Brevet FR3029942A1 — publié le 20160617

PROCEDE DE FABRICATION DE PLAQUETTES DE NITRURE D'ELEMENT 13 A ANGLE DE TRONCATURE NON NUL DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne le domaine technique général de la fabrication de matériau semi-conducteur à base d'éléments des colonnes 13 et 15 du tableau périodique - tels que du nitrure de gallium GaN. Notamment, la présente invention concerne la fabrication de plaquettes (ou « wafer » selon la terminologie anglo-saxonne) de nitrure d'élément 13 présentant un angle de troncature (ou « offcut angle ») non nul. Dans le cadre de la présente invention, l'angle de troncature en un point de la surface d'une plaquette est défini par l'angle entre : - une normale à une face avant de la plaquette de nitrure d'élément 13 et - une normale (également connue sous le nom d'axe C) à un plan cristallin d'orientation C (0001). Une telle plaquette de nitrure d'élément 13 peut être destinée à la réalisation de structures semi-conductrices telles que des diodes électroluminescentes (DEL) ou des diodes laser (DL). PRESENTATION DE L'ART ANTERIEUR Les procédés actuels de fabrication de matériaux semi-conducteurs à base de nitrure d'élément 13 reposent sur la technique dite d'hétéro-épitaxie qui consiste à faire croître un cristal (tel qu'un cristal de nitrure de gallium GaN) sur un substrat de départ de nature différente (tel qu'un substrat de saphir). Toutefois, la technique d'hétéro-épitaxie induit de nombreux défauts cristallins dans la structure de nitrure d'élément 13, tels que des dislocations, limitant les performances et la durée de vie des composants à base de nitrure d'élément 13. Ces défauts sont dus aux différences de matériau entre le substrat de départ et la couche de nitrure d'élément 13, et notamment au désaccord : 3029942 2 - de paramètres de réseau cristallin (i.e. paramètre de maille) entre le substrat de départ et la couche de nitrure d'élément 13, et - de coefficient de dilatation thermique entre le substrat de départ et la couche de nitrure d'élément 13. 5 Généralement, les procédés de fabrication connus permettent d'obtenir des couches de nitrure d'élément 13 d'orientation C (0001) à partir de substrats de départ de saphir A1203 d'orientation C (0001). Les couches de nitrure d'élément 13 ainsi fabriquées présentent un angle de troncature nul. De telles couches de nitrure d'élément 13 sont de très bonne qualité Io puisque certaines présentent un nombre limité de défauts cristallins (densité de dislocation TDD REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication de plaquettes de nitrure d'élément 13 (5a, 5b, 5c, 5d) à partir d'un cristal autosupporté (5) de nitrure d'élément 13 s'étendant longitudinalement le long d'un axe principal (7) orthogonal à une face de croissance (52) du cristal (5) et passant par le centre (53) de ladite face de croissance, le cristal présentant un angle de troncature de valeur non nulle, caractérisé en ce que le procédé comprend une phase de découpe (50) du cristal autosupporté selon des plans de coupe (P) transversaux au cristal de sorte à obtenir les plaquettes de nitrure d'élément 13, chaque plaquette incluant une face avant (54) ayant un angle de troncature (al ) non nul au voisinage du centre de la face avant. 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel l'angle de troncature non nul est compris entre 0,1 et 5 degrés, préférentiellement compris entre 0,2 et 0,8 degrés, encore plus préférentiellement compris entre 0,3 et 0,6 degrés, les plans de coupe (P) s'étendant perpendiculairement à l'axe principale (7) du cristal (5). 3. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel les plans de coupe (P) s'étendent : - perpendiculairement à l'axe principal (7) du cristal (5), et - parallèlement les uns aux autres le long dudit axe principal (7), de sorte à obtenir des plaquettes de nitrure d'élément 13 (5a, 5b, 5c, 5d) d'épaisseur comprise entre 300 micromètres et 1 millimètre. 4. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, lequel comprend en outre : - une phase de croissance (10) d'une première couche de nitrure d'élément 13 (5') sur un substrat de départ (1) présentant un plan de cristallisation compris entre 0,1 et 5 degrés, préférentiellement compris entre 0,2 et 0,8 degrés, et encore plus préférentiellement compris entre 0,3 et 0,6 degrés ; - une phase de formation (20) d'une zone de séparation (4) ; 3029942 22 - une phase de reprise de croissance (30) pour former une deuxième couche de nitrure d'élément 13 (5"), - une phase de séparation (40) pour obtenir le cristal (5). 5 5. Procédé de fabrication selon la revendication 4, dans lequel la phase de formation (20) d'une zone de séparation (4) comprend le dépôt d'une couche de silicium sur le substrat de départ (1), ladite couche de silicium étant destinée à être vaporisée spontanément durant la phase de croissance d'une première couche de nitrure d'élément 13 (5'). 10 6. Procédé de fabrication selon la revendication 4, dans lequel la phase de formation (20) d'une zone de séparation (4) comprend une étape d"implantation d'ions, ladite étape d'implantation pouvant être mise en oeuvre avant, pendant ou après la phase de croissance (10) de la première couche de nitrure d'élément 15 13 (5'). 7. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel la phase de croissance (10) de la première couche de nitrure d'élément 13 (5') est une phase de surcroissance latérale épitaxiale (ELO) ou universelle 20 (ULO) de la première couche de nitrure d'élément 13. 8. Procédé de fabrication selon la revendication 7, dans lequel la phase de croissance (10) de la première couche de nitrure d'élément 13 comprend : - une étape de dépôt d'un masque incluant des ouvertures (3a), 25 - une étape de croissance d'ilots de nitrure d'élément 13 à travers les ouvertures (3a), les ilots présentant un plan de cristallisation compris entre 0,1 et 5 degrés, préférentiellement compris entre 0,2 et 0,8 degrés, et encore plus préférentiellement compris entre 0,3 et 0,6 degrés, - une étape de croissance latérale pour favoriser la coalescence des îlots afin 30 d'obtenir la première couche de nitrure d'élément 13 (5'). 9. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, dans lequel la phase de croissance (10) de la première couche de nitrure d'élément 3029942 23 13 (5') comprend une étape de dépôt d'une couche tampon de nitrure d'élément 13 (2) à une température comprise entre 500 et 700°C. 10. Procédé de fabrication selon la revendication 9, dans lequel la phase de 5 croissance (10) de la première couche de nitrure d'élément 13 comprend une étape de recuit de la couche tampon (2) à une température comprise entre 900 et 1150°C de sorte à convertir la couche tampon (2) initialement continue en une couche discontinue de motifs de nitrure d'élément 13. Io 11. Plaquette de nitrure d'élément 13 susceptible d'être obtenue en mettant en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, laquelle comprend une face avant ayant un angle de troncature (al ) non nul au voisinage du centre de la face avant, caractérisé en ce que les valeurs d'angle de troncature sont distribuées de manière sensiblement symétrique autour d'un 15 plan de symétrie contenant : - un axe principal de la plaquette orthogonal à la face avant et passant par le centre de la face avant, et - un axe C orthogonal à un plan cristallin d'orientation C. zo 12. Utilisation d'une plaquette de nitrure d'élément 13 selon la revendication 11 pour la fabrication de composants optoélectroniques.