Способ выращивания эпитаксиальной пленки нитрида третьей группы на ростовой подложке



Способ выращивания эпитаксиальной пленки нитрида третьей группы на ростовой подложке
Способ выращивания эпитаксиальной пленки нитрида третьей группы на ростовой подложке
Способ выращивания эпитаксиальной пленки нитрида третьей группы на ростовой подложке
Способ выращивания эпитаксиальной пленки нитрида третьей группы на ростовой подложке

 


Владельцы патента RU 2543212:

Шретер Юрий Георгиевич (RU)
Ребане Юрий Тоомасович (RU)
Миронов Алексей Владимирович (RU)

Изобретение относится к области технологии получения твердых кристаллических материалов методом газофазной эпитаксии. При выращивании эпитаксиальной пленки нитрида третьей группы 3 на ростовой подложке 1 используют полиморфный углеродный буферный слой 4, расположенный между подложкой 1 и эпитаксиальной пленкой 3 и состоящий из смеси поликристаллического углерода с преимущественно вертикально ориентированными базисными плоскостями 5, поликристаллического углерода с преимущественно горизонтально ориентированными базисными плоскостями 6 и аморфного углерода 7. Использование полиморфного углеродного буферного слоя позволяет, с одной стороны, снизить механические напряжения, возникающие из-за рассогласования параметров кристаллических решеток между эпитаксиальной пленкой и подложкой, и предотвратить растрескивание эпитаксиальных пленок, а с другой - не приводит к высокопрочному механическому соединению подложки с выращенной пленкой, что обеспечивает ее легкое отделение от подложки. 7 з.п. ф-лы, 4 ил., 9 пр.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к области технологии получения твердых кристаллических материалов, в частности к способу выращивания эпитаксиальных слоев полупроводниковых кристаллов методом газофазной эпитаксии.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Основная проблема при выращивании эпитаксиальных слоев полупроводниковых кристаллов нитридов третьей группы, таких как GaN, AlN и их твердых растворов AlxGa1-xN заключается в отсутствии подходящих для эпитаксии ростовых подложек, имеющих рассогласование латерального параметра кристаллической решетки менее 1%. Поэтому при выращивании эпитаксиальных пленок нитридов третьей группы на сапфире, имеющем рассогласование латерального параметра решетки с нитридами третьей группы около 15%, или на карбиде кремния с рассогласованием около 3,5% для компенсации ростовых механических напряжений, связанных с большими рассогласованиями решеток, необходимо использовать промежуточные буферные слои 2, расположенные между ростовой подложкой 1 и эпитаксиальной пленкой 3 нитрида третьей группы, Фиг.1.

Обычно такие слои имеют толщину 0,001-0,05 мкм и наносятся методом химического осаждения из газовой фазы при температуре в области 200-900°C, находящейся ниже температуры роста эпитаксиальной пленки Tg=950-1100°C. В качестве буферных слоев было предложено использовать аморфные и поликристаллические слои AlN, GaN и твердые растворы AlxGa1-xN, AlxGay In1-x-yN, BxAlyGazIn1-x-y-z, N H. Amano, N. Sawaki, I. Akasaki, Y. Toyoda, Appl. Phys. Lett. 48 (1986) 353, I. Akasaki, H. Amano, Y. Koide, K. Hiramatsu, N. Sawaki, J. Cryst. Growth 98 (1989) 209, US 5290393, US 6924511. Такие буферные слои содержат большое количество центров кристаллизации и генерируют высокую плотность дислокаций несоответствия. В результате высокая плотность дислокации несоответствия позволяет существенно снизить механические напряжения, возникающие из-за рассогласования параметров кристаллических решеток, и предотвратить растрескивание эпитаксиальных пленок.

Однако использование буферных слоев из аморфных и поликристаллических AlN, GaN и твердых растворов AlxGa1-xN, AlxGay In1-x-yN, BxAlyGazIn1-x-y-z приводит к высокопрочному механическому соединению подложки с выращенной эпитаксиальной пленкой, что вызывает трудности при отделении выращенной эпитаксиальной пленки от подложки.

Задачей настоящего изобретения является предложить способ выращивания эпитаксиальной пленки нитрида третьей группы на ростовой подложке с помощью нанесенного на подложку буферного слоя, который позволяет, с одной стороны, снизить механические напряжения, возникающие из-за рассогласования параметров кристаллических решеток, и предотвратить растрескивание эпитаксиальных пленок, а, с другой стороны, не приводит к высокопрочному механическому соединению подложки с выращенной эпитаксиальной пленкой, что обеспечивает последующее легкое отделение выращенной эпитаксиальной пленки от подложки.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для решения поставленной задачи предложен способ выращивания эпитаксиальной пленки нитрида третьей группы на ростовой подложке с нанесенным буферным слоем, в котором при выращивании эпитаксиальной пленки на ростовой подложке используют полиморфный углеродный буферный слой, расположенный между подложкой и эпитаксиальной пленкой и состоящий из смеси поликристаллического углерода с преимущественно вертикально ориентированными базисными плоскостями, поликристаллического углерода с преимущественно горизонтально ориентированными базисными плоскостями и аморфного углерода.

В предпочтительном варианте на границе между полиморфным углеродным слоем и подложкой формируют промежуточный интердиффузионный слой путем взаимной диффузии атомов подложки в полиморфный углеродный слой и атомов углерода из полиморфного углеродного слоя в подложку.

