(57)【要約】  本発明の一主題は、ケイ素を主体とする単結晶層（４１０）の上面でガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）およびアルミニウム（Ａｌ）のうち少なくとも１個から窒化物（Ｎ）の少なくとも１個の半極性層（４８０）が得られるようにする処理であって、前記処理は以下のステップ、すなわち  −前記単結晶層の上面から、少なくとも２個の反対向きの傾斜ファセット（３３０，３３１）を含み、前記２個の反対向きのファセット（３３０，３３１）のうち少なくとも１個（３３０）が｛１１１｝結晶方位を有する複数の平行なグルーブ（４６０）をエッチングするステップと、  −｛１１１｝結晶方位を有する前記ファセット（３３０）がマスキングされないように前記単結晶層（４１０）の上面をマスキングするステップと、  −前記非マスキングファセット（３３０）から窒化物の前記半極性層（４８０）をエピタキシャル成長させるステップを含みことを特徴とし、  前記エッチングが、前記単結晶層（４１０）および前記単結晶層（４１０）を被せられた少なくとも１個の停止層（４２０）を含む積層上で実行されること、および  前記エッチングが前記停止層（４２０）と接触した時点で停止すべく、前記エッチングが前記単結晶層（４１０）を前記停止層（４２０）に関して選択的にエッチングすることを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケイ素またはゲルマニウムを主体とする単結晶層（４１０）の上面でガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）およびアルミニウム（Ａｌ）のうち少なくとも１個から窒化物（Ｎ）の少なくとも１個の半極性層（４８０）が得られるようにする処理であって、前記処理は以下のステップ、すなわち
−前記単結晶層の上面から、主に第１の方向に伸長する複数の平行なグルーブ（４６０）を、各グルーブ（４６０）が少なくとも２個の反対向きの傾斜ファセット（３３０，３３１）を含み、前記２個の反対向きのファセット３３０．３３１）のうち少なくとも１個（３３０）が｛１１１｝結晶方位を有するようにエッチングするステップと、
−｛１１１｝結晶方位を有する前記ファセット（３３０）に反対向きの前記ファセット（３３１）がマスキングされ、｛１１１｝結晶方位を有する前記ファセット（３３０）がマスキングされないように前記単結晶層（４１０）の上面の上部にマスク（４９０）を形成するステップと、
−前記非マスキングファセット（３３０）から窒化物の前記半極性層（４８０）をエピタキシャル成長させるステップを含み、
前記エッチングが、前記単結晶層（４１０）および前記単結晶層（４１０）を被せられた少なくとも１個の停止層（４２０）を含む積層上で実行されること、
前記エッチングが前記停止層（４２０）と接触した時点で停止すべく、前記エッチングが前記単結晶層（４１０）を前記停止層（４２０）に関して選択的にエッチングすること、および
前記単結晶層（４１０）の厚さが９００ｎｍ（１０−９メートル）以下であることを特徴とする処理。
【請求項２】
前記単結晶層（４１０）の厚さが、前記エッチングステップにおいて、所与のグルーブ（４６０）の前記２個の反対向きの傾斜ファセット（３３０，３３１）が当接することなく前記停止層（４２０）に到達する程度である、請求項１に記載の処理。
【請求項３】
前記グルーブ（４６０）の伸長する前記第１の方向が、前記上面の平面および＜１１１＞平面に共通な方向に一致する請求項１〜２のいずれか１項に記載の処理。
【請求項４】
前記エピタキシャル成長ステップが、
−｛１１１｝結晶方位を有する前記非マスキングファセット（３３０）からの、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主体とする材料の第１のエピタキシャル成長と、
−窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主体とする前記材料からの、窒化ガリウム（ＧａＮ）を主体とする材料（４８０）の少なくとも１個の第２のエピタキシャル成長とを含んでいる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の処理。
【請求項５】
前記停止層（４２０）が、前記停止層（４２０）からのエピタキシャル成長無しに前記単結晶層（４１０）からのエピタキシャル成長を可能にすべく構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の処理。
【請求項６】
前記単結晶層（３１０）が前記停止層（４２０）に直接接触する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の処理。
【請求項７】
前記積層が、前記停止層（４２０）を被せられた担体層（４０２）を含んでいる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の処理。
【請求項８】
前記停止層（４２０）が前記担体層（４０２）に直接接触する、請求項７に記載の処理。
【請求項９】
前記停止層（４２０）が、前記担体層（４０２）の少なくとも一表面を酸化させることにより得られる、請求項７〜８のいずれか１項に記載の処理。
【請求項１０】
前記停止層（４２０）が、酸化物の層、ＳｉＣの層、およびＡｌ２Ｏ３の層から選択される層である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の処理。
【請求項１１】
前記単結晶層（４１０）の厚さが２ｎｍ（１０−９メートル）〜９００ｎｍ、好適には５ｎｍ〜５００ｎｍ、より好適には１０ｎｍ〜５０ｎｍである、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の処理。
【請求項１２】
前記単結晶層（４１０）の厚さが７５０ｎｍ以下である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の処理。
【請求項１３】
前記単結晶層（４１０）の厚さが６００ｎｍ以下、好適には５００ｎｍ以下、より好適には３００ｎｍ以下、更に好適には２００ｎｍ以下である、請求項１２に記載の処理。
【請求項１４】
前記単結晶層（４１０）の厚さが５０ｎｍ〜６００ｎｍ、好適には５０ｎｍ〜３００ｎｍである、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の処理。
【請求項１５】
前記単結晶層（４１０）が、予めドナー基板上で得られ、次いで前記停止層（４２０）に加えられる層である、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の処理。
【請求項１６】
窒化物（Ｎ）と、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）およびアルミニウム（Ａｌ）のうち少なくとも１個とを含む前記材料のＶ／ＩＩＩモル比は１００〜２０００である、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の処理。
【請求項１７】
窒化物（Ｎ）と、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）およびアルミニウム（Ａｌ）のうち少なくとも１個とを含む前記材料のＶ／ＩＩＩモル比は３００〜５００、好適には３８０〜４２０である、請求項１６に記載の処理。
【請求項１８】
