Brevet FR2413792A1 — publié le 19790727

La présente invention concerne un procédé de réalisation d'un ensemble monolithique semi-conducteur comportant une matrice d'éléments électroluminescents et formé d'un substrat sur lequel au moins deux couches superposées sont déposées par épitaxie. La présente invention concerne également la matrice d'éléments électroluminescents obtenue par ce procédé. On sait que, pour réaliser une matrice d'éléments actifs dans un seul cristal semi-conducteur, il est nécessaire d'isoler chacun desdits éléments dans un compartiment ou caisson. Pour créer un caisson isolé dans un matériau semi-conducteur d'un type de conduction donné, une méthode connue consiste à donner aux parois dudit caisson le type de conduction opposé à celui dudit matériau. Pour ce faire, on introduit dans un cristal semi-conducteur de type de conduction donné, une couche intermédiaire isolée électriquement des autres, donc de type de conduction opposé et suffisamment proche de la surface dudit cristal pour être reliée à celle-ci par des cloisons ou parois d'isolement du même type de conduction que ladite couche intermédiaire. Dans le cas où l'on cherche à réaliser une matrice d'éléments électroluminescents, celle-ci est préférentiellement réalisée dans des matériaux connus pour leurs bonnes qualités d'électroluminescence et susceptibles d'être déposés en couches épitaxiques compatibles, tels que les composés semi-conducteurs comprenant au moins un élément de la colonne III de la classification de Mendeleev et au moins un élément de la colonne V. Dans ces conditions, selon un premier procédé connu et déjà mis en oeuvre notamment dans le cas du GaAsP, on dépose une première couche épitaxique Ga As1 xPX de type de conduction P sur une couche de GaAs de type N et l'on recouvre ensuite cette couche de type P dtune seconde couche épitaxique Ga As0,6P0,4 de type de conduction N. On a ainsi créé une couche enterrée de type P. Mais ce procédé nécessite la mise en oeuvre d'un réacteur d'épitaxie à deux dopants puisqu'il faut fournir successivement des impuretés de type P et des impuretés de type N. La mise en oeuvre n'est donc pas si simple et, par ailleurs, un tel procédé a pour autre inconvénient de provoquer la pollution de la couche inférieure de GaAs de type N par les impuretés de type P. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients En effet, la présente invention concerne un procédé de réalisation d'un ensemble monolithique semi-conducteur comportant une matrice d'éléments électroluminescents et formé d'un substrat sur lequel au moins deux couches superposées sont déposées par épitaxie, notamment remarquable en ce que, à partir de la totalité de la surface de la couche épitaxique sous jacente, dite première couche épitaxique, d'un premier type de conduction donné, on diffuse des impuretés d'un second type de conduction opposé au premier formant une couche intermédiaire dite d'isolement, en ce que, à la surface de ladite première couche épitaxique, on dépose ensuite la seconde couche épitaxique de même nature et du même premier type de conduction que ladite première couche et, enfin, en ce que par diffusion, à partir de la surface de la seconde couche épitaxique, d'impuretés du second type de conduction, on crée, d'une part, des ilôts formant avec elle lesdits éléments électroluminescents et, d'autre part, les murs d'isolement rejoignant la couche d'isolement du second type de conduction. Avantageusement, les concentrations des composants de la seconde couche épitaxique sont sensiblement les mêmes que celles des composants de la première couche épitaxique. Ce procédé présente de nombreux avantages. En premier lieu, il ne met en oeuvre que des appareillages simples et classiques d'épitaxie, et il permet d'éviter d'effectuer successivement dans un même réacteur des opérations d'épitaxie de type de conduction opposés. Ainsi est-il possible de supprimer les risques de pollution d'une couche épitaxique par les impuretés de dopage de la couche précédente. Par ailleurs, ce procédé permet un contrôle rapide et aisé de l'épaisseur de la couche d'isolement du second type de conduction, qui est le plus souvent le type P, ainsi que de l'épaisseur des couches épitaxiques. Ceci a pour but de déterminer les temps et les profondeurs de diffusion nécessaires à la réalisation des éléments électroluminescents et des murs d'isolement. Enfin, les deux couches épitaxiques étant de même nature et sensiblement de même concentration en ce qui concerne chacun des composants, il est évident qu'il y a automatiquement adaptation de maille et que dans ces conditions, l'adhérence est excellente entre les deux