Brevet FR2896090A1 — publié le 20070713

Cette demande revendique le bénéfice de la demande provisoire effectuée aux Etats-Unis No. 60 / 758 328, déposée le 12 janvier 2006, dont la description complète est incorporée en référence ci-dessous. Cette invention concerne des dispositifs semi-conducteurs et plus 5 spécifiquement concerne une structure et un procédé original pour la fabrication de dispositifs semi-conducteurs. Afin de fabriquer des dispositifs semi-conducteurs efficaces à base de GaN, une couche de GaN relativement épaisse, par exemple, 6 microns, est nécessaire. Cependant, il est économiquement difficile de produire des couches épaisses de GaN. 10 Le silicium est un substrat souhaitable et économique pour de tels dispositifs. Cependant, il est difficile de faire croître des couches ou des films épais de matériaux de type GaN sur un substrat en silicium en raison de l'inégalité thermique et des paramètres de maille. En outre, il est difficile d'obtenir une tension de blocage élevée à travers le film du fait des défauts et de la conductivité relativement élevée à travers 15 le substrat en silicium. D'autant plus. les propriétés thermiques des substrats en silicium ne sont pas optimales, le silicium ayant une résistance thermique moyenne. Le GaN ou l'AlGaN sur des substrats en saphir ont des propriétés cristallines quelque peu meilleures, mais ont de sévères limitations thermiques. La croissance du GaN sur le carbure de silicium (SiC) monocristallin permet 20 la croissance d'un film de GaN plus épais avec moins d'inégalité des paramètres de maille et d'excellentes caractéristiques thermiques mais le substrat SiC est cher et les plaques de SiC sont disponibles seulement dans de petits diamètres. Le SiC polycristallin comme substrat est peu coûteux et a de bonnes caractéristiques thermiques mais il est hautement conducteur et ne peut pas être 25 utilisé comme gabarit pour une croissance de GaN de qualité élevée. Le silicium sur isolant (SOI) a été proposé, lié à du carbure de silicium pour isoler le substrat et fournir un gabarit pour la croissance du film de GaN. Cependant, ceci nécessite deux étapes de liaison et le gabarit en silicium conducteur a une grande inégalité des paramètres de maille par rapport au film de GaN. Selon l'invention, un film ou plaque mince, par exemple, de 0,1 à 1,0 micromètre d'épaisseur, de saphir est lié à un substrat en SiC' polycristallin. La couche de saphir fournit alors un excellent substrat pour la croissance de film, pour constituer un dispositif d'hétérojonction nitrure-III, par exemple, un film en couches d'AIN, d'AIGaN et de GaN. Cette association fournit les avantages suivants : 1. Le substrat de SiC polycristallin est peu coûteux. 2. La très mince couche de saphir fournit un bon gabarit (non-conducteur, et une proche correspondance des paramètres de maille) pour les couches de GaN. 3. Le SiC polycristallin a une conductivité thermique élevée. 4. A la fois le saphir et le carbure de silicium polycristallin sont disponibles avec des diamètres jusqu'à 150 mm. 5. La couche ou la plaque de saphir peuvent être divisées dans un procédé semblable au procédé SOI, laissant seulement un film mince de saphir sur la plaque de poly SiC, le substrat de saphir étant utilisé plusieurs fois pour constituer plusieurs gabarits de plaques pour une croissance initiale de AIN. La figure 1 montre une section transversale d'un substrat de polysilicium SiC 20 avec une couche mince de saphir liée à celle-ci. La figure 2 montre la plaque de départ de la figure 1 avec une série d'un tampon d'AIN, d'une couche d'AlGaN, et d'une couche de GaN déposée sur celle-ci. La figure 3 montre la plaque de la figure 2 après la formation des contacts de source, de drain et de sortie sur celle-ci. 25 En se référant d'abord à la figure 1, il y est montré un substrat de carbure de polysilicium 10 d'épaisseur et de diamètre (ou aire de surface) désirés quelconques. Une mince couche de saphir (très probablement dans la plage de 0,1 à I m d'épaisseur) est formée en liant une plaque de saphir à la plaque de S:iC. La plaque de saphir a été préparée de sorte qu'un