(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: (13) (1) T3 Int.Cl. H01L 21/ (06.01) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: Europejski Biuletyn Patentowy 11/ EP B1 (4) Tytuł wynalazku: PODŁOŻE PÓŁPRZEWODNIKOWE ORAZ SPOSÓB I WARSTWA MASKUJĄCA DO WYTWARZANIA SWOBODNEGO PODŁOŻA PÓŁPRZEWODNIKOWEGO ZA POMOCĄ WODORKOWEJ EPITAKSJI Z FAZY GAZOWEJ () Pierwszeństwo: DE (43) Zgłoszenie ogłoszono: w Europejskim Biuletynie Patentowym nr 08/ (4) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: Wiadomości Urzędu Patentowego 11/12 (73) Uprawniony z patentu: Freiberger Compound Materials GmbH, Freiberg, DE (72) Twórca(y) wynalazku: PL/EP T3 CHRISTIAN HENNIG, Berlin, DE MARKUS WEYERS, Wildau, DE EBERHARD RICHTER, Berlin, DE GUENTHER TRAENKLE, Berlin, DE (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Józef Własienko POLSERVICE KANCELARIA RZECZNIKÓW PATENTOWYCH SP. Z O.O. ul. Bluszczańska Warszawa Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).

2 3/7P2828PL Opis 2 [0001] Wynalazek dotyczy podłoża półprzewodnikowego oraz sposobu i warstwy maskującej do wytwarzania swobodnego podłoża półprzewodnikowego za pomocą wodorkowej epitaksji z fazy gazowej, w szczególności sposobu wytwarzania swobodnych podłoży z azotku galu (GaN), azotku glinu (AlN) i azotku glinowo-galowego (AlGaN), azotku indu (InN) oraz azotku galowo-indowego (InGaN) za pomocą wodorkowej epitaksji z fazy gazowej (HVPE), w którym warstwa półprzewodnika oddziela się samodzielnie bez dalszych etapów procesu od podłoża (lub też podłoża wyjściowego względnie podłoża obcego). To samodzielne odłączenie się osiągane jest przez lateralne epitaksyjne narastanie (ELO, epitaxial lateral overgrowth) na masce, przy czym maska jest zaopatrzona w otwory (okna). W tych oknach jest korzystnie dostępna cienka warstwa początkowa (lub też warstwa startowa), która wcześniej została utworzona na podłożu (jak np. szafir) przez narastanie. Z tych okien rozpoczyna się narastanie. Po koalescencji tworzących się przy tym wysp połączona warstwa półprzewodnikowa narasta dalej. Przez naprężenie między podłożem wyjściowym i powstałą przez narastanie warstwy dochodzi do samodzielnego oddzielenia się podłoża półprzewodnikowego, które może zostać wtedy wyjęte z reaktora jako połączona płytka. Taki sposób jest znany przykładowo w Applied Physics Leiters, Vol. 8, No., , str [0002] Struktury warstwowe z azotków III grupy (Ga, Al, In) są podstawą dla dużej liczby nowoczesnych elementów podstawowych dla elektroniki wysokich częstotliwości, np. dla systemów komunikacyjnych na bazie HFET (heterojunction field effect transistor), sensoryki, odpornej na promieniowanie elektroniki kosmicznej oraz dla

3 -3-2 optoelektroniki, np. diod emitujących światło (LED) UV, niebieskie lub białe oraz niebieskich diod laserowych dla zastosowań w oświetleniu, w druku książek, w wyświetlaczach, w pamięciach oraz w transmisji wiadomości oraz dla zastosowań medycznych. Takie warstwy są wytwarzane w sposób typowy za pomocą metaloorganicznej epitaksji z fazy gazowej (MOVPE) i również za pomocą epitaksji ze strumieniem molekularnym (MBE) na podłożu wyjściowym. [0003] Idealne podłoże wyjściowe powinno należeć do tego samego systemu materiałowego jak narastające na nim warstwy, przykładowo podłoże GaN. Przez to od samego początku warunki dla wzrostu ubogiego w defekty, tzn. od wystarczająco dobrego do idealnego błędnego dopasowania sieci (homoepitaksja), oraz dopasowania współczynników rozszerzalności cieplnej. W zależności od zastosowania, korzystne jest dodanie substancji dodatkowej, która uczyni podłoże n-przewodzącym, półizolującym lub p-przewodzącym. [0004] W przeciwieństwie do innych półprzewodników, np. krzemu (Si) i arsenku galu (GaAs), dotychczas nie udaje się wytwarzanie kryształów GaN o średnicy cm (2 cale) lub więcej za pomocą klasycznego hodowania monokryształów. Klasyczne sposoby jak hodowanie ze stopionego materiału pod wysokimi ciśnieniami i temperaturami (HPSG - high pressure solution growth) dostarczają tylko płytki krystaliczne o rozmiarze rzędu cm 2. Również hodowanie przez sublimację nie było dotychczas pomyślne. Dotychczas struktury warstwowe są poddawane epitaksyjnemu narastaniu najczęściej na substratach obcych jak np. szafir i węglik krzemu (SiC) (heteroepitaksja). Jest to niekorzystne np. odnośnie możliwych do osiągnięcia gęstości przemieszczenia oraz wygięcia wynikającego z różnych stałych sieciowych oraz z różnic w rozszerzalności termicznej. To wygięcie prowadzi częściowo do problemów w następującej potem obróbce,