Полиморфный углеродный буферный слой предпочтительно наносят при температуре в интервале от 100°C до 1200°C, причем указанный слой имеет толщину в пределах от 0,01 мкм до 10 мкм и содержит от 1 до 99% вертикально ориентированного поликристаллического углерода с базисными плоскостями, отклоняющимися от вертикали не более чем на 30°, а также от 1 до 99% горизонтально ориентированного поликристаллического углерода с базисными плоскостями, отклоняющимися от горизонтали не более чем на 30°, и от 0 до 50% аморфного углерода.

В качестве эпитаксиальной пленки предпочтительно используют нитриды третьей группы AlN, GaN и их твердые растворы AlxGa1-xN, InxGa1-xN, AlxGayIn1-x-yN, BxAlyGazIn1-x-y-z, где x, у и z изменяются в пределах от 0 до 1.

В качестве подложки предпочтительно используют сапфир, карбид кремния, кремний, арсенид галлия, нитрид галлия и нитрид алюминия.

В другом предпочтительном варианте в качестве подложки используют сапфир, а в качестве промежуточного интердиффузионного слоя используют твердый раствор Al4-xC3, где х изменяется от 0 до 4.

В другом предпочтительном варианте в качестве подложки используют кремний, а в качестве промежуточного интердиффузионного слоя используют твердый раствор SixC1-x, где х изменяется от 0 до 1.

Еще в одном предпочтительном варианте в качестве подложки используют карбид кремния, а в качестве промежуточного интердиффузионного слоя используют твердый раствор SixC1-x, где х изменяется от 0 до 0,5.

Технический результат предложенного изобретения состоит в обеспечении улучшенного качества эпитаксиальной пленки за счет компенсации рассогласования решеток, и облегчении отделения эпитаксиальной пленки от ростовой подложки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее изобретение иллюстрируется чертежами, на которых представлена схема известного уровня техники, Фиг. 1, и схема, иллюстрирующая реализацию настоящего изобретения, Фиг. 2 и Фиг. 3.

На Фиг. 1 представлена схема известного из уровня техники способа выращивания эпитаксиальных пленок нитридов третьей группы на подложках с большими рассогласованиями постоянных кристаллических решеток с использованием буферных слоев, состоящих из нитридов третьей группы AlN, GaN и их твердых растворов AlxGa1-xN, AlxGay In1-x-yN, BxAlyGazIn1-x-y-zN.

На Фиг. 2 представлена схема, иллюстрирующая предложенный способ выращивания эпитаксиальных пленок нитридов третьей группы на подложках с большими рассогласованиями постоянных кристаллических решеток с использованием буферного слоя из полиморфного углерода.

На Фиг. 3 представлена схема, иллюстрирующая внутреннюю структуру полиморфного углеродного слоя.

На Фиг. 4 представлена схема, иллюстрирующая предложенный способ выращивания эпитаксиальных пленок нитридов третьей группы на подложках с большими рассогласованиями постоянных кристаллических решеток с использованием буферного слоя из полиморфного углерода при формировании промежуточного интердиффузионного слоя.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В предложенном способе используют полиморфный углеродный буферный слой 4, Фиг. 2, расположенный между подложкой 1 и эпитаксиальной пленкой 3 и состоящий из определенной смеси поликристаллического углерода 5 с преимущественно вертикально ориентированными базисными плоскостями поликристаллического углерода с преимущественно горизонтально ориентированными базисными плоскостями 6 и аморфного углерода 7.

Внутренняя структура 300 полиморфного углеродного слоя представлена на Фиг. 3 и включает области, состоящие из поликристаллического углерода 5 с базисными плоскостями, отклоняющимися от вертикали не более чем на 30°, области, состоящие из поликристаллического углерода 6 с базисными плоскостями, отклоняющимися от горизонтали не более чем на 30° и области 7, состоящие из аморфного углерода. Области 5 с преимущественно вертикально ориентированными базисными плоскостями обеспечивают согласование параметров решеток подложки и эпитаксиальной пленки за счет расклинивания относительно слабосвязанных между собой базовых плоскостей. Области 6 с преимущественно горизонтально ориентированными базисными плоскостями, служат для релаксации механических напряжений в эпитаксиальной пленке за счет горизонтального проскальзывания слабосвязанных между собой базовых плоскостей, а также для ослабления механической связи эпитаксиальной пленки с подложкой. Области аморфного углерода 7 являются связующим элементом, объединяющим полиморфный углеродный слой в единое целое.

Настоящее изобретение будет прояснено ниже на нескольких примерах его осуществления. Следует отметить, что последующее описание этих примеров осуществления является лишь иллюстративным и не является исчерпывающим.

Пример 1. Выращивание эпитаксиальной пленки нитрида галлия на сапфировой подложке с использованием буферного слоя из полиморфного углерода.

На Фиг. 2 представлена схема 200 выращивания эпитаксиальной пленки 3 нитрида галлия толщиной 100 мкм на сапфировой подложке 1 толщиной 300 мкм с использованием промежуточного буферного слоя 4 из полиморфного углерода толщиной 0,2 мкм, состоящего из 20% вертикально ориентированного поликристаллического углерода 5 с базисными плоскостями, отклоняющимися от вертикали не более чем на 30°, 70% горизонтально ориентированного поликристаллического углерода 6 с базисными плоскостями, отклоняющимися от горизонтали не более чем на 30°, и 10% аморфного углерода 7.

