Brevet FR2517119A1 — publié le 19830527

La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un composant semiconducteur par épitaxie avec implantation ionique préalable et un composant obtenu par ce procédé. Elle trouve une application en électronique dans la technologie des se miconducteurs. Pendant l'épitaxie d'une couche semiconductrice sur un substrat de type III-V semi-isolant dopé par impureté métallique comme le chrome, on observe me diffusion de cette impureté dans la couche épitaxiée. On retrouve alors une partie de l'impureté mé- tallique dans la couche épitaxiée, avec une distribution et une concentration qui dépendent des paramètres techniques de l'épitaxie (temps, température, etc...) et surtout du substrat. Ce dopage intempestif entraîne deux inconvénients - une non-reproductibilité des composants épitaxiés, - une baisse de mobilité des porteurs de la couche épitaxiée, le chrome étant un accepteur profond. Cette exodiffusion du chrome a été démontrée pour les épitaxie de GaAs sur GaAs et de Galas sur GaAs. Il est vraisemblable qu'elle existe pour les au tres semiconducteurs de la famille GaAs et InP. Par ailleurs, d'autres impuretés, et plus généralement les métaux de transition, ont un comportement analogue à celui du chrome, en particulier le fer dans InP. Le but de l'invention est justement d'éviter ces inconvénients en limitant l'exodiffusion de l'impureté métallique pendant l'épitaxie. Ce but est atteint qrfice à une implantation ionique du substrat, avant épitaxie, par une impureté présentant de I'affi- nité chi#mique pour le métal dont on veut limiter l'exodiffusion et possédant une neutralité électrique dans le substrat. On observe alors de façon surprenante que l'impureté métallique du substrat ne diffuse plus dans la couche épitaxiée lors de la croissance de celle-ci. L'invention s'applique avant tout aux substrats semiisolants composés d'éléments appartenant aux colonnes III et V de la classification périodique. De façon plus précise, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un composant semi- conducteur dans lequel, sur la surface d'un substrat semi-isolant constitué par serniconducteur composé de type III-V dopé par un métal de transition, on fait croître par épitaxie une couche semiconductrice ; ce procédé est caractérisé en ce que, avant épitaxie, on effectue à travers la surface du substrat, une inplantation ionique d'une impureté présentant une affinité chimique avec ledit métal de transition. De préférence, l'impureté implantée est de l'oxygène. Mais on peut aussi utiliser le fluor, le chlore ou le brome. De préférence, l'implantation ionique s'effectue avec une énergie inférieure à environ 1 MeV, et en particulier dans une plage allant de 400 keV à 800 keV. Quant à l'opération d'épitaxie, elle peut être de tout type connu : en phase liquide, en phase vapeur, par jets moléculaires, etc... L'invention a également pour objet un composant semiconducteur obtenu par le procédé' qui vient d'être défini. Ce composant comprend un substrat semiisolant constitué par un semiconducteur composé de type III-V dopé par un métal de transition, ce substrat étant recouvert d'une couche semiconductrice épitaxiée. Ce composant est caractérisé par le fait que le substrat comprend, sous la couche épitaxiée, une zone implantée par une impureté présentant de l'affinité chimique pour ledit métal de transition. De préférence, la zone implantée est située à une profondeur inférieure à 2 microns. Le substrat, qui est de type III-V est de préférence GaAs, ou InP. La couche épitaxiée peut être de même composition que le substrat (par exemple GaAs, ou InP sur InP), mais elle peut aussi être différente. Il peut s'agir d'un composé ternaire, tel que GaAlAs (sur GaAs) ou GaInAs (sur InP) ou d'un composé quaternaire (sur GaAs ou sur InP). Quant aux impuretés métalliques dont la diffusion est supprimée, il s'agit principalement, mais non exclusivement, du chrome et du fer. Dans ce cas, l'implantation s'effectue de préférence avec de l'oxy- gène. Le dessin annexé permet d'illustrer les résultats obtenus grâce à l'invention. Sur ce dessin la figure A représente les profils de concentration desions chrome et oxygène dans un composant épitaxié GaAs/GaAs non implanté par de l'oxygène, c'est-à-dire conformément à l'art antérieur et la figure B représente ces mêmes profils dans le cas où le substrat a été implanté par de l'oxygène. De tels profils ont été obtenus à l'aide d'un analyseur ionique. Ils font clairement apparaître que dans le cas où l'épitaxie se fait sur un substrat non implanté, la couche épitaxiale contient du chrome, et en concentration importante, au voisinage de la surface, alors que dans le cas de l'invention, on ne détecte plus de chrome dans cette couche, ce qui signifie que, s'il existe des ions chrome, leur concer.