4 -4-2 ponieważ na wygiętej płytce jest np. ograniczone pod względem rozdzielczości przenoszenie struktury za pomocą sposobu litograficznego. [000] Próbuje się zatem wytwarzać podłoża startowe GaN, które są poddawane narastaniu na podłożu wyjściowym i są od niego oddzielane. [0006] Dokument patentowy US 6,740,604 opisuje sposób, w którym po wzroście warstwy GaN na podłożu wyjściowym ta warstwa jest oddzielana za pomocą promieniowania laserowego w kolejnym sposobie. Konieczny jest tu kolejny etap sposobu, który jest kosztowny i ograniczony w swoim wykorzystaniu na większych powierzchniach. Ponadto za pomocą tego sposobu nie jest rozwiązywany problem wygięcia, ponieważ pakiet składający się z warstwy GaN oraz z podłoża wyjściowego jest chłodzony z temperatury narastania do temperatury pokojowej. Wygięcie warstwy indukowane przez termiczne niedopasowanie zostaje częściowo obecne po oddzieleniu od podłoża wyjściowego. [0007] Dokument patentowy US 6,413,627 opisuje sposób na podłożu wyjściowym GaAs. Na obydwu stronach podłoża GaAs nadana struktura za pomocą maski dielektrycznej jest przy tym poddawana narastaniu GaN. Ten sposób wymaga drogiego procesu wytrawiania do usuwania podłoża GaAs, które jest ponadto trujące. Może zostać zastosowana tylko jedna z dwóch warstw GaN i konieczna jest specjalna aparatura dla dwustronnego narastania. [0008] Dokument Oshima et al. opisuje sposób, w którym nanoszona jest na warstwę początkową GaN porowata warstwa z TiN, z której porów zaczyna się narastanie GaN (Y. Oshima, T. Eri, M. Shibata, H. Sunakawa, K. Kobayashi, T. Ichihashi, A. Usui, Preparation of Freestanding GaN Wafers by Hydride Vapor Phase Epitaxy with Void-Assisted Separation, Jpn. J. Appl. Phys. 42, L1 (03)). Jednak

5 -- 2 niejasne jest, jak można kontrolować porowatość tej warstwy TiN i czy ten proces może zostać przeprowadzony w sposób odtwarzalny. W przypadku przedstawionego sposobu gruba warstwa GaN jest oddzielana od podłoża wyjściowego za pomocą zewnętrznego oddziaływania na siłę, co wymaga dodatkowego etapu procesu oraz koniecznej do tego aparatury. Proces lateralnego epitaksyjnego narastania (ELO lub ELOG) jest znany z dokumentu WO 99/816 jako możliwość redukcji defektów. Opisywane są tam dielektryczne materiały maskujące dla procesu ELOG. [0009] Proces ten nie zmienia jednak niczego w wygięciu pakietu składającego się z podłoża wyjściowego i warstwy GaN. [00] Znane jest z dokumentu DE A1 zastosowanie maski metalicznej, która w tym przypadku składa się z wolframu. Obydwie publikacje przedstawiają zmniejszenie gęstości defektów przez proces ELOG. Wytwarzanie swobodnego podłoża nie jest przedmiotem tych prac. [0011] Poza tym znany jest z dokumentu US 4,868,633 sposób narastania GaAs, w którym dąży się nie do lateralnego narastania wielu gniazdowych obszarów startowych, lecz przeciwnie do narastania ograniczonego obszaru. Należy właśnie zapobiegać lateralnemu narastaniu. W tym celu stosowana jest maska WSi:Zn, przy czym maska WSi:Zn ma zapobiegać lateralnemu narastaniu. Na fig. 1 i 2 dokumentu US 4,868,633 (z towarzyszącym tekstem) sprawdza się, w jaki sposób można poddać narastaniu GaAs w obszarze gniazda i w jego otoczeniu. Gdy stężenie W w najwyższej warstwie maski WSi jest duże, to jest powstrzymywane powstawanie wysp. Gdy z kolei stężenie Si w najwyższej warstwie maski WSi jest duże, to na masce WSi może powstać warstwa polikrystalicznego GaAs. Ponieważ jednak chce się zapobiec

6 -6-2 wytwarzaniu warstwy GaAs na masce WSi, do maski WSi jest domieszkowany cynk. [0012] Ponadto w Materials Science and Engineering: B, Vol. 82, No. 1, , str (3) (Abstract) zastosowanie masek WN x do wytwarzania/obróbki warstw GaN, przy czym maska WN x jest stosowana zamiast maski W, aby zapobiec oddzieleniu warstwy GaN. [0013] Dokument US 6,146,47 opisuje sposób, w którym warstwa półprzewodnikowa jest wytrącana za pomocą epitaksji z fazy gazowej na podkład narastający składający się z podłoża Si, SiC lub podłoża szafirowego oraz cienkiej warstwy pośredniej, przy czym podczas następującego potem schłodzenia w wyniku różnych współczynników rozszerzalności termicznej warstwy półprzewodnikowej i podłoża dochodzi do wytworzenia się defektów w podłożu a nie w warstwie epitaksji oraz jest przy tym otrzymywana warstwa półprzewodnikowa o wysokiej jakości. Jako możliwe materiały dla warstwy pośredniej w zastrzeżeniu 3 są wyraźnie przytaczane tlenek, azotek lub węglik krzemu. Zgodnie z zastrzeżeniem 4 warstwa pośrednia może mieć również nadaną strukturę, przy czym proces ELOG do zredukowania defektów nie jest ani opisywany, ani wspominany. Ponadto ani w zastrzeżeniach ani, w przykładach wykonania nie jest wyraźnie wspominane swobodne podłoże półprzewodnikowe jako wynik sposobu. [0014] Celem niniejszego wynalazku jest zatem zapewnienie sposobu wytwarzania swobodnej (a więc nie związanej z podłożem) warstwy półprzewodnikowej, korzystnie z azotku galu (GaN), azotku glinu (AlN), azotku glinowo-galowego (AlGaN), azotku indu (InN) lub azotku indowo-galowego (InGaN), który wymaga możliwie mało etapów procesu i który poza tym umożliwia wytwarzanie płaskiej, nie wygiętej lub tylko w niewielkim stopniu wygiętej warstwy

