ES2808992T3 - Un procedimiento para producir estructuras de columna UV que emiten luz y las estructuras producidas usando este procedimiento - Google Patents

Un procedimiento para producir estructuras de columna UV que emiten luz y las estructuras producidas usando este procedimiento Download PDF

Info

Publication number
ES2808992T3
ES2808992T3 ES17461607T ES17461607T ES2808992T3 ES 2808992 T3 ES2808992 T3 ES 2808992T3 ES 17461607 T ES17461607 T ES 17461607T ES 17461607 T ES17461607 T ES 17461607T ES 2808992 T3 ES2808992 T3 ES 2808992T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
substrate
pss
kpa
rpm
minutes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES17461607T
Other languages
English (en)
Inventor
Mariusz Rudzinski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Instytut Tech Materialow Elektronicznych
Instytut Technologii Materialow Elektronicznych
Original Assignee
Instytut Tech Materialow Elektronicznych
Instytut Technologii Materialow Elektronicznych
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Instytut Tech Materialow Elektronicznych, Instytut Technologii Materialow Elektronicznych filed Critical Instytut Tech Materialow Elektronicznych
Application granted granted Critical
Publication of ES2808992T3 publication Critical patent/ES2808992T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/819—Bodies characterised by their shape, e.g. curved or truncated substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/01—Manufacture or treatment
    • H10H20/011—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers
    • H10H20/013—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials
    • H10H20/0133—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials with a substrate not being Group III-V materials
    • H10H20/01335—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials with a substrate not being Group III-V materials the light-emitting regions comprising nitride materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/01—Manufacture or treatment
    • H10H20/011—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers
    • H10H20/013—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials
    • H10H20/0137—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials the light-emitting regions comprising nitride materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/01—Manufacture or treatment
    • H10H20/011—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers
    • H10H20/018—Bonding of wafers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/813—Bodies having a plurality of light-emitting regions, e.g. multi-junction LEDs or light-emitting devices having photoluminescent regions within the bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/815—Bodies having stress relaxation structures, e.g. buffer layers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/817—Bodies characterised by the crystal structures or orientations, e.g. polycrystalline, amorphous or porous
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/819—Bodies characterised by their shape, e.g. curved or truncated substrates
    • H10H20/821—Bodies characterised by their shape, e.g. curved or truncated substrates of the light-emitting regions, e.g. non-planar junctions
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/822—Materials of the light-emitting regions
    • H10H20/824—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP
    • H10H20/825—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP containing nitrogen, e.g. GaN

Abstract

Un procedimiento para producir estructuras de columna (11) UV emisoras de luz usando la epitaxia de los compuestos organometálicos de la fase gaseosa en una placa (1) de Sustrato de Zafiro con Patrón (PSS) que tiene una superficie para epitaxia provista con salientes con una forma regular, que tiene una punta y una superficie (8) lateral, en particular salientes con una forma cónica, caracterizado porque comprende las etapas de: A. depositar una capa de nucleación de AIN de baja temperatura (también llamada nucleica) (2) en los salientes (7) del sustrato (1) PSS, en particular sobre la superficie lateral de un saliente (8) y sobre la punta de un saliente (9) en la que en una temperatura de 600 °C a 750 °C, preferiblemente 680 °C, con una presión dentro de un intervalo de 0 a 20 kPa, preferiblemente 5 kPa, se dispara el flujo de gases: trimetilaluminio (TMA) 5 ml/min y amoníaco (NH3) 300 ml/min durante un periodo de 30 segundos a 6 minutos, preferiblemente 3 minutos, con una rotación simultánea del sustrato (1) PSS en un plano horizontal con una velocidad de 0 a 100 rpm, preferiblemente 50 rpm; B. cultivar un grano (10) sobre al menos una punta del saliente (9) aumentando la temperatura del sustrato (1) PSS con una velocidad de 30 a 100 °C/min, preferiblemente 75 °C/min, a una temperatura en el intervalo de 1.100 °C a 1.400 °C, preferiblemente 1.150 °C, y recocido durante un periodo de 1 a 10 minutos, preferiblemente 2,5 minutos, y posteriormente, con una presión dentro de un intervalo de 0 a 20 kPa, preferiblemente 5 kPa, disparando el flujo de gases: trimetilaluminio (TMA) 50 ml/min y amoníaco (NH3) variable linealmente de 50 ml/min a 5 ml/min sobre un periodo de 1 a 60 minutos, preferiblemente 35 minutos, con una rotación simultánea del sustrato (1) PSS en un plano horizontal con una velocidad de 0 a 100 rpm, preferiblemente 50 rpm; C. expandir el grano (10), ya que la temperatura se mantiene dentro de un intervalo de 1.100 °C a 1.400 °C, preferiblemente 1.150 °C, con una presión dentro de un intervalo de 0 a 20 kPa, preferiblemente 5 kPa, y se mantiene el flujo de gases: trimetilaluminio (TMA) 50 ml/min y un flujo constante de amoníaco (NH3) 5 ml/min durante un período de 5 a 15 minutos, preferiblemente 10 minutos, con una rotación simultánea del sustrato (1) PSS en un plano horizontal con una velocidad de 0 a 100 rpm, preferiblemente 50 rpm; D. hacer crecer una columna (11) sobre la superficie (10) del grano depositando una capa de AlxGa(1-x)N con un contenido (4) de Al decreciente, donde 0<=x<=1, porque la temperatura se mantiene dentro de un intervalo de 1.100 °C a 1.250 °C, preferiblemente 1.150 °C, con la presión dentro de un intervalo de 0 a 20 kPa, preferiblemente 5 kPa, se dispara el flujo de gases: trimetilaluminio (TMA) 25 ml/min y el flujo variable lineal de trimetilgallio (TMG) de 1 ml/min a 20 ml/min sobre un periodo de 30 a 60 minutos, preferiblemente 45 min, y el flujo de trimetilaluminio (TMA) hasta 5 ml/min, con una rotación simultánea de sustrato (1) PSS en un plano horizontal con una velocidad de 0 a 100 rpm, preferiblemente 50 rpm; E. depositar otra capa de AlxGa(1-x)N con un contenido (6) constante de Al sobre la capa depositada en dicha etapa D, donde 0<=x<=1, en la que la temperatura se mantiene dentro de un intervalo de 1.100 °C a 1.200 °C, preferiblemente 1.150 °C, con una presión dentro de un intervalo de 0 a 20 kPa, preferiblemente 5 kPa, se dispara 35 el flujo de gases: trimetilaluminio (TMA) dentro de un intervalo de 5 a 50 ml/min, preferiblemente 30 ml/min, el flujo de trimetilgallio (TMG) de 1 a 50 ml/min durante un período de 1 a 30 minutos, preferiblemente 15 minutos, con una rotación simultánea del sustrato (1) PSS en un plano horizontal con una velocidad de 0 a 100 rpm, preferiblemente 50 rpm.