Полиморфный углеродный слой 4, толщиной 0,2 мкм наносится на сапфировую подложку методом осаждения из газовой фазы, активированной с помощью микроволнового плазменного разряда при температуре 450°C.

Эпитаксиальная пленка нитрида галлия наносится на подложку 1 с полиморфным углеродным слоем 4 методом хлорид-гидридной газофазной эпитаксии при температуре 1050°C.

После окончания роста подложка 1 с полиморфным углеродным буферным слоем 4 и нанесенной эпитаксиальной пленкой 3 нитрида галлия охлаждается в течение двух часов до температуры 400°C, при этом из-за возникающих термомеханических напряжений и вследствие ослабления за счет полиморфного углеродного буферного слоя 4 механической связи эпитаксиальной пленки с подложкой происходит самопроизвольное отделение эпитаксиальной пленки 3 от подложки 1.

Пример 2. Выращивание эпитаксиальной пленки нитрида галлия на подложке арсенида галлия с использованием буферного слоя из полиморфного углерода.

На Фиг. 2 представлена схема 200 выращивания эпитаксиальной пленки 3 нитрида галлия толщиной 200 мкм на подложке 1 арсенида галлия толщиной 300 мкм с использованием промежуточного буферного слоя 4 из полиморфного углерода толщиной 0,1 мкм, состоящего из 20% вертикально ориентированного поликристаллического углерода 5 с базисными плоскостями, отклоняющимися от вертикали не более чем на 30°, 70% горизонтально ориентированного поликристаллического углерода 6 с базисными плоскостями, отклоняющимися от горизонтали не более чем на 30°, и 10% аморфного углерода 7.

Полиморфный углеродный слой 4 толщиной 0,1 мкм наносится на сапфировую подложку методом осаждения из газовой фазы, активированной с помощью микроволнового плазменного разряда при температуре 400°C.

Эпитаксиальная пленка нитрида галлия наносится на подложку 1 с полиморфным углеродным слоем 4 методом хлорид-гидридной газофазной эпитаксии при температуре 1020°C.

После окончания роста подложка 1 с полиморфным углеродным буферным слоем 4 и нанесенной эпитаксиальной пленкой 3 нитрида галлия охлаждается в течение пяти часов до температуры 200°C, при этом из-за возникающих термомеханических напряжений и вследствие ослабления за счет полиморфного углеродного буферного слоя 4 механической связи эпитаксиальной пленки с подложкой происходит самопроизвольное отделение эпитаксиальной пленки 3 от подложки 1.

Пример 3. Выращивание эпитаксиальной пленки нитрида галлия на подложке карбида кремния с использованием буферного слоя из полиморфного углерода при формировании промежуточного интердиффузионного слоя SixC1-x.

На Фиг. 4 представлена схема 400 выращивания эпитаксиальной пленки 3 нитрида галлия толщиной 150 мкм на подложке 1 карбида кремния толщиной 300 мкм с использованием промежуточного буферного слоя 4 из полиморфного углерода толщиной 0,1 мкм, состоящего из 10% вертикально ориентированного поликристаллического углерода 5 с базисными плоскостями, отклоняющимися от вертикали не более чем на 30°, 85% поликристаллического углерода 6 с базисными плоскостями, отклоняющимися от горизонтали не более чем на 30°, и 5% аморфного углерода 7.

Полиморфный углеродный слой 4 толщиной 0,1 мкм наносится на подложку 1 карбида кремния методом осаждения из газовой фазы, активированной с помощью микроволнового плазменного разряда при температуре 850°C. При этом на границе между полиморфным углеродным слоем 4 и подложкой 1 карбида кремния образуется промежуточный интердиффузионный слой 8 толщиной 0,05 мкм, состоящий из твердого раствора SixC1-x, где х изменяется от 0,5 на границе с подложкой 1 карбида кремния до 0 на границе с полиморфным углеродным слоем 4.

Формирование промежуточного интердиффузионного слоя 8 происходит самопроизвольно на границе между полиморфным углеродным слоем и подложкой 1 карбида кремния вследствие взаимной диффузии атомов подложки в полиморфный углеродный слой 4 и атомов углерода из полиморфного углеродного слоя 4 в подложку 1 при температурах выше 700°C.

Промежуточный интердиффузионный слой 8 с плавным изменением химического состава обеспечивает плавное согласование параметров решетки подложки 1 карбида кремния и полиморфного углеродного слоя 4.

Эпитаксиальная пленка нитрида галлия наносится на подложку 1 карбида кремния с промежуточным интердиффузионным слоем 8 и полиморфным углеродным слоем 4 методом хлорид-гидридной газофазной эпитаксии при температуре 1050°C.

После окончания роста подложка 1 карбида кремния с промежуточным интердиффузионным слоем 8, полиморфным углеродным слоем 4 и нанесенной эпитаксиальной пленкой 3 нитрида галлия охлаждается в течение четырех часов до температуры 300°C, при этом из-за возникающих термомеханических напряжений и вследствие ослабления за счет полиморфного углеродного буферного слоя 4 механической связи эпитаксиальной пленки с подложкой происходит самопроизвольное отделение эпитаксиальной пленки 3 от подложки 1.

Пример 4. Выращивание эпитаксиальной пленки нитрида галлия на подложке кремния с использованием буферного слоя из полиморфного углерода при формировании промежуточного интердиффузионного слоя SixC1-x.

