, de dichlorure et/ou de monochlorure du groupe III ; et la réaction du gaz précurseur du groupe III avec un gaz précurseur de NH3 pour former la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal sur le substrat. Mode de réalisation 8 : procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation 1 à 7, comprenant en outre : la formation de la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal dans une première chambre ; et le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III sur le substrat de croissance dans une seconde chambre différente. Mode de réalisation 9 : procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation 1 à 7, comprenant en outre : la formation de la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal dans une chambre et le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III sur le substrat de croissance dans la chambre dans laquelle la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal est formée. Mode de réalisation 10 : procédé de dépôt d'un matériau semiconducteur massif de nitrure III sur un substrat de croissance, comprenant : la formation d'une couche matricielle de nucléation de nitrure de métal sur un substrat en utilisant un procédé de dépôt chimique en phase vapeur non aux organométalliques (MOCVD) dans une première chambre pour former le substrat de croissance ; et le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III sur le substrat de croissance en utilisant un procédé d'épitaxie en phase vapeur aux halogénures (HVPE) dans une seconde chambre, le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III sur le substrat de croissance comprenant : la circulation de NH3 et d'un trichlorure de métal et/ou d'un tétrachlorure de métal vers la seconde chambre. Mode de réalisation 11 : procédé selon le mode de réalisation 10, comprenant en outre le choix du substrat de sorte à comprendre un substrat de saphir. Embodiment 6: A method according to embodiment 1, wherein forming the metal nitride nucleation matrix layer on the substrate comprises using a halide vapor phase epitaxy (HVPE) method for forming the metal nitride nucleation matrix layer. Embodiment 7: A method according to embodiment 6, wherein the use of a halide vapor phase epitaxy (HVPE) method to form the metal nitride nucleation matrix layer comprises: GaC13 decomposition , InCl3, AlCl3 and / or TiCl4 to form a group III trichloride, dichloride and / or monochloride precursor gas; and reacting the group III precursor gas with an NH 3 precursor gas to form the metal nitride nucleation matrix layer on the substrate. Embodiment 8: A method according to any one of embodiments 1 to 7, further comprising: forming the metal nitride nucleation matrix layer in a first chamber; and depositing the solid III nitride semiconductor material on the growth substrate in a different second chamber. Embodiment 9: A method according to any one of embodiments 1 to 7, further comprising: forming the metal nitride nucleation matrix layer in a chamber and depositing the solid nitride III semiconductor material on the growth substrate in the chamber in which the metal nitride nucleation matrix layer is formed. Embodiment 10: A method of depositing a solid III nitride semiconductor material on a growth substrate, comprising: forming a metal nitride nucleation matrix layer on a substrate using a chemical phase deposition method non-organometallic vapor (MOCVD) in a first chamber to form the growth substrate; and depositing the solid III nitride semiconductor material on the growth substrate using a halide vapor phase epitaxy (HVPE) process in a second chamber, depositing the solid III nitride semiconductor material on the growth substrate comprising : Circulation of NH3 and metal trichloride and / or metal tetrachloride to the second chamber. Embodiment 11: The method of Embodiment 10, further comprising selecting the substrate to include a sapphire substrate.
Mode de réalisation 12 : procédé selon le mode de réalisation 10 ou le mode de réalisation 11, comprenant en outre le choix de la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal de sorte à comprendre du nitrure d'aluminium et/ou du nitrure de titane. Embodiment 12: A method according to Embodiment 10 or Embodiment 11, further comprising selecting the metal nitride nucleation matrix layer to include aluminum nitride and / or titanium nitride .
Mode de réalisation 13 : procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation 10 à 12, dans lequel la formation de la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal sur le substrat en utilisant le procédé de dépôt chimique en phase vapeur non aux organométalliques (MOCVD) comprend la formation de la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal sur le substrat en utilisant un procédé de dépôt activé par plasma. Embodiment 13: A method according to any one of embodiments 10 to 12, wherein the formation of the metal nitride nucleation matrix layer on the substrate using the non-organometallic chemical vapor deposition method ( MOCVD) comprises forming the metal nitride nucleation matrix layer on the substrate using a plasma activated deposition method.