マスク（４９０）を形成するステップが、マスキング材料の角方向堆積を含み、堆積が、全ての単結晶層（４１０）が｛１１１｝結晶方位を有する前記ファセット（３３０）を除いて覆われるように実行される、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の処理。
【請求項１９】
前記マスキング材料が、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、および窒化チタン（ＴｉＮ）材料のうち少なくとも１個を含んでいる、請求項１８に記載の処理。
【請求項２０】
前記窒化物が窒化ガリウム（ＧａＮ）である、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の処理。
【請求項２１】
前記複数の平行なグルーブ（４６０）が５０ｎｍ〜２０μｍのピッチｐ１を有している、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の処理。
【請求項２２】
前記複数の平行なグルーブ（４６０）の前記平行なグルーブ（４６０）が主として第１の方向に伸長し、
前記処理がまた、前記複数の平行なグルーブ（４６０）を得るステップの後、且つ前記単結晶層（４８０）のエピタキシャル成長ステップの前に実行される以下のステップ、すなわち
−前記第１の方向に対して回転した第２の方向に伸長し、且つ各々が｛１１１｝単結晶方位を有する個別ファセット（３３０’）のマトリクス配列（３３５）を形成すべく連続的なグルーブ（４６０）に割り込む複数の平行なトレンチをエッチングするステップを含み、前記トレンチおよび前記グルーブは各々底部を有し、前記トレンチの底部が前記グルーブ（４６０）の底部（４２１）と同じ深さ、またはより深い位置にあり、
前記エピタキシャル成長ステップを実行する間、前記材料（４８０）が｛１１１｝結晶方位を有し、且つ前記マトリクス配列（３５５）を形成する前記個別ファセット（３３０’）だけから成長する、請求項１〜２１のいずれか１項に記載の処理。
【請求項２３】
前記第１および第２の方向が、４０°よりも大きく、好適には５０°〜９０°の角度（４７０）を画定する請求項２２に記載の処理。
【請求項２４】
前記複数の平行なグルーブ（４６０）がピッチｐ１を有し、前記複数の平行なトレンチが
【数１】
2018536618.tif 000006
よりも大きく、好適には
【数２】
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よりも大きいピッチｐ２を有している、請求項２２〜２３のいずれか１項に記載の処理。
【請求項２５】
前記複数の平行なグルーブ（４６０）がピッチｐ１を有し、前記複数の平行なトレンチが１．１＊ｐ１よりも小さく、好適にはｐ１よりも低いピッチｐ２を有している、請求項２２〜２４のいずれか１項に記載の処理。
【請求項２６】
単結晶層（４１０）と、前記単結晶基板（４１０）の上面においてガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）およびアルミニウム（Ａｌ）のうち少なくとも１個からなる窒化物の少なくとも１個の層である半極性層（４８０）とを含む超小型電子素子であって、
−前記単結晶層（４１０）が複数の平行なグルーブ（４６０）を含み、各グルーブ（４６０）が、各々が連続帯域を形成する少なくとも２個の反対向きの傾斜ファセット（３３０，３３１）を含んでいて、前記２個の反対向きのファセットの少なくとも１個（３３０）が｛１１１｝結晶方位を有し、
−前記窒化層が｛１１１｝結晶方位を有する前記ファセット（３３０）に直接接触し、
前記単結晶層（４１０）が停止層（４２０）に被せられ、各グルーブ（４６０）が、前記停止層（４２０）の上面から伸長して前記単結晶層（４１０）の中心を貫通すること、および前記単結晶層（４１０）の厚さが９００ｎｍ（１０−９メートル）以下であることを特徴とする素子。
【請求項２７】
前記グルーブ（４６０）が、前記停止層（４２０）の上面により形成される平坦な底部（４２１）を有している、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
請求項２６〜２７のいずれか１項に記載の超小型電子素子を含む発光ダイオード（ＬＥＤ）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に発光ダイオード（ＬＥＤ）に関する。本発明はより具体的には、以下の材料、すなわちガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）およびアルミニウム（Ａｌ）のうち少なくとも１個と共に得られる少なくとも１個の窒化物（Ｎ）を含むエピタキシャル層から得られるＬＥＤに関する。
【背景技術】
【０００２】
特にガリウム（ＧａＮ）を含む１個以上の材料と共に得られ、且つ青色領域で発光可能な窒化化合物から製造される発光ダイオードが既に１０年以上にわたり知られている。しかし、典型的には緑色および赤色に対応する可視スペクトル範囲の、より長い波長範囲でも効果的に発光可能な適性は、当該波長範囲で発光すべく設計されたダイオードの光電変換効率を制約する、使用材料の結晶対称性に関する固有の問題点に直面する。具体的には、青色よりも長い波長を発光可能であるためには、高濃度のインジウムを含むガリウムおよびインジウムの窒化合金（ＧａＩｎＮ）に活性発光領域を形成し易くする必要がある。ここで生じる問題は、発光領域の構造品質、従って発光能力を低下させることなくＧａＩｎＮ合金に必要とされるインジウムを如何により多く添加するかである。
【０００３】
これらの窒化物により生成される青色を含む波長の全範囲で生じる第２の問題は、上述の材料系統の結晶対称性に関する。具体的には、六方対称である当該材料は、「ｃ」方向と呼ばれる主結晶方向にエピタキシャル成長する場合、当該方向に沿って自発的に圧電分極する。活性発光領域において電子と孔を空間的に分離するという否定的効果を有する内部電場が生じ、これは放射効率の損失に直接つながる。分極化がｃ軸、すなわち結晶の「極」の方位に沿っているため、当該軸に対して傾いたエピタキシャル成長方向、すなわち図１に示すように分極成分が低い、またはゼロである方向を用いることが有利である。図１はまた、合金に含まれるインジウム１３０の割合が当該パラメータに及ぼす影響を示す。これらの方向は一般に「無極性」方向１１０または「半極性」方向１２０と呼ばれる。更に、使用する窒化物へのインジウムの添加は、エピタキシャル成長が当該方位のうち特定のものに一致する表面から実行された場合に容易になり得る。従って、現時点では潜在的産業用途を模索するには依然として効率が低すぎる緑色ＬＥＤ、特に黄色から赤色にわたる、より長い波長の範囲で発光するＬＥＤの性能を向上させるために上述のような結晶方位を優先させることが如何に重要であるかが理解されよう。
【０００４】
無極性および半極性方向に、上述のような窒化化合物のエピタキシャル成長層を得る公知の方法について以下に簡潔に述べる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
対処すべき問題は、無極性方向１１０または半極性方向１２０におけるエピタキシャル成長を可能にするために使用すべき基板を決定することである。エピタキシャル成長層における欠陥濃度の最小化も同時に望まれる場合、最も適切な方法は、エピタキシャル成長させる層と同じ性質の基板（同質基板）を用いることである。上述の窒化物の場合、ｃ方向に引かれたＧａＮのインゴット塊は典型的には１インチ（２．５ｃｍ）未満のように依然としてサイズが小さく、基板のサイズは典型的には数ｃｍ２未満であり、従って想定する産業用途に充分なサイズを有し、ｃ軸に対して傾いた基板を切り出すことが不可能であることを意味する。
