Brevet FR2086504A1 — publié le 19711231

L'invention concerne le domaine de la technique des semiconducteurs, par exemple la construction des dispositifs à semiconducteurs utilisant des solutions solides de combinaisons du type et, plus précisément, les contacts ohmiques pour 5 les dispositifs à semi-conducteurs. Cette invention peut être utilisée de façon particulièrement efficace pour la création de diodes lasers à hétérojonc-tions dans le système GaAs-AlAs, pour les diodes luminescentes, les diodes impulsionnelles haute tension, les transistors, les 10 photodiodes, les thyristors et autres appareils à semi-conducteur utilisant une hétérojonction dans le système GaAs-AlAs. Sont connus des contacts ohmiques pour les dispositifs à semi-conducteurs utilisant les solutions solides des combinaisons A^-^B . 15 Les meilleurs contacts connus pour les solutions solides GaAIAs sont les contacts réalisés par vaporisation sous vide des métaux de contact sur un substrat chaud. Sur la combinaison p-AlAs, on déposait une couche de 500 © O A de titane, puis une couche de 2000 A d'or avec une température 20 du substrat égale à 500°C. Puis on déposait complémentairement par vaporisation 2000 O A d'or à une température du substrat égale à 200°C. Sur la composition n-GaAIAs on déposait par vaporisation O une couche d'étain d'une épaisseur égale à 2.000 A avec une O 25 température du substrat égale à 130°C, puis 500 A de nickel ou de platine à une température de 120°C, et on procédait à l'apport par frittage des métaux de contact à une température de 500°C durant 30 secondes. - * Sur le substrat froid, pour terminer, on 'déposait une cou-30 che d'étain de 2.000 A. Cependant, les procédés connus d'apport d'un contact métallique sur des couches de solutions solides des combinaisons semi-conductrices A^^B^., par exemple GaAIAs, GaAsP, etc., présentent une série d'inconvénients, en particulier une haute ré-35 sistance ohmique et une faible conductibilité thermique, qui entraînent une forte diminution du rendement et l'altération des paramètres de sortie des appareils à semi-conducteurs. On s'est proposé de créer des contacts ohmiques pour les dispositifs à base de solutions solides de combinaisons 40 qui auraient un rendement élevé." X 'X COPY 71 15463 2 2086504 La solution consiste en un contact ohraique pour dispositifs à semi-conducteurs réalisé à base de solutions solides des compositions Ajjjbv» plus particulièrement d'une composition triple Ga-, Al As comportant une couche métallique externe, dans 5 lequel, selon l'invention, entre la couche de semi-conducteur formée par une solution solide et la couche métallique, se trouve une couche de semi-conducteur à base de combinaisons A^^-By, plus particulièrement d'arséniure de gallium, du même type de conduction que la couche mentionnée de semi-conducteur qui lui 10 est attenante, formée par la solution solide dans un laser à semi-conducteurs avec un domaine actif constitué par une couche de semi-conducteur dont la largeur de bande interdite est inférieure à la largeur de bande interdite de chacune des couches de semi-conducteurs qui.lui sont directement attenantes, for-15 mées par une solution solide,selon l'invention, on dépose directement, sur la surface externe de la couche mentionnée de semiconducteur formée par une solution solide, une couche de semiconducteur du même type de conduction que le semi-conducteur du contact ohmique faisant l'objet de l'invention, obtenu à base 20 des combinaisons AjuBv* L'invention est rendue plus compréhensible par les explications suivantes concernant sa réalisation. Le contact ohmique, proposé pour les dispositifs à semiconducteurs à base de solutions solides des combinaisons A^^B^, 25 est réalisé au cours de l'obtention d'une structure semi-conductrice multicouche par croissance, selon un processus technologique unique mettant en oeuvre les procédés connus d'épitaxie à partir d'un milieu gazeux ou liquide des couches complémentaires, d'une couche d'arséniure de gallium fortement allié, 30 du même type de conduction que les couches attenantes de solutions solides insérées entre la couche métallique et la couche de solution solide. L'utilisation d'une couche d'arséniure de gallium fortement allié entre la solution solide et le métal de contact pro-35 cure les avantages suivants : premièrement, on réduit la résistance spécifique de la couche de solution solide adhérant au contact, grâce à la diffusion d'une impureté de dopage à partir de l'arséniure de gallium lors de la croissance ; deuxièmement, lors de la croissance de l'arséniure de gallium, on fait dis-40 paraître le film d'oxyde de la surface de la solution solide, 71 15463 3 2086504 etc. Les avantages des contacts ohmiques proposés ressortent avec évidence des exemples suivants. 1. Un laser à semi-conducteurs réalisé sur la base d'une structure hétérogène du type nAl Ga,, As - n(p)Al Ga^ x^ x—x "2. c. 5 As—Al Ga., As, où la teneur en Al- O à 0,3 et x-, a/ x, > x.. « x3 x3 x2 ' Une telle structure est exécutée d'ordinaire selon une méthode de croissance épitaxiale consécutive des couches dans le système GaAs-AlAs par épitaxie à partir d'un milieu liquide. Les métaux de contact sont déposés directement sur la solution solide 10 AlxGa^ xAs* Vu que les solutions solides avec l'aluminium ne sont pas stables en atmosphère normale, car elles y sont sujettes à l'oxydation, le métal de contact déposé directement sur la solution solide oxydée donne une forte résistance ohmique. Les lasers à semi-conducteurs réalisés selon le procédé indiqué 15 plus haut possèdent une grande résistance ohmique et un faible rendement, et par conséquent, une durée de service courte. Ceci a nécessité l'exécution d'un laser à semi-conducteurs sur la base de la structure indiquée plus haut, mais avec des contacts ohmiques comme ceux décrits dans la présente inven-20 tion. A cette fin, on a exécuté par méthode de croissance épita-xiale consécutive la structure hétérogène multicouche suivante : nGaAs-nAl Ga., „ As- n(p) Alx0 Ga., v As- pAl Ga., „ »""X^ fa X>^ X3 «""X^ pGaAs. Dans ce cas, les métaux de contact sont déposés, non pas sur les solutions solides, mais sur une couche d'arséniure de 25 gallium fortement allié. Le laser à semi-conducteurs exécuté sur la base d'une telle structure hétérogène à cinq couches a des résistances ohmiques série de 5-10 fois plus faibles (0,1-0,3 ohm), un rendement 2-3 fois plus élevé (20-30%) et une durée de service dépassant. 