На Фиг. 4 представлена схема 400 выращивания эпитаксиальной пленки 3 нитрида галлия толщиной 200 мкм на подложке 1 кремния толщиной 400 мкм с использованием промежуточного буферного слоя 4 из полиморфного углерода толщиной 0,2 мкм, состоящего из 15% вертикально ориентированного поликристаллического углерода 5 с базисными плоскостями, отклоняющимися от вертикали не более чем на 30°, 80% поликристаллического углерода 6 с базисными плоскостями, отклоняющимися от горизонтали не более чем на 30°, и 5% аморфного углерода 7.

Полиморфный углеродный слой 4 толщиной 0,2 мкм наносится на подложку 1 кремния методом осаждения из газовой фазы, активированной с помощью микроволнового плазменного разряда при температуре 900°C. При этом на границе между полиморфным углеродным слоем 4 и подложкой 1 кремния образуется промежуточный интердиффузионный слой 8 толщиной 0,1 мкм, состоящий из твердого раствора SixC1-x, где х изменяется от 1 на границе с подложкой 1 кремния до 0 на границе с полиморфным углеродным слоем 4.

Формирование промежуточного интердиффузионного слоя 8 происходит самопроизвольно на границе между полиморфным углеродным слоем и подложкой 1 кремния вследствие взаимной диффузии атомов кремния из подложки 1 в полиморфный углеродный слой 4 и атомов углерода из полиморфного углеродного слоя 4 в подложку 1 при температурах выше 700°C.

Промежуточный интердиффузионный слой 8 с плавным изменением химического состава обеспечивает плавное согласование параметров решетки подложки 1 кремния, и полиморфного углеродного слоя 4.

Эпитаксиальная пленка нитрида галлия наносится на подложку 1 кремния с промежуточным интердиффузионным слоем 8 и полиморфным углеродным слоем 4 методом хлорид-гидридной газофазной эпитаксии при температуре 1050°C.

После окончания роста подложка 1 кремния с промежуточным интердиффузионным слоем 8, полиморфным углеродным слоем 4 и нанесенной эпитаксиальной пленкой 3 нитрида галлия охлаждается в течение четырех часов до температуры 300°C, при этом из-за возникающих термомеханических напряжений и вследствие ослабления за счет полиморфного углеродного буферного слоя 4 механической связи эпитаксиальной пленки с подложкой происходит самопроизвольное отделение эпитаксиальной пленки 3 от подложки 1.

Пример 5. Выращивание эпитаксиальной пленки нитрида галлия на подложке сапфира, с использованием буферного слоя из полиморфного углерода при формировании промежуточного интердиффузионного слоя Al4-xC3.

На Фиг. 4 представлена схема 400 выращивания эпитаксиальной пленки 3 нитрида галлия толщиной 300 мкм на подложке 1 сапфира толщиной 400 мкм с использованием промежуточного буферного слоя 4 из полиморфного углерода толщиной 0,1 мкм, состоящего из 10% вертикально ориентированного поликристаллического углерода 5 с базисными плоскостями, отклоняющимися от вертикали не более чем на 30°, 85% поликристаллического углерода 6 с базисными плоскостями, отклоняющимися от горизонтали не более чем на 30°, и 5% аморфного углерода 7.

Полиморфный углеродный слой 4 толщиной 0,1 мкм наносится на подложку 1 сапфира методом осаждения из газовой фазы, активированной с помощью микроволнового плазменного разряда при температуре 850°C. При этом на границе между полиморфным углеродным слоем 4 и подложкой 1 сапфира образуется промежуточный интердиффузионный слой 8 толщиной 0,05 мкм, состоящий из твердого раствора Al4-xC3, где х изменяется от 0 на границе с подложкой 1 сапфира до 4 на границе с полиморфным углеродным слоем 4.

Формирование промежуточного интердиффузионного слоя 8 происходит самопроизвольно на границе между полиморфным углеродным слоем и подложкой 1 сапфира вследствие взаимной диффузии атомов алюминия из подложки 1 в полиморфный углеродный слой 4 и атомов углерода из полиморфного углеродного слоя 4 в подложку 1 при температурах выше 800°C.

Промежуточный интердиффузионный слой 8 с плавным изменением химического состава обеспечивает плавное согласование параметров решетки подложки 1 сапфира, и полиморфного углеродного слоя 4.

Эпитаксиальная пленка нитрида галлия наносится на подложку 1 сапфира с промежуточным интердиффузионным слоем 8 и полиморфным углеродным слоем 4 методом хлорид-гидридной газофазной эпитаксии при температуре 1050°C.

После окончания роста подложка 1 сапфира, с промежуточным интердиффузионным слоем 8, полиморфным углеродным слоем 4 и нанесенной эпитаксиальной пленкой 3 нитрида галлия охлаждается в течение четырех часов до температуры 400°C, при этом из-за возникающих термомеханических напряжений и вследствие ослабления за счет полиморфного углеродного буферного слоя 4 механической связи эпитаксиальной пленки с подложкой происходит самопроизвольное отделение эпитаксиальной пленки 3 от подложки 1.

Несмотря на то, что настоящее изобретение было описано и проиллюстрировано примерами вариантов осуществления изобретения, необходимо отметить, что настоящее изобретение ни в коем случае не ограничено приведенными примерами.