Mode de réalisation 14 : procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation 10 à 13, dans lequel le matériau semiconducteur massif de nitrure III sur le substrat de croissance comprend le dépôt de GaN, InN, AIN, InGaN, GaAlN, GaAlN et/ou InAlN sur le substrat de croissance. Mode de réalisation 15 : procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation 10 à 14, dans lequel le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III sur le substrat de croissance comprend le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III sur le substrat de croissance à une vitesse d'au moins environ dix micromètres (10 pm) par heure. Mode de réalisation 16 : procédé selon le mode de réalisation 15, dans lequel le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III sur le substrat de croissance à une vitesse d'au moins environ dix micromètres (10 pm) par heure comprend le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III sur le substrat de croissance à une vitesse d'au moins environ vingt micromètres (20 pm) par heure. Mode de réalisation 17 : procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation 10 à 16, dans lequel le matériau semiconducteur massif de nitrure III sur le substrat de croissance comprend le dépôt d'une couche de matériau semiconducteur massif de nitrure III ayant une épaisseur moyenne d'au moins environ deux micromètres sur le substrat de croissance. Mode de réalisation 18 : procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation 10 à 17, dans lequel la formation de la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal sur le substrat comprend en outre la formation de la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal ayant une épaisseur moyenne d'environ cinquante nanomètres (50 nm) ou moins. Mode de réalisation 19 : procédé selon le mode de réalisation 18, dans lequel la formation de la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal ayant une épaisseur moyenne d'environ cinquante nanomètres (50 nm) ou moins comprend la formation de la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal ayant une épaisseur moyenne d'environ dix nanomètres (10 nm) ou moins. Mode de réalisation 20 : procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation 10 à 19, dans lequel la circulation de NH3 et d'un trichlorure de métal et/ou d'un tétrachlorure de métal vers la seconde chambre comprend la circulation de GaC13, InC13, A1C13 et/ou TiC14 vers la seconde chambre. Embodiment 14: A method according to any one of embodiments 10 to 13, wherein the solid nitride III semiconductor material on the growth substrate comprises deposition of GaN, InN, AlN, InGaN, GaAlN, GaAlN and / or or InAlN on the growth substrate. Embodiment 15: A method according to any one of embodiments 10 to 14, wherein depositing solid III nitride semiconductor material on the growth substrate comprises depositing solid III nitride semiconductor material on the growth substrate. at a rate of at least about ten micrometers (10 pm) per hour. Embodiment 16: The method according to Embodiment 15, wherein depositing solid III nitride semiconductor material on the growth substrate at a rate of at least about ten microns (10 μm) per hour comprises deposition of the material. Solid III nitride semiconductor on the growth substrate at a rate of at least about twenty microns (20 μm) per hour. Embodiment 17: A method according to any of embodiments 10 to 16, wherein the solid III nitride semiconductor material on the growth substrate comprises depositing a layer of solid III nitride semiconductor material having a thickness of average of at least about two micrometers on the growth substrate. Embodiment 18: A method according to any one of embodiments 10 to 17, wherein the formation of the metal nitride nucleation matrix layer on the substrate further comprises forming the nitride nucleation matrix layer. metal having an average thickness of about fifty nanometers (50 nm) or less. Embodiment 19: A method according to embodiment 18, wherein forming the metal nitride nucleation matrix layer having an average thickness of about fifty nanometers (50 nm) or less comprises forming the matrix layer of metal nitride nucleation having an average thickness of about ten nanometers (10 nm) or less. Embodiment 20: Process according to any one of embodiments 10 to 19, wherein the circulation of NH3 and a metal trichloride and / or metal tetrachloride to the second chamber comprises the circulation of GaC13 , InC13, A1C13 and / or TiCl4 to the second chamber.