500 heures. 30 Dans un tel laser à semi-conducteurs, selon la teneur en aluminium dans le domaine actif Al Ga., -As, n * n la X2 2 ^*2 ci J j j longueur d'onde de génération peut varier dans la gamme 9.050- O 1000 A. Le domaine actif Alx Ga^x As peut être allié avec des impuretés telles que le 2 2 germanium, le silicium, le 35 zinc, le tellure ou bien, simultanément, avec plusieurs types d'impuretés. 2. Le contact ohmique proposé procure un effet important lorsqu'il est utilisé, par1exemple, pour les diodes lumines- 71 15463 4 2086504 centes réalisées à base de solutions solides des compositions (par exemple AlxGa^_xAs ; GaAsP et autres) o A présent, pour les diodes luminescentes réalisées à base de solutions solides A^^B , le métal de contact est appliqué 5 directement sur la solution solide Al Ga., Ae ou GaAsP. La ré- X * —X sistance ohmique des contacts alors obtenus est de l'ordre de 10-3 à 10~4 ohm.cm^. La résistance aussi élevée des contacts ohmiques explique la faible durée de vie de la diode luminescente. Afin de réduire la résistance ohmique des contacts, il faut 10 déposer sur les solutions solides des couches d'arseniure de gallium fortement allié, du même type de conduction que la solution solide. La couche d'arseniure de gallium est déposée par une méthode d'épitaxie.à partir de gaz ou de liquide. Après ceci,.le métal de contact est déposé sur la couche d'arseniure de 15 gallium fortement allié, ce qui donne une réduction de la résistance de contact jusqu'à une grandeur de l'ordre de 1.10 ^ ohm.cm^. La réduction de la résistance des contacts ohmiques fait accroître respectivement le rendement de la diode luminescente 20 et sa durée de service. 3. Il est connu que pour la réalisation des diodes haute tension, il faut utiliser des matériaux semi-conducteurs possédant une bande interdite de grande largeur. Dans les solutions solides a base de AlAs-GaAs, la largeur de la bande interdite 25 peut être de 1,5-2 fois supérieure à la largeur de la bande interdite du silicium, qui est le matériau le plus souvent utilisé pour la réalisation des diodes haute tension. Les diodes haute tension réalisées à base de jonctions p-n abruptes dans une solution solide Al^Ga^^As, avaient une tension disruptive in-30 verse d'un ordre de grandeur plus élevé, que les diodes au silicium. Cependant, la réalisation des contacts ohmiques appliqués directement aux solutions solides AlxGa^ xAs cteconduction n et p menait à une haute résistance des contacts ohmiques, et ceci provoquait une forte chute de tension dans la diode dans 35 le sens conducteur et rendait impossible son utilisation pratique. L'exécution des contacts ohmiques de ces dispositifs par le procédé faisant l'objet de la présente invention, c'est-à-dire le dépôt sur une solution solide de AlxGa^_xAs d'une couche épitaxiale d'arséniure de gallium fortement allié du même 71 15463 5 2086504 type de conduction que la solution solide suivie du dépôt de métaux de contact, a permis de réduire sensiblement la résistance ohmique de l'appareil et, en conséquence, la chute de tension dans le sens conducteur. 5 L'utilisation des contacts ohmiques proposés à permis de réaliser des thyristors et des dynistors à base de solutions solides Al^Ga^ ^As avec de faibles durées de commutation.» Les contacts ohmiques proposés ont notablement amélioré la fiabilité et la longévité des dispositifs à semi-conduc-10 teurs à base de solutions solides des compositions ce qui a permis de les employer plus largement. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réa-15 lisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. 71 15463 6 2086504 REVENDICATIONS 1. Contact ohmique pour dispositif à semi-conducteurs réalisé à base de solutions solides des compositions A^^B , plus particulièrement de la composition triple Ga^ xAlxAs, com- 5 portant une couche métallique externe, caractérisé en ce que, entre la couche du semi-conducteur formée par une solution solide et la couche métallique, se trouve une couche de semiconducteur à base de combinaisons A^^-By, plus particulièrement d'arséniure de gallium, du même type de conduction que la cou-10 che mentionnée de semi-conducteur qui lui est attenante, formée par la solution solide. 2. Laser à semi-conducteurs avec un domaine actif constitué par une couche de semi-conducteur, dont la largeur de bande interdite est inférieure à la largeur de bande interdite de 15 chacune des couches de semi-conducteurs qui lui sont directement attenantes, formées par une solution solide, caractérisé en ce que, directement sur la surface externe de la couche mentionnée de semi-conducteur formée par une solution solide, est disposée une couche de semi-conducteur du même type de conductibilité que 20 le semi-conducteur obtenu à base des combinaisons A^^B^ du contact ohmique selon la revendication 1.