Brevet FR2033398A1 — publié le 19701204

La présente invention concerne un procédé de réalisation de diodes à métal et semi-conducteur du type à ôouche d'arrêt et les diodes ainsi réalisées. Plus particulièrement, la présente invention concerne des diodes du type à couche'd'arrêt constituée par de l'ar-5 séniure de gallium et de l'étain. Au cours de ces dernières années on s'est beaucoup intéressé à une catégorie de diodes à semi-conducteurs du type à couche d'arrêt, généralement dénommées diodes de Schottky qui ont un comportement non ohmique aux jonctions métal-semi-conducteur. Ces dispositifs sont particulièrement intéressants 10 parce que : a) ils sont réalisés typiquement sous forme de .redresseurs à porteurs majoritaires c'est-à-dire de jonctions redresseuses sans injection et b) ils présentent les caractéristiques d'une jonction en gradin parfaite. Le fait que seuls les porteurs majoritaires contribuent au 15 redressement implique que la réponse en fréquence de la diode est limitée seulement par la constante de temps RC ou le temps de transit plutôt que par la durée de vie des porteurs minoritaires. Ces dispositifs conviennent donc particulièrement pour la cdmmutation ultrarapide, comme détecteurs et mélangeurs hyperfréquencest pour la gé-2Ûnéra"tion d1 harmoniques, l'amplification paramétrique (en utilisant la diode comme diode à capacité variable ou "Varicap") etc. De même, une jonction en gradin parfaite rend la barrière de Schottky très prometteuse en tant que diode "Yaricap", en particulier en association avec l'épitaxie, l'ensemble obtenu étant alors amélio-25 ré du point de vue variation de capacité en fonction de la tension par rapport à celle des diodes à jonctions progressives, sans la diminution concomitante du coefficient de surtension ni de la tension de claquage. A. la lumière de ce qui précède, les chercheurs ont cherché' 50 constamment à modifier les dispositifs à couche d'arrêt existants, pour en améliorer les caractéristiques de fonctionnement, et a mettre au point de nouveaux matériaux. Parmi les matériaux seai-condueteurs les plus couramment choisis pour l'emploi dans les diodes de ce type, on peut citer l'ar-35 séniure de gallium, ce choix étant basé sur la mobilité de ses électrons qui est une des plus élevées pour les matériaux semi-conducteurs existants dans le commerce, permettant ainsi d'obtenir un produit RC 70 06819 2 2033398 TB-iwrnifli tout en maintenant la capacité du dispositif suffisamment faible pour faciliter un couplage à large bande à un circuit hyper-fréquences. .De plus, des énergies d'ionisation extrêmement faibles des donneurs et une densité effective d'état relativement faible 5 dans la bande de conduction permettent de les utiliser à basse température sans diminution du rendement due à l'immobilisation des porteurs. La partie métallique des diodes à couche d'arrêt à l'arséniure de gallium était jusqu'ici en : or, aluminium, alliage d'argent et 10 de titane et en métaux du groupe du platine. Malheureusement on s'est heurté à des difficultés pour l'obtention de caractéristiques de mouillage satisfaisantes et d'un contact intime avec l'arséniure de gallium, ce qui a limité les possibilités d'utilisation du dispositif. ■J5 Selon une caractéristique essentielle du procédé de l'invention on réalise un contact redresseur par dépôt successif d'un halogénure d'étain puis d'étain sur Tan corps d'arséniure de gallium. Selon une autre caractéristique de l'invention, on réalise un dispositif métal-semi-conducteur à couche d'arrêt comprenant un substrat en arséniure 20 de gallium de type n sur au moins une partie duquel on dépose une couche d'étain, des connexions étant établies avec le substrat et la couche d'étain. On a.effectivement remédié aux limitations de la technique antérieure mentionnées ci-dessus en utilisant l'étain, un métal ayant un travail de sortie peu élevé et en mettant.en oeuvre 25 un nouveau mode opératoire. A titre d'exemple, le procédé selon l'invention comprend le dépôt sur la région de contact intéressante d'un halogénure approprié utilisé comme fondant avant le dépôt de l'étain, dépôt effectué à des températures comprises entre la température ambiante et 200°C. On a 30 observé que la structure obtenue a une barrière de potentiel d'environ 0,77 Y de hauteur, valeur qui se compare favorablement à celle de la technique antérieure et est inférieure à celle des diodes à barrière de Schottky utilisées couramment. Les dispositifs du type décrit peuvent être utilisés comme redresseurs de puissance, la 55 diminution de hauteur de la barrière se traduisant par des pertes de puissance moindres dans le redresseur, comme détecteurs pour les applications des ondes hertziennes pour lesquelles la faible hauteur 70 06819 3 2C33398 de la barrière équivaut à une augmentation de la sensibilité aux signaux très faibles, et comme diodes Varicap pour laquelle la faible hauteur de la barrière signifie une diminution de la tension appliquée et par conséquent une plus grande variation de la capacité 5 près de l'origine pour les signaux faibles. D'autres objets et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés dans lesquels : les figures 