couches. Généralement les matériaux formant le substrat et lesdites couches épitaxiques sont des composés III - V de type de conduction N, la couche d'isolement, les ilôts et les murs d'isolement obtenus par diffusion étant de type de conduction P. Ces matériaux sont connus pour leurs bonnes qualités d'électroluminescence et pour leur compatibilité. De préférence, le substrat et les couches épitaxiques sont formés d'un composé comportant du gallium. Avantageusement, le substrat et les couches épitaxiques sont constitués d'un composé de la forme Ga As xPX, dans lequel x est compris entre 0 et 1. Dans la mise en oeuvre la plus courante du procédé, x est voisin de 0,4 pour les couches épitaxiques et sensiblement nul pour le substrat. Il va de soi que, si les dimensions de mailles cristallines des matériaux de couches voisines l'exigent, un lit de composition intermédiaire entre le substrat et la première couche épitaxique peut être déposé constituant ainsi un milieu dit d'accrochage. En fait, de préférence, la première couche épitaxique est déposée sur le'substrat en une seule opération continue au cours de laquelle les proportions des diverses sources d'éléments à déposer sont modifiées en fonction de la variation de la composition du substrat et de ladite première couche épitaxique à obtenir. La présente invention concerne également la matrice d'éléments électroluminescents isolés réalisée par diffusion dans la seconde de deux couches épitaxiques semiconductrices superposées déposées à la surface d'un substrat également semiconducteur, remarquable en ce que ladite seconde couche épitaxique est isolée de la première couche épitaxique par une couche diffusée dans ladite première couche et de type de conduction opposé au type de conduction de cette dernière. La description qui va suivre en regard des dessins annexés fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Les figures 1 à 4 représentent schématiquement et en coupe les diverses étapes de mise en oeuvre du procédé de réalisation de la matrice d'éléments électroluminescents selon l'invention. Dans la description qui va suivre, les matériaux choisis sont des composés III-V dont le GaAs pour former le substrat et le GaAsP pour former les couches épitaxiques, mais il est évident que les opérations décrites seraient sensiblement analogues s'il s'agissait d'autres composés. Il est à noter que, sur les figures, les dimensions sont considérablement exagérées et non proportionnées, ceci afin de rendre les dessins plus clairs. Conformément aux figures 1 à Il illustrant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, pour obtenir une matrice d'éléments élec- troluminescents, on partd'un substrat 1, en arséniure de gallium GaAs par exemple, notamment de type de conduction N dopé au soufre, au tellure ou au silicium sous une concentration de porteurs de 10 5 18 3 17 3 à 1018 atomes/cm et, de préférence de 5.1017 atomes/cm Sur ce substrat 1, on forme progressivement une première couche épitaxique 2 en arséniure-phosphure de gallium GaAsP.En effet, avantageusement, on fait en sorte que cette couche 2 comporte une portion 2a Ga As1#xP x variant graduellement de x=O à x=0,4 et sur cette portion dite "d'accrochage", on fait croître la portion 2b de la couche épitaxique de forme Ga As0,6 Po 4 (figure 1). Le niveau de dopage en impuretés du premier type de conduction par exemple le type N, de ladite couche 2 est compris entre 1015 et 1018 atomes/cm3 et se situe, de préférence, à 5.1016 atomes/cm3. Après la formation de cette première couche épitaxique 2, on retire l'ensemble du réacteur d'épitaxie pour procéder à la réalisation de la couche intermédiaire d'isolement. Pour ce faire, à partir de la totalité de la surface 2c de la première couche épitaxique 2, on diffuse des impuretés du second type de conduction donc de type de conduction P, zinc par exemple, jusqu'à une profondeur de 10 p environ. La diffusion de ces impuretés dans la couche 2 entraine la formation de la couche d'isolement 3 (figure 2). Dans le cas d'une diffusion de zinc, la concentration en impuretés utilisée est choisie dans la gamme de 1018 à 5t102 atomes/cm3 18 3 et la concentration optimale est sensiblement de 21018 atomes/cm Eventuellement, le zinc servant au dopage de type P peut être remplacé par le cadmium, le béryllium ou le manganèse. La couche d'isolement 3 étant ainsi obtenue, on replace l'ensemble dans un réacteur d'épitaxie pour créer la seconde couche épitaxique 4 de Ga As0,6P0,4 du premier type de conduction (figure 3) Avant de réaliser le dépôt de cette couche 4, on procède, dans le réacteur d'épitaxie, à un décapage de la surface 2c à l'aide de gaz chlorhydrique. L'opération