СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ ЭПИТАКСИАЛЬНОЙ ПЛЕНКИ НИТРИДА ТРЕТЬЕЙ ГРУППЫ НА РОСТОВОЙ ПОДЛОЖКЕ
METHOD OF GROWING EPITAXIAL FILM OF GROUP THREE NITRIDE ON GROWTH SUBSTRATE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к области технологии получения твердых кристаллических материалов, в частности к способу выращивания эпитаксиальных слоев полупроводниковых кристаллов методом газофазной эпитаксии.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
x
1-x
Основная проблема при выращивании эпитаксиальных слоев полупроводниковых кристаллов нитридов третьей группы, таких как GaN, AlN и их твердых растворов AlGaN заключается в отсутствии подходящих для эпитаксии ростовых подложек, имеющих рассогласование латерального параметра кристаллической решетки менее 1%. Поэтому при выращивании эпитаксиальных пленок нитридов третьей группы на сапфире, имеющем рассогласование латерального параметра решетки с нитридами третьей группы около 15%, или на карбиде кремния с рассогласованием около 3,5% для компенсации ростовых механических напряжений, связанных с большими рассогласованиями решеток, необходимо использовать промежуточные буферные слои 2, расположенные между ростовой подложкой 1 и эпитаксиальной пленкой 3 нитрида третьей группы, Фиг.1.
g
x
1-x
x
y
1-x-y
x
y
z
1-x-y-z
Обычно такие слои имеют толщину 0,001-0,05 мкм и наносятся методом химического осаждения из газовой фазы при температуре в области 200-900°C, находящейся ниже температуры роста эпитаксиальной пленки T=950-1100°C. В качестве буферных слоев было предложено использовать аморфные и поликристаллические слои AlN, GaN и твердые растворы AlGaN, AlGa InN, BAlGaIn, N H. Amano, N. Sawaki, I. Akasaki, Y. Toyoda, Appl. Phys. Lett. 48 (1986) 353, I. Akasaki, H. Amano, Y. Koide, K. Hiramatsu, N. Sawaki, J. Cryst. Growth 98 (1989) 209, US 5290393, US 6924511. Такие буферные слои содержат большое количество центров кристаллизации и генерируют высокую плотность дислокаций несоответствия. В результате высокая плотность дислокации несоответствия позволяет существенно снизить механические напряжения, возникающие из-за рассогласования параметров кристаллических решеток, и предотвратить растрескивание эпитаксиальных пленок.
x
1-x
x
y
1-x-y
x
y
z
1-x-y-z
Однако использование буферных слоев из аморфных и поликристаллических AlN, GaN и твердых растворов AlGaN, AlGa InN, BAlGaIn приводит к высокопрочному механическому соединению подложки с выращенной эпитаксиальной пленкой, что вызывает трудности при отделении выращенной эпитаксиальной пленки от подложки.
Задачей настоящего изобретения является предложить способ выращивания эпитаксиальной пленки нитрида третьей группы на ростовой подложке с помощью нанесенного на подложку буферного слоя, который позволяет, с одной стороны, снизить механические напряжения, возникающие из-за рассогласования параметров кристаллических решеток, и предотвратить растрескивание эпитаксиальных пленок, а, с другой стороны, не приводит к высокопрочному механическому соединению подложки с выращенной эпитаксиальной пленкой, что обеспечивает последующее легкое отделение выращенной эпитаксиальной пленки от подложки.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для решения поставленной задачи предложен способ выращивания эпитаксиальной пленки нитрида третьей группы на ростовой подложке с нанесенным буферным слоем, в котором при выращивании эпитаксиальной пленки на ростовой подложке используют полиморфный углеродный буферный слой, расположенный между подложкой и эпитаксиальной пленкой и состоящий из смеси поликристаллического углерода с преимущественно вертикально ориентированными базисными плоскостями, поликристаллического углерода с преимущественно горизонтально ориентированными базисными плоскостями и аморфного углерода.
