Brevet FR2436502A1 — publié le 19800411

L'invention est relative, d'une façon générale, aux transistors bipolaires à hétérojonction émetteur- base, réalisés en structure plane, ou quasi plane. Elle concerne également un procédé de réalisation de tels transistors particulièrement intéressant pour des transistors devant fonctionner à très haute fréquence. Les transistors bipolaires utilisés actuellement (transistors au germanium et surtout transistors au silicium) sont des transistors à homojonction, c'est-à-dire que le même matériau est utilisé pour l'émetteur, la base et le collecteur. Les performances de ces transistors en haute fréquence sont en partie limitées par la présence d'une diode latérale parasite au niveau de la jonction #metteur - base. L'utilisation d'une héterojonction, formée de matériaux (éléments ou composés) différents, au niveau de la jonction émet- teur- base, et telle que lténergie de bande interdite de l'émetteur soit supé- rieure à celle de la base, présente divers avantages (Cf. W. SHOCKLEY, U.S. Patent No. 2.569.347(1951); H.KROEMER, Proc. IRE, 45(1957) 1535). Une hétérojonction donne la possibilité d'obtenir pour de mêmes dopages des parties n et p (émetteur et base), une efficacité d'injection (donc un gain en courant) plus importante qu'avec une homojonction, grâce à l'injection préférentielle des porteurs majoritaires de l'émetteur résultant directement de la différence des énergies de bande interdite. Elle donne également la possibilité, pour une utilisation à des fréquences élevées, d'avoir une capacité de transition émetteur-base de faible valeur grâce å un dopage plus faible de l'émetteur que dans le cas d'un transistor à homojonction, pour lequel il est généralement nécessaire d'avoir un dopage d'émetteur supérieur à celui de la base. Les transistors bipolaires à héterojonction sont usuellement réalisés à partir de couches épitaxiques de matériaux semiconducteurs à base d'élé- mente des groupes Il à VI de la classification périodique des éléments. L'un des intérêts potentiels de ces transistors est d'atteindre des performances inaccessibles avec des transistors classiques au silicium. Par exemple le transistor à hétérojonction Ga Al As - Ga As est susceptible d'avoir des fréquences limites de travail supérieures a celles des transistors au silicium. La réalisation de transistors à hétérojonction Ga Al As - Ga As se fait actuellement suivant-un processus technologique de type mésa que l'on va rappeler brièvement. (W.P. DUMKE, J.M. WOODALL, V.L. RIDEOUT, Solid. State Electron. 15 (1972 > 1339 ; M. KONAGAI, K. TAKAHASHI, J. Appl. Phys. 46 (1975)2120; B.W. CLARK ét al. Inst. Phys. Conf. Ser. no. 24 (1975) Chap. 7; P W. ROSS et al. Electron. Engineering 35 (Mars 1977). On réalise (Fig. 1) une structure épitaxique comprenant plusieurs ou la totalité des couches suivantes (dans le cas d'une structure de type n p n, mais une structure p n p peut être également réalisée) déposées sur un substrat fortement dopé de type n couche tampon 1 en n - Ga As couche de collecteur 2 en n- Ga As (ou éventuellement Ga Al As) + couche de base 3 en p - Ga As couche d'émetteur 4 en n - Ga Al As éventuellement une couche de contact d'émetteur en n - Ga As représentée sur la Fig. 3 mais absente sur les Figs. 1, 2 et 4. Avant ou après avoir fait le dépôt du contact d'émetteur 6 un décapage chimique sélectif permet d'enlever sur une partie de sa surface la couche d'metteur 4 et d'avoir accès à la couche de base 3 sur laquelle on vient ensuite déposer la métallisation de contact 7. La technique "mesa" ainsi utilisée pour venir prendre le contact de base pressente un certain nombre d'inconvénients. Elle suppose que l'on sache enlever sélectivement l'émetteur sans attaquer la couche de base, ce qui n'est pas toujours le cas (par exemple lorsque la proportion x d'aluminium est faible dans le Ga1 x Alx As). Elle ne permet pas la réalisation de structures de géométrie très fine, à cause de l'imcompatibilité entre les aptitudes de la photographie à réaliser des motifs de haute définition et l'existence de "marches". La filière "mesa" ne parant donc pas adaptée à la réalisation de transistors à large bande ou à micro-ondes. L'objet de l'invention est de réaliser des transistors à hétérojonction à structure plane, adaptés pour un fonctionnement en très haute fréquence. Pour un tel fonctionnement à très haute fréquence, les dimensions doivent être réduites et très bien définies, et les contacts positionnés avec précision. Une structure plane permet d'utiliser au mieux les limites de résolution de la photolith#raphie et de réduire au minimum la résistance d'accès de base. L' invention