Brevet FR2567545A1 — publié le 19860117

PROCEDE DE FABRICATION DE MONOCRISTAUX GaAs L'invention a pour objet un procédé pour la croissance de monocristaux de GaAs par épitaxie en phase vapeur. Les procédés de transport d'halogène pour la croissance de monocristaux GaAs au moyen d'épitaxie en phase vapeur tel que le procédé au chlorure et le procédé à l'hydrure utilisant respectivement AsC13 et AsH3 comme matières premières pour As sont déjà connus. Dans le pro- cédé de transport à l'halogène, en fournissant des gaz contenant respectivement CaCl et As au-dessus de la surface du substrat maintenu à une température de 700 à 800 C, le cristal GaAs se dépose à partir de la phase vapeur et la croissance épitaxiale se produit. Dans le procédé de croissance du cristal, des espèces produites par la réaction en phase vapeur sont absorbées sur la surface du cristal servant de substrat et ces espèces sont transportées par migration de surface à des emplacements de croissance continue ou discontinue o elles sont liées au réseau cristallin. Toutefois des éner- gies pour activer la réaction en phase vapeur, l'adsorp- tion, la réaction de surface, la migration de surface et la liaison au réseau cristallin respectivement sont néces- saires dans chacun de ces procédés. Jusqu'ici on a utilisé comme source de ces énergies l'énergie thermique. Ainsi, dans la croissance de GaAs par le procédé de transport à l'halogène, il est nécessaire de maintenir la température du substrat de 700 à 800 C. Cependant on ne préfère pas maintenir le substrat à une température tellement élevée pour obte- nir la croissance d'un cristal d'une grande perfection car plus de vides, plus d'atames interstitiels et plus d'impuretés peuvent être introduites ainsi dans le cristal que par un procédé tel que l'auto-dopage. Par conséquent, pour la croissance d'un cris- tal d'une grande perfection, il est nécessaire de fournir des énergies d'activation pour les différents processus de 2 2567545 la croissance du cristal sans maintenir le substrat à une température aussi élevé. L'invention a par conséquent pour objet un pro- cédé de croissance de monocristaux GaAs ayant une grande perfection par épitaxie en phase vapeur à basse tempéra- ture. Ainsi l'invention propose un procédé de crois- sance épitaxiale de monocristaux GaAs en fournissant des gaz contenant respectivement du chlorure de Ga et As, lesdits gaz étant irradiés par la lumière au moins au voisinage de la surface dudit cristal substrat. En irradiant les gaz au voisinage de la surface du cristal substrat came indiqué ci-dessus la température du substrat peut être abaissé à une température inférieure à 700 C de façon qu'on peut permettre l'obtention de mono- cristaux GaAs ayant une plus grande perfection. Dans ce cas il est préférable d'irradier les gaz au voisinage de la surface du cristal substrat avec de la lumière dont les composants ont une longueur d'onde comprise entre 200 et 300 nm. L'irradiation par la lumière contenant des com- posants ayant de telles longueurs d'onde conduit à une aug- mentation substantielle du taux de croissance du cristal. En outre il est alors préférable de maintenir la température du substrat entre 480 et 700 C. En maintenant le substrat à une telle températu- re basse on peut permettre la croissance d'un cristal plus perfectionné et ayant des qualités supérieures. Selon un autre mode de réalisation de l'invention une des sources telles que la source Ga, la source Ga satu- rée avec du As ou une source GaAs solide est disposée sur un côté de la surface du substrat cristallin et du gaz con- tenant de la vapeur AsC13 est conduit à la source de façon à réagir avec cette dernière, le gaz produit par cette réaction étant fourni au-dessus de la surface du 3 2567545 substrat cristallin ce qui permet la croissance de mono- cristaux GaAs. Selon un autre mode de réalisation de l'inven- tion la croissance de monocristaux GaAs peut également être réalisée de façon telle que la source Ga est disposée sur un côté de la surface du substrat cristallin et du gaz contenant HC1 est conduit à ladite source Ga de façon à réagir avec cette dernière, et le gaz produit par cette réaction est ensuite fourni ensemble avec du gaz contenant AsH3 au-dessus de la surface du substrat cristallin. Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, des gaz contenant GaCl3 et AsH3 respectivement peuvent être fournis au-dessus de la surface du substrat cristallin. L'invention sera mieux comprise à l'aide des dessins annexés. La figure 1 est une vue schématique d'un appareil pour la croissance de monocristal GaAs, selon un des modes de réalisation de l'invention. La figure 2 est un diagramme caractéristique montrant que la vitesse de croissance du cristal dépend de la longueur d'onde de la lumière irradiée. La figure 3 représente un diagramme caractéris- tique montrant que la vitesse de croissance du cristal dépend de la température du substrat. La figure 4 est un diagramme caractéristique montrant que la vitesse de croissance du cristal dépend de l'intensité de la lumière irradiée. La figure 5 est une vue schématique de l'appareil pour la croissance de monocristal GaAs selon un autre mode de réalisation de l'invention. L'invention sera décrit en détail en liaison avec l'exemple ci-après dans lequell'invention est appli- quée selon le procédé au chlorure. La figure 1 montre un diagramme schématique d'un appareil utilisé'pour la crois- sance de monocristaux GaAs selon le procédé de l'invention. 