7 -7-2 półprzewodnikowej. Ponadto wskazane swobodne podłoże może być wytwarzane tanim kosztem i ma bardzo dobrą płaskość. [00] Cele te są zgodnie z wynalazkiem osiągane przez sposób o cechach według zastrzeżenia patentowego 1, przez podłoże o według cechach zastrzeżenia patentowego 18, oraz przez zastosowanie warstwy maskującej według zastrzeżenia 21. Korzystne odmiany ujęte są w zastrzeżeniach zależnych. [0016] Sposób wytwarzania podłoża półprzewodnikowego według wynalazku jest znamienny przez następujące etapy sposobu: przygotowanie podłoża wyjściowego, nanoszenie warstwy maskującej z dużą liczbą otworów na podłoże wyjściowe, przy czym warstwa maskująca jest strukturyzowana, albo w sposób litograficzny, oraz otwieranie okien przez chemiczne procesy wytrawiania na mokro lub na sucho, albo przez proces lift-off, narastanie co najmniej jednego podłoża półprzewodnikowego rozpoczynając od otworów, przy czym na warstwie maskującej narasta lateralnie co najmniej jeden materiał półprzewodnikowy, oraz następujące potem schłodzenie podłoża wyjściowego, warstwy maskującej i podłoża półprzewodnikowego, przy czym materiał do wytwarzania warstwy maskującej składa się przynajmniej częściowo z azotku krzemku wolframu lub krzemku wolframu, a podczas narastania lub podczas chłodzenia dochodzi do oddzielenia podłoża półprzewodnikowego i podłoża wyjściowego, i otrzymuje się swobodne podłoże półprzewodnikowe, przy czym podłoże półprzewodnikowe zawiera co najmniej jeden półprzewodnikowy związek azotkowy.

8 -8-2 [0017] W sposób korzystny materiał do wytwarzania warstwy maskującej składa się całkowicie z azotku krzemku wolframu lub całkowicie z krzemku wolframu. W sposób korzystny warstwa maskująca z azotku krzemku wolframu lub z krzemku wolframu nie jest uzupełniana innymi materiałami. [0018] Szczególnie korzystny jest azotek krzemku wolframu. Korzystnie przed naniesieniem warstwy maskującej doprowadza się do narastania ciągłej warstwy początkowej na podłożu a warstwa maskująca jest nanoszona na warstwą początkową. Istnieje również alternatywna możliwość, aby bez warstwy początkowej nanieść na podłoże warstwę maskową, co jest korzystne szczególnie dla podłoży SiC. [0019] Strukturyzowana warstwa maskująca jest korzystnie wytwarzana przez naniesienie ciągłej warstwy maskującej za pomocą rozpylania katodowego lub wytrącania z fazy gazowej i przez następujące potem utworzenie dużej liczby otworów. Korzystnie otwory są umieszczane w warstwie maskującej przez wytrawianie plazmowe. Alternatywnie jest również możliwe suche wytrawianie chemiczne lub proces lift-off. [00] Na strukturyzowanej w ten sposób warstwie maskującej, rozpoczynając od otworów, powstaje z materiału półprzewodnikowego, co najmniej jedna pierwsza warstwa półprzewodnikowa, warstwa koalescencyjna, która całkowicie zakrywa materiał maski oraz tworzy warstwę ciągłą. [0021] Korzystnie warstwa początkowa zawiera półprzewodnikowy związek azotkowy, korzystnie azotek pierwiastków trzeciej i/lub piątej grupy głównej, szczególnie korzystnie GaN, AlN, AlGaN, InN, InGaN, AlInN lub AlInGaN. [0022] Na pierwszą warstwą półprzewodnikową może być naniesiona kolejna warstwa półprzewodnikowa, korzystnie w tym samym procesie narastania. Korzystnie grubość wynosi więcej niż 0 µm, jeszcze korzystniej więcej niż 0 µm. W

9 -9-2 alternatywnym sposobie pierwsza warstwa półprzewodnikowa może być również wytwarzana w pierwszym procesie narastania i w drugim procesie narastania może ona zostać na całej powierzchni porośnięta drugą warstwą półprzewodnikową. Korzystnie również ta druga warstwa półprzewodnikowa zawiera półprzewodnikowy związek azotkowy, szczególnie korzystnie azotek pierwiastków trzeciej i/lub piątej grupy głównej, szczególnie korzystnie GaN, AlN, InN, InGaN, AlGaN, AlInN lub AlInGaN. [0023] Korzystnie podłoże wyjściowe zawiera węglik krzemu lub szafir. Korzystnie na tak utworzoną warstwę półprzewodnikową nanoszone są dalsze, w szczególności zawierające półprzewodnikowy związek azotkowy warstwy półprzewodnikowe do wytworzenia elektronicznego lub optoelektronicznego elementu podstawowego. [0024] Swobodne podłoże półprzewodnikowe powstaje korzystnie przez utworzenie pęknięć w podłożu wyjściowym oraz w obszarach podłoża półprzewodnikowego w obrębie otworów maski w wyniku naprężenia rozciągającego narastającej warstwy półprzewodnikowej podczas narastania lub w wyniku różnych współczynników rozszerzalności termicznej podłoża wyjściowego i co najmniej jednego podłoża półprzewodnikowego podczas chłodzenia. [002] Zgodne z wynalazkiem podłoże półprzewodnikowe do wytwarzania elektronicznych lub optoelektronicznych elementów podstawowych zawiera półprzewodnikowy związek azotkowy (korzystnie GaN, AlN, AlGaN, InN, InGaN, AlInN lub AlInGaN), przy czym podłoże półprzewodnikowe zgodnie z wynalazkiem ma śladowe ilości azotku krzemku wolframu lub śladowe ilości krzemku wolframu lub śladowe ilości krzemu i wolframu. Stężenie śladowych ilości jest dostosowane do granicy wykrywalności dla takich pozostałości po oddzieleniu. Wynoszą one korzystnie więcej niż atomów

