Brevet FR2484144A1 — publié le 19811211

La présente invention concerne un procédé peu coûteux pour la production de pellicules monocristallines de semiconduc- teurs. Elle peut être appliquée par exemple pour la production de pellicules monocristallines minces de substances semiconductrices, utilisables dans la fabrication de circuits intégrés et de piles solaires. Dans la demande de brevet aux Etats-Unis au même nom, intitulée Procédé pour la production de feuilles minces mono= cristallines", n de série 127 114, déposée le 4 mars 1980, il I0 est décrit un procédé pour la production de feuilles minces de cristal et, dans la demande de brevet aux Etats-Unis au même nom, intitulée "'Procédé pour la production de feuilles minces mono- cristallines à jonctions p-n", n9 de série 146 104j déposée le 2 mai 1980, il est décrit un procédé pour la production de cristaux semiconducteurs minces sur lesquels sont formées des jonctions p=n superficielles.o Ces demandes de brevet définissent l état actuel de la technique et offrent des solutions peu conteuses à certains problèmes de l'état antérieur de la technique. Mais les procédés divulgués dans ces demandes de brevet nécessitent la transmission d'un rayonnement laser à travers un substrat ou une couche et il se peut qu'il ne soit pas toujours opportun ou praticable d adapter la combinaison de propriétés des matières et de longueur d'onde du rayonnement laser de telle manière que cela puisse s effectuer a la perfection. La présente invention a pour but de fournir un procédé peu couteux pour la production de feuilles minces de substances semiconductrices. Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé peu coteux pour la production de. feuilles minces de substances semiconductrices monocristallines. Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé peu coûteux pour la production de feuilles minces de semiconducteurs à jonctions p-n superficielles. Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé peu coûteux pour la production de feuilles minces de semiconducteurs inonocristallins à jonctions p-n superficielles. - En bref, suivant les principes de la présente invention et d'après le mode de réalisation préféré de celle-ci, une couche mince (par exemple de 10 microns d'épaisseur) de substance semi- conductrice monocristalline est développée sur un substrat fait d'une matière dont le point de fusion se situe à une température plus basse. A titre d'exemple particulier, la couche peut être faite d'arséniure de gallium-aluminium et le substrat peut être composé d'arséniure de gallium. Des procédés pour un tel dévelop- pement (croissance) sont connus en soi dans la technique et l'on peut citer par exemple à cet égard l'épitaxie en phase liquide, -20 l1épitaxie en phase vapeur et l'épitaxie par rayon moléculaire. Le substrat et la couche sont chauffés à une température se situant juste au-dessous du point de fusion du substrat. On peut y procéder par exemple dans un four. Puis on projette sur une région de la couche un rayonnement laser dont la longueur d'onde est telle qu'il soit absorbé par la couche, ce qui produit de la chaleur dans la couche et, par suite, élève sa température. En conséquence, de la chaleur s'écoule vers le substrat, o elle est absorbée avec le rayonnement éventuellement transmis au substrat à travers la couche. Etant donné que le substrat était à une température voisine de son point de fusion, cette absorption de chaleur provoque une liquéfaction de matière du substrat à l'inter- face de la couche et du substrat. Cela permet une séparation locale de la couche (pellicule) d'avec le substrat. La région d'incidence se déplaçant par balayage du rayonnement laser sur toute l'étandue de la couche, la pellicule est progressivement séparée du substrat, jusqu'à ce qu'elle soit complètement détachée. Etant donné que la pellicule est à une température supérieure à son propre point de fusion, le processus peut se dérouler sans 3 2484144 destruction de l'intégrité structurelle de la pellicule. Si la couche a été développée sous forme de matière du type n ou du type p au contact du substrat et si le substrat dans la zone contiguë à la couche contient une matière qui, incorporée dans-celle de la couche, la transformerait respecti- vement en matière du type p ou du type n, le liquide formé va introduire dans la pellicule une matière qui-provient du substrat et qui peut donner lieu à une jonction p-n superficielle sur la pellicule séparée, selon ce qui est décrit dans la demande de brevet citée en dernier lieu. De même que dans la demande de brevet en question, le terme "jonction", tel qu'il est ici utilisée couvre aussi bien une homojonction qu'une hétérojonction. Le procédé de la présente invention offre cet avantage que le substrat est réutilisable et que, si on le désire, on peut former sur lui des couches successives, jusqu'à ce qu'il soit consommé au-delà du point d'utilisation. D'autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, en référence aux dessins ci-annexés. La fig. l est une représentation schématique d'une couche formée sur un substrat. La fig. 2 est une représentation schématique d'une couche au cours de sa séparation d'avec un substrat. Sur la fig. l est représenté un substrat il sur lequel est formée une couche 13. La couche et le substrat s'unissent au niveau de l'interface 15. La couche a un point de fusion de température plus élevée que celle du substrat. Parmi les combinaisons possibles de matières pour la couche et le substrat, on peut citer par exemple l'arséniure de gallium-aluminium sur l'arséniure de gallium et l'arseniure de gallium sur le germanium. Si l'on veut produire une pellicule de monocristal, il est préférable que le substrat ait une structure monocristalline et que les réseaux de la couché et du substrat soient bien appariés, de façon connue en soi dans la technique. La surface du substrat doit être exempte de défauts si l'on veut obtenir un produit monocristallin. 