Mode de réalisation 21 : procédé selon le mode de réalisation 20, dans lequel la circulation de NH3 et d'un trichlorure de métal et/ou d'un tétrachlorure de métal vers la seconde chambre comprend en outre la circulation d'un trichlorure de métal et/ou d'un tétrachlorure de métal vers la seconde chambre à un débit d'environ 100 sccm ou moins. Mode de réalisation 22 : procédé selon le mode de réalisation 21, dans lequel la circulation d'un trichlorure de métal et/ou d'un tétrachlorure de métal vers la seconde chambre à un débit d'environ 100 sccm ou moins comprend la circulation d'un trichlorure de métal et/ou d'un tétrachlorure de métal vers la seconde chambre à un débit d'environ 80 sccm ou moins. Mode de réalisation 23 : procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation 20 à 22, comprenant en outre le choix d'un trichlorure de métal et/ou d'un tétrachlorure de métal de sorte à comprendre du GaCl3. Mode de réalisation 24 : procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation 10 à 23, dans le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III donne une surface principale exposée du matériau semiconducteur massif de nitrure III déposé ayant une rugosité de surface quadratique moyenne d'environ dix nanomètres (10 nm) ou moins. Embodiment 21: The process according to embodiment 20, wherein the circulation of NH 3 and a metal trichloride and / or metal tetrachloride to the second chamber further comprises the circulation of a metal trichloride. and / or metal tetrachloride to the second chamber at a rate of about 100 sccm or less. Embodiment 22: A method according to embodiment 21, wherein the circulation of a metal trichloride and / or metal tetrachloride to the second chamber at a flow rate of about 100 sccm or less comprises the circulation of metal trichloride and / or metal tetrachloride to the second chamber at a flow rate of about 80 sccm or less. Embodiment 23: A method according to any one of embodiments 20 to 22, further comprising selecting a metal trichloride and / or metal tetrachloride so as to comprise GaCl 3. Embodiment 24: Method according to any one of Embodiments 10 to 23, in the deposition of the solid nitride III semiconductor material provides an exposed main surface of the deposited solid nitride III semiconductor material having an average rms surface roughness. about ten nanometers (10 nm) or less.
Mode de réalisation 25 : procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation 10 à 24, dans le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III donne une surface principale exposée du matériau semiconducteur massif de nitrure III déposé ayant une densité de dislocation moyenne d'environ 5 à 9 x 108 par centimètre carré ou moins. Mode de réalisation 26 : procédé de dépôt d'un matériau semiconducteur massif de nitrure III sur un substrat de croissance, comprenant : la formation d'une couche matricielle de nucléation de nitrure de métal sur un substrat en utilisant un procédé de dépôt chimique en phase vapeur aux organométalliques (MOCVD) dans une chambre pour former le substrat de croissance ; et le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III sur le substrat de croissance en utilisant un procédé d'épitaxie en phase vapeur aux halogénures (HVPE) dans cette même chambre ; le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III sur le substrat de croissance utilisant le procédé d'épitaxie en phase vapeur aux halogénures (HVPE) qui comprend la circulation de NH3 et d'un trichlorure de métal et/ou d'un tétrachlorure de métal vers cette même chambre. Mode de réalisation 27 : procédé selon le mode de réalisation 26, comprenant en outre le choix du substrat de sorte à comprendre un substrat de saphir. Mode de réalisation 28 : procédé selon le mode de réalisation 26 ou le mode de réalisation 27, comprenant en outre le choix de la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal de sorte à comprendre du nitrure de gallium, du nitrure d'aluminium, du nitrure de gallium aluminium, du nitrure de hafnium, du nitrure de chrome, du nitrure de tungstène et/ou du nitrure de titane. Mode de réalisation 29 : procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation 26 à 28, dans lequel le matériau semiconducteur massif de nitrure III sur le substrat de croissance comprend le dépôt de GaN, InN, AIN, InGaN, GaAlN, GaAlN et/ou InAlN sur le substrat de croissance. Embodiment 25: A method according to any one of embodiments 10 to 24, in the deposition of the solid nitride III semiconductor material provides an exposed main surface of deposited solid nitride