10 -- 2 na cm 3. Nie można jednak wykluczyć tego, że za pomocą sposobu według wynalazku może być również wytworzone podłoże półprzewodnikowe, w którym wymienione śladowe ilości nie są wykrywalne. [0026] Sposób umożliwia wytwarzanie swobodnych płytek GaN o zredukowanej liczbie defektów, które samodzielnie oddzielają się od podłoża wyjściowego. Oddzielenie może mieć miejsce w wyniku zwiększającego się naprężenia rozciągającego przy zwiększającej się grubości warstwy już podczas narastania lub też przez różne współczynniki rozszerzalności cieplnej przy chłodzeniu z temperatury narastania. Stwierdzono, że takie oddzielenie następuje w szczególności przy zastosowaniu azotku krzemku wolframu lub krzemku wolframu jako materiału maskującego. Dzięki temu można zrezygnować z dodatkowego etapu technologicznego do oddzielenia. Poprzez oddzielenie już przy dużych temperaturach płytki GaN mają małe wygięcie względnie nie mają go wcale, co jest korzystne dla obróbki. [0027] Dlatego warstwa maskująca do wytwarzania podłoża półprzewodnikowego według wynalazku składa się przynajmniej częściowo z azotku krzemku wolframu. Korzystnie składa się ona całkowicie z azotku krzemku wolframu. Korzystnie warstwa maskująca z azotku krzemku wolframu nie ma domieszek innych substancji. [0028] W sposób korzystny stosowana jest odpowiednia warstwa początkowa, na której możliwe jest epitaksyjne narastanie warstwy półprzewodnikowej (warstw półprzewodnikowych) (przykładowo GaN). Ta warstwa początkowa składa się korzystnie z grubej na kilka µm warstwy GaN, która została wytrącona heteroepitaksyjnie na podłożu wyjściowym. Jako podłoża wyjściowe dla narastania GaN zostały już zademonstrowane szafir, SiC, Si oraz GaAs. Jako sposób do wytwarzania warstwy początkowej może zostać

11 -11-2 zastosowana każda technologia, która wytrąca spójną warstwę GaN na podłożu wyjściowym. Szeroko rozpowszechnionymi sposobami do tego są MOVPE, HVPE oraz MBE. Alternatywnie warstwa początkowa może składać się z AlN, AlGaN, InN, InGaN, AlInN lub AlInGaN. W sposób korzystny składa się ona z materiału, z nanoszonej kolejno pierwszej warstwy półprzewodnikowej, warstwy koalescencyjnej. Podczas narastania na SiC korzystnie rezygnuje się z tej warstwy startowej. [0029] Przy zastosowaniu warstwy początkowej wytrącana jest cienka warstwa maskująca, która składa się przynajmniej częściowo z krzemku wolframu (WSi) lub azotku krzemku wolframu (WSiN). Bez warstwy początkowej warstwa maskująca zostałaby bezpośrednio wytrącona na podłoże. Maski ELOG mają zazwyczaj grubość między 0 i 0 nm. Wytrącona warstwa WSi lub korzystnie WSiN jest poddawana strukturyzacji litograficznie i otwierane są okna przez mokry lub suchy proces wytrawiania chemicznego, w których jest swobodnie dostępna warstwa początkowa względnie podłoże (podłoże SiC). W celu nadania struktury możliwe są również inne sposoby, na przykład, tak zwany sposób liftoff. Te powszechnie stosowane w technologii półprzewodników sposoby nadawania struktury pozwalają na zdefiniowane i odtwarzalne wytwarzanie otworów w warstwach maskujących. Korzystnie otwory te są najczęściej umieszczone okresowo, mają okrągłą lub czworokątną geometrię lub składają się z umieszczonych równolegle pasków. [00] Również możliwe jest zastosowanie porowatej warstwy WSiN bez późniejszego etapu nadawania struktury. Należy przy tym jednak zapewnić odtwarzalność wyniku procesu. [0031] Na zamaskowaną warstwę początkową lub zamaskowany podkład jest następnie przeprowadzany za pomocą epitaksji z fazy gazowej wzrost grubej na co najmniej 0 µm warstwy