2 2484144 D'après ce qui est représenté sur la fig. 2, un rayon- nement laser 19 est focalisé par un système optique 21 sur la couche 13, dans laquelle il est absorbé. Une partie du rayon- nement incident peut traverser la couche vers le substrat, o elle sera absorbée. Au fur et à mesure que la température de la couche s'élève en raison de l'absorption du rayonnement, de la chaleur s'écoule vers le substrat. Si le substrat est suffisam- ment réchauffé, il se produit une liquéfaction de la matière dont il est formé au niveau de l'interface 15. Afin de réduire au minimum la quantité de rayonnement laser qui est nécessaire pour obtenir une telle liquéfaction, le substrat et-la couchepeuvent être chauffés à la température du point de fusion de la matière du substrat ou au voisinage de cette température. Un tel chauffage préliminaire peut être effectué par des moyens classiques, par exemple dans un four. Ce four n'a pas été représenté, mais on peut utiliser l'un quelconque parmi les modèles classiques de fours. Un rayonnement laser a été mentionnéà propos de la fig. 2, mais d'autres sources de rayonnement peuvent être utilisées. Par exemple, on peut utiliser le rayonnement provenant d'une lampe à arc pour produire de la chaleur dans la couche, de manière à former une matière liquéfiée à l'interface. La liquéfaction de matière à l'interface permet de séparer localement la couche du substrat en exerçant une traction sur la couche dans la direction 23. Les moyens utilisés pour exercer cette traction sur la couche n'ont pas été représentés, mais on peut se servir à cet effet de n'importe quels moyens classiques. Au fur et à mesure que le rayonnement laser et le système optique sont déplacés dans la direction 25 par rapport au substrat, la couche peut être détachée progressivement du substrat. Les moyens utilisés pour produire un tel mouvement relatif n'ont pas - été représentés, mais on peut se servir de moyens classiques pour - produire ce mouvement relatif. Le substrat peut être utilisé sous la forme d'un long ruban, ce qui fait que la pellicule produite se présentera elle aussi sous la forme d'un long ruban. Par exemple, un ruban de germanium peut être développé par croissance d'un cristal à bords 2484144 définis ou par application de La -éthode dendritique en bande continue. Le ruban peut être traité en une opération quasi- continue, la matière de la couche étant développée sur une partie du ruban de substrat, tandis qu'elle est détachée d'une autre partie du ruban. Selon ce qui a été décrit dans la dernière demande de brevet précitée du Demandeur, une jonction pan superficielle peut être produite dans la pellicule (couche) séparée dans certaines conditions. Si la couche est formée de telle manière qu'une matière de type n ou de type ú se trouve au voisinage de l'interface 15 et si une matière provenant de la substance liqué- fiée du substrat produit, dans la région superficielle de la pellicule, une matière de type p ou de type n respectivement, il sera formé une jonction p-n superficielle en conséquence du processus de séparation. L'invention a été décrite à propos de modes de réalisa- tion particuliers, mais il est bien entendu que ceux-ci ont été donnés à srimple titre d'illustration de l'application des principes de l'invention. De nombreuses modifications peuvent y être apportées et d'autres systèmes peuvent être envisages sans que l'on s'écarte pour autant de l'esprit et de la portée de l'invention. 6 2484144 - REVENDICATIONS - - ------------- 1. Procédé pour la production de cristaux minces, caractérisé en.ce qu'il comprend les opérations successives consis- tant à provoquer la croissance d'une couche de cristal sur un substrat, ce substrat étant composé d'une matière dont le point de fusion est à une température plus basse que celui de la matière constituant la couche de cristal, à diriger un rayonnement, à l'égard duquel la couche de cristal possède un pouvoir absorbant, sur une région de cette couche de cristal, de telle manière que sa température s'élève et que de la chaleur s'écoule vers le substrat, provoquant ainsi une liquéfaction de la matière du substrat au niveau de l'interface avec la couche de cristal, et à séparer du substrat la couche de cristal au niveau de cette matière liquéfiée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce i5 que le rayonnement est un rayonnement laser. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de cristal est amenée à croître avec une structure monocristalline. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le rayonnement est un rayonnement laser. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de cristal est faite d'un cristal de semiconducteur d'un type de conductivité à proximité-immédiate de son interface avec le substrat, et en ce que le substrat contient une matière capable de donner le type de conductivité opposé au cristal de semiconducteur, d'o il résulte qu'une jonction p-n est formée à la suite de la séparation. 7 2 484 44 6. Procédé selon la revendication 5f caractérisé en ce que la couche de cristal est amenée à croître avec une structure monocristalline. 7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le rayonnement est un rayonnement laser. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la couche de cristal est amenée à croître avec une structure monocristalline.