III semiconductor material having an average dislocation density of about 5 to 9 x 108 per square centimeter or less. Embodiment 26: A method of depositing a solid III nitride semiconductor material on a growth substrate, comprising: forming a metal nitride nucleation matrix layer on a substrate using a chemical phase deposition method organometallic vapor (MOCVD) in a chamber to form the growth substrate; and depositing solid III nitride semiconductor material on the growth substrate using a halide vapor phase epitaxy (HVPE) process in that same chamber; depositing solid III nitride semiconductor material on the growth substrate using the halide vapor phase epitaxy (HVPE) process which comprises circulating NH 3 and a metal trichloride and / or metal tetrachloride to that same room. Embodiment 27: The method of Embodiment 26, further comprising selecting the substrate to include a sapphire substrate. Embodiment 28: A method according to Embodiment 26 or Embodiment 27, further comprising selecting the metal nitride nucleation matrix layer so as to include gallium nitride, aluminum nitride, aluminum gallium nitride, hafnium nitride, chromium nitride, tungsten nitride and / or titanium nitride. Embodiment 29: A method according to any one of embodiments 26 to 28, wherein the solid nitride III semiconductor material on the growth substrate comprises deposition of GaN, InN, AlN, InGaN, GaAlN, GaAlN and / or or InAlN on the growth substrate.
Mode de réalisation 30 : procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation 26 à 29, dans lequel le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III sur le substrat de croissance comprend le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III sur le substrat de croissance à une vitesse d'au moins environ dix micromètres (10 pm) par heure. Mode de réalisation 31 : procédé selon le mode de réalisation 30, dans lequel le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III sur le substrat de croissance à une vitesse d'au moins environ dix micromètres (10 pm) par heure comprend le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III sur le substrat de croissance à une vitesse d'au moins environ vingt micromètres (20 pm) par heure. Embodiment 30: A method according to any one of embodiments 26 to 29, wherein depositing solid III nitride semiconductor material on the growth substrate comprises depositing solid III nitride semiconductor material on the growth substrate. at a rate of at least about ten micrometers (10 pm) per hour. Embodiment 31: The method according to Embodiment 30, wherein depositing solid III nitride semiconductor material on the growth substrate at a rate of at least about ten microns (10 μm) per hour comprises deposition of the material. Solid III nitride semiconductor on the growth substrate at a rate of at least about twenty microns (20 μm) per hour.
Mode de réalisation 32 : procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation 26 à 31, dans lequel le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III sur le substrat de croissance comprend le dépôt d'une couche de semiconducteur massif de nitrure III ayant une épaisseur moyenne d'au moins environ deux micromètres (2 }gym) sur le substrat de croissance. Mode de réalisation 33 : procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation 26 à 32, dans lequel la formation de la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal sur le substrat comprend en outre la formation de la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal ayant une épaisseur moyenne comprise entre environ un demi nanomètre (0,5 nm) et environ deux micromètres (2,0 pm). Mode de réalisation 34 : procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation 26 à 33, dans lequel la circulation de NH3 et d'un trichlorure de métal et/ou d'un tétrachlorure de métal vers cette même chambre comprend la circulation de GaC13, InCl3, A1C13 et/ou TiCl4 vers cette même chambre. Mode de réalisation 35 : procédé selon le mode de réalisation 34, dans lequel la circulation de GaC13, InCl3, A1C13 et/ou TiCl4 vers cette même chambre comprend en outre la circulation de GaC13, InCl3, AlC13 et/ou TiC14 vers cette même chambre à un débit d'environ 100 sccm ou moins. Mode de réalisation 36 : procédé selon le mode de réalisation 35, dans lequel la circulation de GaC13, InC13, A1C13 et/ou TiC14 vers cette même chambre à un débit d'environ 100 sccm ou moins comprend la circulation de GaC13, InC13r A1C13 et/ou TiC14 vers cette même chambre à un débit d'environ 80 sccm ou moins. Embodiment 32: A method according to any