Brevet FR2132690A1 — publié le 19721124

213Î2690 La présente invention est relative à un procédé de formation d1 une région de type de conductivité désirés à la surface d'un corps semiconducteur et se rapporte plus particulièrement à un procédé de formation d'une telle région dans un corps en arséniure de gallium 5 monocristallin ou en arséniure de gallium et en aluminium, sans- engendrer de détérioration cristalline sur ou près de la surface du corps. Un grand nombre de types de semiconducteurs nécessitent une région mince d'un type de conductivité désiré dans un corps de maté-10 riau semiconducteur monocristallin sur une surface du corps. La ré- . gion peut être d'un type de ocnductivité opposé à celui du corps, comme par exemple une région de type P dans un corps de type N ou une région de type N dans un corps de type P, afin de.former une jonction PN, ou bien la région peut être de même type de conductivi-15 té que le corps, mais avec une concentration de modificateur de conductivité plus élevée, comme par exemple une région de type P+ dans un corps de type P ou une région de type M+ dans un corps de type N. D'une manière générale, une telle région se forme dans le corps en plaçant celui-ci dans une chambre, en remplissant la chambre de 20 vapeurs de modificateur de conductivité désirés et en chauffant le corps pour diffuser ce modificateur de conductivité le long de la surface du corps. Lorsqu'on utilise ce procédé pour former des régions, minces, dans un corps en arséniure de gallium cristallin ou en arséniure de 25 gallium et d'aluminium, certains problèmes se posent. On a constaté que la diffusion des vapeurs du modificateur de conductivité dans le corps d'arséniure de gallium ou d'arséniure de gallium et d'aluminium provoque une détérioration importante du cristal à la surface du corps ainsi que dans la partie du corps qui se trouve directe-30 ment en dessous de la surface. Une telle détérioration cristalline affecte défavorablement les caractéristiques électriques des dispositifs semiconducteurs formés. On a constaté également qu'il est difficile de commander 1'épaisseur de la région ainsi que le . -profil de concentration du modificateur de conductivité dans la région min-35 ce avec ce procédé de diffusion. On forme une région de type de conductivité désiré dans une surface d'un corps d'arséniure de gallium monocristallin ou d'un 72 11904 3 2132690 La couche 14 est formée sur la surface 12 du corps 10 par la technique bien connue d'épitaxie en phase liquide. Un appareil convenable pour mettre en oeuvre ce procédé est représenté schématique-ment à la fig.5. Comme représenté, l'appareil comprend une nacelle 5 20 en graphite par exemple disposée dans un tube en quartz 22 formant four qui peut être chauffé électriquement d'une manière bien .connue dans la technique. Le corps 10 est disposé dans la nacelle 20 et est maintenu fermement contre le fond de celle-ci au moyen d' une pince représentée schématiquement en 24. Dans la partie infé-10 rieure de la nacelle 20, à l'état incliné, comme représenté à la fig.5 se trouve un bain à l'état fondu 26 'qui comprend un mélange de la substance cristalline désirée destinée à former le matériau de la couche 14, comme par exemple de l'arséniure de gallium et de l'aluminium pour former l'arséniure de gallium et d'aluminium, et du 15 modificateur de conductivité approprié dans un solvant de celui-ci, comme par exemple du gallium. Afin de maintenir une atmosphère non oxydante autour du corps 10*, on fait circuler à force un courant de gaz inerte ou d'hydrogène par exemple dans le tube formant four 22. 20 Les éléments constitutifs du mélange 26 et le corps 10 étant en place dabs la nacelle 20 et le tube formant four 22 étant incliné de la manière représenté à la fig.5, l'ensemble est chauffé à une température convenant à la croissance du matériau de la couche 14. lorsaué la température régnant dans le tube augmente, le solvant 25 fond et les substances se dissolvent dedans. Lorsque la température atteint la valeur préférée connue sous le nom de "température critique", l'introduction de chaleur est interrompue et le four 22 est incliné de sorte que le bain à l'état fondu 26 s'écoule et recouvre la surface à découvert du corps 10. A ce point, le solvant est pres-30 que saturé en substance cristalline désirée. Lorsque le four refroidit, le corps 10 se dissout initialement à la surface 12 de celui-ci jusqu'à ce qu'un équilibre de solution soit établi. Lorsque le corps refroidit encore, la précipitation de la substance désirée à partir de la solution et la croissance épitaxiale sur le corps se 35 produisent. Lorsque la couche épitaxiale 14 a atteint l'épaisseur désirée, le tube formant four 22 est remis à sa position originale afin de décanter la charge à l'état fondu restante de la surface. 