Description

DESCRIPCIÓN
Un procedimiento para producir estructuras de columna UV que emiten luz y las estructuras producidas usando este procedimiento
El objeto de la invención es un procedimiento para producir estructuras de columnas UV que emiten luz de mayor potencia y superficie de iluminación y las estructuras producidas usando este procedimiento.
Estado de la técnica
El documento WO2016087509A1 describe una solución de un diodo emisor de luz que brilla en verde o rojo, que emite una onda con una longitud que varía de 430 nm a 570 nm, hecha sobre un sustrato con numerosas columnas sobre el material del sustrato de GaN. Sobre las columnas de GaN producidas por el crecimiento de cristales sobre un sustrato enmascarado con SiO2, las capas subsiguientes de material se depositan, se dopan con, por ejemplo, InGaN. La tecnología para producir un diodo l Ed que brilla en el intervalo de luz visible con una superficie de iluminación más grande descrita en el documento utiliza columnas sobre un sustrato de GaN como un sustrato con una superficie más grande. La forma de las columnas resulta de la forma de las aberturas en la máscara y no de la estructura de la red cristalina. Aquí, las columnas constituyen un sustrato que soporta la estructura restante; su estructura cristalina no está controlada, por lo que las estructuras producidas tendrían un rendimiento de iluminación y la longitud de onda emitida sería aleatoria y variable dentro de un amplio intervalo. Los documentos US7521274 y US20160013362A1 describen una estructura de GaN en forma de nanocolumnas producidas por el crecimiento de cristales de elementos del grupo 3 y galio, incluyendo GaN, por un sustrato enmascarado preparado adecuadamente. La longitud, la sección transversal, la orientación, la posición y otras características de las columnas pueden tener una forma precisa durante el crecimiento. Las capas posteriores se depositan sobre las columnas producidas. Las columnas de GaN preparadas pueden formar matrices complejas para la preparación de estructuras LED o láseres. La descripción divulgada se caracteriza por desventajas similares en comparación con la descrita en el documento WO2016087509A1.
El documento US 2011/204378 A1 divulga la formación de una estructura de GaN formada sobre la porción plana de una estructura que sobresale sobre una estructura de zafiro con patrón.
Sumario de la invención
La esencia de la presente invención es un procedimiento para producir estructuras de columna UV emisoras de luz usando la epitaxia de los compuestos organometálicos de la fase gaseosa sobre una placa de Sustrato de Zafiro con Patrón (PSS) que tiene una superficie para epitaxia provista con saliente con una forma regular, que tiene una punta y una superficie lateral, en particular salientes con una forma cónica, caracterizado porque comprende las etapas de:
A. depositar una capa de nucleación de AIN a baja temperatura (también llamada nucleica) (2) en los salientes (7) del sustrato (1) PSS, en particular sobre la superficie lateral de un saliente (8) y sobre la punta de un saliente (9) en la que en una temperatura de 600 °C a 750 °C, preferiblemente 680 °C, con una presión dentro de un intervalo de 0 a 20 kPa, preferiblemente 5 kPa, se dispara el flujo de gases: trimetilaluminio (TMA) 5 ml/min y amoníaco (NH3) 300 ml/min durante un periodo de 30 segundos a 6 minutos, preferiblemente 3 minutos, con una rotación simultánea del sustrato (1) PSS en un plano horizontal con una velocidad de 0 a 100 rpm , preferiblemente 50 rpm;
B. cultivar un grano (10) sobre al menos una punta del saliente (9) aumentando la temperatura del sustrato (1) PSS con una velocidad de 30 a 100 °C/min, preferiblemente 75 °C/min, a una temperatura en el intervalo de 1.100 °C a 1.400 °C, preferiblemente 1.150 °C, y recocido durante una duración de 1 a 10 minutos, preferiblemente 2,5 minutos, y posteriormente, con una presión dentro de un intervalo de 0 a 20 kPa, preferiblemente 5 kPa, disparando el flujo de gases: trimetilaluminio (TMA) 50 ml/min y amoníaco (NH3) variable linealmente de 50 ml/min a 5 ml/min sobre una duración de 1 a 60 minutos, preferiblemente 35 minutos, con una rotación simultánea del sustrato (1) PSS en un plano horizontal con una velocidad de 0 a 100 rpm, preferiblemente 50 rpm;