【０００６】
上述の寸法問題の影響を受けない一解決策は、適切な方位の基板、例えばサイズがより大きく、方位が適切なサファイヤ基板上で正しい結晶方向に配置された層を用いるものである。一般にテンプレートと呼ばれるこれらの層は、例えばサファイヤ製の選択された基板上での擬似「ヘテロエピタキシャル」成長を介して所望の方位、すなわち無極性方位１１０または半極性方位１２０を得る。しかし、このように得られた層は、表面に対して傾いたｃ平面に伸長する、従って成長層の表面に現れる極めて多数の積層欠陥および、より少ないものの、ある個数の位置ずれにより損なわれていることが観察される。これらのテンプレートのエピタキシャル成長は、単に欠陥の長さを増大させるだけである。これらの欠陥は、有効領域と交差する際に波長がより短い非放射性再結合または放射性再結合を生じさせる。このことは、そのような層から製造されたＬＥＤの光電変換効率が低下する現象を少なくとも部分的に説明する。
【０００７】
上述の問題点を緩和すべく、「エピタキシャル横方向過成長」（ＥＬＯ）法と呼ばれる方法を利用する必要がある。層の成長のある段階でマスク２０１を堆積させ、その目的は、一方では当該マスク下での位置ずれを防止し、他方では当該マスク全体にわたり生じる横方向過成長の間、残りの位置ずれに湾曲を生じさせるためである。そのような方法は例えば、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｖｏｌｕｍｅ２７  Ｎｕｍｂｅｒ２（２０１２）に発表されたＰ．Ｖｅｎｎｅｇｕｅｓおよび共著者による文献「Ｄｅｆｅｃｔ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  ＩＩＩ−ｎｉｔｒｉｄｅ  ｈｅｔｅｒｏｅｐｉｔａｘｉａｌ  ｆｉｌｍｓ  ｇｒｏｗｎ  ａｌｏｎｇ  ｎｏｎｐｏｌａｒ  ａｎｄ  ｓｅｍｉｐｏｌａｒ  ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｓ」に記述されている。図２に示すように、マスク２０１下の欠陥および位置ずれが実際に効果的にブロックされている様子が見られるが、積層欠陥は位置ずれのように湾曲せず、マスクの開口２０２を通って伝搬可能な積層欠陥２０３は表面に到達することができる。図２の右側の図面は、左側の写真の模式図である。
【０００８】
積層欠陥を防止するのではなく、その形成の回避を図る他の解決策も従って開発されている。この種の方法は、前記基板の表面に形成されたファセット上で成長を局所的に開始させる基板の「ファセット化」に基づいており、当該ファセットにより、図３ａ〜３ｆからなる図３に示すように、ＧａＮをｃすなわち（０００１）方向にエピタキシャル成長することができる。図３ｂに示すように、基板はファセット３３０を越えて誘電マスク３２０で覆われている。この場合、成長の開始時点で生じ、且つ必然的にｃ｛０００１｝平面に整列する積層欠陥は、ファセットと層の界面近傍の薄い領域に閉じ込められる。また、ファセット上での晶子の成長は、成長の第１の瞬間での位置ずれの湾曲を伴う。当該方式の独創性は、基板３００の方位、従ってファセットの傾きが、各種晶子の合体が最終的には図３ｄに示すように、所望の半極性方位を有する平坦且つ連続的なＧａＮ面３５０を生じるように選択される事実にある。積層欠陥を含む領域はサイズが極めて小さく、典型的には厚さが数ナノメートルである。このような方法は、各種の研究所によりケイ素またはサファイヤ製の基板上で開発されてきた。読者は例えば文献「Ｔ．Ｈｏｎｄａ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ  ２４２（１−２），８２（２００２）」、「Ｂ．Ｌｅｕｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  １０４（２６）（２０１４）」、および「Ｔ．Ｔａｎｉｋａｗａ  ｅｔ  ａｌ．，Ｐｈｙｓｉｃａ  Ｓｔａｔｕｓ  Ｓｏｌｉｄｉ（Ｃ）５（９），２９６６（２００８）」を参照されたい。サファイヤ製の基板およびケイ素製の基板の場合、ファセット３３０は化学または乾式エッチングにより露出する。図３ａ〜３ｄに、例えば７°の方位差を有する｛００１｝ケイ素基板３００から始まる、連続層３５０を得るために必要な一連のステップを示す。ケイ素上での成長には、｛１１１｝方位のファセット３３０は、ＫＯＨすなわち水酸化カリウムを用いた化学エッチングにより露出する。出発基板がマスキングされ、化学エッチングがマスクの開口３７０を介して行われることにより、グルーブ３６０が形成される。エッチング時間が、エッチングの深さ３８０、従って露出する｛１１１｝ファセット３３０の高さを設定する。上述のように、またＧａＮ成長がケイ素の｛１１１｝ファセット３３０上で＋ｃ方位を有しているため、ＧａＮ層３５０の表面の所望の半極性方位を選択すべくケイ素の初期方位が正確に選択される。これにより、各種のケイ素方位、従って各種のＧａＮ層半極性方位に対して全般的に満足すべき結果が得られる。＜１１０＞方向に７°の方位差を有する｛００１｝ケイ素上でのＧａＮ成長の場合における実験例を図３ｅ、３ｆに示す。ここで、ケイ素がマイクロエレクトロニクス産業で最も一般的に用いられる材料であり、従って低コストで大型ケイ素基板が利用できる限り、ケイ素基板の使用が常に好適である点に注意されたい。
【０００９】
ある程度の改善を示すにもかかわらず、上で簡単に述べた局所的ヘテロエピタキシャル半極性成長方法には依然として多くの制約がある。
【００１０】
特に、ケイ素基板上でのＧａＮの成長は、ＧａＮ層等の窒化層の成長ステップにおける「メルトバックエッチング」と呼ばれる効果の出現に関する更なる問題に直面する。この破壊的な効果はケイ素のガリウムとの反応性の結果である。具体的には、晶子の成長フェーズにおいて、ケイ素の温度はガリウムとの化学反応が可能な程度に充分上昇する。この反応は一般に、ケイ素内での空洞の形成につながる。
【００１１】
これらの空洞は、基板の品質、従ってＬＥＤの性能を減少させる。更に、空洞はケイ素表面に無秩序に現れるため、所与の積層から得られたＬＥＤの均一性を結果的に低下させる。
【００１２】
ガリウムによるケイ素の上述の非適時エッチングを回避すべく、ＧａＮ成長の開始前にケイ素上に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の緩衝層を堆積させることができる。窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の当該緩衝層により「メルトバックエッチング」を抑制できるが、実際にこれを完全に除去できることは稀である。
【００１３】
従って、窒化層、例えば半極性方位の窒化ガリウムの層がケイ素層の｛１１１｝結晶面を向くファセットから得られるようにし、且つメルトバックエッチング効果の発現を更に減らすことが可能な解決策を提供するニーズがある。
【００１４】
本発明の他の目的、特徴、および利点は、以下の記述および添付の図面を精査することにより明らかになろう。他の利点が得られることも理解されよう。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
一実施形態によれば、本発明の一主題は、ケイ素またはゲルマニウムを主体とする単結晶層の上面でガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）およびアルミニウム（Ａｌ）のうち少なくとも１個から窒化物（Ｎ）の少なくとも１個の半極性層が得られるようにする処理であって、前記処理は以下のステップ、すなわち
