Brevet FR2532474A1 — publié le 19840302

La présente invention concerne une méthode pour l'obtention de couches de Ga In Asy Pl y pour photodétecteurs dans laquelle les proportions de Ga et As sent choisies afin que, au cours de la croissance de la couche sur un substrat en In P, les réseaux cristallins à la jonction entre le substrat et la couche soient adaptés et que la largeur de bande interdite soit comprise entre 0,905 e V et 0,875 e V Ces valeurs correspondent à des longueurs d'onde de photoluminescence de 1370 nm et 1420 nm respectivement. Des photodétecteurs ayant de telles -couches peuvent détecter des signaux de longueurs d'onde d'environ 1350 nm et 1400 nm respectivement. Les communications optiques et par conséquent l'utilisation de fibres optiques ont de plus en plus d'importance La caractéristique d'atté- nuation d'une fibre optique détermine les longueurs d'ondes qui peuvent être utilisées A l'extrémité de réception, on utilise fréquemment dès photodétec- teurs ayant une couche sensible à la lumière en Ga 47 In 53 As dont la plage de sensibilité s'étend approximativement jusqu'à 1600 nm Les photodétecteurs au Ga In As P conviennent mieux pour les longueurs d'ondes plus courtes parce que leur courant d'obscurité est plus faible La fabrication de tels photo- détecteurs au Ca In As P pour la gamme de longueurs d'ondes mentionnée au début de ce texte ( 1350 nm à 1400 nm) n'a pas été divulguée jusqu'à maintenant. Une sensibilité élevée n'est obtenue que si la couche est assez épaisse pour absorber la plus grande partie de la lumière L'obtention de détecteurs fai- blement capacitifs exige des couches à haute pureté d'une épaisseur d'environ pmm Les imperfections de cette couche, telles que des défauts du réseau cristallin ou des irrégularités de surface détériorent gravement les perfor- mances du détecteur. Pour des raisons technologiques, de telles photodiodes sont couram- ment obtenues par dépôt d'une couche sensible sur un substrat en In P Pour des raisons de facilité dans le traitement, on utilise un cristal d'orienta- tion Comme le réseau cristallin du substrat et celui de la couche doivent être adaptés à la jonction, la constante de réseau de la couche doit être égale à la valeur de la constante de réseau du In P La bande interdite dans la couche est fonction de la longueur d'onde d'exploitation La largueur de bande interdite et la valeur de constante de réseau déterminent la composi- tion exacte de la couche. Les exigences relatives à 41 a composition et à l'épaisseur de-la couches sont connues, en particulier par le compte-rendu que font MM K Takahei et H Nagai de leurs expériences pertinentes dans la publication "Jap J Appl. Phys ", Vol 20, No 4, 1981, Lettre L 313 Dans la gamme de longueurs d'ondes d'environ 1300 nm à 1420 nm, la croissance cristalline a présenté des dificul- tés: les couches obtenues ont moins d'un micromètre d'épaisseur; pour des épaisseurs plus importantes (jusqu'à un maximum de 1,5 im), il n'a pas été possible d'obtenir une surface lisse M-1 Takahei et Nagai utilisaient des tmpératures de 590 C et 640 C. L'objet de la présente invention est une méthode de fabrication qui permet le dép St de couches de Gal-n As P de plus de 3 pm d'épaisseur sur un substrat d'In P La composition de la couche est choisie de manière que la bande interdite corresponde à une longueur d'onde de photoluminescence de la gamme comprise entre 1370 nm et 1420 nm, les réseaux cristallins de la couche et du substrat étant adaptés. Selon l'invention, cet objet est atteint par une méthode de-fabri- cation permettant l'obtention de couches de Gax In _x A Sy Pi_ pour photodétecteur dans laquelle les proportions de Ga et As sont choisies afin que, au cours de la croissance de la couche sur un substrat en In P, les réseaux cristallins de la couche et du substrat soient adaptés à la jonction, et que la largeur de la bande interdite soit comprise dans la plage de 0,905 e V à 0,875 e V, caractérisée en ce que la composition appropriée du matériau de départ est obtenue en mettant en contact un bain consistant en une solution ternaire de Ga As et d'In As dans l'indium, les proportions de Ga et d'As étant fixées respectivement à la valeur appropriée, avec un premier substrat d'In P à une première température pendant