В предпочтительном варианте на границе между полиморфным углеродным слоем и подложкой формируют промежуточный интердиффузионный слой путем взаимной диффузии атомов подложки в полиморфный углеродный слой и атомов углерода из полиморфного углеродного слоя в подложку.
Полиморфный углеродный буферный слой предпочтительно наносят при температуре в интервале от 100°C до 1200°C, причем указанный слой имеет толщину в пределах от 0,01 мкм до 10 мкм и содержит от 1 до 99% вертикально ориентированного поликристаллического углерода с базисными плоскостями, отклоняющимися от вертикали не более чем на 30°, а также от 1 до 99% горизонтально ориентированного поликристаллического углерода с базисными плоскостями, отклоняющимися от горизонтали не более чем на 30°, и от 0 до 50% аморфного углерода.
x
1-x
x
1-x
x
y
1-x-y
x
y
z
1-x-y-z
В качестве эпитаксиальной пленки предпочтительно используют нитриды третьей группы AlN, GaN и их твердые растворы AlGaN, InGaN, AlGaInN, BAlGaIn, где x, у и z изменяются в пределах от 0 до 1.
В качестве подложки предпочтительно используют сапфир, карбид кремния, кремний, арсенид галлия, нитрид галлия и нитрид алюминия.
4-x
3
В другом предпочтительном варианте в качестве подложки используют сапфир, а в качестве промежуточного интердиффузионного слоя используют твердый раствор AlC, где х изменяется от 0 до 4.
x
1-x
В другом предпочтительном варианте в качестве подложки используют кремний, а в качестве промежуточного интердиффузионного слоя используют твердый раствор SiC, где х изменяется от 0 до 1.
x
1-x
Еще в одном предпочтительном варианте в качестве подложки используют карбид кремния, а в качестве промежуточного интердиффузионного слоя используют твердый раствор SiC, где х изменяется от 0 до 0,5.
Технический результат предложенного изобретения состоит в обеспечении улучшенного качества эпитаксиальной пленки за счет компенсации рассогласования решеток, и облегчении отделения эпитаксиальной пленки от ростовой подложки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Настоящее изобретение иллюстрируется чертежами, на которых представлена схема известного уровня техники, Фиг. 1, и схема, иллюстрирующая реализацию настоящего изобретения, Фиг. 2 и Фиг. 3.
x
1-x
x
y
1-x-y
x
y
z
1-x-y-z
На Фиг. 1 представлена схема известного из уровня техники способа выращивания эпитаксиальных пленок нитридов третьей группы на подложках с большими рассогласованиями постоянных кристаллических решеток с использованием буферных слоев, состоящих из нитридов третьей группы AlN, GaN и их твердых растворов AlGaN, AlGa InN, BAlGaInN.
На Фиг. 2 представлена схема, иллюстрирующая предложенный способ выращивания эпитаксиальных пленок нитридов третьей группы на подложках с большими рассогласованиями постоянных кристаллических решеток с использованием буферного слоя из полиморфного углерода.
На Фиг. 3 представлена схема, иллюстрирующая внутреннюю структуру полиморфного углеродного слоя.
На Фиг. 4 представлена схема, иллюстрирующая предложенный способ выращивания эпитаксиальных пленок нитридов третьей группы на подложках с большими рассогласованиями постоянных кристаллических решеток с использованием буферного слоя из полиморфного углерода при формировании промежуточного интердиффузионного слоя.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В предложенном способе используют полиморфный углеродный буферный слой 4, Фиг. 2, расположенный между подложкой 1 и эпитаксиальной пленкой 3 и состоящий из определенной смеси поликристаллического углерода 5 с преимущественно вертикально ориентированными базисными плоскостями поликристаллического углерода с преимущественно горизонтально ориентированными базисными плоскостями 6 и аморфного углерода 7.