72 11904 2 2132690 alliage de celui-ci en déposant sur la surface du corps une couche de matériau monocristallin contenant le modificateur de conductivité désiré. Le matériau de la couche est un matériau pouvant être décapé au moyen de décapant n'attaquant pas notablement le matériau du corps 5 et qui présente un réseau cristallin correspondant sensiblement à celui du corps. Le corps recouvert est chauffé pour diffuser le modificateur de conductivité. Une partie au moins de la couche est éliminée pair décapage avec le décapant qui n'attaque pas sensiblement le corps, afin de mettre à découvert au moins une partie de la 10 surface du corps. D'autres caractéristiques et avantages de 1'..invention apparaîtront au cours de la description suivante , donnée uniquement à titre d'exemple ..et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : 15 les fig.l à 4 sont des vues en coupe des divers stades du pro cédé de l'invention; la fig.5 est un schéma de l'appareil pouvant être utilisé pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention. Comme représenté à la fig.l, le procédé de l'invention commen-20 ce avec un corps 10 en arséniure de gallium mono cristallin (Gais) ou en arséniure de gallium et en aluminium qui contient une concentration relativement faible d'aluminium (Al Ga -,As, dans lequel x X X-.L est inférieur à environ 0,4). Le corps 10 peut être de l'un ou l'au-r tre type de conductivité',' c'est à dire de type P ou de type U. Une 25 surface 12 du corps 10 est ensuite recouverte d'une couche 14 de ma-» tériau semiconducteur mono cristallin qui peut être décapée au moyer d'un décapant n'attaquant pas sensiblement le corps 10 et qui présente un réseau cristallin correspondant sensiblement à celui du corps 10, comme par exemple de l'arséniure de gallium et d'alumi-30 TTî-nm contenant une concentration relativement élevée d'aluminium (Al^Ga^^As, dans laquelle x est inférieur à environ 0,4). La couche 14 contient un modificateur de conductivité du type permettant de former la région désirée dans le corps 10. Si l'on désire obtenir une région de type P, le modificateur de conductivité peut être 35 du zinc, du germanium ou du cadmium. Si l'on désire une région de type M", le modificateur de conductivité peut être du tellure, du souffre ou de l'étain. COPY 72 11904 5 2132690 à'arséniure de gallium de conductivité de type ST. SXEI'iPLE On place un mélange de 5 grammes de gallium et de 7 grammes d1 arséniure de gallium dans une nacelle 20 du type représenté à la 5 Fig.5 et on place la nacelle d'un tube formant four 22. On chauffe le tube à une température portant le mélange à 9502C afin d'obtenir un mélange complet des ingrédients. A]brès chauffage pendant 5 minutes, on laisse refroidir le mélange à la température ambiante. On ajoute au mélange de gallium et d'arséniure de gallium se trouvant 10 dans la nacelle 100 milligrammes d'aluminium et 330 milligrammes de zinc-et on monte dans la nacelle un corps d'arséniure de gallium de type ÎT contenant une concentration en porteur de silicium de 1 18 —3 à 2 x 10 cm .le tube étant à la position inclinée représentée à la fig.5, on le porte à une température de 9502C pour faire fon-15 dre le mélange. On interrompt le chauffage et on laisse le tube re-froidir. A une température de 9302C, on incline le tube pour recouvrir le corps de bain à l'état fondu. Lorsque le tube atteint une température d'environ 4002C, on le remet à sa position originale afin de décanter la charge à l'état fondu restante du corps. Ceci 20 produit à la surface du corps line couche épitaxiale en arséniure de gallium et l'aluminium contenant du zinc et qui présente une épaisseur d'environ 38 microns. Le corps recouvert est enlevé de la nacelle et la couche épitaxiale est rodée à une épaisseur d'environ 25 microns pour nettoyer 25 sa surface. Le corps recouvert est ensuite placé dans un récipient en quartz qui est mis sous vide et est'rempli d'arséniure de zinc à l'état gazeux. Le récipient est chauffé ensuite à une température d' environ 8502C pendant 15 minutes environ. Cette opération diffuse le zinc de la couche épitaxiale dans le corps pour former une ré-30 gion de conductivité de type P d'une profondeur d'environ 1,5 micron à la surface du corps. Le corps recouvert est enlevé du récipient et est plongé dans de l'acide chlorhydrique qui est chauffé à une température comprise entre 802C et 1002C. Ceci élimine par décapage la couche épitaxiale pour mettre à découvert la surface du corps. 35 Dans le procédé de l'invention, en diffusant le modificateur de conductivité dans le corps 10 à partir d'un matériau semiconducteur qui présente un réseau cristallin correspondant sensiblement à 72 11904 4 2132690 Le corps recouvert 10 est ensuite chauffé à une température permettant de diffuser le modificateur de conductivité à partir de la couche 14 dans le corps 12 et de former ainsi la région 16 de type de conductivité désiré dans le corps 10 le long de la surface 12, 5 comme représenté à la fig.3. La température à laquelle la diffusion se produit varie avec le modificateur de conductivité particulier qui est diffusé. Toutefois, la température de diffusion est comprise généralement entre 8502C et 10002C. Le temps de diffusion est choisi en fonction de l'épaisseur désirée de la région 16. Si,pendant la 10 formation de la couche 14, la température critique est rendue relativement élevée, la région 16 peut