12 -12-2 GaN/AlGaN (lub innej warstwy półprzewodnika azotkowego). Materiał narasta przy tym pionowo z okien i lateralnie przez maskę, aż dochodzi do koalescencji frontów narastania i tworzą one gładką warstwę. Ta pierwsza warstwa półprzewodnikowa zgodnie z wynalazkiem nie przywiera do opisanej warstwy maskującej z WSiN, co jest zasadniczym warunkiem dla następującego potem samodzielnego oddzielenia. Połączenie z podłożem wyjściowym jest tworzone jedynie przez otwarte okna (otwory) w tej warstwie maskującej. [0032] Przy wyborze SiC jako substratu wyjściowego można zrezygnować z naniesienia warstwy początkowej GaN. Warstwa maskująca WSiN jest nanoszona i strukturyzowana bezpośrednio na podłożu wyjściowym. Następnie za pomocą ELO jest poddawana narastaniu spójna pierwsza warstwa półprzewodnikowa, warstwa koalescencyjna, z GaN, AlN lub AlGaN lub z innego półprzewodnika azotkowego. Na tej warstwie koalescencyjnej może być bezpośrednio potem w tym samym procesie epitaksji lub alternatywnie w kolejnym procesie epitaksji na całej powierzchni utworzona przez narastanie druga, gruba warstwa półprzewodnikowa z półprzewodnika azotkowego, korzystnie o grubości większej niż 0 µm. [0033] Przy odpowiednim wyborze geometrii maski, parametrów wytrącania oraz prowadzenia procesu, narośnięta druga warstwa półprzewodnikowa oddziela się razem z pierwszą warstwą półprzewodnikową, warstwą koalescencyjną, na całej powierzchni od podłoża wyjściowego i powstaje swobodna płytka o średnicy np. cm (2 cale). Płytka ta może być wtedy zastosowana do narastania struktur warstwowych dla elementów podstawowych lub jako zarodek dla narastania kryształów objętościowych z GaN, AlN lub AlGaN lub innego półprzewodnika azotkowego, przy czym wcześniej mogą być ew.

13 -13- przeprowadzone etapy procesu do wygładzenia powierzchni (polerowanie, wytrawianie). [0034] Wynalazek jest poniżej bliżej wyjaśniany w przykładach wykonania na podstawie figur. Figury przedstawiają kolejno: 2 Fig. 1 przygotowane podłoże wyjściowe 1 z warstwą początkową 1a, w przekroju schematycznym, Fig. 2 podłoże wyjściowe z warstwą maskującą 2 (po naniesieniu warstwy maskującej) oraz z otworami 3, w przekroju schematycznym, Fig. 3 podłoże wyjściowe po naniesieniu warstwy maskującej 2 w widoku z góry z otworami 3, Fig. 4 podłoże wyjściowe z warstwą maskującą podczas narastania lateralnie rozrastającej się pierwszej warstwy półprzewodnikowej 4 jako warstwy koalescencyjnej, w przekroju schematycznym, Fig. podłoże wyjściowe z warstwą maskującą po narastaniu pierwszej warstwy półprzewodnikowej 4 jako warstwy koalescencyjnej, która tworzy spójną warstwę, w przekroju schematycznym, Fig. 6 podłoże wyjściowe po narośnięciu na całej powierzchni co najmniej jednej pierwszej warstwy półprzewodnikowej 4 z drugą, grubą warstwą półprzewodnikową, Fig. 7 odłączone od podłoża wyjściowego przez samodzielne odłączenie według wynalazku podłoże półprzewodnikowe 6 z pierwszą warstwą półprzewodnikową 4, Fig. 8 odłączone od podłoża wyjściowego przez samodzielne odłączenie według wynalazku podłoże półprzewodnikowe 6, przy czym pierwsza i druga

14 -14- warstwa półprzewodnikowa 4, są wytworzone z tego samego materiału. 2 [003] W pierwszym przykładzie wykonania podłoże wyjściowe 1 (c-planarna płytka szafirowa, średnica 2 cale względnie 0,8 mm) za pomocą MOVPE poddawane jest narastaniu przez grubą na 2 µm warstwą początkową 1a z GaN (Fig. 1). Następnie ta warstwa początkowa 1a jest na całej powierzchni pokrywana grubą na 0 nm, rozpylaną katodowo warstwą maskującą 2 (warstwa WSiN) (Fig. 2). Ta warstwa 2 jest za pomocą litografii i następującym potem procesem wytrawiania strukturyzowana w taki sposób, że powstają rozmieszczone heksagonalnie okrągłe otwory 3 (okna) (Fig. 3). W przykładzie stosowane są umieszczone heksagonalnie okrągłe okna (otwory 3) o średnicy µm oraz o odstępie punktów środkowych sąsiadujących okien wynoszącym µm. [0036] Na tak strukturyzowane podłoże wyjściowe nanoszona jest najpierw pierwsza warstwa półprzewodnikowa 4 jako warstwa koalescencyjna z GaN (Fig. 4 i Fig. ). Do tego warstwa maskująca 2 oraz otwory 3 strukturyzowanego podłoża wyjściowego 1 z warstwą początkową 1a są w poziomym reaktorze HVPE podgrzewane do 40 C, przy czym od 70 C powierzchnia jest stabilizowana amoniakiem. Narastanie ma miejsce przy 800 hpa ciśnieniu reaktora oraz przy temperaturze 40 C oraz przy stosunku V/III wynoszącym. Prędkość narastania dla narastania na całej powierzchni wynosi przy tym 0 µm/h. Po minutach jest spójna pierwsza warstwa półprzewodnikowa 4 jako warstwa koalescencyjna i ma średnią grubość około µm. Następnie spójna pierwsza warstwa półprzewodnikowa 4, warstwa koalescencyjna, jest poddawana porośnięciu drugą warstwą półprzewodnikową o grubości powyżej 0 µm, przy czym grubości powyżej 0 µm są korzystne (Fig. 6). W