Внутренняя структура 300 полиморфного углеродного слоя представлена на Фиг. 3 и включает области, состоящие из поликристаллического углерода 5 с базисными плоскостями, отклоняющимися от вертикали не более чем на 30°, области, состоящие из поликристаллического углерода 6 с базисными плоскостями, отклоняющимися от горизонтали не более чем на 30° и области 7, состоящие из аморфного углерода. Области 5 с преимущественно вертикально ориентированными базисными плоскостями обеспечивают согласование параметров решеток подложки и эпитаксиальной пленки за счет расклинивания относительно слабосвязанных между собой базовых плоскостей. Области 6 с преимущественно горизонтально ориентированными базисными плоскостями, служат для релаксации механических напряжений в эпитаксиальной пленке за счет горизонтального проскальзывания слабосвязанных между собой базовых плоскостей, а также для ослабления механической связи эпитаксиальной пленки с подложкой. Области аморфного углерода 7 являются связующим элементом, объединяющим полиморфный углеродный слой в единое целое.
Настоящее изобретение будет прояснено ниже на нескольких примерах его осуществления. Следует отметить, что последующее описание этих примеров осуществления является лишь иллюстративным и не является исчерпывающим.
Пример 1. Выращивание эпитаксиальной пленки нитрида галлия на сапфировой подложке с использованием буферного слоя из полиморфного углерода.
На Фиг. 2 представлена схема 200 выращивания эпитаксиальной пленки 3 нитрида галлия толщиной 100 мкм на сапфировой подложке 1 толщиной 300 мкм с использованием промежуточного буферного слоя 4 из полиморфного углерода толщиной 0,2 мкм, состоящего из 20% вертикально ориентированного поликристаллического углерода 5 с базисными плоскостями, отклоняющимися от вертикали не более чем на 30°, 70% горизонтально ориентированного поликристаллического углерода 6 с базисными плоскостями, отклоняющимися от горизонтали не более чем на 30°, и 10% аморфного углерода 7.
Полиморфный углеродный слой 4, толщиной 0,2 мкм наносится на сапфировую подложку методом осаждения из газовой фазы, активированной с помощью микроволнового плазменного разряда при температуре 450°C.
Эпитаксиальная пленка нитрида галлия наносится на подложку 1 с полиморфным углеродным слоем 4 методом хлорид-гидридной газофазной эпитаксии при температуре 1050°C.
После окончания роста подложка 1 с полиморфным углеродным буферным слоем 4 и нанесенной эпитаксиальной пленкой 3 нитрида галлия охлаждается в течение двух часов до температуры 400°C, при этом из-за возникающих термомеханических напряжений и вследствие ослабления за счет полиморфного углеродного буферного слоя 4 механической связи эпитаксиальной пленки с подложкой происходит самопроизвольное отделение эпитаксиальной пленки 3 от подложки 1.
Пример 2. Выращивание эпитаксиальной пленки нитрида галлия на подложке арсенида галлия с использованием буферного слоя из полиморфного углерода.
На Фиг. 2 представлена схема 200 выращивания эпитаксиальной пленки 3 нитрида галлия толщиной 200 мкм на подложке 1 арсенида галлия толщиной 300 мкм с использованием промежуточного буферного слоя 4 из полиморфного углерода толщиной 0,1 мкм, состоящего из 20% вертикально ориентированного поликристаллического углерода 5 с базисными плоскостями, отклоняющимися от вертикали не более чем на 30°, 70% горизонтально ориентированного поликристаллического углерода 6 с базисными плоскостями, отклоняющимися от горизонтали не более чем на 30°, и 10% аморфного углерода 7.
Полиморфный углеродный слой 4 толщиной 0,1 мкм наносится на сапфировую подложку методом осаждения из газовой фазы, активированной с помощью микроволнового плазменного разряда при температуре 400°C.
Эпитаксиальная пленка нитрида галлия наносится на подложку 1 с полиморфным углеродным слоем 4 методом хлорид-гидридной газофазной эпитаксии при температуре 1020°C.