C. expandir el grano (10), ya que la temperatura se mantiene dentro de un intervalo de 1.100 °C a 1.400 °C, preferiblemente 1.150 °C, con una presión dentro de un intervalo de 0 a 20 kPa, preferiblemente 5 kPa, y se mantiene el flujo de gases: trimetilaluminio (TMA) 50 ml/min y un flujo constante de amoníaco (NH3) 5 ml/min durante un período de 5 a 15 minutos, preferiblemente 10 minutos, con una rotación simultánea del sustrato (1) PSS en un plano horizontal con una velocidad de 0 a 100 rpm, preferiblemente 50 rpm;
D. hacer crecer una columna (11) sobre la superficie (10) del grano depositando una capa de AlxGa(1-x)N con un contenido (4) de Al decreciente, donde 0<x<1, en el que la temperatura se mantiene dentro de un intervalo de 1.100 °C a 1.250 °C, preferiblemente 1.150 °C, con la presión dentro de un intervalo de 0 a 20 kPa, preferiblemente 5 kPa, el flujo de gases se dispara: trimetilaluminio (TMA) 25 ml/min y el flujo variable lineal de trimetilgallio (TMG) de 1 ml/min a 20 ml/min durante un periodo de 30 a 60 minutos, preferiblemente 45 min, y el flujo de trimetilaluminio (TMA) hasta 5 ml/min, con una rotación simultánea de sustrato (1) PSS en un plano horizontal con una velocidad de 0 a 100 rpm, preferiblemente 50 rpm;
E. depositar otra capa de AlxGa(1-x)N con un contenido (6) constante de Al sobre la capa depositada en dicha etapa D, donde 0<x<1, en la que la temperatura se mantiene dentro de un intervalo de 1.100 °C a 1.200 °C, preferiblemente 1.150 °C, con una presión dentro de un intervalo de 0 a 20 kPa, preferiblemente 5 kPa, se dispara el flujo de gases: trimetilaluminio (TMA) dentro de un intervalo de 5 a 50 ml/min, preferiblemente 30 ml/min, el flujo de trimetilgallio (TMG) de 1 a 50 ml/min durante un período de 1 a 30 minutos, preferiblemente 15 minutos, con una rotación simultánea del sustrato (1) PSS en un plano horizontal con una velocidad de 0 a 100 rpm, preferiblemente 50 rpm.
Preferiblemente, la etapa A está precedida por una etapa adicional de limpieza del sustrato (1) PSS mediante su recocido preliminar en una atmósfera de H2 y/o N2 o sus mezclas, con una presión dentro de un intervalo de 0 a 20 kPa, preferiblemente 5 kPa, y una temperatura de 1.000 °C a 1.400 °C, preferiblemente 1.150 °C, con una rotación simultánea del sustrato (1) p Ss en un plano horizontal con una velocidad de 0 a 100 rpm, preferiblemente 50 rpm.
Preferiblemente, después de dicha etapa de limpieza, se reduce la temperatura del sustrato (1) PSS a una temperatura dentro de un intervalo de 600 °C a 750 °C, preferiblemente 650 °C, con una velocidad de 50 °C a 200 °C, preferiblemente 120 °C/min.
Preferiblemente, se realiza el dopado de la capa de AlxGa(1-x)N con un contenido (6) constante de Al en la etapa E, donde 0<x<1, por un dopante de tipo n, por ejemplo silicio, y/o un dopante de tipo p, por ejemplo magnesio, en el que se agrega un compuesto que comprende el dopante o su precursor, preferiblemente seleccionado de un grupo que comprende: silano SiH4 , Bis(ciclopentadienil)magnesio (CpsHs^Mg, al entorno de crecimiento (a un reactor) en el que continúa el crecimiento.
Una estructura de semiconductores en forma de una columna incrustada sobre un sustrato en forma de una placa de Sustrato de Zafiro con Patrón (PSS) provista con salientes de una forma regular, que tienen una punta y una superficie lateral, en particular salientes de una forma cónica, donde la relación altura a ancho de la columna es al menos 1:1 y la columna tiene una capa policristalina en una parte de la columna ubicada entre la superficie lateral del saliente del sustrato PSS y la capa monocristalina de la columna, que se coloca en la parte superior de la columna, distante del sustrato PSS, de acuerdo con la invención se caracteriza porque la superficie (12) de contacto entre la capa (13) policristalina y la capa (14) monocristalina tiene la forma de un cono con una punta compartida con el saliente (7) del sustrato (1) PSS, y la capa (14) monocristalina constituye al menos una parte de las paredes (15) laterales de la columna (11).
La invención también comprende una estructura semiconductora que comprende al menos dos estructuras descritas anteriormente, donde la distancia entre las dos paredes más cercanas de las dos columnas vecinas varía de 300 a 700 nm.
Una realización preferible de la invención.
La invención se presentará ahora con más detalle en una realización preferible, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
fig. 1 Presenta un sustrato (1) PSS junto con salientes (7) que tienen una superficie lateral de los salientes (8) y una punta del saliente (9). Entre los salientes (9) hay una parte (16) plana.
fig. 2 Una capa (2) de nucleación de AIN (N-AIN) a baja temperatura después del recocido, lo que significa recristalización en 1.100 °C y sobre un periodo de 2,5 minutos.
