PROCEDIMIENTO DE REALIZACIÓN DE UNA CAPA EPITAXIAL DE NITRURO DE GALIO.

Procedimiento de realización de una capa epitaxial de nitruro de galio [0001] La presente invención se refiere a un procedimiento de realización de una capa epitaxial de nitruro de galio (GaN) así como a las capas epitaxiales de nitruro de galio (GaN) susceptibles de ser obtenidas por el mencionado procedimiento. Un procedimiento de este tipo permite obtener capas de nitruro de galio de excelente calidad. [0002] La invención se refiere igualmente a los dispositivos ópticos de corta longitud de onda o a los dispositivos electrónicos de alta potencia y elevada frecuencia provistos de dicha capa epitaxial de nitruro de galio. [0003] La invención se refiere particularmente a los componentes optoelectrónicos fabricados con tales capas de nitruro de galio. [0004] Se conocen procedimientos para obtener capas relativamente espesas de GaN, por ejemplo de 100 a 200 micrómetros. El método corrientemente utilizado es la epitaxis en fase vapor a partir de cloruros y de hidruros (HVPE). Se utilizan bien sea substratos de zafiro, o capas de GaN sobre zafiro de 200 micrómetros de espesor fabricadas por epitaxis en Fase Vapor por Pirolisis de Organometálicos (EPVOM). Sin embargo, la discordancia de parámetro de malla cristalina entre el zafiro y el GaN es tal que la acumulación de tensiones en las capas conduce a fisuras e impide levantar el substrato de zafiro. Todas las innovaciones experimentales (tratamiento de la superficie del zafiro al comienzo del crecimiento mediante GaCl, depósito de una capa intermediaria de ZnO), no han permitido resolver este problema. Actualmente las capas de GaN relativamente densas presentan un ancho de línea de doble difracción X (DDX) del orden preferible de 300 arcos/seg, lo cual significa que la calidad cristalográfica no sobrepasa la de las capas elaboradas con EPVOM o en Epitaxis mediante Chorros Moleculares (EJM). [0005] En otras palabras, ningún substrato potencial, zafiro, ZnO, 6H-SiC, LiAIO2, es ideal para la epitaxis de los nitruros (discordancia de malla y coeficiente de dilatación térmica demasiado elevado, inestabilidad térmica). [0006] Se conoce por otro lado desde hace tiempo el efecto láser (por bombeado óptico) sobre GaN. Aunque se hayan realizado diodos láser a base de nitruro III-V, la calidad cristalina de las capas de nitruros que constituyen la estructura de estos láseres es muy mediocre. Se midieron densidades de dislocación que van de 10 9 a 10 10 cm -2 . [0007] De hecho, los defectos relacionados con la obtención de capas epitaxiales de GaN relativamente densas indicadas anteriormente han retrasado considerablemente el desarrollo de los diodos láser provistos de tales capas: residual n elevado, ausencia de monocristales y de substratos apropiados, imposibilidad de realizar el dopado p. [0008] La publicación D. Kalponek et al, Journal of Crystal Growth, 170 (1997) 340-343, menciona el crecimiento localizado de nitruro en aberturas formadas en una máscara con el fin de formar estructuras piramidales. Este documento no describe sin embargo ni sugiere la formación por coalescencia de unidades o islotes de capas lisas de nitruro de galio. [0009] La publicación Y. Kato, S. Kitamura, K. Hiramatsu, N. Sawaki, J. Cryst. Growth, 144, 133 (1994) describe el crecimiento selectivo de nitruro de galio por EPVOM sobre substratos de zafiro sobre los cuales ha sido depositada una capa fina de nitruro de galio ocultada por una capa de SiO2 grabada para separar bandas continuar de nitruro de galio. [0010] Sin embargo, la epitaxis localizada así realizada no utiliza ni el crecimiento lateral ni la anisotropía de crecimiento tal como la que se describirá a continuación. [0011] El documento EP 0 506 146 describe un procedimiento de crecimiento local y lateral que utiliza una máscara, conformada por litografía, para localizar el crecimiento. Los ejemplos de capas lisas no se refieren en ningún caso al nitruro de galio. Estos ejemplos mencionan la homoepitaxis GaAs sobre un substrato GaAs, InP sobre substrato InP. [0012] El procedimiento según la invención tiene por objeto obtener capas cristalinas que permiten la realización de dispositivos optoelectrónicos (diodos láser particularmente) que presentan rendimientos y tiempos de duración superiores a los obtenidos anteriormente. [0013] Los inventores han encontrado que el tratamiento de un substrato por un depósito de un dieléctrico apropiado, seguido de un depósito de nitruro de galio, seguido así mismo de un recocido térmico, induce a la formación de islotes de nitruro de galio casi sin defectos. [0014] La coalescencia de tales islotes producidos por el tratamiento térmico conduce a una capa de nitruro de galio de excelente calidad. [0015] La invención se refiere en primer lugar a un procedimiento de realización de una capa de nitruro de galio 2   (GaN), tal como se ha definido en la reivindicación 1. [0016] El substrato presenta un espesor de algunas centenas de micrómetros generalmente (aproximadamente 200 micrómetros particularmente) y puede ser elegido entre el grupo formado por el zafiro, ZnO, 6H-SiC, LiAlO2, LiGaO2, MgAl2O4. El substrato es de preferencia tratado previamente por nitruración. [0017] El dieléctrico es de preferencia del tipo SiXNY, particularmente Si3N4. Se cita igualmente el SiO2 pero otros dieléctricos bien conocidos podrían ser utilizados. Se realiza el depósito del dieléctrico en la cámara de crecimiento del nitruro de galio a partir de silano y de amoniaco. [0018] De preferencia, el gas vector es una mezcla de N2, H2. [0019] La capa de dieléctrico es una monocapa atómica, o una cobertura del orden del plano atómico. [0020] El substrato es seguidamente recuperado por epitaxis en EPVOM. Se desarrollan unidades o islotes regulares. El examen en microscopía electrónica de alta resolución muestra que la densidad de dislocaciones de GaN en las unidades o islotes regulares, que ha crecido por consiguiente sin tensiones de heteroepitaxis, es muy inferior a la que se produce por el depósito directo de nitruro de galio sobre el substrato. Así, el crecimiento de GaN, que se realiza lateralmente según las direcciones [10-10], sobre una superficie de dieléctrico por consiguiente sin estar en relación epitaxial con el substrato de zafiro, conduce a una calidad cristalina de GaN bastante mejor que los procedimientos habituales. Después de la obtención de las indicadas unidades, el crecimiento puede ser continuado, bien en EPVOM o en HVPE. El mismo se realiza lateralmente, hasta coalescencia de los islotes. Estas superficies que resultan de la coalescencia de islotes presentan una calidad cristalina superior a las capas heteroepitaxiadas sobre zafiro. [0021] El depósito de nitruro de galio se realiza generalmente en dos etapas. Una primera etapa a una temperatura de aproximadamente los 600 o C para el depósito de una capa tampón, de la cual procederán las unidades GaN y luego a temperatura más elevada (aproximadamente 1000-1100 o C) para el crecimiento de una epicapa a partir de las indicadas unidades. [0022] La invención se refiere a un procedimiento caracterizado porque se graba la capa de dieléctrico con el fin de definir aberturas y para exponer las zonas del substrato en frente y se retoma el substrato ocultado y grabado en condiciones de depósito, por epitaxis, de nitruro de galio con el fin de inducir el depósito de unidades de nitruro de galio sobre las zonas enfrentadas y el crecimiento anisótropo y lateral de las indicadas unidades, siendo continuado el crecimiento lateral hasta la coalescencia de las diferentes unidades. [0023] La invención se refiere a un procedimiento de realización de una capa epitaxial de nitruro de galio (GaN), que comprende el depósito sobre un substrato de una capa fina de nitruro de galio, caracterizado porque: - se deposita sobre la indicada capa fina de nitruro de galio una capa de dieléctrico, - se graba la capa de dieléctrico con el fin de definir aberturas y para exponer las zonas de la indicada capa fina de nitruro de galio que están enfrentadas, - se retoma el substrato epitaxiado, ocultado y grabado en condiciones de depósito, por epitaxis, de nitruro de galio con el fin de inducir el depósito de unidades de nitruro de galio en las zonas enfrentadas y el crecimiento anisótropo y lateral de las indicadas unidades, siendo el crecimiento lateral continuado hasta la coalescencia de las diferentes unidades. [0024] El procedimiento según la invención se destaca porque limita la densidad de defectos generados por la discordancia de parámetros entre GaN y el substrato por un método que combina la epitaxis localizada, la anisotropía de crecimiento y el crecimiento lateral lo cual permite limitar las tensiones de epitaxis. [0025] El procedimiento según la invención recurre a técnicas de depósito y de grabado bien conocidas del experto en la materia. [0026] Según el segundo modo de realización, en la cámara... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de realización de una capa de GaN sobre un substrato ocultado por un dieléctrico, caracterizado porque se realizan las etapas de epitaxis en fase vapor por pirolisis de organometálicos siguientes: (i) nitruración del substrato a una temperatura de 1050-1080 o C por exposición a un flujo de NH3 durante aproximadamente 10 minutos, (ii) formación sobre la superficie del substrato de una película dieléctrica de nitruro de silicio del orden del angström, por reacción a una temperatura de 1080 o C entre NH3 y silano SiH4 introducidos en la fase vapor, (iii) depósito de una capa de nitruro de galio continua, con un espesor de 20 a 30 nm sobre la película de dieléctrico, a baja temperatura del orden de los 600 o C, (iv) recocido a temperatura elevada del orden de los 1080 o C de la capa de GaN así formada y hasta la formación espontánea de unidades o islotes de GaN, (v) recuperación por epitaxis mediante nitruro de galio sobre las unidades o islotes de GaN que se desarrollan por crecimiento lateral y vertical. 9     11   12   13   14