После окончания роста подложка 1 с полиморфным углеродным буферным слоем 4 и нанесенной эпитаксиальной пленкой 3 нитрида галлия охлаждается в течение пяти часов до температуры 200°C, при этом из-за возникающих термомеханических напряжений и вследствие ослабления за счет полиморфного углеродного буферного слоя 4 механической связи эпитаксиальной пленки с подложкой происходит самопроизвольное отделение эпитаксиальной пленки 3 от подложки 1.
x
1-x
Пример 3. Выращивание эпитаксиальной пленки нитрида галлия на подложке карбида кремния с использованием буферного слоя из полиморфного углерода при формировании промежуточного интердиффузионного слоя SiC.
На Фиг. 4 представлена схема 400 выращивания эпитаксиальной пленки 3 нитрида галлия толщиной 150 мкм на подложке 1 карбида кремния толщиной 300 мкм с использованием промежуточного буферного слоя 4 из полиморфного углерода толщиной 0,1 мкм, состоящего из 10% вертикально ориентированного поликристаллического углерода 5 с базисными плоскостями, отклоняющимися от вертикали не более чем на 30°, 85% поликристаллического углерода 6 с базисными плоскостями, отклоняющимися от горизонтали не более чем на 30°, и 5% аморфного углерода 7.
x
1-x
Полиморфный углеродный слой 4 толщиной 0,1 мкм наносится на подложку 1 карбида кремния методом осаждения из газовой фазы, активированной с помощью микроволнового плазменного разряда при температуре 850°C. При этом на границе между полиморфным углеродным слоем 4 и подложкой 1 карбида кремния образуется промежуточный интердиффузионный слой 8 толщиной 0,05 мкм, состоящий из твердого раствора SiC, где х изменяется от 0,5 на границе с подложкой 1 карбида кремния до 0 на границе с полиморфным углеродным слоем 4.
Формирование промежуточного интердиффузионного слоя 8 происходит самопроизвольно на границе между полиморфным углеродным слоем и подложкой 1 карбида кремния вследствие взаимной диффузии атомов подложки в полиморфный углеродный слой 4 и атомов углерода из полиморфного углеродного слоя 4 в подложку 1 при температурах выше 700°C.
Промежуточный интердиффузионный слой 8 с плавным изменением химического состава обеспечивает плавное согласование параметров решетки подложки 1 карбида кремния и полиморфного углеродного слоя 4.
Эпитаксиальная пленка нитрида галлия наносится на подложку 1 карбида кремния с промежуточным интердиффузионным слоем 8 и полиморфным углеродным слоем 4 методом хлорид-гидридной газофазной эпитаксии при температуре 1050°C.
После окончания роста подложка 1 карбида кремния с промежуточным интердиффузионным слоем 8, полиморфным углеродным слоем 4 и нанесенной эпитаксиальной пленкой 3 нитрида галлия охлаждается в течение четырех часов до температуры 300°C, при этом из-за возникающих термомеханических напряжений и вследствие ослабления за счет полиморфного углеродного буферного слоя 4 механической связи эпитаксиальной пленки с подложкой происходит самопроизвольное отделение эпитаксиальной пленки 3 от подложки 1.
x
1-x
Пример 4. Выращивание эпитаксиальной пленки нитрида галлия на подложке кремния с использованием буферного слоя из полиморфного углерода при формировании промежуточного интердиффузионного слоя SiC.
На Фиг. 4 представлена схема 400 выращивания эпитаксиальной пленки 3 нитрида галлия толщиной 200 мкм на подложке 1 кремния толщиной 400 мкм с использованием промежуточного буферного слоя 4 из полиморфного углерода толщиной 0,2 мкм, состоящего из 15% вертикально ориентированного поликристаллического углерода 5 с базисными плоскостями, отклоняющимися от вертикали не более чем на 30°, 80% поликристаллического углерода 6 с базисными плоскостями, отклоняющимися от горизонтали не более чем на 30°, и 5% аморфного углерода 7.
x
1-x
Полиморфный углеродный слой 4 толщиной 0,2 мкм наносится на подложку 1 кремния методом осаждения из газовой фазы, активированной с помощью микроволнового плазменного разряда при температуре 900°C. При этом на границе между полиморфным углеродным слоем 4 и подложкой 1 кремния образуется промежуточный интердиффузионный слой 8 толщиной 0,1 мкм, состоящий из твердого раствора SiC, где х изменяется от 1 на границе с подложкой 1 кремния до 0 на границе с полиморфным углеродным слоем 4.