15 -- 2 przykładzie wykonania warstwa półprzewodnikowa ma grubość 40 µm. Występujące podczas narastania naprężenie między podłożem wyjściowym 1 i narośniętym podłożem półprzewodnikowym 6, składającym się z pierwszej warstwy półprzewodnikowej 4, warstwy koalescencyjnej, oraz drugiej warstwy półprzewodnikowej, powoduje w przedstawionym prowadzeniu procesu i przedstawionej geometrii maski oddzielenie narośniętego podłoża półprzewodnikowego 6 od znajdującego się poniżej podłoża wyjściowego 1, tak jak jest to przedstawione na Fig. 7. Podczas chłodzenia z szybkością ok. 0 C/h, powierzchnia jest stabilizowana amoniakiem do temperatury 70 C. Po zakończeniu procesu oddzielone podłoże półprzewodnikowe 6, tutaj jako pakiet warstwowy GaN o grubości ok. 460 µm, może zostać wyjęte z reaktora. [0037] W drugim przykładzie wykonania podłoże wyjściowe 1 (c-planarna płytka szafirowa, średnica 0,8 mm) za pomocą MOVPE poddawane jest narastaniu przez grubą na 2 µm warstwę początkową GaN 1a (Fig. 1). Następnie ta warstwa początkowa jest pokrywana na całej powierzchni przez rozpylanie katodowe warstwą maskującą 2 (warstwą WSiN) o grubości 0 nm (Fig. 2). Ta warstwa jest za pomocą litografii i następującym potem procesem wytrawiania strukturyzowana w taki sposób, że powstają przebiegające równoległe paski (otwory 3). Zatem stosowana jest maska paskowa. [0038] Tak strukturyzowana płytka wyjściowa 1, 2 za pomocą MOVPE poddawana jest narastaniu przez GaN tak, że wyspy wyrastające z okien ulegają koalescencji (Fig. 4/). Po przeprowadzonej za pomocą sposobu koalescencji na połączonej warstwie GaN 4, który pozwala na odpowiednio duże prędkości narastania, np. za pomocą HVPE, tworzona przez narastanie warstwa z GaN, AlN lub AlGaN o grubości powyżej 0 µm, przy czym grubości powyżej 0 µm są

16 -16-2 korzystne (Fig. 6). Występujące podczas narastania naprężenie między podłożem wyjściowym 1 i narośniętym podłożem półprzewodnikowym 6 powoduje przy odpowiednim prowadzeniu procesu oraz geometrii maski oddzielenie się narośniętej warstwy od znajdującego się poniżej podłoża wyjściowego, tak jak jest to przedstawione na Fig. 7. [0039] W trzecim przykładzie wykonania stosowane jest podłoże wyjściowe 1 z SiC i rezygnuje się z wcześniejszego umieszczenia warstwy początkowej 1a. Płytka SiC 1 jest bezpośrednio pokrywana grubą na 0 nm rozpylaną katodowo warstwą maskującą 2 (warstwą WSiN). Ta warstwa 2 jest za pomocą litografii i następującym potem procesem wytrawiania strukturyzowana w taki sposób, że powstają rozmieszczone heksagonalnie okrągłe otwory 3 (okna) (Fig. 3). [0040] Taka strukturyzowana płytka wyjściowa 1, 2 jest wtedy za pomocą MOVPE poddana porastaniu przez GaN w taki sposób, że wyrastające z okien wyspy ulegają koalescencji. Po przeprowadzonej za pomocą sposobu koalescencji na połączonej warstwie GaN 4, który pozwala na odpowiednio duże prędkości narastania, np. za pomocą HVPE, tworzona jest przez narastanie warstwa z GaN, AlN lub AlGaN o grubości powyżej 0 µm, przy czym grubości powyżej 0 µm są korzystne (Fig. 6). Występujące podczas narastania napięcie między podłożem wyjściowym 1 i narośniętym podłożem półprzewodnikowym 6 składającym się z pierwszej warstwy półprzewodnikowej 4, warstwy koalescencyjnej, oraz grubej, drugiej warstwy półprzewodnikowej oraz wprowadzone przy zmianie temperatury, w szczególności przy schłodzeniu z temperatury narastania, naprężenie termiczne powoduje przy odpowiednim prowadzeniu procesu oraz geometrii maski oddzielenie się narośniętej warstwy 6 od znajdującego się poniżej podłoża wyjściowego 1.

17 -17-2 [0041] Narośnięte pierwsze warstwy półprzewodnikowe 4 i drugie warstwy półprzewodnikowe mogą składać się z tego samego materiału lub z różnych materiałów. Warstwy półprzewodnikowe 4 i mogą narosnąć w tym samym procesie narastania lub w różnych procesach narastania. Podłoże półprzewodnikowe 6 może się składać tylko z pierwszej warstwy półprzewodnikowej 4. [0042] Fig. 8 przedstawia według wynalazku warstwowe podłoże półprzewodnikowe 6, w którym druga warstwa półprzewodnikowa składa się z tego samego materiału jak i pierwsza warstwa półprzewodnikowa 4, warstwa koalescencyjna. Zrezygnowano tu z warstwy początkowej 1a. Druga warstwa półprzewodnikowa została tutaj naniesiona w tym samym procesie narastania. Stąd warstwy półprzewodnikowe 4 i przechodzą w siebie wzajemnie. [0043] Korzystnie co najmniej jedna pierwsza warstwa półprzewodnikowa 4 jest poddawana narastaniu do grubości od 1 do 0 µm. Jeszcze korzystniej co najmniej jedna pierwsza warstwa półprzewodnikowa 4 jest poddawana narastaniu do grubości od do µm. [0044] Druga warstwa półprzewodnikowa jest korzystnie poddawana narastaniu do grubości większej niż 0 µm, jeszcze korzystnie większej niż 0 µm. [004] We wszystkich trzech przykładach wykonania powstałe przez narastanie warstwy GaN, AlN oraz AlGaN mogą zostać przez wprowadzenie odpowiednich domieszek domieszkowane p i n lub też mogą być uczynione półizolującymi. N domieszkowanie rosnących azotków grupy III może zostać osiągnięte przez reakcję krzemu z gazowym chlorowodorem lub szczególnie łatwo przez dodanie zawierającego krzem związku dichlorosilanu (Cl 2 SiH 2 ). [0046] p domieszkowanie rosnących azotków grupy III może zostać osiągnięte przez reakcję magnezu Mg z gazowym