1A à 1C sont des vues en coupe d'un disque semi-10 conducteur d'arséniure de gallium au cours des opérations successives de fabrication selon l'invention, la figure 2 est une représentation graphique de l'inverse du carré de la capacité (en abscisses) en fonction de la tension (en ordonnées), pour un dispositif à barrière de Schottky réalisé selon 15 l'invention. Plus précisément, la figure 1A est une vue en coupe d'un cristal 11 d' arsér~iure de gallium de type n, utilisable pour la mise en oeuvre de l'invention, l'arséniure de gallium de type n utilisé esfc -de préférence, obtenu par le procédé de croissance horizontale 20 de Bridgeman et présente de préférence des concentrations comprises 15 19 3 entre 10 et 10 porteurs par cm . Tous les cristaux sont orientés suivant les.plans 111 ou 100 , rodés et polis chimiquement dans une solution d'attaque constituée par du brome dans l'alcool méthy- lique et/ou de l'acide sulfurique dans l'eau. L'étain utilisé a une 25 pureté de 99,999 f° et les halogénures étaient de la qualité pour réactifs. L'opération suivante comprend l'enduction de la zone de contact de l'arséniure de gallium du type n, poli chimiquement, par un fondant à savoir SnClg ou SnBr^, cette enduction étant réalisée direc-30 tement ou en dissolvant ce fondant dans un solvant approprié et en plongeant ensuite la plaquette d'arséniure de gallium dans la solution. Cependant, on a jugé préférable, pour plus de commodité, de déposer le fondant sur le substrat par vaporisation à travers un masque approprié. 35 Après le dépôt du fondant sur le substrat d'arséniure de gallium, de l'étain est déposé sur la région de contact. Ce dépôt peut être réalisé, soit par vaporisation, soit en mettant en place le métal sous une forme appropriée sur le substrat et en chauffant par impulsions 70 06819 4 2C33398 le métal à 232°C pour le fondre et pour mouiller seulement la région de contact, sans alliage, celui-ci étant évite par refroidissement et solidification immédiats de l'étain fondu» Ensuite, l'ensemble obtenu est maintenu à une température comprise entre l'ambiante et 5 200°G. La température maximale est imposée par des considérations de fusion de l'ensemble métal-semi-conducteur, c'est-à-dire par la température d'alliage. La structure obtenue représentée sur la figure 1£ comprend une barrière 12 d'étain. Le contact est réalisé avec la barrière 12 par des procédés connus, par exemple de réalisation 10 de contacts par la technique classique des micro-poutres. Un contact-type peut être constitué par du titane 13, du platine 14 et de l'or 15 formant un revêtement (figure 10). Sur le dispositif complet, représenté sur la figure -1C, la barrière intéressante est désignée par 17. 1 5 Un exemple de la présente invention est décrit en détail ci- après, pour faciliter sa compréhension. Exemple - On réalise une diode à barrière de Schottky constituée par de l'étain sur un substrat d'arséniure de.gallium du .type n de conduc-20 tivité 0,01 ohm.cm, avec une couche d'étain sur sa face arrière. On vaporise une mince couche de SnCl^ sur la surface 100 de l'arséniure de gallium à travers un masque de molybdène ayant une ouverture de 127 microns. Ensuite, on vaporise une mince couche d'étain sur la pellicule de SnClg, à travers un second masque. Après le dépôt de 25 la pellicule d'étain, le masque de molybdène est séparé du substrat et la plaquette est divisée en deux parties. Ensuite, on mesure la capacité de l'ensemble obtenu pour des tensions comprises entre 0 et 2 V. Pour des tensions appliquées de 0; 0,5; 1 et 2 V, on trouve des valeurs de capacité respectivement égales à 24; 18,8; 15,7 et 30 12,5 pico-farads. Ces résultats sont portés de la manière indiquée ci-dessus sur la figure 2, afin de déterminer s'il existe, en fait, une barrière de Schottky dans la structure". Comme l'indique la figure 2, on voit que cette courbe est en fait une droite, ce qui indique la présence d'une barrière de Schottky. 35 II va de soi que la présente invention n'a été décrite ci-des sus qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif et que l'on pourra y apporter toutes variantes sans sortir de son cadre» 70 06819 s 2:33398 REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'un contact redresseur sur de l'arséniure de gallium du type n, caractérisé en ce qu'il consiste à déposer sur la région de contact désirée un halogénure d'étain tel 5 que SnŒI^ ou ShB^ puis à recouvrir ce dernier d'un dépôt d'étain. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit halogénure est SnCl^. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit halogénure est SriB^. 10 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce. que ledit étain est déposé par vaporisation. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit étain est déposé par un procédé manuel et ultérieurement rendu mouillant par chauffage par impulsions. 15 6. Dispositif métal-semi-conducteur à couche d'arrêt, carac térisé en ce qu'il comprend un substrat en arséniure de gallium de "type 2, une couche d'étain déposée sur au moins une partie dudit substrat et des contacts établissant une liaison électrique avec le substrat et la couche d'étain.