de dépôt de la seconde couche épitaxique 4 se déroule dans les mêmes conditions que celui de la portion 2b de première couche épitaxique 2 mais son épaisseur ne dépasse pas 10 p. La dernière étape de réalisation de la matrice d'éléments électroluminescents est illustrée par la figure 4 : elle consiste à créer les jonctions isolées électroluminescentes. Dans ce but, à la surface 4a de la seconde couche épitaxique 4, on crée une couche d'oxyde 5 dans laquelle on ouvre des fenêtres 6 et 7 par desmoyens classiques de photogravure et de décapage localisés. Par diffusion profonde d'impuretés de second type de conduc tison, donc P, à partir des fenêtres 6, on crée les murs d'isolement 8 qui pénètrent dans la couche 3 et engendrent avec celle-ci des compartiments ou caissons isolés 9. Dans chacun de ces caissons 9, et à partir des fenêtres 7 pratiquées dans la couche d'oxyde 5, on diffuse localement des impuretés de type de conduction P pour créer les ilôts 10 qui engendrent avec la seconde couche épitaxique 4 les jonctions électroluminescentes J. L'impureté de dopage le plus souvent utilisée pour créer les murs d'isolement 8 et les ilôts 10 est le zinc. Dans le cas d'une diffusion de zinc, la concentration en impuretés peut, par exemple, être de l'ordre de 8.1019 atomes/cm3 pour les murs d'isolement 8 et être comprise entre 5,1018 et 5,1019 atomes/cm3 pour les ilôts 10. Les liaisons electriques de cette matrice avec l'extérieur sont assurées par des prises de contact, non représentées sur la figure, obtenues, par exemple, par métallisation sous vide. Ce procédé permet d'utiliser l'appareillage classique d'épitaxie et de diffusion lors de sa mise en oeuvre. Par ailleurs, ce procédé présente l'avantage d'éviter une pollution du réacteur d'épitaxie par des impuretés d'un type de conduction opposé à celui des impuretés servant au dopage des couches épitaxiques. REVENDICATIONS 1 - Procédé de réalisation d'un ensemble monolithique semiconducteur comportant une matrice d'éléments électroluminescents et formé d'un substrat sur lequel au moins deux couches superposées sont déposées par épitaxie, caractérisé en ce que, à partir de la totalité de la surface de la couche épitaxique sous-jacente, dite première couche épitaxique, d'un premier type de conduction donné, on diffuse des impuretés d'un second type de conduction opposé au premier formant une couche intermédiaire dite d'isolement, en ce que, à la surface de ladite première couche épitaxique, on dépose ensuite la seconde couche épitaxique de même nature et du même premier type de conduction que ladite première couche et, enfin, en ce que, par diffusion à partir de la surface de la seconde couche épitaxique d'impuretés du second type de conduction, on crée, d'une part, des ilôts formant avec elle lesdits éléments électroluminescents et'autre part, les murs d'isolement rejoignant la couche d'isolement du second type de conduction. 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les concentrations des composants de la seconde couche épitaxique sont sensiblement les mêmes que celles des composants de la première couche épitaxique. 3 - Procédé selon les revendicationsî et 2 caractérisé en ce que les matériaux formant le substrat et les couches épitaxiques sont des composés III-V de type de conduction N, la couche d'isolement, les ilôts et les murs d'isolement, obtenus par diffusion, étant de type de conduction P. 4 - Procédé selon les revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le substrat et les couches épitaxiques sont formés d'un composé comportant au moins du gallium. 5 - Procédé selon les revendications 3 et 4 caractérisé en ce que le substrat et les couches épitaxiques sont constitués d'un composé Ga ASî#x Px dans lequel x est compris entre 0 et 1. 6 - Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que le substrat est en GaAs et la couche épitaxique en Ga As0,6 Po 4 7 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la première couche épitaxique est déposée sur le substrat en une seule opération continue au cours de laquelle les proportions des diverses sources d'éléments à déposer sont modifiées en fonction de la variation de la composition du substrat et de ladite première couche pitaxique A obtenir. 8 - Matrice d'éléments électroluminescents isolés réalisée par diffusion dans la seconde des deux couches épitaxiques semiconductrices superposées déposées à la surface d'un substrat également semiconducteur caractérisé en ce que ladite seconde couche épitaxique est isolée de la première couche épitaxique par une couche diffusée dans ladite première couche et de type de conduction opposé au type de conduction de cette dernière.