H - Electricity – 01 – L
Patent
H - Electricity
01
L
H01L 21/20 (2006.01) C30B 25/02 (2006.01) C30B 25/18 (2006.01)
Patent
CA 2395783
A gallium nitride layer (108) is pendeoepitaxially grown on weak posts (106) on a substrate (102) that are configured to crack due to a thermal expansion coefficient mismatch between the substrate (102) and the gallium nitride layer (108) on the weak posts. Thus, upon cooling, at least some of the weak posts (106) crack, to thereby relieve stress in the gallium nitride semiconductor layer (108). Accordingly, low defect density gallium nitride semiconductor layers (112) may be produced. Moreover, the weak posts can allow relatively easy separation of the substrate from the gallium nitride semiconductor layer to provide a freestanding gallium nitride layer (116). The weak posts may be formed by forming an array of posts in spaced apart staggered relation on the substrate. Alternatively, the posts may have a height to width ratio in excess of 0.5, so that the relatively narrow posts promote cracking upon reduction of the temperature. In another alternative, the posts preferably are less than one micron wide, more preferably less than one half micron wide, regardless of height. In yet another alternative, a post weakening region (902) is formed in the posts, adjacent the substrate.
Selon la présente invention, on provoque la croissance par pendéo-épitaxie d'une couche de nitrure de gallium sur des colonnes fragiles formées sur un substrat, qui sont configurées pour craquer en raison d'une différence de coefficient d'expansion thermique entre le substrat et la couche de nitrure de gallium présente sur les colonnes fragiles. En conséquence, lors du refroidissement, au moins quelques-unes des colonnes fragiles craquent, permettant de la sorte de réduire les contraintes s'exerçant sur la couche de semiconducteur au nitrure de gallium. Le procédé de l'invention permet de cette manière d'obtenir des couches de semiconducteur au nitrure de gallium présentant une faible densité de défauts. En outre, les colonnes fragiles permettent de séparer avec une relative facilité la couche de semiconducteur au nitrure de gallium du substrat afin d'obtenir une couche de nitrure de gallium libre. On forme les colonnes fragiles en créant sur le substrat un réseau de colonnes séparées en quinconce. En plaçant les colonnes en quinconce, on facilite leur rupture ultérieure en comparaison avec de longues colonnes non placées en quinconce. Dans un autre mode de réalisation, les colonnes peuvent présenter un rapport hauteur-largeur supérieur à 0,5, de façon que ces colonnes relativement étroites craquent plus facilement lors du refroidissement. Dans encore un autre mode de réalisation, les colonnes possèdent de préférence une largeur inférieure à un micron, et encore de préférence, inférieure à un demi-micron, quelle que soit leur hauteur, afin de faciliter le craquement. Dans encore un autre mode de réalisation, on forme dans les colonnes une région d'affaiblissement de colonne adjacente au substrat. On peut, en particulier, former une région enterrée dans le substrat et graver ensuite sélectivement le substrat afin de définir la pluralité de colonnes fragiles comprenant les régions d'affaiblissement de colonne dans lesquelles se trouvent la région enterrée. La région enterrée peut comprendre des ions implantés, de préférence des ions hydrogène, qui forment à l'intérieur des colonnes des bulles d'hydrogène capables de briser les colonnes au refroidissement.
Davis Robert F.
Gehrke Thomas
Linthicum Kevin J.
North Carolina State University
Smart & Biggar
LandOfFree
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