Brevet FR2485812A1 — publié le 19811231

1. La présente invention concerne un dispositif semi- conducteur constitué d'un transistor pour modulation et d'un laser à semi-conducteur en une pièce et un procédé de fabri- cation de ce dispositif. Les éléments de circuits optiques à semi-conduc- teur, par exemple, les dispositifs émetteurs de lumière tels que les diodes électroluminescentes et les lasers à semi- conducteur, les éléments de modulation optique et les dispo- sitifs de détection de lumière tels que les photodiodes à avalanche et analogues, et les éléments de circuits électro- niques à semi-conducteur, par exemple, les transistors, les diodes et analogues doivent avoir des structures épitaxiales différentes. Lorsque ces deux types d'éléments de circuit peuvent être formés sur un même substrat, il est possible de réaliser la miniaturisation du dispositif, d'améliorer les caractéristiques haute fréquence ainsi que la fiabilité et de réduire les coûts de production. Ainsi, on s'est penché sur la recherche d'une technique permettant de former ces deux types d'éléments de circuit sur un même substrat. Divers rapports ont été faits jusqu'ici sur une méthode de formation d'un laser et d'un transistor à semi- conducteurs pour la modulation du laser sur un même subs- trat. Dans ces méthodes, une plaquette épitaxiale comportant 2. à la fois une multicouche épitaxiale pour un laser et une couche épitaxiale pour un transistor à effet de champ est uti- lisée. C'est-à-dire que, dans la surface de la plaquette,la couche épitaxiale est formée dans une zone destinée au transis- tor à effet de champ et la multicouche épitaxiale dans une zone destinée au laser par attaque partielle ou par diffu- sion, et ces éléments sont connectés par une couche semi- conductrice ou un métal. Cependant, le processus de fabrica- tion de ces éléments est très compliqué et un courant électri- que important ne peut circuler à cause de l'utilisation d'un transistor à effet dechamp à barrière de Schottky utilisant une couche de semi-conducteur du type n sur un substrat semi- isolant agissant en coucheactive. Quant aux lasers à semi- conducteurs, il a été fait état de diverses structures en ban- des pour obtenir un mode fondamental dans la direction laté- rale, mais toutes ces structures sont trop compliquées. Un objet de la présente invention est un dispositif à semi-conducteurs constitué d'un transistor pour modulation et d'un laser à semi-conducteur en un même corps. Un autre objet de la présente invention est un pro- cessus de fabrication d'un dispositif à semi-conducteurs cons- titué d'un transistor pour modulation et d'un laser à semi- conducteur en un même corps. Un autre objet dela présente invention est un dispo- sitif à semi-conducteurs dans lequel un courant important peut circuler et un fonctionnement à haute vitesse est possi- ble. Ces objets peuvent être atteints dans un dispositif à semiconducteurs dans lequel sur la couche la plus haute d'une pastille épitaxiale à plusieurs couches pour la composi- tion d'un laser à semi-conducteur est prévue une couche cons- tituée d'un semi-conducteur ayant un type de conductivité dif- férent de celui de la couche la plus haute et comportant une gorge en V remplie d'une zone à semi-conducteur ayant le même type de conductibilité que la couche la plus haute, et des électrodes ohmiques sont placées sur la surface arrière de la couche de semi-conducteur, la couche de semiconducteur d'un 3. type de conductivité différent et la zone à semiconducteur du même type de conductivité; et par un processus de fabrica- tion d'un dispositif à semi-conducteurs qui comprend une étape de croissance épitaxiale sur la couche la plus haute de la pastille épitaxiale à plusieurs couches pour composer un laser à semi-conducteur d'une couche constituée d'un semi-conduc- teur ayant un type de conductivité différent de celui de la couche la plus haute, une étape d'attaque de la couche de semi- conducteur seulement avec un agent anisotrope et sélectif de façon à obtenir la forme en coupe d'un V, une étape de crois- sance épitaxiale d'une autre couche constituée d'un semi- conducteur ayant une conductivité différente de celle de la couche de semi-conducteur de façon à former une surface plate, une étape d'attaque de toute la surface jusqu'à ce que la cou- che de semi-conducteur soit mise à nu à l'exception de la surfa- ce de la zone en V, et une étape de formation d'électrodes ohmiques sur la zone de semi-conducteur en V, les couches de semi-conducteurs étant positionnées à l'opposé l'une de l'au- tre sur la zone de semi-conducteur en V et la surface arrière d'un substrat. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci-joints dans lesquels: La figure 1 est une vue en coupe d'un dispositif à se- mi-conducteurs selon la présente invention; et Les figures 2(a), (b), (c), (d) et (e) sont des vues en coupe illustrant les étapes de fabrication d'un dispositif à semi-conducteurs selon la présente invention. La présente invention concerne un dispositif à semi- conducteurs comprenant une pastille épitaxiale à plusieurs couches pour constituer un laser à semi-conducteur, une couche à semi-conducteur sur la couche la plus haute de la pastille, constituée d'un semi-conducteur ayant une conductivité diffé- rente de celle de la couche la plus haute et comportant une gorge en forme de V dans laquelle on a prévu une zone à semi- conducteur de même conductivité que la couche la plus haute, et des électrodes ohmiques sur la surface arrière du substrat du laser à semiconducteur, la couche à semi-conducteur de 4. conductivité différente et la zone à semi-conducteur de même conductivité. Le dispositif de la présente invention est, par exemple, représenté en figure 1. Celui-ci peut être préparé suivant un processus simple grâce à la formation d'un laser et d'un transistor à semi-conducteur au-dessus et au-dessous dans la même région d'une pastille et en outre rend possible un fonctionnement à haute vitesse ainsi que la circulation d'un courant électrique important par rapport aux transistors à effet de champ à barrière de Schottky grâce à l'utilisa- tion d'un transistor à induction statique du type vertical. En liaison avec la figure 1, un dispositif à semi-conduc- teur est composé d'un substrat semi-conducteur 1, d'une cou- che active 3 de laser, de couches d'habillage 2 et 4, d'une couche de semi-conducteur 5 ayant une conductivité différente de celle de la couche 4, d'une zone de semi-conducteur 6 de même conductivité que la couche 4 et d'électrodes ohmiques 7, 8 et 9. Dans le fonctionnement de ce dispositif, la tension appliquée aux électrodes 9 est modifiée de façon à changer la largeur des couches d'épuisement entre zones de semi-con- ducteurs 5 et 6 et 5 et 4, et à changer le courant de com- mande du laser circulant dans les électrodes 7 et 8. Dans la présente invention, un dispositif à semi- conducteurs est fabriqué par croissance épitaxiale sur la couche la plus haute d'une pastille épitaxiale à plusieurs couches pour composer un laser à semi-conducteur, une couche constituée d'un semi-conducteur d'un type de conductivité dif- férent de celui de la couche la plus haute, attaque de la couche de semiconducteur seulement avec un agent d'attaque anisotrope et sélectif de façon à obtenir une section de ty- pe V, croissance épitaxiale d'une autre couche constituée d'un semiconducteur d'un type de conductivité différent de celui de la couche de semi-conducteur de façon à former une surface plate, attaque de toute la surface jusqu'à ce que la couche de semi-conducteur soit mise à nu à l'exception de la surface de la zone en V, et formation d'électrodes ohmiques sur la zone de semi-conducteur en V, les couches de semi-con- 5. ducteur étant positionnées à l'opposé l'une de l'autre sur la zone de semi-conducteur en V et la surface arrière d'un substrat. La présente invention sera maintenant expliquée avec davantage de détails par la description d'un mode de réalisation représenté en figure 2. Une pastille épitaxiale comportant des couches Il en Al xGa1 xAs de type n, 12 en GaAs de type p, 13 en AlxGaî xAs de type p et 14 en GaAs de type n sur un substrat 10 en GaAs de type n est soumise à une attaque par un agent ayant des caractéristiques de sélectivité et d'anisotropie pour GaAs par exemple, une solution de NH3, H202 et de H20 (dans les propor- tions 3: 1: 50), et une couche 14 de GaAs de type n est at- taquée pour lui conférer la forme d'un V comme représenté en figure 2b. Pendant l'attaque pour l'obtention de la forme en V, la largeur du masque doit être déterminée convenablement de façon que la largeur de la surface de la couche en Al xGa xAs de type p située au fond de la gorge en V ait la valeur désirée. Alors, il y a croissance de la couche 15 en GaAs de type p par épitaxie en phase liquide comme représenté en figure 2c. Nos expériences ont montré que la surface de la couche 15 en GaAs de type p est rendue plate en la laissant croître suivant une épaisseur quelque peu supérieure à celle de la couche 14 en GaAs de type n en dépit de la gorge en V pratiquée dans cette couche 14. Lors de l'étape suivante,la surface de la couche 15 en GaAs de type p, est attaquée jus- qu'à ce que la couche 14 soit mise à nu à l'exception de la surface de la zone en forme de U, comme représenté en figure 2d. Finalement, comme représenté en figure 2e, une électrode ohmique 16 en AuGeNi est formée sur la surface arrière du substrat 10, une électrode ohmique 17 en AuGeNi sur la couche 14 en GaAs de type n et une électrode ohmique 18 sur la zone en GaAs de type p. Dans ce mode de réalisation, les matériaux GaAs et GaAlAs sont utilisés, mais en plus de ces matériaux, InP, InGaAsP et d'autres matériaux pouvant entrer dans la composi- tion des lasers sont naturellement employés dans la présente invention. 