Пример 6. Выращивание эпитаксиальной пленки нитрида алюминия на подложке кремния с использованием буферного слоя из полиморфного углерода при формировании промежуточного интердиффузионного слоя SixC1-x.

На Фиг. 4 представлена схема 400 выращивания эпитаксиальной пленки 3 нитрида алюминия толщиной 100 мкм на подложке 1 кремния толщиной 400 мкм с использованием промежуточного буферного слоя 4 из полиморфного углерода толщиной 0,2 мкм, состоящего из 15% вертикально ориентированного поликристаллического углерода 5 с базисными плоскостями, отклоняющимися от вертикали не более чем на 30°, 80% поликристаллического углерода 6 с базисными плоскостями, отклоняющимися от горизонтали не более чем на 30°, и 5% аморфного углерода 7.

Полиморфный углеродный слой 4 толщиной 0,2 мкм наносится на подложку 1 кремния методом осаждения из газовой фазы, активированной с помощью микроволнового плазменного разряда при температуре 900°C. При этом на границе между полиморфным углеродным слоем 4 и подложкой 1 кремния образуется промежуточный интердиффузионный слой 8 толщиной 0,1 мкм, состоящий из твердого раствора SixC1-x, где х изменяется от 1 на границе с подложкой 1 кремния до 0 на границе с полиморфным углеродным слоем 4.

Формирование промежуточного интердиффузионного слоя 8 происходит самопроизвольно на границе между полиморфным углеродным слоем и подложкой 1 кремния вследствие взаимной диффузии атомов кремния из подложки 1 в полиморфный углеродный слой 4 и атомов углерода из полиморфного углеродного слоя 4 в подложку 1 при температурах выше 700°C.

Промежуточный интердиффузионный слой 8 с плавным изменением химического состава обеспечивает плавное согласование параметров решетки подложки 1 кремния и полиморфного углеродного слоя 4.

Эпитаксиальная пленка нитрида алюминия наносится на подложку 1 кремния с промежуточным интердиффузионным слоем 8 и полиморфным углеродным слоем 4 методом хлорид-гидридной газофазной эпитаксии при температуре 1280°C.

После окончания роста подложка 1 кремния с промежуточным интердиффузионным слоем 8, полиморфным углеродным слоем 4 и нанесенной эпитаксиальной пленкой 3 нитрида алюминия охлаждается в течение пяти часов до температуры 300°C, при этом из-за возникающих термомеханических напряжений и вследствие ослабления за счет полиморфного углеродного буферного слоя 4 механической связи эпитаксиальной пленки с подложкой происходит самопроизвольное отделение эпитаксиальной пленки 3 от подложки 1.

Пример 7. Выращивание эпитаксиальной пленки твердого раствора InxGa1-xN, с атомной частью индия х=0.3 (In0.3Ga0.7N) на подложке сапфира с использованием буферного слоя из полиморфного углерода при формировании промежуточного интердиффузионного слоя Al4-xC3.

На Фиг. 4 представлена схема 400 выращивания эпитаксиальной пленки 3 твердого раствора InxGa1-xN толщиной 50 мкм на подложке 1 сапфира толщиной 400 мкм с использованием промежуточного буферного слоя 4 из полиморфного углерода толщиной 0,1 мкм, состоящего из 10% вертикально ориентированного поликристаллического углерода 5 с базисными плоскостями, отклоняющимися от вертикали не более чем на 30°, 85% поликристаллического углерода 6 с базисными плоскостями, отклоняющимися от горизонтали не более чем на 30°, и 5% аморфного углерода 7.

Полиморфный углеродный слой 4 толщиной 0,1 мкм наносится на подложку 1 сапфира методом осаждения из газовой фазы, активированной с помощью микроволнового плазменного разряда при температуре 850°C. При этом на границе между полиморфным углеродным слоем 4 и подложкой 1 сапфира образуется промежуточный интердиффузионный слой 8 толщиной 0,05 мкм, состоящий из твердого раствора Al4-xC3, где х изменяется от 0 на границе с подложкой 1 сапфира до 4 на границе с полиморфным углеродным слоем 4.

Формирование промежуточного интердиффузионного слоя 8 происходит самопроизвольно на границе между полиморфным углеродным слоем и подложкой 1 сапфира вследствие взаимной диффузии атомов алюминия из подложки 1 в полиморфный углеродный слой 4 и атомов углерода из полиморфного углеродного слоя 4 в подложку 1 при температурах выше 800°C.

Промежуточный интердиффузионный слой 8 с плавным изменением химического состава обеспечивает плавное согласование параметров решетки подложки 1 сапфира и полиморфного углеродного слоя 4.

Эпитаксиальная пленка нитрида галлия наносится на подложку 1 сапфира с промежуточным интердиффузионным слоем 8 и полиморфным углеродным слоем 4 методом хлорид-гидридной газофазной эпитаксии при температуре 920°C.

После окончания роста подложка 1 сапфира с промежуточным интердиффузионным слоем 8, полиморфным углеродным слоем 4 и нанесенной эпитаксиальной пленкой 3 твердого раствора InxGa1-xN охлаждается в течение четырех часов до температуры 400°C, при этом из-за возникающих термомеханических напряжений и вследствие ослабления за счет полиморфного углеродного буферного слоя 4 механической связи эпитаксиальной пленки с подложкой происходит самопроизвольное отделение эпитаксиальной пленки 3 от подложки 1.