one of embodiments 26 to 31, wherein depositing solid III nitride semiconductor material on the growth substrate comprises depositing a solid nitride III semiconductor layer having a average thickness of at least about two micrometers (2} gym) on the growth substrate. Embodiment 33: A method according to any one of embodiments 26 to 32, wherein forming the metal nitride nucleation matrix layer on the substrate further comprises forming the nitride nucleation matrix layer. metal having an average thickness of from about half a nanometer (0.5 nm) to about two micrometers (2.0 μm). Embodiment 34: Process according to any one of Embodiments 26 to 33, wherein the circulation of NH 3 and a metal trichloride and / or metal tetrachloride to this same chamber comprises the circulation of GaCl 3 , InCl3, AlCl3 and / or TiCl4 to this same chamber. Embodiment 35: Process according to embodiment 34, wherein the circulation of GaC13, InCl3, AlCl3 and / or TiCl4 to this same chamber further comprises the circulation of GaC13, InCl3, AlCl3 and / or TiCl4 to this same chamber at a flow rate of about 100 sccm or less. Embodiment 36: The method according to embodiment 35, wherein the circulation of GaC13, InC13, AlC13 and / or TiC14 to that same chamber at a flow rate of about 100 sccm or less comprises the circulation of GaC13, InC13r A1C13 and or TiC14 to the same chamber at a flow rate of about 80 sccm or less.
Mode de réalisation 37 : procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation 26 à 36, comprenant en outre le choix d'un trichlorure de métal et/ou d'un tétrachlorure de métal de sorte à comprendre du GaC13. Embodiment 37: A method according to any one of embodiments 26 to 36, further comprising selecting a metal trichloride and / or metal tetrachloride so as to comprise GaC13.
Mode de réalisation 38 procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation 26 à 37, dans le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III donne une surface principale exposée du matériau semiconducteur massif de nitrure III déposé ayant une rugosité de surface quadratique moyenne d'environ deux nanomètres (2,0 nm) ou moins. Mode de réalisation 39 : procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation 26 à 38, dans le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III donne une surface principale exposée du matériau semiconducteur massif de nitrure III déposé ayant une densité de dislocation moyenne d'environ 5 x 108 par centimètre carré ou moins. Mode de réalisation 40 : procédé de dépôt d'un matériau semiconducteur massif de nitrure III sur un substrat de croissance, comprenant : la formation d'une couche matricielle de nucléation de nitrure de métal sur un substrat en utilisant un procédé de dépôt en phase vapeur aux halogénures (HVPE) dans une chambre pour former le substrat de croissance ; et le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III sur le substrat de croissance en utilisant un procédé d'épitaxie en phase vapeur aux halogénures (HVPE) dans cette même chambre, le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III sur le substrat de croissance utilisant le procédé d'épitaxie en phase vapeur aux halogénures (HVPE) qui comprend la circulation de NH3 et d'un trichlorure de métal et/ou d'un tétrachlorure de métal vers cette même chambre. Embodiment 38 method according to any one of the embodiments 26 to 37, in the deposition of the solid nitride III semiconductor material gives an exposed main surface of deposited solid nitride III semiconductor material having a mean square surface roughness of about two nanometers (2.0 nm) or less. Embodiment 39: A method according to any one of Embodiments 26 to 38, in the deposition of the solid nitride III semiconductor material provides an exposed major surface of deposited solid nitride III semiconductor material having an average dislocation density of about 5 x 108 per square centimeter or less. Embodiment 40: A method of depositing a solid III nitride semiconductor material on a growth substrate, comprising: forming a metal nitride nucleation matrix layer on a substrate using a vapor deposition method halide (HVPE) in a chamber to form the growth substrate; and depositing the solid III nitride semiconductor material on the growth substrate using a halide vapor phase epitaxy (HVPE) process in the same chamber, depositing the solid III nitride semiconductor material on the growth substrate using the halide vapor phase epitaxy (HVPE) process which comprises circulating NH 3 and a metal trichloride and / or metal tetrachloride to the same chamber.