−  当該単結晶層の上面から、主に第１の方向に伸長する複数の平行なグルーブを、各グルーブが少なくとも２個の反対向きの傾斜ファセットを含み、前記２個の反対向きのファセットのうち少なくとも１個が｛１１１｝結晶方位を有するようにエッチングするステップと、
−  ｛１１１｝結晶方位を有する前記ファセットに反対向きのファセットがマスキングされ、｛１１１｝結晶方位を有する前記ファセットがマスキングされないように当該単結晶層上にマスクを形成するステップと、
−  前記非マスキングファセットから窒化物の前記半極性層をエピタキシャル成長させるステップを含んでいる。
【００１６】
有利な特徴として、前記エッチングは、単結晶層および当該単結晶層を被せられた少なくとも１個の停止層を含む積層上で実行される。
【００１７】
有利な特徴として、前記エッチングが前記停止層と接触した時点で停止すべく前記エッチングが前記単結晶層を前記停止層に関して選択的にエッチングする。
【００１８】
一実施形態によれば、前記エピタキシャル成長ステップは、
−  ｛１１１｝結晶方位を有する前記非マスキングファセットからの、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主体とする材料の第１のエピタキシャル成長と、
−  窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主体とする前記材料からの、窒化ガリウム（ＧａＮ）を主体とする材料の少なくとも１個の第２のエピタキシャル成長とを含んでいる。
【００１９】
有利な特徴として、単結晶層の厚さは９００ｎｍ（１０−９メートル）以下である。
【００２０】
本発明の開発に関して、メルトバックエッチングを抑制するために、ケイ素またはゲルマニウムを主体とする単結晶層のガリウムによるエッチングを防止可能にすべく例えばＡｌＮの緩衝層を充分な密度で連続的に堆積することが実際には負担可能なコストでは不可能であることが分かっている。結果的に窒化層は次第に劣化する。
【００２１】
深さが浅く、ケイ素またはゲルマニウムを主体とする単結晶層の下地である停止層で停止するエッチングにより制御されるグルーブにより画定されるファセットからＡｌＮおよびＧａＮの層を成長させることにより、本発明は、当該メルトバックエッチングの出現のリスクを軽減または回避可能にする。
【００２２】
具体的には、ケイ素またはゲルマニウムを主体とする単結晶層の下地である停止層で停止するエッチングによりグルーブを得ることにより、本発明は、グルーブの深さを特に正確に制御することができる。これにより、ファセットのサイズを極めて正確に制御すると共に、それらのサイズを軽減することができる。
【００２３】
本発明の開発に関して、メルトバックエッチングの核形成が基板の表面で無秩序に生じることが分かっている。
【００２４】
更に、想定外であるが、単結晶層の厚さが９００ｎｍ以下であるため、当該効果の核形成のリスクが大幅に低下する。対照的に、厚さがより大きい、典型的には１ミクロンまたは数ミクロンよりも大きい場合、メルトバックエッチングは顕著に減少しないことが分かっている。更に、このように厚さが大きい場合、単結晶層の厚さが減少してもメルトバックエッチングのリスクは減少しないか、または殆ど減少しない。
【００２５】
本発明は従って、上述の効果を充分に最小化または除去することもできる。
【００２６】
本発明による処理には他の利点がある。
【００２７】
特に、グルーブからの窒化物成長に基づく公知の解決策において、ケイ素またはゲルマニウムを主体とする基板の化学エッチングの持続期間が、グルーブの深さ３３１、従って｛１１１｝方位のファセット３３０の高さおよび時として形状を画定する。ケイ素の場合、ファセットのサイズの上限は、ＫＯＨ化学エッチングにより露出する各種の｛１１１｝平面の交差により決定される。下限に関しては、ＫＯＨエッチングの初期フェーズのパラメータに大きく依存し、エッチングは多くの場合ウェーハの残りの部分まで広がる前に局所的に開始される。また、エッチング速度は、注目するケイ素のＫＯＨ濃度、温度、および方位に密接に依存する。従って本発明の開発に関して、充分な再現性および充分な均一性を保証することは、特に大型の基板の場合、実際には困難であることが分かっている。本発明の開発に関して、直径２インチ（５０ｍｍ）のケイ素基板のＫＯＨエッチングの場合、エッチングの深さにおける約１０〜５０％の不均一性、従って、基板全体にわたるファセット高での対応するばらつきが測定された。各々のファセット３３０から生じるＧａＮ晶子３４０のサイズにファセットのサイズが直接影響するため、高さの均一性の欠如が次いで晶子のサイズの不均一性、従って不規則な合体につながることが分かっている。このことは、求める結晶完全性の観点から極めてハードルが高い量子井戸ヘテロ構造等の複雑な構造を形成可能な平坦層３５０の取得が阻害される。
【００２８】
本発明は、サイズが制御され、且つウェーハ全体にわたり均一であるファセットを製造可能にすることにより、厚さがより均一な平坦層を得ることができる。
【００２９】
更に、既に上で見たように、ＧａＮ晶子とケイ素ファセットの界面で生じる位置ずれが、当該ケイ素ファセットの底面および上面へ向かって湾曲することにより、位置ずれの密度を急速に低下させることができる。しかし、本発明の開発との関連で、晶子の上面に生じる位置ずれを含んだ領域の幅が、当該位置ずれが生じるケイ素ファセットの初期高に直接依存することが分かっている。従ってファセットの幅を狭めることにより、位置ずれの平均密度および位置ずれが生じる領域の広がりを軽減させることができる。これには、化学エッチングの深さの正確な制御が必要であるが、ファセットの形成に要するエッチング時間が短いため、公知の解決策では実際に行うことが困難である。公知の解決策では、ファセットのサイズが不均一性であるため基板全体にわたり基部が不均一な晶子が得られ、従って位置ずれの密度が前記基板の一端から他端にかけて変動する。例えばＬＥＤ、レーザー、またはＧａＮ製の高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）の製造等、光学機器または電子機器分野に応用する場合、これはエピタキシャル成長した基板上で占める位置に応じて素子の品質が異なる限り容認できない。
【００３０】
本発明は、ウェーハ全体にわたり高さがより均一なファセットを製造可能にすることにより、位置ずれの密度をゼロまで低下させるか、はるかに低くすることができ、いずれの場合も所与の層ではるかに均一にすることができる。従って所与の基板から得られる素子の品質のばらつきが小さくなる。
【００３１】
任意選択的に、本発明の処理は更に、以下の任意選択的ステップおよび特徴のうち少なくとも１個を、別々にまたは組み合わせて有していてよい。
【００３２】
一実施形態によれば、単結晶層の厚さは、エッチングステップにおいて、所与のグルーブの２個の反対向きの傾斜ファセットが当接することなく停止層に到達する程度である。
【００３３】
一実施形態によれば、グルーブが伸長する第１の方向は、上面の平面および＜１１１＞平面に共通な方向に一致している。
【００３４】
一実施形態によれば、前記エピタキシャル成長ステップは、
−  ｛１１１｝結晶方位を有する前記非マスキングファセットからの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主体とする材料の第１のエピタキシャル成長と、