18 -18-2 chlorowodorem lub przez dodatek związku zawierającego magnez, jako surfaktantu lub do wbudowania w warstwę, np. bis(cyklopentadienylo)magnezu (Cp 2 Mg: Mg(C H ) 2 ), do fazy gazowej. W podobny sposób może zostać zastosowany jako surfaktant również ind. [0047] Domieszkowanie rosnących azotków grupy III w celu osiągnięcia półizolacyjnych właściwości elektrycznych może zostać osiągnięte przez reakcję żelaza (Fe) z gazowym chlorowodorem lub przez dodanie związku zawierającego żelazo, np. bis(cyklopentadienylo)żelazo (ferrocen: Cp 2 Fe: Fe(C H ) 2 ), do fazy gazowej. [0048] Zastosowanie gazu domieszkowego względem źródła materiału stałego upraszcza sposób, ponieważ gaz domieszkowy może być sterowany w sposób ciągły. Gdy według wynalazku jako materiał maski stosowany jest azotek krzemku wolframu, to swobodne podłoże półprzewodnikowe 6, które zostało wytworzone według powyższego sposobu, po oddzieleniu może zawierać śladowe ilości azotku krzemku wolframu. Korzystnie śladowe ilości mieszczą się w zakresie od więcej niż atomów na cm 3 lub 1/ monowarstwy lub więcej. Ta wartość jest dostosowana do granicy wykrywalności śladowych ilości. Korzystnie te śladowe ilości mieszczą się w zakresie poniżej 0 nm. [0049] Zastosowane według wynalazku 2 dla wytwarzania swobodnego podłoża półprzewodnikowego 6 na podłożu wyjściowym 1 składa się przynajmniej częściowo z azotku krzemku wolframu lub krzemku wolframu. Korzystnie warstwa maskująca 2 składa się całkowicie z azotku krzemku wolframu lub krzemku wolframu. [000] Otrzymana swobodna warstwa półprzewodnikowa z GaN, AlN, AlGaN, InN, InGaN, AlInN lub AlInGaN może być wykorzystana dalej jako podłoże (podłoże azotkowe) dla narastania struktur warstwowych azotku grupy III w MOVPE

19 -19- lub MBE lub przez naniesienie kontaktów metalicznych do wytwarzania elektronicznych lub optoelektronicznych elementów podstawowych. W tym celu powierzchnia może być polerowana. Podłoże azotkowe może być również wykorzystane jako warstwa początkowa dla dalszego narastania azotków grupy III za pomocą HVPE. [001] Wynalazek nie ogranicza się do przedstawionych tu przykładów wykonania. Jest raczej możliwe, aby przez połączenia i modyfikację wymienionych działań i cech zrealizować dalsze odmiany wykonania, bez odchodzenia od zakresu wynalazku. Lista oznaczeń odsyłających [002] 1 podłoże wyjściowe 1a warstwa początkowa 2 warstwa maskująca 3 otwór 4 pierwsza warstwa półprzewodnikowa, warstwa koalescencyjna druga warstwa półprzewodnikowa, gruba warstwa półprzewodnikowa 6 podłoże półprzewodnikowe

20 3/7P2828PL Zastrzeżenia patentowe 2 1. Sposób wytwarzania podłoża półprzewodnikowego (6) z następującymi etapami sposobu: a) przygotowanie podłoża wyjściowego (1), b) nanoszenie warstwy maskującej (2) z dużą liczbą otworów (3) na podłoże wyjściowe (1), przy czym warstwa maskująca jest strukturyzowana, albo w sposób litograficzny oraz otwieranie okien przez chemiczne procesy wytrawiania na mokro lub na sucho, albo przez proces lift-off, c) narastanie co najmniej jednego podłoża półprzewodnikowego (6) rozpoczynając od otworów (3), przy czym na warstwie maskującej (2) narasta lateralnie co najmniej jeden materiał półprzewodnikowy, oraz następujące potem d) schłodzenie podłoża wyjściowego (1), warstwy maskującej (2) i podłoża półprzewodnikowego (6), przy czym materiał do wytwarzania warstwy maskującej (2) składa się przynajmniej częściowo z azotku krzemku wolframu lub krzemku wolframu, a podczas narastania lub podczas chłodzenia dochodzi do oddzielenia podłoża półprzewodnikowego (6) i podłoża wyjściowego (1), i otrzymuje się swobodne podłoże półprzewodnikowe (6), przy czym podłoże półprzewodnikowe (6) zawiera co najmniej jeden półprzewodnikowy związek azotkowy. 2. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że materiał do wytwarzania warstwy maskującej (2) składa się całkowicie z azotku krzemku wolframu lub całkowicie składa się z krzemku wolframu.

21 Sposób według zastrzeżenia 1 albo 2, znamienny tym, że swobodne podłoże półprzewodnikowe (6) powstaje przez utworzenie pęknięć w podłożu wyjściowym (1) oraz w obszarach podłoża półprzewodnikowego (6) w obrębie otworów (3) maski (2) na skutek różnych współczynników rozszerzalności termicznej podłoża wyjściowego (1) i co najmniej jednego podłoża półprzewodnikowego (6) podczas chłodzenia lub na skutek naprężenia rozciągającego narastającej warstwy półprzewodnikowej podczas narastania Sposób według jednego z zastrzeżeń od 1 do 3, znamienny tym, że w etapie c) narasta co najmniej jedna pierwsza warstwa półprzewodnikowa (4) jako warstwa koalescencyjna, przy czym na warstwie maskującej (2) narasta lateralnie materiał półprzewodnikowy (4), aż utworzy się spójna warstwa, tak że podłoże półprzewodnikowe (6) będzie składać się z co najmniej jednej pierwszej warstwy półprzewodnikowej (4).. Sposób według zastrzeżenia 4, znamienny tym, że w etapie c) na co najmniej jednej pierwszej warstwie półprzewodnikowej (4) narasta co najmniej jedna druga warstwa półprzewodnikowa (), tak że podłoże półprzewodnikowe (6) składa się z co najmniej jednej pierwszej warstwy półprzewodnikowej (4) i co najmniej jednej drugiej warstwy półprzewodnikowej (). 6. Sposób według zastrzeżenia 4, znamienny tym, że co najmniej jedna pierwsza warstwa półprzewodnikowa (4) narasta z grubością od 1 do 0 µm.