Пример 8. Выращивание эпитаксиальной пленки твердого раствора AlxGa1-xN, с атомной частью алюминия х=0.25 (Al0.25Ga0.75N) на подложке кремния, с использованием буферного слоя из полиморфного углерода при формировании промежуточного интердиффузионного слоя SixC1-x.

На Фиг. 4 представлена схема 400 выращивания эпитаксиальной пленки 3 твердого раствора AlxGa1-xN толщиной 80 мкм на подложке 1 кремния толщиной 400 мкм с использованием промежуточного буферного слоя 4 из полиморфного углерода толщиной 0,2 мкм, состоящего из 15% вертикально ориентированного поликристаллического углерода 5 с базисными плоскостями, отклоняющимися от вертикали не более чем на 30°, 80% поликристаллического углерода 6 с базисными плоскостями, отклоняющимися от горизонтали не более чем на 30°, и 5% аморфного углерода 7.

Полиморфный углеродный слой 4 толщиной 0,2 мкм наносится на подложку 1 кремния методом осаждения из газовой фазы, активированной с помощью микроволнового плазменного разряда при температуре 900°C. При этом на границе между полиморфным углеродным слоем 4 и подложкой 1 кремния образуется промежуточный интердиффузионный слой 8 толщиной 0,1 мкм, состоящий из твердого раствора SixC1-x, где х изменяется от 1 на границе с подложкой 1 кремния до 0 на границе с полиморфным углеродным слоем 4.

Формирование промежуточного интердиффузионного слоя 8 происходит самопроизвольно на границе между полиморфным углеродным слоем и подложкой 1 кремния вследствие взаимной диффузии атомов кремния из подложки 1 в полиморфный углеродный слой 4 и атомов углерода из полиморфного углеродного слоя 4 в подложку 1 при температурах выше 700°C.

Промежуточный интердиффузионный слой 8 с плавным изменением химического состава обеспечивает плавное согласование параметров решетки подложки 1 кремния и полиморфного углеродного слоя 4.

Эпитаксиальная пленка твердого раствора AlxGa1-xN наносится на подложку 1 кремния с промежуточным интердиффузионным слоем 8 и полиморфным углеродным слоем 4 методом хлорид-гидридной газофазной эпитаксии при температуре 1090°C.

После окончания роста подложка 1 кремния с промежуточным интердиффузионным слоем 8, полиморфным углеродным слоем 4 и нанесенной эпитаксиальной пленкой 3 твердого раствора AlxGa1-xN охлаждается в течение пяти часов до температуры 300°C, при этом из-за возникающих термомеханических напряжений и вследствие ослабления за счет полиморфного углеродного буферного слоя 4 механической связи эпитаксиальной пленки с подложкой происходит самопроизвольное отделение эпитаксиальной пленки 3 от подложки 1.

Пример 9. Выращивание эпитаксиальной пленки твердого раствора Al0.74Ga0.1In0.16N, постоянная решетки которого совпадает с постоянной решетки нитрида галлия, на подложке сапфира с использованием буферного слоя из полиморфного углерода при формировании промежуточного интердиффузионного слоя Al4-xC3.

На Фиг. 4 представлена схема 400 выращивания эпитаксиальной пленки 3 твердого раствора Al0.74Ga0.1In0.16N толщиной 50 мкм на подложке 1 сапфира толщиной 400 мкм с использованием промежуточного буферного слоя 4 из полиморфного углерода толщиной 0,1 мкм, состоящего из 10% вертикально ориентированного поликристаллического углерода 5 с базисными плоскостями, отклоняющимися от вертикали не более чем на 30°, 85% поликристаллического углерода 6 с базисными плоскостями, отклоняющимися от горизонтали не более чем на 30°, и 5% аморфного углерода 7.

Полиморфный углеродный слой 4 толщиной 0,1 мкм наносится на подложку 1 сапфира методом осаждения из газовой фазы, активированной с помощью микроволнового плазменного разряда при температуре 850°C. При этом на границе между полиморфным углеродным слоем 4 и подложкой 1 сапфира образуется промежуточный интердиффузионный слой 8 толщиной 0,05 мкм, состоящий из твердого раствора Al4-xC3, где х изменяется от 0 на границе с подложкой 1 сапфира до 4 на границе с полиморфным углеродным слоем 4.

Формирование промежуточного интердиффузионного слоя 8 происходит самопроизвольно на границе между полиморфным углеродным слоем и подложкой 1 сапфира вследствие взаимной диффузии атомов алюминия из подложки 1 в полиморфный углеродный слой 4 и атомов углерода из полиморфного углеродного слоя 4 в подложку 1 при температурах выше 800°C.

Промежуточный интердиффузионный слой 8 с плавным изменением химического состава обеспечивает плавное согласование параметров решетки подложки 1 сапфира и полиморфного углеродного слоя 4.

Эпитаксиальная пленка твердого раствора Al0.74Ga0.1In0.16N наносится на подложку 1 сапфира с промежуточным интердиффузионным слоем 8 и полиморфным углеродным слоем 4 методом хлорид-гидридной газофазной эпитаксии при температуре 1020°C.

После окончания роста подложка 1 сапфира с промежуточным интердиффузионным слоем 8, полиморфным углеродным слоем 4 и нанесенной эпитаксиальной пленкой 3 твердого раствора Al0.74Ga0.1In0.16N охлаждается в течение четырех часов до температуры 400°C, при этом из-за возникающих термомеханических напряжений и вследствие ослабления за счет полиморфного углеродного буферного слоя 4 механической связи эпитаксиальной пленки с подложкой происходит самопроизвольное отделение эпитаксиальной пленки 3 от подложки 1.

