Brevet FR2120018A1 — publié le 19720811

La présente invention se rapporte à l'établissement de contacts ohmiques sur des matières semi-conductrices et à la liaison du contact oh mi rue \ un support. Plus particulièrement, l'invention concerne des contacts ohT.iyu.es et leur liaison ?* des roatiè-5 res semi-conductrices de type-p des groupes IIT t V, telles «rue l'arséniure "-e ^alliur*. semi-conductrices, constituent un type» n° dispositif, p>r>tre autres, qui utilise une raatièr L'invention concerne une matière de contact et de liaison pour des serai-conducteurs de type-p des groupes III à 7 tels que Des diodes émettrioes de lumière, c'est—^-dire dps lampes 71 46690 2 2120018 l'arséniure de gallium, comprenant une combinaison d'un alliage or-germanium ou or-silicium (de préférence eutectique) et d'un élément métallique du groupe II tel que du zinc. De préférence, l'élément métallique du groupe II est du zinc et il est incorporé en quantité 5 comprise entre 1 et 15 ?» en poids de l'alliage eutectique or-germa-nium. Un procédé de fabrication consiste à déposer une couche d'alliage eutectique or-germanium sur une surface de type-p d'une plaquette de matière semi-conductrice des groupes III à V, à déposer une couche d'un élément métallique du groupe II sur la couche d'al- 10 liage eutectique, à chauffer jusqu'à agglomération des couches déposées sur la surface de type-p de la plaquette, à découper la plaquette en pastilles, à placer une pastille, avec le côté-p dirigé vers le bas, sur un support plaqué d'or et a chauffer momentanément pour lier par fusion la pastille au support. 15 D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la Figure 1 est une coupe d'une chambre drévaporation sous 20 vide dans laquelle la matière de contact et de liaison est formée sur une surface-p d'un3 plaquette semi-conductrice ; - la Figure 2 est une vue latérale montrant la plaquette portant- les matières déposées par ovaporation et chauffée sur un support- constitué par une bande électriquement conductrice ; 25 - la Figure 3 est une vue en perspective de la plaquette après que les matières déposées ont été incorporées par fusion dans sa surface-p, com^e indiqué ?ur la Figure ? ; - la Figure 4 est une vue en perspective de la plaquette après que sa surface a été encochée ae façon que la plaquette puisse être 30 découpée en plusieurs pastilles ; - la Figure 5 est une vue latérale d'une pastille, placée avec son côté-p dirigé vers le bas sur un support ; - la Figure 6 est une vue en perspective de la pastille placée sur un support ; 35 - la Figure 7 est une vue en perspective d'une lampe semi- conductrice comportant un carter de lentille fixé sur l'ensemble de support de la figure 6. L'appareil d'évaporation sous vide de la Figure 1 comprend BAD ORIGINAL 71 46690 3 2120018 une plaque de base 11 pourvue d'un orifice :2 d'établissement de vide et un couvercle I3, de préférence en verre, qui s'emboîte sur la base 11 d'une m-anière étanche au vide. Une plaquette II comportant une surface de type-p formée d'une matière des groupes XII à 5 V telle que de l'arséniure de gallium, au phosphare de gi11 iur^ ou au pho.^phure-arséniure de galliuu, ept supportée, avec la surface-p dirigée vers le bas, en ét.^nt bloquée ou fix-'e autrement sur une plaque portante 16 qui ept placée à l'intérieur de la chambre g vicie à l'aide d'une console 17 solidaire de la base 11. Deux coupel-10 les 18 et 19 sont supportées à partir de la base 11 à l'aide de tiges 21 qui assurent l'isolation électrique et thermique des coupelles 18, 19 par rapport à la base 11. De préférence, les coupelles 18 et 19 sont métalliques et sont agencées pour être chauffées en faisant passer directement un courant électrique dans le métal 15 des coupelles. Une des coupelles 18 contient un alliage or-germanium ou or-silicium 22 tanais que l'autre coupelle 19 contient un élément métallique du groupe II, tel que du zinc de haute pureté (par exemple de 99,999 i° de pureté). De préférence, l'alliage précité est un eutectique bien que, dans le cas de l'alliage or-ger-20 manium, la quantité de germanium puisse être comprise entre 5 et 25 % en poids de l'alliage et que, dans le cas de