−  窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主体とする前記材料からの、窒化ガリウム（ＧａＮ）を主体とする材料の少なくとも１個の第２のエピタキシャル成長とを含んでいる。
【００３５】
一実施形態によれば、第１のエピタキシャル成長は、窒化ガリウム（ＧａＮ）を主体とする材料が単結晶層を完全に覆うように実行される。
【００３６】
一実施形態によれば、第１のエピタキシャル成長は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）製の材料と関係している。
【００３７】
一実施形態によれば、グルーブは平坦な底部を有し、２個の反対向きの表面はグルーブの底部で接触する。
【００３８】
一実施形態によれば、停止層は、停止層からのエピタキシャル成長無しに単結晶層からのエピタキシャル成長を可能にすべく構成されている。
【００３９】
一実施形態によれば、停止層は電気絶縁体である。
【００４０】
一実施形態によれば、停止層は非晶質である。
【００４１】
一実施形態によれば、停止層は前記半極性窒化層とは化学反応しない。
【００４２】
一実施形態によれば、単結晶層は停止層に直接接触する。
【００４３】
一実施形態によれば、積層は、停止層を被せられた担体層を含む。
【００４４】
一実施形態によれば、停止層は担体層に直接接触する。
【００４５】
一実施形態によれば、停止層は、担体層の少なくとも一表面を酸化させることにより得られる。
【００４６】
一実施形態によれば、停止層は、酸化物の層、ＳｉＣの層、およびＡｌ２Ｏ３の層から選択された層である。
【００４７】
一実施形態によれば、単結晶層は薄層である。
【００４８】
一実施形態によれば、単結晶層の厚さは、２ｎｍ（１０−９メートル）〜９００ｎｍ、好適には５ｎｍ〜５００ｎｍ、より好適には１０ｎｍ〜５０ｎｍである。
【００４９】
一実施形態によれば、単結晶層の厚さは７５０ｎｍ以下である。これらの厚さにより、メルトバックエッチングをかなりの程度最小化することができる。
【００５０】
一実施形態によれば、単結晶層の厚さは６００ｎｍ以下、好適には５００ｎｍ以下、より好適には３００ｎｍ以下、更に好適には２００ｎｍ以下である。これらの厚さにより、メルトバックエッチングによる核形成の効果を更にかなりの程度最小化することができる。
【００５１】
一実施形態によれば、単結晶層の厚さは５０ｎｍ〜６００ｎｍ、好適には５０ｎｍ〜３００ｎｍである。このような厚さにより、メルトバックエッチングによる核形成の効果をかなりの程度最小化することができる。
【００５２】
一実施形態によれば、単結晶層は、予めドナー基板上で得られ、次いで停止層に加えられる層である。
【００５３】
一実施形態によれば、各グルーブは連続的である。
【００５４】
一実施形態によれば、窒化物（Ｎ）と、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）およびアルミニウム（Ａｌ）のうち少なくとも１個とを含む前記材料のＶ／ＩＩＩモル比は１００〜２０００である。
【００５５】
一実施形態によれば、窒化物（Ｎ）と、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）およびアルミニウム（Ａｌ）のうち少なくとも１個とを含む前記材料のＶ／ＩＩＩモル比は３００〜５００、好適には３８０〜４２０である。
【００５６】
一実施形態によれば、マスクを形成するステップは、マスキング材料の角方向堆積を含み、堆積は、全ての単結晶層が｛１１１｝結晶方位を有する前記ファセットを除いて覆われるように実行される。
【００５７】
一実施形態によれば、マスキング材料は、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、および窒化チタン（ＴｉＮ）材料のうち少なくとも１個を含んでいる。
【００５８】
一実施形態によれば、窒化物は窒化ガリウム（ＧａＮ）である。
【００５９】
一実施形態によれば、窒化物は窒化ガリウム（ＧａＮ）を主体とし、窒化ガリウム（ＧａＮ）は更にアルミニウム（Ａｌ）および／またはインジウム（Ｉｎ）を含んでいる。
【００６０】
一実施形態によれば、窒化物は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、インジウム窒化物（ＩｎＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）、インジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）、アルミニウムガリウムインジウム窒化物（ＡｌＧａＩｎＮ）、アルミニウムインジウム窒化物（ＡｌＩｎＮ）、およびアルミニウムインジウム窒化ガリウム（ＡｌＩｎＧａＮ）のうち任意のものでもある。
【００６１】
一実施形態によれば、複数の平行なグルーブが５０ｎｍ〜２０μｍのピッチｐ１を有している。
【００６２】
一実施形態によれば、ピッチｐ１は７５ｎｍ〜１５μｍである。
【００６３】
一実施形態によれば、複数の平行なグルーブの平行なグルーブは主として第１の方向に伸長しており、本処理はまた、複数の平行なグルーブを得るステップの後、且つ単結晶層のエピタキシャル成長ステップの前に実行される以下のステップ、すなわち
−  前記第１の方向に対して回転した第２の方向に伸長し、且つ各々が｛１１１｝単結晶方位を有する個別ファセットのマトリクス配列を形成すべく連続的なグルーブに割り込む複数の平行なトレンチをエッチングするステップを含んでいる。
【００６４】
有利な特徴として、前記エピタキシャル成長ステップを実行する間、前記材料は｛１１１｝結晶方位を有し、且つ前記マトリクス配列を形成する前記個別ファセットだけから成長する。
【００６５】
好適には、トレンチおよびグルーブは各々底部を有し、トレンチの底部はグルーブの底部と同じ深さ、またはより深い位置にある。
【００６６】
グルーブに対して傾いたトレンチの形成により、ファセット、すなわち｛１１１｝方位を有し、Ｇａ、ＩｎおよびＡｌのうち少なくとも１個を含む窒化物を成長させることが可能なファセットの利用可能領域を減少させることができるため、適切な＋ｃ方向での成長を促しながら、フットプリントを減少させ、従ってＧａＮ／ＡｌＮ／ＳｉまたはＡｌＮ／Ｓｉ界面で生じたエピタキシャル成長の間に拡張する欠陥の個数を減少させることができる。
【００６７】
従って本発明および提案する処理により、表面まで伝搬する拡張欠陥の密度が低下させることができ、従って、分極化効果を大幅に減少させる半極性方位に、より高い効率の緑色ＬＥＤを得ることが可能である。
【００６８】
有利な特徴として、前記エピタキシャル成長ステップを実行する間、前記材料は｛１１１｝結晶方位を有し、且つ前記マトリクス配列を形成する前記個別ファセットだけから成長する。
【００６９】
一実施形態によれば、前記第１および第２の方向は、４０°よりも大きく、好適には５０°〜９０°の角度を画定する。
【００７０】
一実施形態によれば、前記角度は６０°〜９０°である。
【００７１】
一実施形態によれば、初期グルーブに垂直なトレンチがエッチングされる。
【００７２】
一実施形態によれば、トレンチは、グルーブの深さ以上の深さを有している。
【００７３】
一実施形態によれば、トレンチは鉛直な側壁を有している。好適には、トレンチおよびグルーブは各々底部を有し、トレンチの底部はグルーブの底部と同じ深さ、またはより深い位置にある。
【００７４】
一実施形態によれば、複数の平行なグルーブはピッチｐ１を有し、複数の平行なトレンチは
【数１】
2018536618.tif 000003
よりも大きく、好適には
【数２】
