Brevet FR2600818A1 — publié le 19871231

1l 2/M PROCEDE DE DIFFUSION D'UN MATERIAU APPORTANT UN TYPE DE CONDUCTIVITE A UN SEMI-CONDUCTEUR COMPOSE III-V La présente invention concerne les semi-conducteurs. Plus particulièrement, elle a trait aux procédés d'introduction d'un matériau apportant un type donné de conductivité dans les matériaux semi-conducteurs composés III-V. Le zinc est souvent introduit dans les semii-conducteurs composés III-V en tant qu'élément accepteur qui donne une conductivité de type P à un semi-conducteur composé III-V. Conventionnellement, pour diffuser du zinc dans les semi-conducteurs composés III-V, on utilise une technique d'ampoule scellée. Cette technique, toutefois, est incommode et' ne convient pas pour une production en grande série de grandes pastilles semi-conductrices. On a développé des procédés à "tube ouvert" pour diffuser du zinc dans certains se'mi-conducteurs III-V. Selon ces procêdés, on obtient des pressions élevées de vapeur de zinc en dissolvant du zinc dans un matériau fondu tel que l'étain ou le gallium, ou par revêtement de la pastille avec un oxyde contenant du zinc. En plus, une surpression d'arsenic est nécessaire pour éviter les pertes d'arsenic de la pastille qui provoquent une dégradation de la surface de la pastille. On obtient des couches diffusées du type P fortement dopées dans les semiconducteurs III-V selon le procédé amélioré de la présente invention, qui consiste à placer un semi-conducteur III-V très près d'une quantité d'un élément accepteur ayant comme premier constituant un élément du groupe III qui est un composant du semi-conducteur III-V, comme deuxième constituant un élément du groupe V qui est un composant du semi- conducteur III-V, et comme troisième constituant un élément qui est un élément accepteur pour le semi-conducteur III-V. Le mélange est chauffé de manière à vaporiser le troisième constituant, le semi-conducteur III-V et l'élément -2 accepteur étant en équilibre thermodynamiique, de manière que le troisième constituai diffuse dans le semi-conducteur III-V. Selon un aspect plus spécifique de la présente invention, un corps d'arséniure c gallium ou d'arséniure d'aluminium gallium est placé à proximité immédiate d'ui 05 quantité de zinc à l'arséniure de gallium. On chauffe le mélange pour vaporiser le zine le semi-conducteur et le zinc à l'arséniure de gallium étant en équilibr( thermodynamique, de manière que le zinc diffuse dans l'arséniure de gallium e' l'arséniure d'aluminium gallium. Sur les dessins: La Figure 1 est une vue en coupe de l'ensemble pendant la diffusion selon la présent invention; La Figure 2 représente les courbes de concentration du porteur pour les pastille d'arséniure de gallium et les pastilles d'arséniure d'aluminium gallium avec le zin diffusé selon le procédé de la présente invention; et La Figure 3 représente les courbes de la profondeur de la jonction en fonction de 1 racine carrée du temps de diffusion pour différentes températures de diffusion d l'arséniure de gallium et l'arséniure d'aluminium gallium traités selon le procédé de 1 présente invention. Pour une meilleure compréhension de la présente invention, et d'autres objets 20 avantages et possibilités de celle-ci, on se référera à la description suivante et au revendications jointes en liaison avec les dessins décrits-ci-dessus. La présente invention concerne l'introduction de matériaux apportant une conductivit de type P, éléments accepteurs, dans les semi-conducteurs composés III-V pal diffusion. Les semi-conducteurs III-V comprennent des matériaux tels que GaAs 25 AlGaAs, InGaAs, InP, InAs, et InGaAsP. Ces matériaux peuvent être combinés ensemb' pour former différents types de matériaux à jonction hétérogène III-V. Une pastille de semi-conducteur III-V est préparée d'une manière habituelle bie connue. La source de l'élément accepteur qui doit être diffusé dans la pastille est u 2 6 Q0 8 1 8 -3 composé présentant cocrnmre premier constituant un élément du Groupe III de la pastille, comme deuxième constituant un élément du groupe V de la pastille, et conmme troisième constituant un élément accepteur sous forme granulaire. La pastille est placée à proximité immédiate de, mais à une certaine distance de l'élément accepteur en poudre, 05 et le mélange est placé dans un four sous un flux continu d'un gaz inerte et chauffé pour vaporiser l'élément accepteur,le semi-conducteur III-V de la pastille et l'élément accepteur étant en équilibre thermodynamique. L'élément accepteur diffuse dans le semi-conducteur III-V de la pastille, et du fait de la condition d'équilibre thermodynamique, il n'y a pas d'érosion de la pastille due à l'évaporation de l'arsenic 10 à partir de la surface de la pastille. La Figure 1 représente l'arrangement des différentes parties et des matériaux pour le traitement à chaud. La pastille 10 du semi-conducteur III-V est placée sur un plateau dans un creuset de graphite 11. On place une quantité d'une source de l'élément accepteur dans un logement dans la partie inférieure du creuset de graphite ll de 15 façon à être près, mais non en contact de la pastille 10. On dispose un couvercle de graphite 14 sur le creuset de graphite 11 et on le fixe au moyen de vis de graphite 13. On place l'ensemble dans un four conventionnel à quartz à tube ouvert 15, un gaz inerte circulant dans le four 15. Pendant le chauffage, l'élément accepteur se vaporise à partir du matériau 