fig. 3 La punta del saliente (9) con una capa (2) de nucleación de AlN (N-AlN) a baja temperatura depositada con la forma de un hexágono, que demuestra una orientación cristalográfica bien definida. La dirección de cristalización es perpendicular a la superficie del sustrato (1) PSS y es la dirección [0001]. A su alrededor hay muchos otros cristalitos visibles con una orientación cristalográfica diferente, pero distribuidos regularmente alrededor, lo que está estrechamente relacionado con la forma de los salientes (9) y, por lo tanto, una exposición local de los planos cristalográficos individuales de zafiro, que pueden permitir localmente crecimiento en direcciones cristalográficas más privilegiadas.
fig. 4A Capa (HT AIN) (3) de AIN-1 de alta temperatura. En las puntas de los salientes (9) hay granos (10) claramente visibles.
fig. 5 Una imagen SEM que representa una estructura que tiene columnas (11) en una vista axonométrica con paredes (15) laterales visibles.
fig. 6 Una imagen SEM que representa una estructura que tiene columnas (11) en una vista superior que representa distancias entre las columnas (11).
fig. 7 Un dibujo esquemático de la sección transversal de la columna (11) con una capa (13) policristalina visible incrustada en el saliente (7) del sustrato (1) PSS. La capa (14) monocristalina tiene la forma de un cono con una punta compartida con el saliente (7) y un ángulo (0 <a<270 °) y constituye al menos partes de las paredes (15) laterales. Las dislocaciones (18) de hebras que se extienden en paralelo al sustrato (1) PSS se extienden desde la punta compartida con el saliente (7).
La descripción del dispositivo en el que se implementó la invención:
Un dispositivo comercial para la epitaxia de compuestos organometálicos en la fase gaseosa en una presión reducida (MOVPe LP - Epitaxia de Fase de Vapor Orgánico-Metal a Baja Presión, o MOCVD LP - Deposición de Vapor Químico Metal-Orgánico a Baja Presión), un reactor de nivel (horizontal) de la compañía AIXTROn , modelo de dispositivo AiX2004RF-S diseñado para una placa de sustrato de 5,08 cm. También es posible implementar la invención en otros reactores de este tipo ajustados a la generación de capas del grupo de materiales Alll-BV, incluso reactores verticales para producción en serie múltiple que permiten la generación de varias a varias docenas de placas de 5,08 cm o una cantidad menor de placas de sustrato de 7,62 cm, 10,16 cm, 15,24 cm, 20,32 cm, etc. en un solo paso.
Las capas de la estructura:
6 Una capa de AlxGa(1-x)N con un contenido constante de Al
5 Una capa de AlxGa(1-x)N con un contenido de Al variable (decreciente) de AIN a AlxGa(1-x)N
4 Una capa (HT AlN) de AlN-2 de alta temperatura
3 Una capa (HT AlN) de AlN-1 de alta temperatura
2 Una capa de nucleación de AlN (LT NL AlN) de baja temperatura (también llamada nucleica)
1 Un sustrato PSS
Descripción del procedimiento:
Se recuece preliminarmente el sustrato (1) PSS (Sustrato de Zafiro con Patrón), que tiene una superficie para epitaxia provista con salientes con una forma regular, que tiene una punta (9) y una superficie (8) lateral, en particular salientes de forma cónica, en la atmósfera de H2 y/o N2 o una mezcla de los mismos, con una presión de 5 kPa (posible 0-20 kPa) y una temperatura de 1.150 °C (posible de 1.000 °C a 1.400 °C), con una rotación simultánea del sustrato (1) PSS en un plano horizontal con una velocidad de aproximadamente 50 rpm (posiblemente de 30 a 100 rpm). Posteriormente, su temperatura se reduce a 680 °C (con una velocidad de ~120 °C/min), cambiando a la temperatura de cristalización de AIN. Los parámetros de cristalización son: una presión de 5 kPa (también posible 0-20 kPa) y una temperatura de 680 °C (posible 600-750 °C), el flujo de gases se dispara: trimetilaluminio (TMA) 5 ml/min, amoniaco (NH3) 300 ml/min. El tiempo de cristalización de la capa es de 4 min (tiempo posible de 30 s a 6 min), rotaciones de la mesa de 50 rpm (posible de 30 a 100 rpm).
En esta etapa, se genera una capa (2) de nucleación de AIN a baja temperatura en los salientes (7) del sustrato (1) PSS y en la parte (16) plana ubicada entre los salientes (7).
Antes de aplicar una capa de AIN-1 de alta temperatura (3), la temperatura se aumenta a 1.100 °C (con una velocidad de —150 °C/min) y el recocido de la capa (2) de nucleación de baja temperatura se lleva a cabo durante 2,5 minutos, que es cuando se produce la recristalización de la capa policristalina de AIN depositada.