2018536618.tif 000004
よりも大きいピッチｐ２を有している。
【００７５】
一実施形態によれば、複数の平行なグルーブはピッチｐ１を有し、複数の平行なトレンチは１．１＊ｐ１よりも小さく、好適にはｐ１よりも低いピッチｐ２を有している。
【００７６】
一実施形態によれば、エピタキシャル成長ステップを実行する間、基板の温度が７００〜１，３００℃、好適には９００〜１，１００℃に保たれる。
【００７７】
一実施形態によれば、エピタキシャル成長ステップを実行する間、圧力は３０ｍｂａｒ〜１５００ｍｂａｒ、好適には５０ｍｂａｒ〜７００ｍｂａｒに保たれる。
【００７８】
一実施形態によれば、複数の平行なグルーブはピッチｐ１を有し、複数の平行なトレンチは０．９＊ｐ１〜１．１＊ｐ１であるピッチｐ２を有しており、前記第１および第２の方向により画定される最小角度は４０°よりも大きく、好適には６０°よりも大きい。
【００７９】
一実施形態によれば、単結晶層はケイ素（Ｓｉ）またはケイ素を主体とする材料製である。
【００８０】
一実施形態によれば、複数の平行なトレンチをエッチングする前記ステップは、｛１１１｝結晶方位を有する前記ファセットと反対向きのファセットがマスキングされるように、複数の平行なグルーブを形成するステップの後、且つ単結晶層の上面をマスキングするステップの前に実行される。
【００８１】
一実施形態によれば、本発明は、少なくとも緑色波長の範囲で発光すべく構成された少なくとも１個の発光ダイオード（ＬＥＤ）を製造する方法に関し、単結晶基板の上面で、窒化物（Ｎ）と、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）およびアルミニウム（Ａｌ）のうち少なくとも１個とを含む少なくとも１個の材料から半極性層を得られるようにする、先行請求項のいずれか１項に記載の処理を含んでいる。
【００８２】
別の実施形態によれば、本発明の一主題は、単結晶層と、前記単結晶基板の上面においてガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）およびアルミニウム（Ａｌ）のうち少なくとも１個からなる窒化物の少なくとも１個の層である半極性層とを含む超小型電子素子であって、
−  当該単結晶層は複数の平行なグルーブを含み、各グルーブは、各々が連続帯域を形成する少なくとも２個の反対向きの傾斜ファセットを含んでいて、前記２個の反対向きのファセットの少なくとも１個が｛１１１｝結晶方位を有し、
−  前記窒化層は｛１１１｝結晶方位を有するファセットに直接接触する。
【００８３】
単結晶層は停止層に被せられる。各グルーブは、停止層の上面から伸長して単結晶層の中心を貫通する。
【００８４】
一実施形態によれば、グルーブは停止層の上面により形成される平坦な底部を有している。
【００８５】
一実施形態によれば、素子はまた、単結晶層と窒化物の間に配置されたマスキング層を含み、当該マスキング層は、｛１１１｝結晶方位を有するファセットを除いて信号結晶層の上面全体を覆っている。
【００８６】
一実施形態によれば、本発明は、２個の先行請求項のいずれか１項に記載の超小型電子素子を含む発光ダイオード（ＬＥＤ）に関する。
【００８７】
超小型電子素子とは、超小型電子に固有の手段により製造される任意の種類の装置を意味する。これらの素子は特に、純粋に電子目的を意図された素子に加え、微小機械または電気機械素子（ＭＥＭＳ、ＮＥＭＳ等）、および光または光電子素子（ＭＯＥＭＳ等）を含んでいる。
【００８８】
本発明の狙い、目的、特徴および利点は、本発明の一実施形態の詳細な記述からより明らかになろう。当該実施形態は添付の図面に示している。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】分極化効果の程度を結晶方位の関数として示すグラフである。
【図２】エピタキシャル横方向過成長（ＥＬＯ）により得られた窒化層の成長結果を示す。
【図３−１】図３ａ〜３ｆからなり、ＧａＮの層の局所的ヘテロエピタキシャル半極性成長の処理ステップを示す。
【図３−２】図３ａ〜３ｆからなり、ＧａＮの層の局所的ヘテロエピタキシャル半極性成長の処理ステップを示す。
【図４−１】図４ａ〜４ｉからなり、ＧａＮの層の局所的テロエピタキシャル半極性成長を得るための本発明による一処理例のステップを示す。
【図４−２】図４ａ〜４ｉからなり、ＧａＮの層の局所的テロエピタキシャル半極性成長を得るための本発明による一処理例のステップを示す。
【図４−３】図４ａ〜４ｉからなり、ＧａＮの層の局所的テロエピタキシャル半極性成長を得るための本発明による一処理例のステップを示す。
【図４−４】図４ａ〜４ｉからなり、ＧａＮの層の局所的テロエピタキシャル半極性成長を得るための本発明による一処理例のステップを示す。
【発明を実施するための形態】
【００９０】
図面は例示目的で与えられており、本発明を限定するものではない。図面は、本発明の理解を容易にすることを意図された模式的且つ概念的表現であり、従って必ずしも現実の適用例と同縮尺ではない。特に、各種の層および膜の相対的な厚さは現実を表すものではない。
【００９１】
本発明の文脈において「上に」、「被さる」、「覆う」「下に」という用語またはこれらの等価物は「〜と接触している」を意味していない。従って、例えば、第２層の上への第１層の堆積は必ずしも２個の層が互いに直接接触することを意味する訳ではなく、第１層が第２層を、直接接触した状態で、または少なくとも１個の他の層または少なくとも１個の他の要素により分離された状態で、少なくとも部分的に覆うことを意味する。
【００９２】
以下の記述において、厚さまたは高さは、各種の層の主面に垂直な方向に測定されている。各図面において、厚さまたは高さは鉛直線に沿って計測される。
【００９３】
同様に、ある要素が別の要素に垂直に置かれていることが示されている場合、これら２個の要素は共に、基板の主平面に垂直な同一線上、すなわち図面で鉛直方向の所与の線上に置かれている。
【００９４】
本発明による処理の一般的な原理について以下に記述し、次いで図４ａ〜４ｈを参照しながら非限定的な実施形態について詳述する。
【００９５】
本処理は、窒化ガリウム（ＧａＮ）の、およびインジウム（Ｉｎ）とアルミニウム（Ａｌ）を含む窒化物合金の半極性または無極性方位のエピタキシャル層の成長がもたらす問題を解決する方策を提供する。
【００９６】
本発明の処理は有利な特徴として、ＳＯＩ型の処理済みケイ素基板を用いる。ＳＯＩは「ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ（ケイ素搭載絶縁体）」の略語である。停止層４２０の役割を果たす連続的な絶縁層の上に置かれた、好適には単結晶ケイ素であるケイ素の薄い表面層を含むそのような基板を形成する多くの公知の技術がある。停止層４２０は多くの場合酸化ケイ素（ＳｉＯ２）である。
【００９７】
単結晶層は従ってケイ素を主体としてよい、すなわち、完全にケイ素製であっても、または実際にはケイ素および少なくとも１個の他の元素を含んでいてもよい。別の実施形態によれば、単結晶層はゲルマニウムを主体とする。以下の記述において、ケイ素を主体とする単結晶層に言及しつつ本発明について述べる。後述する実施形態は、ゲルマニウムを主体とする単結晶層に適用できる。
【００９８】
一般に、絶縁層は、組み上がった構造に充分な機械的剛性を与えることを意図された、以下で担体層と呼ばれる厚い担体の上に置かれる。ベースまたはバルクウェーハとも呼ばれる厚い、または嵩高い担体も多くの場合ケイ素製である。
【００９９】