12 de la source de l'accepteur, tandis que des 20 conditions d'équilibre thermodynamique sont établies entre le semi-conducteur III-V de la pastille 10 et l'élément accepteur 12. On place des pastilles d'arséniure de gallium semi-isolant à simple cristal (GaAs) et d'arséniure d'aluminium gallium (AlGaAs) dans des creusets de graphite très près de, mais non en contact avec le zinc à l'arséniure de gallium (GaAsZn) en poudre. La 25 distance entre la poudre de GaAsZn et la pastille est de 1 mm environ. Pour chaque diffusion, on place le creuset en graphite dans un four en forme de tube ouvert sous un flux continu d'azote très pur. On chauffe le mélange à une température comprise entre 500 et 650 C pendant un temps compris entre 15' mn et 6 heures 15 mrn. On fait -4 varier la température et la durée réelles du chauffage- selon la profondeur souhaite de diffusion particulière du zinc. Le zinc peut etre diffusé dans une pastille sur toute la surface de la pastille Autrement, on peut diffuser le zinc de façon sélective sur certaines parties de 1 S05 surface de la pastille en protégeant les parties de la surface o il ne doit pas-y avo de diffusion par une couche fine d'un matériau convenable formant masque pendant diffusion. Plus spécifiquemrent, on dépose un revêtement de silicium sur la surface la pastille et on en Ote de façon sélective une partie par des techniques connues E vue d'exposer les parties de surface de la pastille sur lesquelles le zinc doit ét} 10 diffusé. On place la pastille dans le creuset avec la surface revêtue faisant face à source de zinc. Ces zones recouvertes par le masque sont protégées du zinc pendant traitement par diffusion. La Figure 2 repésente les courbes de concentration du GaAs et du A10 07Ga0 93A traités à une température de 650 C pendant 6 heures 15 minutes et 4 heure! 15 respectivement. Pour les deux pastilles, les courbes de diffusion du zinc son relativement plates et chuttent rapidement au bord de la diffusion de deux ordrE environ de grandeur de l'ordre de 200 nmr. La Figure 3 représente les courbes illustrant la relation entre la profondeur de jonction ( JLm/h' pour Al 0128Ga0,72As. Le procédé décrit permt la diffusion à tube ouvert d'un élément accepteur particulièrement du zinc, dans les pastilles d'arséniure de gallium et d'arséniui d'aluminium gallium sans dégradation de la surface par érosion de l'arsenic. Li couches de type P obtenues par ce procédé sont de grande qualité et conviennent dor _- 5 _pour la fabrication de dispositifs semiconducteurs, tels que les cellules solaires et les transistors à effet de champ. Bien que l'on ait représenté et décrit ce que l'on considère être les modes de réalisation préférés de la présente invention, il sera évident pour l'Homme de l'Art que Q5 différents changements et modifications peuvent Y être apportés sans sortir du cadre de la présente invention telle que définie par les revendications jointes. * * * 2 6 0 0 8 1 8 R E V E N D I C A T I O N S 1- Procédé pour introduire un matériau apportant un type de conductivité à u semi-conducteur composé III-V, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes - on dispose le semi-conducteur composé III-V à proximité immédiate d'une quantit d'un élément accepteur ayant comme premrier constituant un élément du groupe III qt!5 est un composant du dit semi-conducteur, comme deuxième constituant un élément c groupe V qui est un composant du dit semi-conducteur, et conmme troisième constituar un élément qui est un élément accepteur pour le semi-conducteur composé III-V; et - on chauffe de manière à vaporiser le dit troisième constituant, le semiconducteL composé III-V et l'élément accepteur étant en équilibre thermodynamique, de tel' 1 0 manière que le dit troisième constituant diffuse dans le semi-conducteur comrpo. III-V. 2- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'étape de chauffage es effectuée avec le dit semi-conducteur et l'élément accepteur sous gaz inerte. 3- Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que la dite quantité de l'élémrer 15 accepteur est sous forme granulaire. 4- Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que le chauffage est effectué une température comprise entre 500 et 650 C environ. - Procédé pour introduire du zinc dans un corps d'arséniure de gallium ou d'aluminiu gallium, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - on dispose un corps d'arséniure de gallium ou d'aluminium gallium à proximit immédiate d'une quantité de zinc à l'arséniure de gallium; et on chauffe de manière à vaporiser le zinc, le semi- conducteur et le zinc à l'arséniur de gallium étant en équilibre thermodynamique, de telle manière que le zinc diffus dans l'arséniure de gallium ou d'aluminium galliu-,m. 6- Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'étape de chauffage est effectuée avec le dit semi-conducteur et le dit zinc à l'arséniure de gallium sous gaz inerte. 7- Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que le zinc à l'arséniure de 05 gallium est sous forme granulaire. 8- Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que le ehauffage est effectué à une température comprise entre 500 et 650 C pendant un temps compris entre 15 minutes et 6 heures 15 minutes. 9- Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce que, pendant l'étape de 10 chauffage, le dit semi-conducteur et le zinc à l'arséniure de gallium sont soumis à un flux d'azote. * * *