Формирование промежуточного интердиффузионного слоя 8 происходит самопроизвольно на границе между полиморфным углеродным слоем и подложкой 1 кремния вследствие взаимной диффузии атомов кремния из подложки 1 в полиморфный углеродный слой 4 и атомов углерода из полиморфного углеродного слоя 4 в подложку 1 при температурах выше 700°C.
Промежуточный интердиффузионный слой 8 с плавным изменением химического состава обеспечивает плавное согласование параметров решетки подложки 1 кремния, и полиморфного углеродного слоя 4.
Эпитаксиальная пленка нитрида галлия наносится на подложку 1 кремния с промежуточным интердиффузионным слоем 8 и полиморфным углеродным слоем 4 методом хлорид-гидридной газофазной эпитаксии при температуре 1050°C.
После окончания роста подложка 1 кремния с промежуточным интердиффузионным слоем 8, полиморфным углеродным слоем 4 и нанесенной эпитаксиальной пленкой 3 нитрида галлия охлаждается в течение четырех часов до температуры 300°C, при этом из-за возникающих термомеханических напряжений и вследствие ослабления за счет полиморфного углеродного буферного слоя 4 механической связи эпитаксиальной пленки с подложкой происходит самопроизвольное отделение эпитаксиальной пленки 3 от подложки 1.
4-x
3
Пример 5. Выращивание эпитаксиальной пленки нитрида галлия на подложке сапфира, с использованием буферного слоя из полиморфного углерода при формировании промежуточного интердиффузионного слоя AlC.
На Фиг. 4 представлена схема 400 выращивания эпитаксиальной пленки 3 нитрида галлия толщиной 300 мкм на подложке 1 сапфира толщиной 400 мкм с использованием промежуточного буферного слоя 4 из полиморфного углерода толщиной 0,1 мкм, состоящего из 10% вертикально ориентированного поликристаллического углерода 5 с базисными плоскостями, отклоняющимися от вертикали не более чем на 30°, 85% поликристаллического углерода 6 с базисными плоскостями, отклоняющимися от горизонтали не более чем на 30°, и 5% аморфного углерода 7.
4-x
3
Полиморфный углеродный слой 4 толщиной 0,1 мкм наносится на подложку 1 сапфира методом осаждения из газовой фазы, активированной с помощью микроволнового плазменного разряда при температуре 850°C. При этом на границе между полиморфным углеродным слоем 4 и подложкой 1 сапфира образуется промежуточный интердиффузионный слой 8 толщиной 0,05 мкм, состоящий из твердого раствора AlC, где х изменяется от 0 на границе с подложкой 1 сапфира до 4 на границе с полиморфным углеродным слоем 4.
Формирование промежуточного интердиффузионного слоя 8 происходит самопроизвольно на границе между полиморфным углеродным слоем и подложкой 1 сапфира вследствие взаимной диффузии атомов алюминия из подложки 1 в полиморфный углеродный слой 4 и атомов углерода из полиморфного углеродного слоя 4 в подложку 1 при температурах выше 800°C.
Промежуточный интердиффузионный слой 8 с плавным изменением химического состава обеспечивает плавное согласование параметров решетки подложки 1 сапфира, и полиморфного углеродного слоя 4.
Эпитаксиальная пленка нитрида галлия наносится на подложку 1 сапфира с промежуточным интердиффузионным слоем 8 и полиморфным углеродным слоем 4 методом хлорид-гидридной газофазной эпитаксии при температуре 1050°C.