より一般的には、本発明はＳＯＸ型の基板を用いており、当該略語は任意の種類のＳＯＩ基板、すなわち絶縁層および厚い担体がケイ素（Ｓｉ）および酸化ケイ素（ＳｉＯ２）以外の材料製であってよい基板を示すために用いる。従って、担体層は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）または炭化ケイ素（ＳｉＣ）あるいは超小型電子産業で一般的に用いられる他の任意の材料製であってよい。
【０１００】
例えばケイ素製の単結晶表面層は、例えばスマートカット法と呼ばれる公知の方法等の各種の公知の処理を用いて得ることができる。本方法では、表面層はドナー基板と呼ばれるものから得られる。表面層は次いで、追加の前に担体層の表面に形成された一般にＳｉＯ２製である絶縁層の分子結合により担体層に追加される。
【０１０１】
単結晶層の結晶方位は、所望の半極性方位が上述のように後続する（例えばＧａＮの）窒化層の成長の間に得られるようなものでなければならない。以下の表に、適当と思われるケイ素表面層の各種の結晶方位を要約する。
【０１０２】
【表１】
2018536618.tif 000005
【０１０３】
ケイ素または上述の他の材料のうちの１個の材料製の担体層またはベースウエーハの結晶方位および性質は、停止層４２０の役割を果たす絶縁層が担体層と単結晶表面層との界面を形成するため、窒化層のそれらに直接影響を及ぼさない。（例えばＧａＮの）窒化層の製造に関して、単結晶表面層だけを考慮すればよい。
【０１０４】
担体層の元となる材料の選択は、熱伝導率、熱膨張率、透明度および本発明の特定の用途に依存し得る他の物理的パラメータ等を考慮して行うことができる。担体層がケイ素製の場合、その結晶方位は一般に｛１００｝または｛１１１｝である。
【０１０５】
酸化物層の厚さ、またはより一般に、単結晶表面層の追加前に形成された絶縁層の厚さもまた本発明による処理の実行結果に直接影響を及ぼす要因でない。当該厚さは、一般に１５０ｎｍ（１ナノメートル＝１０−９ｍ）〜９００ｎｍ（μｍ＝１０−６ｍ）、より一般に２ｎｍ（１０−９メートル）〜９００ｎｍ、好適には５ｎｍ〜５００ｎｍ、より好適には１０ｎｍ〜５０ｎｍの値の範囲に含まれている。
【０１０６】
一実施形態によれば、単結晶層の厚さは７５０ｎｍ以下、好適には６００ｎｍ以下、より好適には５００ｎｍ以下、更に好適には３００ｎｍ以下である。これらの厚さにより、メルトバックエッチングにより核形成の効果をより大幅に最小化することができる。
【０１０７】
上述の絶縁層は、エッチングを行う間に単結晶表面層でエッチングされるファセットを露出させる停止層４２０を形成するように選択される。典型的には、エッチングは、停止層４２０に関して高い選択性を有する単結晶表面層をエッチングする化学エッチングを介して実行される。
【０１０８】
ＳＯＩ型構造を形成する公知の処理を用いることが有利であり、これらの処理は従来絶縁層を用いるが、停止層４２０は必ずしも絶縁性ではない。有利な特徴として、停止層は非晶質である。停止層は前記半極性窒化層層とは化学反応しない。
【０１０９】
停止層４２０は有利な特徴として、単結晶表面層により画定された｛１１１｝ファセット上での局所的成長を可能にする。より正確には、化学エッチングにより露出された｛１１１｝方位のファセット上だけで選択的な成長を得るには、選択された材料上でのＧａＮの成長が不可能でなければならない。酸化ケイ素（ＳｉＯ２）は使用が簡単、且つ多くのエッチング化学物質におけるケイ素に関して良好な選択性を有する点で有利である。更に、単結晶表面層を追加する間に実行される分子結合に適している。窒化ケイ素（ＳｉＮ）もまた停止層４２０の形成に有利な材料である。好適には、停止層４２０は、例えば非晶質ＳｉＯ２またはＳｉＮ製の非晶質である。
【０１１０】
停止層４２０は、選択された絶縁材料がケイ素表面層でファセットを露出させるために用いる化学エッチング（例えば上述のようにＫＯＨを用いて実行されたエッチング）に関して不活性ならば、ＳｉＯ２以外の性質を有していてよい。
【０１１１】
図４は、図４ａ〜４ｉからなり、この場合は図４ｃに示すようにＳＯＩ基板４００である積層上での本発明の処理を実行する一例を示す。
【０１１２】
典型的にケイ素製である基板の単結晶表面層４１０の方位は、続いて（１０−１１）方位のＧａＮのエピタキシャル層を得るべく、［１１０］に向かう７°の（００１）結晶平面の方位差を有している。
【０１１３】
上述のＳＯＩ基板４００は、単結晶表面層４１０を被せられた停止層４２０を被せられた担体層４０２を含んでいる。
【０１１４】
当該ＳＯＩ基板４００は、例えば上で簡単に説明して図４ａ、４ｂに示したように、単結晶表面層４１０を追加する前に例えば「スマートカット」技術と呼ばれる技術を用いて表面４０４が酸化された例えばケイ素製の厚い担体層４０２から出発する、従来方式で得られる。
【０１１５】
好適には、結合前に、分子結合を促進すべく単結晶表面層４１０自身が予め酸化される。接触している酸化層は従ってＳＯＩ基板の中間停止層４２０を形成する。
【０１１６】
図４ｅ〜４ｆに示すように、次いでグルーブ４６０が単結晶表面層４１０でエッチングされる。これらのグルーブは凹形パターンであり、従ってトレンチを形成する。
【０１１７】
これを行うため、マスク４４０が単結晶表面層４１０の最上部に形成される。当該マスクは、単結晶表面層４１０を覆う平行な帯域４４１を形成して、単結晶表面層４１０の他の平行な帯域を覆わないままにする。
【０１１８】
マスク４４０は、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）または窒化ケイ素（ＳｉＮ）４３０の層を堆積または成長させることにより形成される。次に、帯域４４１は、マスキング層４３０のリソグラフィ、例えば従来技術によるフォトリソグラフィおよびエッチングにより形成される。
【０１１９】
平行な帯域４４１は、単結晶表面層４１０の所定の結晶方向に向けられている。結晶層４１０は、停止層４２０に対向する内面および当該内面の反対側の外面を有し、前記外面はまた上面とも呼ばれる。平行な帯域４４１の方位の方向は、結晶層４１０の外面の平面および化学エッチングを介して露出させたい＜１１１＞平面に共通な方向に一致していなければならない。当該方向が＜１１０＞方向である。従って、帯域４４１は、単結晶層４１０の上面の平面と＜１１１＞平面との交線と平行である。図４に示す本発明の実施例において、これは＜１１０＞方向の問題である。
【０１２０】
単結晶表面層４１０は次いで、既に上で述べたようにＫＯＨを用いて例えば化学的に、またはテトラメチル水酸化アンモニウムすなわちＴＭＡＨを用いてエッチングすることができる。
【０１２１】
このようにエッチングにより形成されたグルーブ４６０は帯域４４１と平行である。従って、これらのグルーブ４６０は、結晶層４１０の外面の平面と＜１１１＞平面に共通な方向に向けられた平行なグルーブを画定する。
【０１２２】
本発明に関して、有利な特徴として、非限定的な本例ではＳｉＯ２製の停止層４２０に到達したならばエッチングは自動的に停止する。従って、エッチングは、従来技術に関して記述したバルクシリコン基板を用いる従来方式の処理の場合のように｛１１１｝方位のファセット３３０が接触する前に停止する。
【０１２３】
従って、エッチング時間に応じて｛１１１｝方位のファセット３３０の高さを設定するのではなく、前記高さは、本発明の処理によりＳＯＩ基板の単結晶ケイ素表面層４１０の厚さにより完全に画定される。
【０１２４】
ファセット３３０の高さはグルーブ４６０の深さに依存する。ファセット高３３０およびグルーブ４６０の深さは、各種の層４０２、４２０、４１０が主に置かれている平面に垂直に、すなわち図４ａ〜４ｉの鉛直線に沿って測定される。