En esta etapa, se generan núcleos (17) de cristalización como resultado de la recristalización de núcleos en los salientes (7) del sustrato (1) PSS y en la parte (16) plana ubicada entre los salientes (7). Mientras que la orientación cristalográfica de los núcleos (17) individuales depende de la forma del saliente (7) y, por lo tanto, de la exposición local de los planos cristalográficos individuales de zafiro, que localmente pueden permitir el crecimiento de AlN (o recristalización) en más direcciones cristalográficas privilegiadas, debido a que los núcleos y posteriormente los cristalitos de AIN se generan en la superficie del saliente (7) con varias direcciones de cristalización y dependen del lugar del saliente en la que se ubicó originalmente el núcleo de cristalización. Sin embargo, lo más importante es que un cristalito de AlN correctamente orientado llamado en la presente descripción un "grano" (10), a partir del cual crecerá la columna (11), se genera en la punta (9) del saliente (7).
Posteriormente, se produce una capa (3) de AlN-1 de alta temperatura; con este fin, se alcanza una temperatura de cristalización de AlN de 1.150 °C (intervalo posible de 1.100 °C a 1.400 °C). Los parámetros de cristalización son: una presión de 5 kPa (posible 0-20 kPa y superior) y una temperatura de 1.150 °C (posible intervalo de 1.100 °C a 1.400 °C), el flujo de trimetilaluminio (TMA) 50 ml/min, el flujo de amoniaco (NH3) linealmente variable de 50 ml/min a 5 ml/min en un período de tiempo de 35 minutos. El tiempo de cristalización de la capa es de 35 min, las rotaciones de la mesa son de 50 rpm (intervalo posible de 0 a 100 rpm). La velocidad de cristalización de la capa es de aproximadamente 9 nm/min.
En esta etapa, el crecimiento de los cristalitos de AIN se genera en las salientes (7) del sustrato (1) PSS y sobre la parte (16) plana ubicada entre los salientes (7), las direcciones de la cristalización de AIN dependen del lugar en el que se localizó (generó) el núcleo de cristalización dado. Los granos (10), ubicados sobre las puntas de los conos individuales del sustrato (1) PSS, comienzan a cristalizar más rápido y, al crecer ligeramente hacia arriba y hacia los lados, aumentan su volumen. De esta manera, se genera una capa (HT AlN) (3) de AIN-1 de alta temperatura.
Con el fin de producir otra capa (4) de AlN-2 de alta temperatura, se mantiene una temperatura de cristalización de AlN de 1.150 °C (intervalo posible de 1.100 a 1.400 °C), pero con un flujo bajo constante de amoníaco. Los parámetros de cristalización son: una presión de 5 kPa (posible 0-20 kPa) y una temperatura de 1.150 °C (posible intervalo de 1.100 a 1.400 °C), el flujo de gases: trimetilaluminio (TMA) 50 ml/min, flujo constante de amoniaco (NH3) 5 ml/min. El tiempo de cristalización de la capa es de 5 min, las rotaciones de la mesa son de 50 rpm (intervalo posible de 0 a 100 rpm). La velocidad de cristalización de la capa es de aproximadamente 9 nm/min. De esta manera, se genera una capa (HT AIN) (4) de AIN-2 de alta temperatura.
Como alternativa, se puede lograr el mismo efecto mediante:
- acortando el tiempo de cristalización de la capa (3) de AIN-1 de alta temperatura y extendiendo el tiempo de cristalización de la capa (4) de AlN-2 de alta temperatura.
- extendiendo el tiempo de cristalización de la capa (3) de AIN-1 de alta temperatura y acortando el tiempo de cristalización de la capa (4) de AlN-2 de alta temperatura.
- excluyendo la capa (4) de AlN-2 de alta temperatura y seleccionando adecuadamente el tiempo para la capa (3) de AIN-1 de alta temperatura.
En esta etapa, se genera un mayor crecimiento de los granos (10) (núcleos de cristalización ubicados en las puntas (9) de los salientes (7) del sustrato (1) PSS). Se agrandan de forma plana y vertical. Se crean cristalitos con una forma hexagonal uniforme y un sistema de cristales homogéneos, siendo su diámetro menor que el diámetro de la base del cono. Estos cristalitos comienzan a dominar en esta área, sin embargo, están rodeados por múltiples cristalitos con diferentes planos y direcciones de cristalización.