После окончания роста подложка 1 сапфира, с промежуточным интердиффузионным слоем 8, полиморфным углеродным слоем 4 и нанесенной эпитаксиальной пленкой 3 нитрида галлия охлаждается в течение четырех часов до температуры 400°C, при этом из-за возникающих термомеханических напряжений и вследствие ослабления за счет полиморфного углеродного буферного слоя 4 механической связи эпитаксиальной пленки с подложкой происходит самопроизвольное отделение эпитаксиальной пленки 3 от подложки 1.
Несмотря на то, что настоящее изобретение было описано и проиллюстрировано примерами вариантов осуществления изобретения, необходимо отметить, что настоящее изобретение ни в коем случае не ограничено приведенными примерами.
x
1-x
Пример 6. Выращивание эпитаксиальной пленки нитрида алюминия на подложке кремния с использованием буферного слоя из полиморфного углерода при формировании промежуточного интердиффузионного слоя SiC.
На Фиг. 4 представлена схема 400 выращивания эпитаксиальной пленки 3 нитрида алюминия толщиной 100 мкм на подложке 1 кремния толщиной 400 мкм с использованием промежуточного буферного слоя 4 из полиморфного углерода толщиной 0,2 мкм, состоящего из 15% вертикально ориентированного поликристаллического углерода 5 с базисными плоскостями, отклоняющимися от вертикали не более чем на 30°, 80% поликристаллического углерода 6 с базисными плоскостями, отклоняющимися от горизонтали не более чем на 30°, и 5% аморфного углерода 7.
x
1-x
Полиморфный углеродный слой 4 толщиной 0,2 мкм наносится на подложку 1 кремния методом осаждения из газовой фазы, активированной с помощью микроволнового плазменного разряда при температуре 900°C. При этом на границе между полиморфным углеродным слоем 4 и подложкой 1 кремния образуется промежуточный интердиффузионный слой 8 толщиной 0,1 мкм, состоящий из твердого раствора SiC, где х изменяется от 1 на границе с подложкой 1 кремния до 0 на границе с полиморфным углеродным слоем 4.
Формирование промежуточного интердиффузионного слоя 8 происходит самопроизвольно на границе между полиморфным углеродным слоем и подложкой 1 кремния вследствие взаимной диффузии атомов кремния из подложки 1 в полиморфный углеродный слой 4 и атомов углерода из полиморфного углеродного слоя 4 в подложку 1 при температурах выше 700°C.
Промежуточный интердиффузионный слой 8 с плавным изменением химического состава обеспечивает плавное согласование параметров решетки подложки 1 кремния и полиморфного углеродного слоя 4.
Эпитаксиальная пленка нитрида алюминия наносится на подложку 1 кремния с промежуточным интердиффузионным слоем 8 и полиморфным углеродным слоем 4 методом хлорид-гидридной газофазной эпитаксии при температуре 1280°C.
После окончания роста подложка 1 кремния с промежуточным интердиффузионным слоем 8, полиморфным углеродным слоем 4 и нанесенной эпитаксиальной пленкой 3 нитрида алюминия охлаждается в течение пяти часов до температуры 300°C, при этом из-за возникающих термомеханических напряжений и вследствие ослабления за счет полиморфного углеродного буферного слоя 4 механической связи эпитаксиальной пленки с подложкой происходит самопроизвольное отделение эпитаксиальной пленки 3 от подложки 1.
x
1-x
0.3
0.7
4-x
3
Пример 7. Выращивание эпитаксиальной пленки твердого раствора InGaN, с атомной частью индия х=0.3 (InGaN) на подложке сапфира с использованием буферного слоя из полиморфного углерода при формировании промежуточного интердиффузионного слоя AlC.
x
1-x
На Фиг. 4 представлена схема 400 выращивания эпитаксиальной пленки 3 твердого раствора InGaN толщиной 50 мкм на подложке 1 сапфира толщиной 400 мкм с использованием промежуточного буферного слоя 4 из полиморфного углерода толщиной 0,1 мкм, состоящего из 10% вертикально ориентированного поликристаллического углерода 5 с базисными плоскостями, отклоняющимися от вертикали не более чем на 30°, 85% поликристаллического углерода 6 с базисными плоскостями, отклоняющимися от горизонтали не более чем на 30°, и 5% аморфного углерода 7.