Несмотря на то, что настоящее изобретение было описано и проиллюстрировано примерами вариантов осуществления изобретения, необходимо отметить, что настоящее изобретение ни в коем случае не ограничено приведенными примерами.

1. Способ выращивания эпитаксиальной пленки нитрида третьей группы на ростовой подложке, характеризующийся тем, что при выращивании эпитаксиальной пленки используют полиморфный углеродный буферный слой, расположенный между подложкой и эпитаксиальной пленкой и состоящий из смеси поликристаллического углерода с преимущественно вертикально ориентированными базисными плоскостями, поликристаллического углерода с преимущественно горизонтально ориентированными базисными плоскостями и аморфного углерода.

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что на границе между полиморфным углеродным слоем и подложкой формируют промежуточный интердиффузионный слой путем взаимной диффузии атомов подложки в полиморфный углеродный слой и атомов углерода из полиморфного углеродного слоя в подложку.

3. Способ по пп. 1 и 2, характеризующийся тем, что полиморфный углеродный буферный слой наносят при температуре в интервале от 100°C до 1200°C, причем указанный слой имеет толщину в пределах от 0,01 мкм до 10 мкм и содержит от 1 до 99% вертикально ориентированного поликристаллического углерода с базисными плоскостями, отклоняющимися от вертикали не более чем на 30°, а также от 1 до 99% горизонтально ориентированного поликристаллического углерода с базисными плоскостями, отклоняющимися от горизонтали не более чем на 30°, и от 0 до 50% аморфного углерода.

4. Способ по пп. 1 и 2, характеризующийся тем, что в качестве эпитаксиальной пленки используют нитриды третьей группы AlN, GaN и их твердые растворы AlxGa1-xN, InxGa1-xN, AlxGayIn1-x-yN, BxAlyGazIn1-x-y-z, где x, y и z изменяются в пределах от 0 до 1.

5. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что в качестве подложки используют сапфир, карбид кремния, кремний, арсенид галлия, нитрид галлия и нитрид алюминия.

6. Способ по п. 2, характеризующийся тем, что в качестве подложки используют сапфир, а в качестве промежуточного интердиффузионного слоя используют твердый раствор Аl4-хС3, где x изменяется от 0 до 4.

7. Способ по п. 2, характеризующийся тем, что в качестве подложки используют кремний, а в качестве промежуточного интердиффузионного слоя используют твердый раствор SixC1-x, где x изменяется от 0 до 1.

8. Способ по п. 2, характеризующийся тем, что в качестве подложки используют карбид кремния, а в качестве промежуточного интердиффузионного слоя используют твердый раствор SixC1-x, где x изменяется от 0 до 0,5.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии получения кремниевых наноструктур. В способе изготовления кремниевого чувствительного элемента для люминесцентного сенсора кислорода на подложке монокристаллического кремния p-типа проводимости с кристаллографической ориентацией поверхности (100) с удельным сопротивлением от 1 до 10 мОм·см выращивается слой пористых кремниевых нанонитей методом последовательного выдерживания в следующих растворах: вначале в водном растворе нитрата серебра с концентрацией от 0.02 до 0.04 моль/л и плавиковой кислоты с концентрацией 5 моль/л в соотношении 1:1 в течение времени от 30 до 60 с для нанесения наночастиц серебра на поверхность кремниевой пластины, затем в смеси плавиковой кислоты с концентрацией 5 моль/л и 30% перекиси водорода в соотношении 10:1 в течение времени от 20 до 60 мин для образования кремниевых нанонитей в результате химического травления кремниевой пластины в местах, покрытых наночастицами серебра, и в завершении - в 65%-ном растворе азотной кислоты в течение времени от 10 до 20 мин для удаления наночастиц серебра и стабилизации поверхности кремниевых нанонитей, в результате чего получаются пористые кремниевые нанонити с длиной от 2 до 5 мкм, размером поперечного сечения от 30 до 300 нм, обладающие люминесценцией в диапазоне от 650 до 850 нм, интенсивность которой зависит от присутствия молекул кислорода.

Изобретение относится в технологии производства пленок карбида кремния на кремнии, которые могут быть использованы в качестве подложек или функциональных слоев при изготовлении приборов полупроводниковой электроники, работающих в экстремальных условиях - повышенных уровнях радиации и температур.