va être maintenant décrite en détail en relation avec les dessins annexes dans lesquels - la Fig. 1 représente un transistor à hétérojonction base-émetteur du type mesa de l'art antérieur - les Figs. 2 et 3 représentent des transistors à hétérojonction base#metteur à géométrie plane conformes à l'invention~; et - la Fig. 4 est une vue agrandie du transistor à hétérojonction de la Fig. 2 montrant la diode latérale(dont il s'agit de réduire l'importance). Partant de la même structure épitaxique que celle décrite en relation avec la Fig. t, on réalise des transistors à hétérojonction à structure plane de la façon suivante Le contact de base 10 est pris directement à la surface de la couche d'émetteur 4', qui n'est plus décapée latéralement,à l'aide d'un puits diffusé Il de type p (figure 2) qui relie le contact métallique de base 10 à la couche de base 3 par un pont peu résistif 11 . La concentration en porteurs libres atteint 10 at. cm près de la surface. La diffusion est localisée sous le contact de base 10, grâce au dépôt préalable sur la surface de la plaque épitaxique d'un masque isolant dans lequel des fenêtres de diffusion ont été ouvertes par photolitgraphie. Une technique d'implantation pourrait également être utilisée pour réaliser ce type de pont de contact. La d#imitation de l'extension latérale du transistor nécessaire à une diminution des. capacités parasites se fait par une technique classique de bombardement protonique ou d'attaque chimique 12 en fin de processus (Fig.23. Dans ce dernier cas, la structure n'est plus, vraiment plane, seule la partie active le demeurant. En présence d'une éventuelle couche de contact d'émetteur 5 en n - Ga As, il peut être intéressant d'en faire une attaque chimique (figure 3 ) à la fin du processus de fabrication en se servant des contacts 6' et 10 comme masque. La structure finale n'est plus alors du type plan, mais sa r#.lisa- tion ne pose pas de problème particulier au point de vue photolithographique. L'utilisation de la diffusion pour prendre des contacts en profondeur n'est pas originale en matière de transistors à homojonction. Toutefois son utilisation dans le cas de transistors à hétérojonction procure des résultats nouveaux et intéressants. En effet la diode latérale DL entre l'émetteur et le puits 11 diffusé en p (figure 4), qui dégrade les performances des transistors à homojonction surtout dans les structures pour micro-ondes) intervient dans le cas d'une hétérojonction émetteur-base, comme une homodiode dans le Ga Al As; sa tension de seuil est plus élevée que celle de la jonction active n - Ga Al As - p - Ga As de lthétérodiode #metteur-base. Aussi le courant de fuite, dû à la polarisation de cette diode latrale, est-il réduit en continu au simple courant de recombinaison au niveau de l'homodiode Ga Al As latérale DL Par ailleurs, la capacité parasite associée à cette diode latérale, grace aux faibles dopages d'émetteur que permet 11 utilisation d'une hétérojonction, a une valeur très faible qui ne perturbe pas le fonctionnement du transistor aux fréquences élevées. A titre d'exemple, la diffusion des puits il peut être faite en zinc. REVENDICATIONS 1 - Transistor bipolaire à hétérojonction e#metteur-base, en structure plane comprenant un substrat, une couche de collecteur, une couche de base et une couche d'émetteur, cette dernière étant en un matériau formant avec la couche de base une hétérojonction, caractérisé en ce que ltélectrode de base est dépo- sée sur la couche d'émetteur et est reliée à la couche de base par un puits diffusé à fort dopage à travers la couche d'émetteur et sous ltélectrode de base, du même type de conductivité que la couche de base. 2 - Transistor bipolaire à hétérojonction #metteur-base en structure plane conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de collecteur + est en n - Ga As, la couche de base en p - Ga As et la couche d'émetteur en n - Ga Al As. 3 - Transistor bipolaire à hétérojonction #metteur-base en structure plane caractérisé en ce que les puits diffusés de connection de base sont dopés au Zn. 4 - Procédé de fabrication de transistors a# hétérojonction base-émetteur + consistant à déposer par epitaxie sur un substrat en n - Ga As, une couche de + collecteur en n- Ga As, unecouche de base en p - Ga As et une couche d'émetteur en n - Ga Al As et à former sur la couche d'émetteur une électrode d'émetteur et une électrode de base, caractérisé en ce que, avant déposition de l'electrode de base, on effectue sous son emplacement une diffusion à fort dopage du même type de conductivité que la couche de base, à travers la couche d'émetteur et allant jusqu'à la couche de base.