4-x
3
Полиморфный углеродный слой 4 толщиной 0,1 мкм наносится на подложку 1 сапфира методом осаждения из газовой фазы, активированной с помощью микроволнового плазменного разряда при температуре 850°C. При этом на границе между полиморфным углеродным слоем 4 и подложкой 1 сапфира образуется промежуточный интердиффузионный слой 8 толщиной 0,05 мкм, состоящий из твердого раствора AlC, где х изменяется от 0 на границе с подложкой 1 сапфира до 4 на границе с полиморфным углеродным слоем 4.
Формирование промежуточного интердиффузионного слоя 8 происходит самопроизвольно на границе между полиморфным углеродным слоем и подложкой 1 сапфира вследствие взаимной диффузии атомов алюминия из подложки 1 в полиморфный углеродный слой 4 и атомов углерода из полиморфного углеродного слоя 4 в подложку 1 при температурах выше 800°C.
Промежуточный интердиффузионный слой 8 с плавным изменением химического состава обеспечивает плавное согласование параметров решетки подложки 1 сапфира и полиморфного углеродного слоя 4.
Эпитаксиальная пленка нитрида галлия наносится на подложку 1 сапфира с промежуточным интердиффузионным слоем 8 и полиморфным углеродным слоем 4 методом хлорид-гидридной газофазной эпитаксии при температуре 920°C.
x
1-x
После окончания роста подложка 1 сапфира с промежуточным интердиффузионным слоем 8, полиморфным углеродным слоем 4 и нанесенной эпитаксиальной пленкой 3 твердого раствора InGaN охлаждается в течение четырех часов до температуры 400°C, при этом из-за возникающих термомеханических напряжений и вследствие ослабления за счет полиморфного углеродного буферного слоя 4 механической связи эпитаксиальной пленки с подложкой происходит самопроизвольное отделение эпитаксиальной пленки 3 от подложки 1.
x
1-x
0.25
0.75
x
1-x
Пример 8. Выращивание эпитаксиальной пленки твердого раствора AlGaN, с атомной частью алюминия х=0.25 (AlGaN) на подложке кремния, с использованием буферного слоя из полиморфного углерода при формировании промежуточного интердиффузионного слоя SiC.
x
1-x
На Фиг. 4 представлена схема 400 выращивания эпитаксиальной пленки 3 твердого раствора AlGaN толщиной 80 мкм на подложке 1 кремния толщиной 400 мкм с использованием промежуточного буферного слоя 4 из полиморфного углерода толщиной 0,2 мкм, состоящего из 15% вертикально ориентированного поликристаллического углерода 5 с базисными плоскостями, отклоняющимися от вертикали не более чем на 30°, 80% поликристаллического углерода 6 с базисными плоскостями, отклоняющимися от горизонтали не более чем на 30°, и 5% аморфного углерода 7.
x
1-x
Полиморфный углеродный слой 4 толщиной 0,2 мкм наносится на подложку 1 кремния методом осаждения из газовой фазы, активированной с помощью микроволнового плазменного разряда при температуре 900°C. При этом на границе между полиморфным углеродным слоем 4 и подложкой 1 кремния образуется промежуточный интердиффузионный слой 8 толщиной 0,1 мкм, состоящий из твердого раствора SiC, где х изменяется от 1 на границе с подложкой 1 кремния до 0 на границе с полиморфным углеродным слоем 4.
Формирование промежуточного интердиффузионного слоя 8 происходит самопроизвольно на границе между полиморфным углеродным слоем и подложкой 1 кремния вследствие взаимной диффузии атомов кремния из подложки 1 в полиморфный углеродный слой 4 и атомов углерода из полиморфного углеродного слоя 4 в подложку 1 при температурах выше 700°C.