【０１２５】
グルーブ４６０は従って好適には平坦な底部４２１を有している。当該底部は停止層４２０の上面により形成されている。
【０１２６】
既に上で述べたように、化学浴が不均一性の原因である。ＳＯＩ基板、またはより一般的にはＳＯＸ基板の使用により、化学エッチングによる不均一性にもかかわらず基板の表面全体で極めて均一な高さおよび制御された厚さを有するファセット３３０を得ることができる。残りの不均一性は従って、ＳＯＩのケイ素層の厚さ４１１の不均一性であり、この種の基板の様々な供給元が指定するように、わずか数パーセントに過ぎない。これは大直径（典型的には３００ｍｍ）の基板（一般にウェーハとも呼なれる）、およびケイ素表面層厚が薄い（２０ｎｍ未満）場合にもあてはまる。
【０１２７】
一実施形態によれば、グルーブ４６０が形成されたならば、｛１１１｝方位のファセット３３０を除いて構造の上面全体を覆うべく構成されたマスク４１９が次いで形成される。当該マスク４９０を図４ｇに示す。当該マスク４９０は典型的には酸化物、例えばＳｉＯ２から形成されている。
【０１２８】
従って、単結晶基板の上面をマスキングする本ステップは、｛１１１｝結晶方位を有するファセット３３０の反対側の｛１１１｝方位のファセット３３１をマスキングするように実行される。
【０１２９】
当該マスク４９０の形成は典型的には、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、および窒化チタン（ＴｉＮ）のうち少なくとも１個を含む材料を堆積させるステップを含んでいる。
【０１３０】
第１の実施形態によれば、当該マスク４９０の堆積は、｛１１１｝結晶方位を有する前記ファセット３３０を除いて単結晶基板４１０の上面全体がマスキングされるように実行される角方向堆積である。堆積の傾きの角度とは、ファセット３３０に対応するトレンチの一部分がアクセス不可能であり、従って堆積された材料を受け取らないことを意味する。本ステップは、堆積の角度は調整可能なイオンビームスパッタラー（ＩＢＳ）として公知の標準的設備部品を用いて実現される。傾斜した角度を有する堆積はまた、真空下の目標陽極を電子ビームで照射する電子ビーム物理蒸着（ＥＢＰＶＤ）技術により得られる。
【０１３１】
マスク４９０を形成する材料の傾斜堆積を可能にする上述の技術の代替として、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）および窒化チタン（ＴｉＮ）のうち少なくとも１個を含む材料のマスキング層を堆積させ、次いで、堆積に続いて、｛１１１｝方位のファセット３３０を露出させたまま、エピタキシャル成長させる窒化物と｛１１１｝方位のファセット３３０のケイ素との接触させるようにしてもよい。
【０１３２】
図４ｈに示すように、｛１１１｝方位のファセット３３０から成長させた晶子４７０は、単結晶層４１０の厚さ４１１の不確実な変動範囲内で全てほぼ等しいサイズであるため、図４ｉに示すように、基板全体にわたる平坦な半極性面４８０の合体および取得が大幅に容易になる。
【０１３３】
一実施形態によれば、第１の窒化層がエピタキシャル成長して単結晶層の｛１１１｝方位のファセット３３０に直接接触する。典型的には、窒化物の第１層はＡｌＮである。次に、例えばＧａＮの第２の窒化物が次いで第１のエピタキシャル成長した窒化層から成長する。第１および第２の窒化物の層の界面は図示しない。当該第１の窒化層は典型的にはＡｌＮ製であるかまたはＡｌＮを主体としており、上述のようにメルトバックエッチングが減少させることができる。
【０１３４】
単結晶表面層４１０から得られた｛１１１｝方位のファセット３３０の寸法は好適には、２０ｎｍ〜２μｍにわたる値の範囲に含み、これは出発表面の結晶方位に応じて約１０ｎｍ〜１μｍの表面層の厚さ４１１の範囲に対応する。マスク４４０の帯域４４１の反復周期は、好適には２〜１０μｍにわたる値の範囲に含まれている。
【０１３５】
大きいサイズの基板上でも本発明の処理により得られるサイズが極めて小さいファセット３３０を用いることにより、従来技術に関して記述した、ＧａＮ層の成長ステップで生じるメルトバックエッチングの問題を大幅に最小化または除去できる点に注意されたい。上で見てきたように、この破壊的効果は、晶子の成長フェーズの間にガリウムと反応できる程度に充分高い温度に上昇するケイ素の反応性に起因する。これは一般に、ガリウムと反応する基板のケイ素の非適時エッチングによる空洞の形成につながる。ＧａＮの成長が開始する前にケイ素の上に堆積されたＡｌＮ緩衝層（図示せず）は、成長する間に露出されるケイ素の領域が小さいためはるかに効果的であり、上述の問題を大幅に軽減または完全に除去する。
【０１３６】
最後に、使用するＳＯＸ構造により、ファセット３３０から成長させた半極性方位の窒化物の層４８０を容易に剥離できる点に注意されたい。具体的には、単結晶層３３０と停止層４２０の界面（例えばＳｉ／ＳｉＯ２界面）は機械的に壊れやすいため、当該層の厚さが充分であれば、窒化層４８０を元の基板から破損することなく分離することができ、従ってＧａＮの均一且つ独立した層が得られる。層の厚さが数百ミクロン（μｍ）ならば、従来技術に関して述べたように、特に、得られたものと比較した場合、直径が現在公知の方法で得られる最大サイズである１インチすなわち２．５ｃｍを超えないｃ方位のＧａＮのインゴットを、ある角度で切断することにより、サイズが極めて大きい半極性擬似基板が得られる。
【０１３７】
一実施形態（図示せず）によれば、追加的なステップが、複数の平行なグルーブを形成するステップの後、且つ単結晶層のエピタキシャル成長ステップの前に実行される。当該追加的なステップは、平行なグルーブ３６０が伸長する主方向に対して回転した方向に伸長する複数の平行なトレンチを形成するステップを含んでいる。
【０１３８】
一実施形態によれば、トレンチは、グルーブ３６０に対して、４０°よりも大きく、好適には５０°〜９０°の角度だけ回転しており、当該角度は担体層４０２が置かれた主平面と平行な平面内で測定されている。
【０１３９】
従って、トレンチはこのように、各々が｛１１１｝結晶方位を有する個別のファセットのマトリクス配列を形成すべく連続的なグルーブ３６０に割り込む。従って、エピタキシャル成長ステップを実行する間、材料は、｛１１１｝結晶方位を有していて前記マトリクス配列を形成する前記個別ファセットだけから成長する。好適には、トレンチおよびグルーブは各々底部を有し、トレンチの底部はグルーブの底部と同じ深さ、またはより深い位置にある。
【０１４０】
グルーブに対して傾いているトレンチの形成により、｛１１１｝結晶方位を有するファセットの利用可能領域を減少させることができる。この任意選択的であるが有利な実施形態は従って、適切な＋ｃ方向での成長を促しながら、エピタキシャル成長に寄与するフットプリントを減少させ、従ってエピタキシャル成長の間にＧａＮ／ＡｌＮ／ＳｉまたはＡｌＮ／Ｓｉ界面で生じる欠陥の個数を減少させることができる。
【０１４１】
本発明は上述の実施形態に限定されず、請求項が対象とする全ての実施形態を包含する。
【図１】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図４−３】
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【図４−４】
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【国際調査報告】
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