l'alliage or-silicium, la quantité de silicium puisse être comprise entre 4 et 10 c,c en poids de l'alliage. L'appareil est mis sous vide et la coupelle 18 contenant 25 l'alliage or-germanium 22 est chauffée électriquement ou par d'autres moyens afin de déposer une couche de l'alliage sur la surface intérieure de la plaquette 14, à savoir sur son côté-p, de préférence suivant une épaisseur d'environ 8.000 à 20.000 angstroms. La coupelle 19 contenant l'élément métallique du grrupe II tel que 30 du zinc est ensuite chauffée de manière à déposer une couche d'un élément métallique du groupe II sur la couche d'alliage, cette seconde couche ayant de préférence une épaisseur d'environ 200 à 2.000 angstroms ou correspondant à 1 à 15 % en poids de la couche déposée en premier. 35 La plaquette 14 portant la première couche 26 de l'alliage eutectique et la seconde couche 27 de l'élément métallique du groupe II est placée sur une bande chauffante 31» comme indiqué sur la Figure 2, de manière que les couches déposées 26 et 27 71 46690 4 2120018 soient situées sur le côté supérieur et elle est chauffée en faisant passer un courant électrique produit par une :;ouroe 32 et en opérant sous atmosphère inerte ou réductrice (telle que de l'hydrogène ou de l'azote) jusqu'à une température d'environ 4502C, 5 momentanément, afin d'agglomérer les couches 26 et 27 dans la surface de la plaquette 14. A ce stade, la plaquette peut se présenter comme indiqué sur la Figure 3 et elle est ensuite encochée suivant des lignes croisées, de la manière indiquée par les références 36 sur la Pi-jure 4 10 afin de former des pastilles individuelles 37, puis elle est découpée de manière à obtenir lesdites pastilles 37. Une pastille 37 est placée avec son côté-p dirigé vers le bas sur un support plaqué d'or, comme indiqué sur la figure 5, le support 38» pouvant être formé de "Kovar", étant plaqué d'une couche d'or 39- La li-15 en tirets 41 indique la profondeur de pénétration de la composition de l'alliage eutectique or-germanium de l'élément métallique du groupe II dans la pastille 37, comme décrit plus haut, iin supposant que la pastille 37 contient une jonction p-n, cette jonction est placée approximativement comme indiqué par la ligne en 20 tirets 42, la partie supérieure 43 de la pastille 37 étant formée d'une matière de type-n. Le support 3a et la pastille 37, comme indiqué sur la Figure 5» sont ensuite chauffés par des moyens appropriés, par exemple dans un four ou bien en plaçant le support 38 sur une bande 25 chauffante, sous atmosphère inerte ou réductrice (telle que de l'azote ou de l'hydrogène) jusqu'à une température comprise entre 400 et 5002C, momentanément, afin de lier par fusion la pastille 37 au revêtement d'or 39 du support 38, cette liaison étant établie du fait de la fusion de la matière qui est agglomérée à la 30 surface-p de la pastille, comme décrit plus haut. La Figure 6 représente un support particulier 38 sur lequel la pastille 37 a été fixée par fusion comme décrit plus haut. Un premier fil conducteur 46 est fixé sur le support 38 et un second fil conducteur 47 est engagé dans une ouverture ménagée dans le 35 support 38 et est fixé sur et isolé du support à l'aide d'une matière isolante 48 telle que du verre. Un contact "ponctuel" 49 est formé sur la surface supérieure ou de type-n de la pastille 38 par des procédés bien connus et un fil de connexion 51 est fixé RAD ORIGINAL 71 46690 5 2120018 électriquement et mécaniquement au contact ponctuel 4? et à l'extrémité supérieure 52 du second fil de connexion 47. Un carter protecteur 56 peut être placé et fixé sur le support 38, comme indiqué sur la Figure 7 et il peut être pourvu d'une lentille 57 5 placét. La matière de contact électrique de liaison suivant l'invention, comprenant une combinaison d'un alliage or-germanium ou or-silicium et d'un élément métallique du groupe II, comme décrit plus haut, permet de lier la pastille 37 au support 38 à une tem-15 pérature plus basse, par exemple d'environ 1002C, que la température jusqu'à maintenant nécessaire pour lier directement une matière de type-p au revêtement d'or 39 du support 38. En même temps, on obtient une liaison