22 Sposób według zastrzeżenia, znamienny tym, że co najmniej jedna druga warstwa półprzewodnikowa () narasta z grubością większą niż 0 µm. 8. Sposób według jednego z poprzednich zastrzeżeń, znamienny tym, że przed etapem b) co najmniej jedna warstwa początkowa (1a), składająca się z jednej lub większej liczby poszczególnych warstw na całej powierzchni poddawana jest narastaniu na podłożu wyjściowym (1), a warstwa maskująca (2) jest nanoszona na co najmniej jedną warstwę początkową (1a). 9. Sposób według jednego z poprzednich zastrzeżeń, 7 albo 8 znamienny tym, że co najmniej jedna druga warstwa półprzewodnikowa () i/lub co najmniej jedna warstwa początkowa (1a) zawiera co najmniej jeden półprzewodnikowy związek azotkowy. 2. Sposób według jednego z zastrzeżeń od 4 do 9, znamienny tym, że co najmniej jeden półprzewodnikowy związek azotkowy zawarty w co najmniej jednej pierwszej warstwie półprzewodnikowej (4) i/lub zawarty w co najmniej jednej drugiej warstwie półprzewodnikowej () i/lub zawarty w co najmniej jednej warstwie początkowej (1a), jest związkiem azotkowym pierwiastków trzeciej i/lub piątej grupy głównej. 11. Sposób według zastrzeżenia, znamienny tym, że co najmniej jednym związkiem azotkowym jest GaN, AlN, AlGaN, InN, InGaN, AlInN lub AlInGaN. 12. Sposób według jednego z poprzednich zastrzeżeń, znamienny tym, że co najmniej jedna pierwsza warstwa

23 -23- półprzewodnikowa (4) narasta za pomocą wodorkowej epitaksji z fazy gazowej Sposób według jednego z zastrzeżeń zależnych od zastrzeżeń 8 do, znamienny tym, że co najmniej jedna pierwsza warstwa półprzewodnikowa (4) jest nanoszona przez narastanie warstwy początkowej (1a) za pomocą lateralnego epitaksyjnego narastania (ELOG). 14. Sposób według jednego z poprzednich zastrzeżeń, znamienny tym, że co najmniej jedna pierwsza warstwa półprzewodnikowa narasta w taki sposób, że ulega ona koalescencji z wysp wyrastających z otworów (3), oraz że utworzyła ona spójną powierzchnię.. Sposób według jednego z poprzednich zastrzeżeń, znamienny tym, że na co najmniej jedną pierwszą warstwę półprzewodnikową (4) lub na podłoże półprzewodnikowe (6) nanosi się następnie co najmniej jedną kolejną warstwę GaN, AlN, AlGaN, InN, InGaN, AlInN lub AlInGaN do wytworzenia grubszych warstw GaN, AlN, AlGaN, InN, InGaN, AlInN lub AlInGaN lub monokryształów GaN, AlN, AlGaN, InN, InGaN, AlInN lub AlInGaN. 16. Sposób według zastrzeżenia, znamienny tym, że warstwy GaN, AlN, AlGaN, InN, InGaN, AlInN lub AlInGaN albo monokryształy GaN, AlN, AlGaN, InN, InGaN, AlInN lub AlInGaN są następnie rozdrabniane przez piłowanie. 17. Sposób według jednego z poprzednich zastrzeżeń, znamienny tym, że co najmniej jeden kontakt metaliczny jest nanoszony dla wytwarzania elektronicznego lub optoelektronicznego elementu podstawowego.

24 Swobodne podłoże półprzewodnikowe (6) do wytwarzania elektronicznych lub optoelektronicznych elementów podstawowych, przy czym podłoże półprzewodnikowe (6) zawiera co najmniej jeden półprzewodnikowy związek azotkowy, znamienne tym, że podłoże półprzewodnikowy (6) zawiera śladowe ilości azotku krzemku wolframu, przy czym śladowe ilości azotku krzemku wolframu odpowiadają stężeniu co najmniej atomów na cm Swobodne podłoże półprzewodnikowe (6) według zastrzeżenia 18, znamienne tym, że śladowe ilości azotku krzemku wolframu mieszczą się w zakresie poniżej 0 nm.. Zastosowanie swobodnego podłoża półprzewodnikowego (6) według zastrzeżenia 18 albo 19 do wytwarzania elektronicznego lub optoelektronicznego elementu podstawowego Zastosowanie warstwy maskującej, która składa się przynajmniej częściowo z azotku krzemku wolframu, w sposobie według zastrzeżenia 1 do wytwarzania swobodnego podłoża półprzewodnikowego (6), które zawiera co najmniej jeden półprzewodnikowy związek azotkowy, przy czym podłoże półprzewodnikowe samodzielnie oddziela się od podłoża wyjściowego. Freiberger Compound Materials GmbH Pełnomocnik:

25 3/7P2828PL00-2 -

26 -26-

27 -27-