quelques heures, puis en le séparant du substrat, et en ce que, pour faire croître la couche, un second substrat en In P est porté en contact avec le bain (désormais quaternaire), à une seconde température, la première température étant constante et située quelques degrés kelvin au-dessus de celle à laquelle la couche est obtenue par croissance tandis que la seconde température est située nettement au- dessus de 640 e C. Plus précisément, la croissance de la couche commence à 6850 C, la première température étant supérieure de 5 K. Les différents objets et caractéristiques de l'invention seront maintenant exposés de façon plus détaillée dans la description qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre particulier. Une couche de Ga 031 In 9 AS,69 Po 31 est utilisée pour une longueur d'onde dephctoluminescence de 1370 nm et de Gao,34 Ino,66 As,75 Po,25 pour 0,34 0,66 0,75 025 pu 1420 nim Dans ce qui suit, pour l'essentiel, on ne décrira que ce qui s'écarte des méthodes connues La différence la plus significative tient dans le fait que la croissance cristalline a lieu à des températures nettement supérieures à 640 "C (dans le présent exemple on utilise une température de 685 "C) La composition du bain a aussi une importance particulière. Un bain d'indium, Ga As et In As est préparé à une température de K supérieure à celle à laquelle le cristal peut croître (donc à 690 'C, dans l'exemple décrit)- Les pourcentages de Ga et d'As correspondent à ceux de la solution quaternaire en préparation Le bain ternaire ainsi obtenu est mis en contact avec un substrat d'In P La présence d'un excès d'indium assure que le bain quaternaire qui va en résulter aura le contenu en phos- phore approprié Après quelques heures, le bain est saturé en phosphore. Le substrat est alors retiré Tout au long de cette période, la température est maintenue constante (à 690 C). Le bain est ensuite refroidi de 5 K et mis en contact avec un autre substrat d'In P En environ 30 nm, une couche cristalline d'approximativement 6 pm est obtenue par croissance sur ce substrat Le bain peut se refroidir faiblement durant ce temps; la variation de température doit tr e constante. Les autres étapes du processus, telles que recuit ou, si nécessaire, dépôt d'un revêtement d'In P, sont effectuées de façon connue. La méthode décrite permet d'obtenir des couches de l'épaisseur indiquée avec des-concentrations de porteurs de 1 x 1015 cm 3 (à 3000 K) et des mobilités de porteurs supérieures à 12 000 cm 2/Vs. -Il est bien évident que la description qui précède n'a été fournie qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être imaginées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Méthode de fabrication permettant l'obtention de couches de Gax In i-x Asy P 1 iy pour photodétecteurs, dans laquelle les proportions de Ga et As sont choisies afin que, au cours de la croissance de la couche sur un substrat en In P, les réseaux cristallins de la couche et du substrat soient adaptés à la jonction, et que la largeur de la bande interdite soit comprise dans la plage de 0,905 e V à 0,875 e V, caractérisée en ce que la composition appropriée du matériau de départ est obtenue en mettant en contact un bain consistant en une solution ternaire de Ga As et d'In As dans l'indium, les proportions de Ga et d'As étant fixées respectivement à la valeur appropriée, avec un premier substrat d'In P à une première température pendant quelques heures, puis en le séparant du substrat, et en ce que, pour faire croître la couche, un second substrat en In P est porté en contact avec le bain (désormais quaternaire), à une seconde température, la première température étant constante et située quelques degrés kelvins au-dessus de celle à laquelle la couche est obtenue par croissance, tandis que la seconde température est située nettement au-dessus de 6400 C. 2 Méthode telle que définie en 1, caractérisée en ce que la crois- sance de ladite couche commence à la température de 6850 C. 3 Méthode telle que définie en 1 ou 2, caractérisée en ce que ladite première température est supérieure de 5 K à celle de laquelle la croissance commence. 4 Méthode telle que définie en 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que ladite seconde température décroît lentement avec le temps.