Способ формирования наноразмерных структур предназначен для получения полосок тонких пленок наноразмерной ширины с целью их исследования и формирования элементов наноэлектромеханических систем (НЭМС). Сущность изобретения заключается в том, что в способе формирования наноразмерных структур, включающем получение заготовок тонких пленок и выделение из них полосок тонких пленок, по меньшей мере, одну заготовку тонкой пленки закрепляют внутри заполненного объема, который устанавливают в держатель микротома таким образом, чтобы плоскость заготовки тонкой пленки оказалась непараллельна плоскости реза, после этого ножом осуществляют рез заполненного объема с, по меньшей мере, одной заготовкой тонкой пленки и получение плоского фрагмента с полоской тонкой пленки. Существуют варианты, в которых заполненный объем устанавливают в держателе микротома таким образом, чтобы плоскость заготовки тонкой пленки оказалась перпендикулярна плоскости реза и перпендикулярна направлению реза; или заполненный объем устанавливают в держателе микротома таким образом, чтобы плоскость заготовки тонкой пленки оказалась перпендикулярна плоскости реза и параллельна направлению реза. Существуют также варианты, в которых после осуществления реза проводят исследование зондом сканирующего зондового микроскопа поверхности заполненного объема с, по меньшей мере, одной заготовкой тонкой пленки; или производят модификацию заготовки тонкой пленки, расположенной внутри заполненного объема. Существуют также варианты, в которых модификация заготовки тонкой пленки заключается в механическом воздействии на нее зондом; или в электрическом воздействии на нее зондом; или в электрохимическом воздействии на нее зондом; или в воздействии на нее электронным пучком; или в воздействии на нее ионным пучком; или в воздействии на нее рентгеновским пучком; или в воздействии на нее пучком альфа-частиц; или в воздействии на нее пучком протонов; или в воздействии на нее пучком нейтронов. Существует также вариант, в котором внутри заполненного объема закрепляют набор заготовок тонких пленок; при этом заготовки тонких пленок расположены параллельно друг другу. Существует также вариант, в котором в качестве тонких пленок используется графен. Все перечисленные варианты способа расширяют его функциональные возможности.

Использование: для замкнутого цикла производства новых изделий наноэлектроники. Сущность изобретения заключается в том, что в нанотехнологический комплекс на основе ионных и зондовых технологий, включающий распределительную камеру со средствами откачки, в которой расположен центральный робот распределитель с возможностью осевого вращения, содержащий захват носителей подложек, при этом распределительная камера содержит фланцы, которыми она соединена с камерой загрузки и модулем ионной имплантации, захват носителей подложек имеет возможность взаимодействия с камерой загрузки и модулем ионной имплантации, введен измерительный модуль, включающий сканирующий зондовый микроскоп и модуль ионных пучков с системой газовых инжекторов, при этом они соединены с фланцами распределительной камеры и имеют возможность взаимодействия с захватом носителей подложек.

Способ получения слоистого наноматериала, включающий формирование слоев различного состава, отличается тем, что, по крайней мере, одну из граничащих друг с другом областей соседних слоев, в пределах ее толщины, по меньшей мере, равной трем монослоям, формируют из неоднородных по структуре элементов, которые хотя бы в одном направлении имеют размеры, кратные периоду решетки соседнего слоя и/или четверти длины волны своих валентных электронов.

Изобретение относится к технологии микроэлектроники и может быть использовано для получения слоев карбида кремния при изготовлении микроэлектромеханических устройств, фотопреобразователей с широкозонным окном 3С-SiC, ИК-микроизлучателей.

Изобретение относится к области нанотехнологий, а именно к способам создания эпитаксиальных медных структур на поверхности полупроводниковых подложек и может быть использовано при создании твердотельных электронных приборов.

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых материалов. Способ изготовления изделий, содержащих кремниевую подложку с пленкой карбида кремния на ее поверхности, осуществляется в газопроницаемой камере, размещенной в реакторе, в который подают смесь газов, включающую оксид углерода и кремнийсодержащий газ, при этом давление в реакторе 20-600 Па, температура 950-1400°C.

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых материалов и может быть использовано при создании полупроводниковых приборов. Изобретение позволяет упростить технологию получения применением одной поликристаллической мишени, улучшить качество пленок за счет высокой адгезии.

Группа изобретений относится к полупроводниковым материалам. Способ (вариант 1) включает обеспечение реакционной камеры, обеспечение полупроводниковой подложки, обеспечение прекурсорного газа или газов, выполнение эпитаксиального CVD выращивания легированного полупроводникового материала на подложке в реакционной камере для формирования первого слоя, продувку реакционной камеры газовой смесью, включающей водород и газ, содержащий галоген, с обеспечением уменьшения эффекта памяти легирующей примеси без удаления сопутствующего осажденного слоя из зоны реакции и выполнение эпитаксиального CVD выращивания легированного полупроводникового материала на указанной подложке в реакционной камере для формирования второго слоя.

Изобретение относится к способу изготовления высококачественных пластин нитрида галлия эпитаксиальным выращиванием с низкой плотностью дислокации на подложке и отделением от исходной подложки, а также к полупроводниковым пластинам, имеющим кристалл GaN.

Изобретение относится к технологии получения монокристаллического нитрида алюминия, который входит в состав светоизлучающих диодов и лазерных элементов. .

Изобретение относится к технологии выращивания полупроводниковых материалов и может быть использовано для получения монокристаллов нитрида галлия, а также твердых растворов на его основе.

Изобретение относится к технологии получения объемных монокристаллов и может быть использовано, преимущественно, в оптоэлектронике при изготовлении подложек для различных оптоэлектронных устройств, в том числе светодиодов, излучающих свет в ультрафиолетовом диапазоне.

Изобретение относится к технологии получения монокристаллов нитрида галлия или нитрида алюминия-галлия. .

Изобретение относится к области выращивания микромонокристаллов нитрида алюминия. .

Изобретение относится к технологии выращивания слоя нитрида галлия с использованием эпитаксии металлоорганических соединений из газовой фазы и получению нитридного полупроводникового устройства.

Изобретение относится к области материаловедения и может быть использовано в технологии изготовления металлических, полупроводниковых и диэлектрических материалов и приборов, в частности для нанесения многослойных нанокристаллических тонких пленок этих материалов химическим способом.
Наверх