film mince de saphir puisse être divisé à partir de 30 la masse du saphir pour rester au-dessus de la couche du substrat de SiC 10. Ceci peut être réalisé avec une couche endommagée 11 dans la plaque de saphir, ainsi que par implantation ou d'autres moyens, sur le plan où la plaque est censée être divisée. Ceci sert alors de substrat pour la croissance d'une hétéroj onction nitrure-III ou d'un dispositif à base de GaN. Ainsi, comme il est montré sur la figure 2, une série de couches 20, qui peuvent être une couche d'AIN de transition, une couche d'AIGaN et une couche de GaN relativement épaisse est développée sur la couche de saphir 11. La plaque de la figure 2 peut alors être par convention terminée par un procédé de métallisation et de découpage standard également bien connu. Ainsi, comme il est montré sur la figure 3, la couche d'AIN de transition 30, la couche d'AlGaN 31 et la couche de GaN 32 sont montrées de manière plus conventionnelle. Toute autre couche de transition souhaitée peut être utilisée, d'une épaisseur souhaitée quelconque. Une couche 2DEG conventionnelle 40 est formée entre la couche d'AlGaN 31 et la couche de GaN 32. Une couche métallique de contact est par convention formée au-dessus de la surface de la couche de GaN 32 et est gravée ou alors séparée en segments 50, 51 et 52, formant des électrodes de drain, de sortie et de source, respectivement. Bien que la présente invention ait été décrite par rapport aux modes de réalisation particuliers de celle-ci, beaucoup d'autres variations et de modifications et d'autres utilisations deviendront évidentes à l'homme du métier. Il est, ainsi, préférable que la présente invention ne soit pas limitée par la description spécifique ci-dessus. REVENDICATIONS 1. Substrat (10) pour un dispositif semi-conducteur à base de GaN ; ledit substrat (10) comprenant un disque de carbure de silicium polycristallin ayant des surfaces supérieures et inférieures parallèles d'épaisseur donnée, et une couche mince de saphir (11) au-dessus de ladite surface supérieure dudit substrat de carbure de silicium polycristallin (10) ; la surface supérieure de ladite couche de saphir (11) adaptée pour recevoir les couches d'un dispositif à base de GaN ayant une couche de GaN (32) relativement épaisse. 2. Substrat (10) selon la revendication 1, dans lequel ladite couche de saphir (11) a 10 une épaisseur supérieure à environ 0,1 micron. 3. Substrat (10) selon la revendication 1, dans lequel ladite couche de saphir (11) a me épaisseur d'entre environ 0,1 micron et 1,0 micron. 15 4. Dispositif semi-conducteur de type GaN comprenant un substrat de poly SiC (10) ayant une surface plate supérieure ; une couche mince de saphir (11) au-dessus et en contact avec ladite surface plate supérieure ; une couche de transition au-dessus de la surface de ladite couche de saphir (11); une couche d'AIGaN (31) au-dessus et en contact avec ladite couche de transition ; une couche de GaN (32) placée au-dessus et 20 en contact avec ladite couche d'AIGaN (31) et ladite couche de GaN (32) ; et des contacts espacés de source, de drain et de sortie placés au-dessus de ladite couche de GaN (32). 5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel ladite couche de saphir (11) a une 25 épaisseur supérieure à environ 0,1 micron. 6. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel ladite couche de saphir (11) a une épaisseur d'environ 0,1 micron à environ 1,0 micron. 7. Procédé de fabrication d'un dispositif d'hétérojonction nitrure-III comprenant les étapes consistant à former une couche mince de saphir (11) au-dessus d'un substrat de poly SiC (10), et à déposer après ceci une pluralité de couches (20) contenant des nitrures au-dessus dudit saphir pour définir une couche 2DEG (40) et une couche 5 épaisse de GaN (32), et à déposer après ceci des électrodes conductrices au-dessus de ladite couche épaisse de GaN (32). 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel ladite couche de saphir (11) a une épaisseur qui est inférieure à celle dudit substrat de poly SiC (10) et est supérieure à environ 0,1 micron et est inférieure à environ 1,0 micron.