Mode de réalisation 41 : procédé selon le mode de réalisation 40, comprenant en outre le choix du substrat de sorte à comprendre un substrat de saphir. Mode de réalisation 42 : procédé selon le mode de réalisation 40 ou le mode de réalisation 41, comprenant en outre le choix de la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal de sorte à comprendre du nitrure d'aluminium et/ou du nitrure de titane. Mode de réalisation 43 : procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation 40 à 42, dans lequel le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III sur le substrat de croissance comprend le dépôt de GaN, InN, AIN, InGaN, GaAlN, GaAlN et/ou InAlN sur le substrat de croissance. Embodiment 41: The method of Embodiment 40, further comprising selecting the substrate to include a sapphire substrate. Embodiment 42: A method according to Embodiment 40 or Embodiment 41, further comprising selecting the metal nitride nucleation matrix layer to include aluminum nitride and / or titanium nitride . Embodiment 43: A method according to any one of embodiments 40 to 42, wherein the deposition of the solid nitride III semiconductor material on the growth substrate comprises deposition of GaN, InN, AlN, InGaN, GaAlN, GaAlN and / or InAlN on the growth substrate.
Mode de réalisation 44 : procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation 40 à 43, dans lequel le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III sur le substrat de croissance comprend le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III sur le substrat de croissance à une vitesse d'au moins environ dix micromètres (10 pm) par heure. Mode de réalisation 45 : procédé selon le mode de réalisation 44, dans lequel le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III sur le substrat de croissance à une vitesse d'au moins environ dix micromètres (10 }gym) par heure comprend le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III sur le substrat de croissance à une vitesse d'au moins environ vingt micromètres (20 }gym) par heure. Embodiment 44: A method according to any one of Embodiments 40 to 43, wherein depositing solid III nitride semiconductor material on the growth substrate comprises depositing solid III nitride semiconductor material on the growth substrate. at a rate of at least about ten micrometers (10 pm) per hour. Embodiment 45: The method according to Embodiment 44, wherein depositing solid III nitride semiconductor material on the growth substrate at a rate of at least about 10 micrometers (10Hg) per hour comprises depositing the solid III nitride semiconductor material on the growth substrate at a rate of at least about twenty micrometers (20} gpm) per hour.