Se genera otra capa de AlxGa(1-x)N con un contenido (5) de Al variable (decreciente) con un contenido de Al de AIN a AlxGa(1-x)N, donde 0<x<1. La composición de esta capa se regula según las necesidades o los requisitos de la estructura final con una aplicación específica, por ejemplo, un diodo UV-LED que emite luz con una longitud de onda especificada, por ejemplo 260 nm. Los parámetros de cristalización son: una presión de 5 kPa (intervalo posible 0-20 kPa) y una temperatura de 1.110 °C (intervalo posible de 1.100 °C a 1.250 °C), el flujo de trimetilaluminio (TMA) de 25 ml/min, un flujo linealmente variable de trimetilgalio (TMG) de 1 ml/min a, por ejemplo 20 ml/min sobre un periodo de 50 minutos (intervalo posible de 1 ml/min a 90 ml/min). También es posible generar una capa de AlxGa(1-x)N con un contenido (5) variable (decreciente) de Al con un flujo de gases linealmente variable: trimetilaluminio (TMA) 25 ml/min a, por ejemplo 5 ml/min, con un flujo simultáneo linealmente variable de trimetilgalio (TMG) de 1 ml/min a, por ejemplo 20 ml/min, con el fin de obtener un mayor contenido de Al en la capa de AlxGa(1-x)N). El tiempo de cristalización de la capa es de 50 minutos (intervalo posible de 30 minutos a 70 minutos), rotaciones de mesa de 50 rpm. La velocidad de cristalización de la capa de AlxGa(1-x)N con un contenido (5) variable (decreciente) de Al, dependiendo del contenido de Al, es de 8 a 15 nm/min. Dependiendo de las necesidades, esta capa se puede dopar al tipo n, por ejemplo, con silicio, o el tipo p, por ejemplo con magnesio. El dopado se realiza agregando al ambiente de crecimiento epitaxial compuestos químicos apropiados que contienen el dopante o su precursor. Por ejemplo, para el dopado de tipo n, tales compuestos son: silicio -adquirido de SiH4 silano, y para el topado de tipo p: magnesio - adquirido de Bis(ciclopentadienil)magnesio(Cp5H5 )2Mg.
También es posible generar una capa de AlxGa(1-x)N con un contenido (6) constante de Al, por ejemplo 60 %, 30 %, manteniendo los parámetros de cristalización que permiten la expansión del grano (10) y el crecimiento de una columna.
En esta etapa, al acelerar la cristalización y una expansión lateral del cristalito principal en las puntas (9) individuales de los salientes (7), se bloquea la expansión de los cristalitos que rodean al cristalito principal. Esto puede definirse por un ángulo a de corte. Debido al procedimiento de cierre, por la dominación del procedimiento de cristalización lateral (expansión lateral de los cristalitos de AIN, es decir, expansión en una dirección generalmente paralela a la superficie del sustrato (1) PSS, tiene lugar una eliminación casi completa de las dislocaciones (18) de roscado que se producen como resultado de un desajuste de red entre la placa (1) PSS y AIN. La densidad típica de estas dislocaciones es de 109-1010 cirr2 En el caso de esta solución, imágenes STEM tomadas sobre porciones finas cortadas a lo largo de las columnas (11) a través del centro de las columnas mostraron una reducción casi completa de las dislocaciones en las columnas resultantes.
La capa posterior es la capa de AlxGa(1-x)N con un contenido constante (6) de Al, donde 0<x<1. La composición de esta capa se regula según las necesidades o los requisitos de la estructura final con una aplicación específica, por ejemplo un diodo UV-LED que emite luz con una longitud de onda especificada, por ejemplo 300 nm. Los parámetros de cristalización son: una presión de 5 kPa (intervalo posible 0-20 kPa) y una temperatura de 1.110 °C (intervalo posible de 1.100 °C a 1.250 °C), el flujo de gases: trimetilaluminio (TMA), por ejemplo 25 ml/min, el flujo de trimetilgallio (TMG), por ejemplo 20 ml/min. El tiempo de cristalización de la capa es de 15 minutos, las rotaciones de la mesa 50 rpm. La velocidad de cristalización de la capa AlxGa(1-x)N, dependiendo de la composición, se estabiliza a un nivel de 30 nm/min. Dependiendo de las necesidades, esta capa se puede dopar al tipo n, por ejemplo, con silicio, o al tipo p, por ejemplo con magnesio
El dopado se realiza mediante la adición de compuestos químicos adecuados que contienen el dopante o su precursor al ambiente de crecimiento epitaxial. Por ejemplo, para el dopado de tipo n, tales compuestos son: silicio -adquirido de SiH4 silano, y para el dopado de tipo p: magnesio -adquirido de Bis(ciclopentadienil)magnesio(Cp5Hs )2Mg.
Una capa de AlxGa(1-x)N con un contenido (6) constante de Al se deposita sobre la superficie de las columnas producidas para producir una capa, dependiendo de las necesidades, con un tipo de conductancia apropiada de n o p o sin dopar, que constituye una capa basal para producir la estructura completa de un diodo emisor de luz, por ejemplo en el intervalo de UV, VIS o el de otro dispositivo. Es posible excluir esta capa y extender el tiempo de cristalización de la capa anterior, lo que significa AlxGa(1-x)N, procediendo con un contenido (5) variable (decreciente) de Al.

Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. Un procedimiento para producir estructuras de columna (11) UV emisoras de luz usando la epitaxia de los compuestos organometálicos de la fase gaseosa en una placa (1) de Sustrato de Zafiro con Patrón (PSS) que tiene una superficie para epitaxia provista con salientes con una forma regular, que tiene una punta y una superficie (8) lateral, en particular salientes con una forma cónica, caracterizado porque comprende las etapas de:
A. depositar una capa de nucleación de AIN de baja temperatura (también llamada nucleica) (2) en los salientes (7) del sustrato (1) PSS, en particular sobre la superficie lateral de un saliente (8) y sobre la punta de un saliente (9) en la que en una temperatura de 600 °C a 750 °C, preferiblemente 680 °C, con una presión dentro de un intervalo de 0 a 20 kPa, preferiblemente 5 kPa, se dispara el flujo de gases: trimetilaluminio (TMA) 5 ml/min y amoníaco (NH3) 300 ml/min durante un periodo de 30 segundos a 6 minutos, preferiblemente 3 minutos, con una rotación simultánea del sustrato (1) PSS en un plano horizontal con una velocidad de 0 a 100 rpm, preferiblemente 50 rpm;
B. cultivar un grano (10) sobre al menos una punta del saliente (9) aumentando la temperatura del sustrato (1) PSS con una velocidad de 30 a 100 °C/min, preferiblemente 75 °C/min, a una temperatura en el intervalo de 1.100 °C a 1.400 °C, preferiblemente 1.150 °C, y recocido durante un periodo de 1 a 10 minutos, preferiblemente 2,5 minutos, y posteriormente, con una presión dentro de un intervalo de 0 a 20 kPa, preferiblemente 5 kPa, disparando el flujo de gases: trimetilaluminio (TMA) 50 ml/min y amoníaco (NH3) variable linealmente de 50 ml/min a 5 ml/min sobre un periodo de 1 a 60 minutos, preferiblemente 35 minutos, con una rotación simultánea del sustrato (1) PSS en un plano horizontal con una velocidad de 0 a 100 rpm, preferiblemente 50 rpm;
C. expandir el grano (10), ya que la temperatura se mantiene dentro de un intervalo de 1.100 °C a 1.400 °C, preferiblemente 1.150 °C, con una presión dentro de un intervalo de 0 a 20 kPa, preferiblemente 5 kPa, y se mantiene el flujo de gases: trimetilaluminio (TMA) 50 ml/min y un flujo constante de amoníaco (NH3) 5 ml/min durante un período de 5 a 15 minutos, preferiblemente 10 minutos, con una rotación simultánea del sustrato (1) PSS en un plano horizontal con una velocidad de 0 a 100 rpm, preferiblemente 50 rpm;
D. hacer crecer una columna (11) sobre la superficie (10) del grano depositando una capa de AlxGa(1-x)N con un contenido (4) de Al decreciente, donde 0<x<1, porque la temperatura se mantiene dentro de un intervalo de 1.100 °C a 1.250 °C, preferiblemente 1.150 °C, con la presión dentro de un intervalo de 0 a 20 kPa, preferiblemente 5 kPa, se dispara el flujo de gases: trimetilaluminio (TMA) 25 ml/min y el flujo variable lineal de trimetilgallio (TMG) de 1 ml/min a 20 ml/min sobre un periodo de 30 a 60 minutos, preferiblemente 45 min, y el flujo de trimetilaluminio (TMA) hasta 5 ml/min, con una rotación simultánea de sustrato (1) PSS en un plano horizontal con una velocidad de 0 a 100 rpm, preferiblemente 50 rpm;
E. depositar otra capa de AlxGa(1-x)N con un contenido (6) constante de Al sobre la capa depositada en dicha etapa D, donde 0<x<1, en la que la temperatura se mantiene dentro de un intervalo de 1.100 °C a 1.200 °C, preferiblemente 1.150 °C, con una presión dentro de un intervalo de 0 a 20 kPa, preferiblemente 5 kPa, se dispara el flujo de gases: trimetilaluminio (TMA) dentro de un intervalo de 5 a 50 ml/min, preferiblemente 30 ml/min, el flujo de trimetilgallio (TMG) de 1 a 50 ml/min durante un período de 1 a 30 minutos, preferiblemente 15 minutos, con una rotación simultánea del sustrato (1) PSS en un plano horizontal con una velocidad de 0 a 100 rpm, preferiblemente 50 rpm.
2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa A está precedida por una etapa adicional de limpieza del sustrato (1) PSS por su recocido preliminar en una atmósfera de H2 y/o N2 o sus mezclas, con la presión dentro de un intervalo de 0 a 20 kPa, preferiblemente 5 kPa, y una temperatura de 1.000 °C a 1.400 °C, preferiblemente 1.150 °C, con una rotación simultánea del sustrato (1) PSS en un plano horizontal con una velocidad de 0 a 100 rpm, preferiblemente 50 rpm.
3. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque después de dicha etapa de limpieza, la temperatura del sustrato (1) PSS se reduce a una temperatura dentro de un intervalo de 600 °C a 750 °C, preferiblemente 650 °C, con una velocidad de 50 °C a 200 °C, preferiblemente 120 °C/min.
4. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, 2 o 3, caracterizado porque el dopado de la capa de AlxGa(1-x)N con un contenido (6) constante de Al se lleva a cabo en la etapa E, donde 0<x<1, por un dopado de tipo n, por ejemplo silicio, y/o un dopado de tipo p, por ejemplo magnesio, por eso se agrega un compuesto que comprende el dopante o su precursor, preferiblemente seleccionado de un grupo que comprende: silano SiH4, Bis(ciclopentadienil)magnesio (CpsHs^Mg, al entorno de crecimiento (al reactor) en el que continúa el crecimiento.
5. Una estructura semiconductora en forma de una columna (11) incrustada en un sustrato en forma de una placa de Sustrato de Zafiro con Patrón (PSS) provista con salientes de forma regular, que tienen una punta y una superficie lateral, en particular salientes de una forma cónica, donde la relación altura a ancho de la columna es al menos 1: 1 y donde la columna tiene una capa policristalina en una parte de la columna ubicada entre la superficie lateral del saliente en el sustrato PSS y la capa monocristalina de la columna, que se ubica en la parte superior de la columna, distante del sustrato PSS, caracterizada porque la superficie (12) de contacto entre la capa (13) policristalina y la capa (14) monocristalina tiene la forma de un cono con una punta compartida con el saliente ( 7 ) en el sustrato (1) PSS, y la capa (14) monocristalina constituye al menos una parte de las paredes (15) laterales de la columna (11).
6. La estructura semiconductora que comprende al menos dos estructuras de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizada porque la distancia entre las dos paredes más cercanas de las dos columnas vecinas varía de 300 a 700 nm.
ES17461607T 2017-09-20 2017-09-20 Un procedimiento para producir estructuras de columna UV que emiten luz y las estructuras producidas usando este procedimiento Active ES2808992T3 (es)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17461607.8A EP3460858B1 (en) 2017-09-20 2017-09-20 A method for producing light-emitting uv column structures and the structures produced using this method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2808992T3 true ES2808992T3 (es) 2021-03-02