d'une très haute résistance,mécanique. On obtient ainsi une bonne liaison à une température réduite, ce qui 20 diminue le risque d'altération de la capacité d'émission de lumière de la diode à jonction p-n. Le procédé suivant l'invention, qui consiste à déposer la matière de contact électrique et de liaison sur la surface-p de pastille 37, permet d'établir une connexion électrique temporaire avec 25 le côté-p pendant qu'un autre c:ntact- électrique est formé sur le contacfponctuel" 49 qui a été précédemment déposé sur le côté-n de la diode, d'une manière connue, de sorte que la capacité d'émission de lumière et d'autres caractéristiques de la diode peu- • vent être mesurées avant que la diode soit fixée sur un support, 30 des diodes défectueuses pouvant être rejetées avant qu'elles, soient liées à l'ensemble de support relativement couteux. L'invention, outre le fait qu'elle permet d'obtenir une liaison améliorée à une température plus basse, établit également une moins grande résistance de la liaison entre la surface-p et le sup-35 port, ce qui augmente le rendement et la puissance lumineuse tout en réduisant 1'échauffement de la lampe en cours de fonctionnement. Les quantités d 'allio..:e or-^ermanium et les 41énents métalliques âu groupe II ne soulèvent pns de problème? pçr+iculièretent critiques et on a obtenu de bons résultats en utilisant les ga*n:res? de teneur précitées pour ces matières. 71 46690 6 2120018 REVENDICATIONS 1- Contact ohmique formé sur une matière d» type-p des groupes III à V, caractérisé en ce qu'il comprend une combinaison d'un alliage or-germanxftm ou d'un alliage or-silicium et d'un élément 5 métglli>(Ue du groupe II, 2- Contact suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit alliage est un alliage or-germanium contenant une quantité de germanium qui correspond h 5 à 25 f- en poids de l'alliage. 3- Contact suivant la revendication 1, caractérisé en ce que 10 ledit alliage est un eutectique d'or-germanium. 4- Contact suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit alliage est un alliage or-silicium contenant une quantité de silicium qui correspond à 4 à 10 en poids de l'alliage. 5- Contact suivant la revendication 1, caractérisé en ce que 15 ledit alliage est un eutectique d'or-silicium. 6- Contact suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément métallique du groupe II est du zinc. 7- Contact suivant la revendication 6, caractérisé en ce que ledit alliage est un eutectique d* or-germanium et en ce que la 20 quantité de zinc est comprise entre 1 et 15 # en poids de l'alliage eutectique. b- Contact suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite matière des groupes III à V est de l'arséniure de gallium, du phosphure de gallium ou du phosphure-arséniure de gallium. 25 9- Utilisation du contact suivant l'une des revendications 1 à 8 dans une lampe semi-conductrice qui comprend la matière des groupes III à V comportant une jonction p-n à l'interface entre une région de type-p et une région de type-n et le contact prévu sur la surface de la région de type-p. 30 10- Procédé de fabrication du contact ohmique et de la liai son mécanique suivant l'une des revendications 1 à 8 entre une matière de type-p des groupes III à V et un collecteur métallique, caractérisé en ce qu'on dépose par évaporation sur une surface de ladite matière de type-p une couche d'un alliage d'or-germanium ou 35 d'un alliage d'or-silicium, suivant une épaisseur comprise entre 8.000 et 20.000 angstroms et une couche d'un élément métallique du groupe II suivant une épaisseur de 200 à 2.000 angstroms, en ce qu'on chauffe jusqu'à environ 4502C sous atmosphère inerte ou ré 71 46690 7 2120018 ductrice afin d'agglomérer lesdites couches dans ladite surface de la matière de type-p, en ce qu'on place ladite "igtière de type-p de façon qu'une de ses surfaces soit appliquée contre le support et en ce :;u'on effectue un chauffage jusqu'à 400 h 5002C sous atmosphère inerte ou réductrice pour lier par fusion la matière de type-p au support. 11- Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce que le support métallique est pla;;ué d'or dans la zone de contact avec la matière de type-p.