4 2567545 Dans un réacteur 2 muni d'une fenêtre 1 per- mettant la transmission de la lumière,sont disposés une source Ga 3 saturée au préalable avec As et un substrat 4 de cristal GaAs. La source Ga 3 et le substrat 4 sont chauf- fés à une température préétablie par un fourneau électrique 5. Le gaz dans le voisinage de la surface du substrat cris- tallin 4 est irrédié par la lumière provenant d'une source de lumière irradiante 6, cette lumière étant transmise par la fenêtre 1. Du H2 est introduit dans le réacteur 2 à tra- vers le débimètre 7 et un barboteur 9 de AsCl3 est maintenu à la température prédéterminée par une chambre thermostati- que, permettant ainsi la croissance épitaxiale d'un mono- cristal GaAs. Comme source 3 de Ga on peut utiliser une substance simple telle que Ga ou un composé GaAs. La croissance du cristal est mise en oeuvre en utilisant l'appareil représenté sur la figure 1, dans des conditions telles que la température du barboteur AsC13 est maintenue à 0 C, le débit du gaz H2 est maintenu à ml/mn, la température de la source Ga est maintenue à 720 C et la température du substrat est maintenue à 6000C. La figure 2 montre que la vitesse de croissance du cristal dépend de la longueur d'onde de la lumière d'irradiation provenant de laser excité. Sur cette figure 2 l'abscisse représente la longueur d'onde (nm), sans irradiation entre 0 et 200 nm et l'ordonnée montre la vitesse de croissance (pm/h). Cette figure 2 indique que la vitesse de croissance du cristal augmente essentiellement par irradiation avec une lumière ayant une longueur d'onde de 248 nm. La figure 3 montre la dépendance de la vitesse de la croissance du cristal par rapport à la température du substrat lorsqu'on irradie avec une lumière ayant une longueur d'onde de 248 nm et que la température du substrat est changée de façon telle que la différence entre les tem- pératures de la source Ga et le substrat soit maintenue constante à une valeur de 50 C. Cette figure 3 montre éga- lement la vitesse de la croissance du cristal sans irradia- 2567545 tion. Dans ce dernier cas en réduisant la température du substrat, la vitesse de la croissance du cristal décroît et après une légère augmentation,proche de la température de 550 C,il décroît de nouveau, la vitesse de la croissance du cristal étant soudainement diminuée près de la température correspondant à 500 C. Sur cette figure 3 l'abscisse supé- rieure représente la température du substrat exprimée en C et l'abscisse inférieur représente 103 divisé par la tem- pérature du substrat expriméeen K. L'ordonnée représente la vitesse de croissance exprimée en pm/h. La courbe supé- rieure correspond à la vitesse de croissance avec irradia- tion et la courbe inférieure correspond à la vitesse de croissance sans irradiation. Lorsque les gaz au voisinage de la surface du substrat sont irradiés par la lumière, la diminution de la vitesse de croissance du cristal par la réduction de la température du substrat est plus faible que dans le cas pré- cédent de façon que la croissance du cristal est confirmée à la température de 480 C. Il est également confirmé que la vitesse de la croissance du cristal est favorisée par l'irradiation de la lumière dans la rangée de température comprise entre 480 et 700 C. La figure 4 montre que la vitesse de croissance du cristal dépend de l'intensité de la lumière irradiée. Sur cette figure 4 l'abscisse indique la densité de lumière exprimée enMW et l'ordonnée indique la croissance du cris- tal exprimée en Pm/h. La vitesse de croissance du cristal augmente linéairement avec l'intensité de la lumière irra- diée de façon que la vitesse de croissance du cristal peut être dirigée en modifiant l'intensité de la lumière irra- diée. La figure 5 indique un autre mode de réalisation similaire à celui représenté par la figure 1. Selon ce mode de réalisation le substrat est disposé de façon telle que la surface du substrat ainsi que le gaz au voisinage de la 6 2567545 surfacepuissent être irradiésdirectement par la lumière. L'appareil selon la figure 5 procure le même résultat en ce qui concerne la croissance du cristal. L'exemple ci-dessus illustre le procédé de l'in- vention par la méthode au chlorure. Il est cependant à no- ter que l'invention est applicable également à une autre méthode de croissance d'un monocristal GaAs sur la surface du substrat telle qu'une méthode consistant à appliquer à la surface du substrat un gaz contenant du chlorure de Ga et un gaz contenant As. 7 2567545 REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de monocristaux GaAs par croissance épitaxiale de monocristaux GaAs sur une surface de substrat cristallin,en fournissant des gaz contenant du chlorure de Ga respectivement As, caractérisé par le fait qu'au moins au voisinage de ladite surface du support cristallin ces gaz sont irrédiés par la lumière. 2. Procédé selon la revendication 1, caractéri- sé par le fait que la lumière qui irradie les gaz au voi- sinage de la surface du substrat cristallin est une lu- mière contenant des composants ayant des longueurs d'onde de 200 à 300 nm. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé par le fait que la température du substrat est main- tenue entre 480 et 700 C. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé par le fait que les gaz qui se trouvent au voisinage de la surface du substrat cristal- lin sont des gaz produits de façon telle qu'un gaz conte- nant de la vapeur AsC13 est conduit à une source telle qu'une source Ga, une source Ga saturée par As ou une source solide GaAs, le premier de ces gaz réagissant avec le dernier. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendi- cation 1 à 4, caractérisé par le fait que les gaz se trou- vant au voisinage de la surface du substrat cristallin sont des produits par une réaction d'une source Ga avec un gaz contenant HCl introduit par dessus ladite source Ga et du gaz contenant AsH3. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tion 1 à 5, caractérisé par le fait que les gaz au voisina- ge du substrat cristallin sontdes gaz contenant GaCl3 et un gaz contenant AsH3.