- tration est inférieure au seuil de détection de l'appareil utilisé, qui, en l'occurrence était de 8 1ou4 cm#3. A titre d'exemple, on peut réaliser à l'aide de l'invention, un transistor à effet de champ pour hyperfréquence en GaAs par les opérations suivantes - préparation d'un substrat en GaAs par nettoyage chi mique ; - implantation ionique d'oxygène : énergie 400 keV, dose 10140+/cm2 ; - introduction du substrat dans un bâti d'épitaxie ; - épitaxie par jet moléculaire d'une couche de GaAs ; - opérations finales habituelles. Dans les procédés antérieurs de réalisation de tels composants, comme la concentration en chrome dans le substrat pouvait varier fortement d'un endroit à l'autre d'une même plaque de substrat, la concentration en chrome dans la couche épitaxiée variait elle aussi. Les propriétés électriques des couches épitaxiées étaient donc très affectées et le rendement était faible. Dans le procédé selon l'invention, la concentration en chrome dans le substrat peut encore être variable mais l'implantation d'oxygène empêchant la pénétration de ce chrome dans la couche épitaxiée, les propriétés électriques de celle-ci sont constantes et l'on obtient un meilleur rendement de fabrication. Le procédé de l'invention est applicable notamment - aux transistors à effet de champ GaAs, InP, - aux circuits intégrés GaAs, InP, - aux lasers et photodétecteurs sur semi-isolant, - aux circuits intégrés utilisant des composants opti ques et microélectroniques, - aux dispositifs en optique intégrée. Bien que le mécanisme par lequel l'impureté implantée empêche la diffusion des ions métalliques pendant épitaxie ne soit pas parfaitement élucidé, on peut supposer qu'il se produit un phénomène de piégeage de ces ions par cette impureté. On sait en effet que si llon implante de l'oxygène dans une couche semiconductrice dopée au chrome on modifie considérablement le profil de concentration du chrome. I1 se crée en effet, sous la surface, un pic de concentration du chrome qui correspond à une zone implantée en oxygène, ce pic étant suivi d'une zone d'appauvrissement en chrome. Les phénomènes de redistribution du chrome dans un substrat de GaAs sous l'effet d'une implantation ionique ont été publiés notamment dans deux articles : celui de T.Kn. MAGEE et al. intitulé Front surface control of Cr redistribution and formation of stable Cr depletion channels in GaAs" publié dans la revue "Applied Physics Letters", vol. 38 (7), ler April 1981, p. 559, et celui de P.N. FAVENNEC et al. intitulé "Chromium gettering in GaAs by oxygen implanté tation" publié dans la revue "Applied Physics Letters", vol. 38, (4) 15 février 1981. Il est possible qu'une telle redistribution soit à l'origine de l'effet de barrière observée qui empêche le chrome de diffuser vers la couche épitaxiée. Mais il ne s'agit là que d'une hypothèse car les conditions d'observation des phénomènes en question sont différentes de celles de 11 invention dans les articles cités il est toujours fait usage d'un recuit après implantation, ce qui n'est pas le cas dans l'invention ; en outre la surface du substrat n'est pas épitaxiée, ce qui est le cas naturellement dans l'invention ; or la présence de la couche épitaxiée sur le substrat modifie complètement les conditions à la surface de ce dernier. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un composant semiconducteur dans lequel, sur la surface d'un substrat constitué par un semiconducteur composé de type III-V dopé par un métal de transition, on fait croître par épitaxie une couche semiconductrice, caractérisé en ce que, avant l'épitaxie, on effectue, à travers la surface du substrat, une implantation ionique d'une impureté présentant de l'affinité chimique pour ledit me- tal. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'impureté utilisée pour l'implantation ionique est de l'oxygène. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'implantation ionique s'effectue avec une énergie inférieure à 1 MeV. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'implantation ionique s'effectue avec une énergie comprise entre 400 keV et 800 keV. 5. Composant semiconducteur obtenu par le procédé de la revendication 1, comprenant un substrat constitué par un semiconducteur composé de type III-V dopé par un métal de transition, ce substrat ayant une surface recouverte d'une couche semiconductrice épitaxiée, caractérisé par le fait que le substrat comprend, sous la couche épitaxiée, une zone implantée par une impureté qui présente de l'affinité chimique pour ledit métal. C. Composant selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'impureté est de l'oxygène. 7. Composant selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la zone implantée est située à une profondeur inférieure à 2 microns. 8. Composant selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la couche épitaxiée est de même composition que le substrat. 9. Composant selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que le substrat est le composé GaAs. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que le substrat est le composé InP. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisé 22 ce que la couche épitaxiée est constituée par un composé semiconducteur ternaire. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que la couche épitaxiée est constituée par un composé semiconducteur quaternaire.