Family

ID=60327264

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES17461607T Active ES2808992T3 (es) 2017-09-20 2017-09-20 Un procedimiento para producir estructuras de columna UV que emiten luz y las estructuras producidas usando este procedimiento

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10749073B2 (es)
EP (1) EP3460858B1 (es)
ES (1) ES2808992T3 (es)
PL (1) PL3460858T3 (es)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2808992T3 (es) * 2017-09-20 2021-03-02 Instytut Tech Materialow Elektronicznych Un procedimiento para producir estructuras de columna UV que emiten luz y las estructuras producidas usando este procedimiento
KR102374879B1 (ko) * 2017-12-19 2022-03-15 가부시키가이샤 사무코 Ⅲ족 질화물 반도체 기판의 제조 방법

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE60043122D1 (de) * 1999-03-17 2009-11-19 Mitsubishi Chem Corp Halbleiterbasis ihre Herstellung und Halbleiterkristallhersetllungsmethode
JP3556916B2 (ja) * 2000-09-18 2004-08-25 三菱電線工業株式会社 半導体基材の製造方法
KR101019941B1 (ko) 2006-03-10 2011-03-09 에스티씨. 유엔엠 Ｇａｎ 나노선의 펄스 성장 및 ⅲ 족 질화물 반도체 기판 물질과 디바이스에서의 어플리케이션
US8716049B2 (en) * 2010-02-23 2014-05-06 Applied Materials, Inc. Growth of group III-V material layers by spatially confined epitaxy
WO2014069235A1 (ja) * 2012-11-02 2014-05-08 独立行政法人理化学研究所 紫外発光ダイオードおよびその製造方法
WO2015061325A1 (en) * 2013-10-21 2015-04-30 Sensor Electronic Technology, Inc. Heterostructure including a composite semiconductor layer
KR102188499B1 (ko) 2014-07-11 2020-12-09 삼성전자주식회사 나노구조 반도체 발광소자
JP6375890B2 (ja) * 2014-11-18 2018-08-22 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体素子及びその製造方法
DE102014117892A1 (de) 2014-12-04 2016-06-09 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Bauelement sowie optoelektronisches Bauteil
KR102328457B1 (ko) * 2015-05-29 2021-11-18 쑤저우 레킨 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드 발광소자, 발광소자 제조방법 및 이를 구비하는 조명시스템
JP6642805B2 (ja) * 2016-12-28 2020-02-12 豊田合成株式会社 半導体構造体の製造方法および半導体素子の製造方法
JP6686876B2 (ja) * 2016-12-28 2020-04-22 豊田合成株式会社 半導体構造体および半導体素子
ES2808992T3 (es) * 2017-09-20 2021-03-02 Instytut Tech Materialow Elektronicznych Un procedimiento para producir estructuras de columna UV que emiten luz y las estructuras producidas usando este procedimiento

Also Published As

Publication number Publication date
US10749073B2 (en) 2020-08-18
EP3460858B1 (en) 2020-04-29
US20190140135A1 (en) 2019-05-09
PL3460858T3 (pl) 2020-11-16
EP3460858A1 (en) 2019-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101317735B1 (ko) 질화물 반도체 다층 구조체 및 그 제조 방법과, 질화물 반도체 발광 소자
US8067300B2 (en) AlxInyGa1-x-yN mixture crystal substrate, method of growing same and method of producing same
CA2403310C (en) Single crystal gan substrate, method of growing same and method of producing same
JP4055304B2 (ja) 窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法
KR100825137B1 (ko) 반도체 구조물, 이의 제조 방법 및 반도체 발광 다이오드
US20070080369A1 (en) Group III nitride semiconductor stacked structure and production method thereof
US6576571B2 (en) Process of vapor phase growth of nitride semiconductor
ES2808992T3 (es) Un procedimiento para producir estructuras de columna UV que emiten luz y las estructuras producidas usando este procedimiento
US20170373218A1 (en) Method for producing group iii nitride semiconductor light-emitting device
US20150332914A1 (en) Semiconductor substrate, method of manufacturing semiconductor substrate, and semiconductor device
KR101101133B1 (ko) 질화물 단결정 성장 방법 및 질화물 반도체 발광소자제조방법
PL218607B1 (pl) Sposób wytwarzania azotkowego podłoża półprzewodnikowego oraz azotkowe podłoże półprzewodnikowe
US9246051B2 (en) Solid state lighting devices with reduced crystal lattice dislocations and associated methods of manufacturing
JP2005179173A (ja) アルミニウムを含有した窒化物半導体結晶の成長方法
CN117727840A (zh) 纳米柱Micro LED及其制备方法
TWI446573B (zh) 發光二極體
KR20060108059A (ko) 질화물 반도체 발광소자용 버퍼층을 형성하는 방법 및그것에 의해 형성된 버퍼층
KR101116904B1 (ko) 질화물 반도체 결정 제조 방법 및 발광 소자 제조 방법
KR101094409B1 (ko) 질화갈륨 단결정 후막의 제조 방법
JP2003068662A (ja) Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体の製造方法
KR20230169609A (ko) 반도체 소자 및 반도체 소자 제조 방법
JP2005060227A (ja) 窒化ガリウム系化合物半導体及び半導体基板