Mode de réalisation 46 : procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation 40 à 45, dans lequel le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III sur le substrat de croissance comprend le dépôt d'une couche de matériau semiconducteur massif de nitrure III ayant une épaisseur moyenne d'au moins environ deux micromètres (2 pm) sur le substrat de croissance. Mode de réalisation 47 : procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation 40 à 46, dans lequel la formation de la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal sur le substrat comprend en outre la formation de la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal ayant une épaisseur moyenne d'environ cinquante nanomètres (50 nm) ou moins. Mode de réalisation 48 : procédé selon le mode de réalisation 47, dans lequel la circulation de NH3 et d'un trichlorure de métal et/ou d'un tétrachlorure de métal vers cette même chambre comprend en outre la circulation d'un trichlorure de métal et/ou d'un tétrachlorure de métal vers cette même chambre à un débit d'environ 100 sccm ou moins. Mode de réalisation 49 : procédé selon le mode de réalisation 48, dans lequel la circulation d'un trichlorure de métal et/ou d'un tétrachlorure de métal vers cette même chambre à un débit d'environ 100 sccm ou moins comprend la circulation d'un trichlorure de métal et/ou d'un tétrachlorure de métal vers cette même chambre à un débit d'environ 80 sccm ou moins. Embodiment 46: A method according to any of embodiments 40 to 45, wherein the deposition of the solid nitride III semiconductor material on the growth substrate comprises depositing a layer of solid semiconductor material of nitride III having an average thickness of at least about two micrometers (2 μm) on the growth substrate. Embodiment 47: A method according to any one of embodiments 40 to 46, wherein the formation of the metal nitride nucleation matrix layer on the substrate further comprises forming the nitride nucleation matrix layer. metal having an average thickness of about fifty nanometers (50 nm) or less. Embodiment 48: Process according to embodiment 47, wherein the circulation of NH 3 and a metal trichloride and / or metal tetrachloride to this same chamber further comprises the circulation of a metal trichloride and / or a metal tetrachloride to the same chamber at a flow rate of about 100 sccm or less. Embodiment 49: The method according to embodiment 48, wherein the circulation of a metal trichloride and / or metal tetrachloride to that same chamber at a flow rate of about 100 sccm or less comprises the circulation of metal trichloride and / or metal tetrachloride to the same chamber at a flow rate of about 80 sccm or less.
Mode de réalisation 50 : procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation 40 à 49, comprenant en outre le choix d'un trichlorure de métal et/ou d'un tétrachlorure de métal de sorte à comprendre du GaC13, InCl3r A1C13 et/ou TiC14. Embodiment 50: A method according to any one of embodiments 40 to 49, further comprising selecting a metal trichloride and / or metal tetrachloride to comprise GaC13, InCl3r AlC13 and / or or TiC14.
Mode de réalisation 51 : procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation 40 à 50, dans lequel le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III donne une surface principale exposée du matériau semiconducteur massif de nitrure III déposé ayant une rugosité de surface quadratique moyenne d'environ dix nanomètres (10,0 nm) ou moins. Mode de réalisation 52 : procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation 40 à 51, dans lequel le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III donne une surface principale exposée du matériau semiconducteur massif de nitrure III déposé ayant une densité de dislocation moyenne d'environ 5 x 108 par centimètre carré ou moins. Embodiment 51: A method according to any of embodiments 40 to 50, wherein the deposition of the solid nitride III semiconductor material provides an exposed major surface of deposited solid nitride III semiconductor material having an average RMS surface roughness about ten nanometers (10.0 nm) or less. Embodiment 52: A method according to any one of embodiments 40 to 51, wherein the deposition of the solid nitride III semiconductor material provides an exposed major surface of the deposited solid nitride III semiconductor material having an average dislocation density d about 5 x 108 per square centimeter or less.
Mode de réalisation 53 : procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation 40 à 52, dans lequel le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III sur le substrat de croissance en utilisant le procédé d'épitaxie en phase vapeur aux halogénures (HVPE) dans la même chambre comprend le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III sur le substrat de croissance sans retirer le substrat de croissance de cette même chambre après la formation de la couche matricielle de nucléation de nitrure de métal sur le substrat pour former le substrat de croissance et avant le dépôt du matériau semiconducteur massif de nitrure III sur le substrat de croissance. Mode de réalisation 54 : structure comprenant un matériau semiconducteur massif de nitrure III, la structure étant préparée conformément à un procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation 1 à 53. Embodiment 53: A method according to any one of embodiments 40 to 52, wherein deposition of the solid nitride III semiconductor material on the growth substrate using the halide vapor phase epitaxy (HVPE) method in the same chamber comprises depositing the solid III nitride semiconductor material on the growth substrate without removing the growth substrate from the same after formation of the metal nitride nucleation matrix layer on the substrate to form the substrate growth and before the deposition of the solid III nitride semiconductor material on the growth substrate. Embodiment 54: A structure comprising a solid nitride III semiconductor material, the structure being prepared according to a method according to any one of Embodiments 1 to 53.
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