Brevet FR2556134A1 — publié le 19850607

La présente invention concerne un substrat pour couche épitariée, pour la formation d'éléments détecteurs optromiques, à incorporer dans des systèmes de détection, notamment peur l'analyse vidéo de paysages. L'épitaxie consiste à déposer sur un substrat semi- conducteur cristallin - un moncoristal ou un polycristal un alliage semiconducteur de structure cristallographique identique à celle du substrat. Le dépôt de couches épitariées pout être effectué en phase vapeur ou, et de préférence, en phase liquide. Dans ce cas, on procède en faisant couler, sur un substrat solide cristallin, l'alliage liquide à déposer puis en refroidissant peur obtenir un second cristal de même structure cristalline que le substrat. Jusqu'à aujourd'hui, l'épitaxie était effectuée par dépôt d'un alliage ternaire sur un substrat on alliage binaire, comme par exemple dans le can du dépôt de HgCdTe sur CdTe. Les substrats binsires, actuellement dans le commerce, présentent des incenvénients, essentiellement en raison du procédé de oristallegenèse utilisé par leurs fabricants. Dans le cas d'un substrat on CdTe, ces inconvénients sont les suivants - surface de faibles dimensions; - absence d'orientation cristalline parallèle à la surface, et même orientation incomnue; - taux de dislocation très élevé, à cause de la aise en couvre de méthodes de croissance sans germe; - mauvaise stabilité thermodynamique des phases de CdTe lorsque ce matériau est chauffé, ce qui est le cas pendant l'opération d'épitaxie. La présente invention vise donc à pallier ces incon sinients. Â cet effet, elle concerne un substrat on alliage semiconducteur pour couche épitaxiée d'alliage @emiconducteur, caractérisé par le fait que l'alliage du substrat comporte le même nombre d'éléments que l'alliage de la couche épitaxiée. De préférence, les alliages du substrat et de la ceuche épitaxiée sont des alliages ternaires. Conform6ment à l'invention, il peut s'agir d'une homoépitaxie ou d'une hétéroépitaxié, seit en phase vapeur, @oit, et de préférence, en phase liquide. Dans le cas où l'alliage de la couche épitaxiée ezt en HgCdTe, le substrat peut être en XCdTe, où l'élément atomique x est, par exemple, - Hg, de la colenne II de la classification périedi que des éléments, - Me, de la colonne VII de la classification périedi- que des éléments, - As ou P, de la colenne V de la classification périe dique des éléments, Cd et Te appartenant respectivement aux celemmes II et VI de la classification. Dans le cas d'un substrat en HgCdTe, il s'agit denc d'une hemoépitaxie, dans les autres cas, d'une hétéreépitaxie. L'invention zera mieux comprise à l'aide de la description zuivante, netamment des avantages precurés par l'invention. Considérens teut d'aberd l'hemoépitaxie d'une couche en HgCdTe @emicenducteur sur un substrat en HgCdTe. L'incerperation de mercure dans le substrat p@rmet tout d'abord d'améliorer sa qualité cristalline, avec des cristaux de plus grande taille et présentant mein@ de di@locations. Bien que la réalisation d'élémente détecteurs avec couche épitaxiée en Hg1-xCdxTe ne seit pas très aisée, à cause des difficultés inhérentes à cet alliage - notamment pour une proportion élevée de cadmium par rapport à celle de Mercure, avec x > , 0,7 - la méthode THM (travelling heater method), décrite dans l'article de R. Triboulet "CdTe and CdTe:Hg alloys cristal growth using stoichlometric and off-stoichiometric zone passing techniques", paru dans la Revue de Physique Appliquée, tome 12, février 1977, page 123, et qui consiste à faire traverser une zone de solvant par des lingots de composés entrant dans la compo- sition du cristal à obtenir, permet de surmonter ces difficultés. Parmi ces difficultés, signalons celles relatives à - un point de fusion stoechiométrique du substrat ternaire élevé (entre lOOOeC, pour x = 0,7, et 10920C pour x r 1); - une pression de vapeur élevée (plusieurs atmosphères de pression partielle de Cd ou Hg);; - un coefficient de ségrégation élevé dans le diagramme des phases HgTe et CdTe, c'est-à-dire que les deux cour bes de liquidus et de solides s'écartent relativerent lune de l'autre entre les deux points extrêmes communs, Néanmoins, ces difficultés pouvant donc être aurmen- tées, l'homoépitaxie HgCdTe sur HgCdTe présente, par rapport à une hétéroépitaxie, les avantages d'un désaccord plus faible entre les paramètres de maille, représentatifs de la distance interatomique, et d'une plus faible interdiffusion. Considérons maintenant et précisément l'hétéroépitaxie, quand-même intéressante, dune couche en HgCdTe, d'abord sur un substrat semiconducteur on MnCdTe. Par rapport au substrat binaire CdTe, le substrat ternaire MnzCd1 Te présente les avantages suivants - accord de maille parfait avec Hg1-xCdxTe, pour z s 0,05 et x 0,7 z r 0,09 et s r 0,3 z g 0,10 et s n 0,2, - cristaux de plus grande taille, - dopage intrinsèque plus élevé, avec une concentration d'impuretés de dopage pouvant atteindre 1017 trous/cm3. On peut également procéder à une hétéroépitaxie de HgCdTe sur d'autres substrats semiconducteurs ternaires, comprenant, en combinaison avec CdTe, de l'arsenic As ou du phosphore P, par exemple, à la place du mercure Rg. De façon générale, l'épitaxie, de préférence on phase liquide, de Hg1 @Cd@Te réalisée sur ces substrats semiconducteurs ternaire conduit à des performances a 4- liorées par la qualité même de ces substrats, à savoir un meilleur rendement global, une impédance shunt , ou inverse, plus élevée, des courants de fuite plus faibles. On a considéré plus particulièrement l'épitaxie d'une couche on HgCdTe, mais il est clair que l'invention n'est pas limitée à l'épitaxie d'un tel alliage semicon- ducteur, d'autres pouvant également être envisagés. REVENDICATIONS 1 - Substrat en alliage semiconducteur pour couche épitaxiée d'alliage semiconducteur, caractérisé par le fait que l'alliage du substrat comporte le même nombre d'éléments que l'alliage de la couche épitaxie. 2 - Substrat selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les éléments du substrat et ceux do la couche épitaxiée sent les mêmes. 3 - Substrat selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les alliages du substrat et de la couche épitaxiée sont des alliages ternaires. 4 - Substrat selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les alliages du substrat et de la couche épitaxiée sent HgCdTe. 5 - Substrat selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les éléments du substrat et ceux de la couche épitaxiée ne sont pas tous les mêmes. 6 - Substrat selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les alliages du substrat et de la couche épitaxiée sont des alliages ternaires. 7 - Substrat selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'alliage de la couche épitaxiée est HgCdTe et l'alliage du substrat est XCdTe, où X peut être choisi parmi les éléments Mn, As, P.