Промежуточный интердиффузионный слой 8 с плавным изменением химического состава обеспечивает плавное согласование параметров решетки подложки 1 кремния и полиморфного углеродного слоя 4.
x
1-x
Эпитаксиальная пленка твердого раствора AlGaN наносится на подложку 1 кремния с промежуточным интердиффузионным слоем 8 и полиморфным углеродным слоем 4 методом хлорид-гидридной газофазной эпитаксии при температуре 1090°C.
x
1-x
После окончания роста подложка 1 кремния с промежуточным интердиффузионным слоем 8, полиморфным углеродным слоем 4 и нанесенной эпитаксиальной пленкой 3 твердого раствора AlGaN охлаждается в течение пяти часов до температуры 300°C, при этом из-за возникающих термомеханических напряжений и вследствие ослабления за счет полиморфного углеродного буферного слоя 4 механической связи эпитаксиальной пленки с подложкой происходит самопроизвольное отделение эпитаксиальной пленки 3 от подложки 1.
0.74
0.1
0.16
4-x
3
Пример 9. Выращивание эпитаксиальной пленки твердого раствора AlGaInN, постоянная решетки которого совпадает с постоянной решетки нитрида галлия, на подложке сапфира с использованием буферного слоя из полиморфного углерода при формировании промежуточного интердиффузионного слоя AlC.
0.74
0.1
0.16
На Фиг. 4 представлена схема 400 выращивания эпитаксиальной пленки 3 твердого раствора AlGaInN толщиной 50 мкм на подложке 1 сапфира толщиной 400 мкм с использованием промежуточного буферного слоя 4 из полиморфного углерода толщиной 0,1 мкм, состоящего из 10% вертикально ориентированного поликристаллического углерода 5 с базисными плоскостями, отклоняющимися от вертикали не более чем на 30°, 85% поликристаллического углерода 6 с базисными плоскостями, отклоняющимися от горизонтали не более чем на 30°, и 5% аморфного углерода 7.
4-x
3
Полиморфный углеродный слой 4 толщиной 0,1 мкм наносится на подложку 1 сапфира методом осаждения из газовой фазы, активированной с помощью микроволнового плазменного разряда при температуре 850°C. При этом на границе между полиморфным углеродным слоем 4 и подложкой 1 сапфира образуется промежуточный интердиффузионный слой 8 толщиной 0,05 мкм, состоящий из твердого раствора AlC, где х изменяется от 0 на границе с подложкой 1 сапфира до 4 на границе с полиморфным углеродным слоем 4.
Формирование промежуточного интердиффузионного слоя 8 происходит самопроизвольно на границе между полиморфным углеродным слоем и подложкой 1 сапфира вследствие взаимной диффузии атомов алюминия из подложки 1 в полиморфный углеродный слой 4 и атомов углерода из полиморфного углеродного слоя 4 в подложку 1 при температурах выше 800°C.
Промежуточный интердиффузионный слой 8 с плавным изменением химического состава обеспечивает плавное согласование параметров решетки подложки 1 сапфира и полиморфного углеродного слоя 4.
0.74
0.1
0.16
Эпитаксиальная пленка твердого раствора AlGaInN наносится на подложку 1 сапфира с промежуточным интердиффузионным слоем 8 и полиморфным углеродным слоем 4 методом хлорид-гидридной газофазной эпитаксии при температуре 1020°C.
0.74
0.1
0.16
После окончания роста подложка 1 сапфира с промежуточным интердиффузионным слоем 8, полиморфным углеродным слоем 4 и нанесенной эпитаксиальной пленкой 3 твердого раствора AlGaInN охлаждается в течение четырех часов до температуры 400°C, при этом из-за возникающих термомеханических напряжений и вследствие ослабления за счет полиморфного углеродного буферного слоя 4 механической связи эпитаксиальной пленки с подложкой происходит самопроизвольное отделение эпитаксиальной пленки 3 от подложки 1.
Несмотря на то, что настоящее изобретение было описано и проиллюстрировано примерами вариантов осуществления изобретения, необходимо отметить, что настоящее изобретение ни в коем случае не ограничено приведенными примерами.