6. En outre, la structure d'un laser à semi-conducteur selon la présente invention n'est pas limitée à la structu- re simple décrite précédemment. La présente invention a les effets ou les avantages suivants que l'on ne rencontre pas dans l'art antérieur: (1) Etant donné que le courant électrique circule dans une zone de grille étroite et longue dans un élément ayant la structure de la présente invention, un guidage en gain est possible par concentration du courant électrique et un mode fondamental dans la direction latérale est possible sans utilisation d'une structure compliquée telle qu'une structure à bandes. (2) Comme le dispositif à semi-conducteurs de la pré- sente invention a la structure d'un transistor à induction statique de type vertical, un courant électrique important peut circuler et un fonctionnement à vitesse élevée est pos- sible. (3) Etant donné que le dispositif à semi-conducteur de la-présente invention a une structure tèlle qu'un laser et un transistor à semi-conducteurs sont formés au-dessus et au- dessous de la même zone d'une pastille, le processus de fabri- cation du dispositif est simple. (4) Etant donné que le dispositif à semi-conducteurs de la présente invention est facilement réalisé par formation d'un laser à semiconducteur etd'un transistor de commande de ce laser sur un même substrat, il est plus petit que dans le cas o il y a connexion des deux éléments préparés séparé- ment, peut fonctionner à haute vitesse, avoir une fiabilité élevée et permet de faibles coûts de production. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au con- traire susceptible de modifications et de variantes qui ap- paraîtront à l'homme de l'art. 7, REVENDICATIONS 1 - Dispositif à semi-conducteurs, caractérisé en ce que sur la couche-la plus haute d'une pastille épitaxiale à plusieurs couches pour la composition d'un laser à semi- conducteur est prévue une couche constituée d'un semi-conduc- teur ayant un type de conductivité différent de celui de la couche la plus haute et comportant une gorge en forme de V remplie d'une zone de semi-conducteur ayant un type de con- ductivité identique à celui de la couche la-plus haute, et en ce que des électrodes ohmiques sont prévues sur la surface arrière du substrat du laser à semi-conducteur, la couche de semi-conducteur ayant un type de conductivité différent et la zone de semi-conducteur ayant le même type de conductivi- té. 2 - Dispositif selon la revendication 1,-caractéri- sé en ce que le semi-conducteur est un matériau sélectionné dans le groupe constitué de matériaux suivants: GaAs, GaAlAs, InP et InGaAsP. 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat est constitué de GaAs de type n, la pas- tille épitaxiale d'une couche en AlxGaî XAs de type n, d'une couche en GaAs de type p, d'une couche en Al xGa lx As de type p et d'une couche en GaAs de type n, et les électrodes ohmi- ques placées sur le subststrat sont constituées de AuGeNi, l'électrode ohmique placée sur la couche de semi-conducteur est constituée de AuGeNi et l'électrode ohmique placée sur la zone en forme de V de AuCr. 4 - Procédé de fabrication d'un dispositif à semi- conducteurs, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: croissance épitaxiale sur la couche la plus haute d'une pastille épitaxiale à plusieurs couches pour la compo- sition d'un laser à semi-conducteur d'une couche constituée d'un semiconducteur ayant un type de conductivité différent de celui de la couche la plus haute, attaque de la couche de semi-conducteur seulement avec un agent anisotrope et sélec- tif de façon à obtenir une section en forme de V, croissance épitaxiale d'une autre couche constituée d'un semi-conducteur ayant un type de conductivité différent de celui de la couche 8. de semi-conducteur de façon à former une surface plate, atta- que de toute la surface jusqu'à ce que la couche de semi- conducteur soit mise à nu à l'exception de la surface de la zone en forme de V, et formation d'électrodes ohmiques sur la zone de semi-conducteur en forme de V, les couches de semi- conducteur étant placées à l'opposé l'une de l'autre sur la zone de semi-conducteurs en V et la surface arrière d'un subs- trat.