être diffusée en même temps que la couche 14 est fermée. Selon une variante, la température critiqua peut être une valeur relativement faible et lorsque la couche épitaxiale 14 a été formée, on peut chauffer l'ensemble pendant une durée 15 suffisante pour produire la région^l6 par diffusion du modificateur de conductivité à partir de la couche 14. Après formation de- la région 16, une partie au moins de la cou-j che 14 est enlevée pour mettre à découvert la surface 12 du corps 10, comme représenté à la fig.4. La couche 14 est enlevée en la mettant 20 en contact avec un décapant qui attaque le matériau de la couche 14 mais n'attaque pratiquement, pas le matériau du corps 10. Une couche t 14 en arséniure de gallium et d'aluminium contenant une concentration relativement élevée d ' aluminium (Al^G-a^. -^As, dans laquelle x est supérieur à 0,4 environ) péut être attaquée avec de l'acide chta-hydrl-25 que bouillant et le décapant n'atta.que pas un corps en arséniure de gallium (G-aAs) ou en arséniure d ' aluminium et de gallium contenant une concentration relativement faible d'aluminium (Al Ga -.As, A JL^JL lans laquelle x est inférieur à 0,4 environ). Si on le désire, on peut enlever la couche entière 14 pour mettre à découvert la tota-30 lité de la surface 12 du corps 10. Toutefois, comme la couche 14 contient généralement une concentration plus élevée de modificateur de conductivité que dans la région 16 et présente par conséquent una conductivité plus grande que cette dernière, en laissant une partie 14a de la couche 14 sur la surface 12, comme représenté à la fig.4, 35 la partie 14a établit un bon contact ohmique avec la région 16. L'exemple suivant est un exemple particulier de procédé de formation d'une région mince de conductivité de type P dans un corps COPY 72 11904 7 2132690 REVENDICATIONS 1.- Procédé de formation dans la surface d'un corps de matériau semiconducteur monocristallin d'une région d'un type de conductivité désiré, caractérisé en ce qu'il consiste à déposer sur la surface du 5 corps une couche de matériau monocristallin qui peut être enlevée par un décapant n'attaquant pas pratiquement le matériau du corps et qui 'présente un réseau cristallin qui correspond sensiblement à celui du corps, la couche contenant un modificateur de conductivité de type de conductivité désiré, à chauffer le corps recouvert afin de 10 diffuser le modificateur de conductivité dans le corps, et à éliminer par décapage une partie au moins de la couche au moyen d'un décapant qui n'attaque pratiquement pas le corps pour mettre à découvert au moins une partie de la surface du corps. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que 15 la couche est déposée par épitaxie'lsur la surface du corps. 3.- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la couche est déposée par épitaxie sur la surface du corps par la technique d'épitaxie en phase liquide. 4.- Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que 20 le corps est un arséniure de gallium mono cristallin ou en un alliage de celui-ci. 5.- Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le matériau de la couche est de 1'arséniure de gallium et d'aluminium monocristallin. 25 Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le matériau du corps est en arséniure de gallium ou en arséniure de gallium et d'aluminium comportant une concentration en aluminium sensiblement moindre que la concentration d'aluminium contenue par la couche. 30 T.- Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la couche est décapée avec de l'acide chlorhydrique. COP^ 72 11904 6 2132690 celui du corps et qui peut être enlevé facilement sans affecter le matériau du corps, la surface obtenue du corps est réauliàçe^ et exempte de détérioration cristalline à la fois à la surface et directement en dessous de la surface. De plus, comme la source de mo-5 dificateur de conductivité est une couche engendrée par épitaxie, la concentration de modificateur de conductivité dans la couche peut être commandée facilement pendant la croissance épitaxiale, de sorte qu'un profil de concentration désiré du modificateur de conductivité peut être obtenu facilement dans la région diffusée 16 en commandant 10 simplement le schéma de traitement thermique de diffusion. En formant la couche épitaxiale au moyen de la technique d1 épitaxie en phase liquide, on élimine également le risque d'introduction de contaminants fâcheux dans le corps. De plus, le procédé de l'invention facilite l'établissement de contacts ohmiques avec la région diffusée en lais-15 sant simplement une partie de la couche épitaxiale 14 sur la surface 12 du corps. Il est ainsi fourni par l'invention un procédé de formation d'une région de surface de type de conductivité désirée dans lin corps semiconducteur sans provoquer de détérioration cristalline dans ou directement en dessous de la surface du corps en permettant 20 d'obtenir facilement un profil désiré du modificateur de conductivité dans la région, le procédé permet également de former un contact . ohmique et à haute conductivité avec la région si un tel contact est désiré. COP¥ : A