Brevet FR2634065A1 — publié le 19900112

DISPOSITIF OPTOELECTRONIQUE A BASE D'ANTIMOINE L'invention concerne un dispositif optoélectronique et notamment un dispositif optoélectronique å base d'antimoine. Dans le domaine des composants d'extremités pour te le communications par fibres optiques, l'intérêt se déplace maintenant vers les longueurs d'ondes élevées situées entre 2 et 12 pin. Dans ce domaine, les pertes intrinsèques des fibres optiques devront être beaucoup plus faibles permettant ainsi d'envisager des transmissions à très grandes distances. De plus on peut envisager dans ce domaine de longueurs d'onde de 2 å 12 micromètres des système de détection utilisable pour la poursuite des missiles. La présente invention concerne un dispositif semi-conducteur photoémetteur de type laser, ou photodétecteur et photocathode fonctionnant dans les domaines de longueurs d'ondes indiqués précédemment et utilisant les matériaux semi-conducteurs III-V å base Sb épitaxié (par la technique LP-MOCVD) sur les substrats tels- que InP, GaAs, GaSb, InAs, Si, T-CBN, diamant graphite, ou GGG). L'invention concerne donc un dispositif optoélectronique comportant, sur un substrat å semi-conducteur, une première couche de confinement d'un matériau semiconducteur dopé d'un premier type (n+ par exemple) une couche active et une deuxième couche de confinement d'un matériau semi-conducteur dopé d'un deuxième type (p par exemple), la première et la deuxième couches de confinement enserrant la couche active, caractérisé en ce que la première et la deuxième couches de confinement sont à base de gallium et d'antimoine et la couche active comporte de l'indium, de l'arsenic et de l'antimoine. Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaitront de façon plus détaillée dans la description qui va suivre faite à titre d'exemple en se reportant aux figures annexées qui représentent - la figure 1, un exemple de réalisation d'un dispositif optoélectronique selon l'invention; - la figure 2, une variante de réalisation du dispositif de la figure 1 - la figure 3, un exemple de réalisation d'un dispositif optoélectronique selon l'invention dans lequel le substrat est désadapté par rapport aux matériaux semi-conducteurs constituant le dispositif - la figure 4, une autre variante de réalisation du dispositif optoélectronique selon l'invention; - la figure 5, un diagramme d'énergie de la structure de la figure 4. En se reportant à la figure 1, on va donc décrire un exemple de réalisation d'un dispositif optoélectronlque selon l'invention. Ce dispositif comporte sur un substrat 1 une couche 2 d'antimoniure de gallium (GaSb) dopée n . La couche 2 porte une couche active 3 laquelle est recouverte d'une autre couche 4 d'antimoniure de gallium (GaSb) dopé p L'épaisseur des couches 2 et 4 peut être sensiblement de 1 micromètre. La couche active 3 est réalisée à base d'antimoine. Compte-tenu de la présence d'antimoine, cette couche active peut être réalisée de différentes façons - soit sous la forme d'arséniure d'antimoine et d indium In Sbl As dont la composition est elle que x est x compris entre 0 et 1. L'épaisseur de cette couche est d'environ 1000 Angstroems - soit sous la forme d'une alternance de couches manoatomiques épitaxiées d'antimoniure d'indium (InSb) et d'arséniure d'indium (InAs). Ces couches sont réalisées selon la technique d'épitaxie de couches atomiques ALE (Atomic Layer Epitaxie). On peut réaliser une couche 3 de 1000 Angstroems d'épaisseur à l'aide d'une alternance d'environ 300 couches monoatomiques. - soit sous la forme d'un super réseau (InAs/GaSb) d'arséniure d'indium et d'antimoniure de gallium comme cela est représentée en figure 2. Les couches d'arséniure d'indium et d'antimoniure de gallium ont sensiblement la même épaisseur dont la valeur peut être de 5 à 150 Angstroems. - soit sous la forme d'un super réseau (InAs/InSb) d'arséniure d'indium et d'antimoniure d'indium (figure 2). Ces couches d'InAs et d'InSb ont sensiblement une même épaisseur de valeur 5 à 150 Angstroems. Le substrat 1 peut être réalisé en différents matériaux tel que - de l'arséniure de gallium (GaAs) - de l'antimoniure de gallium (GaSb) - de l'arséniures d'indium (InAs) - de l'antimoniure d'indium (InSb). La couche 2 de GaSb est alors adaptée en maille au substrat 1. Cependant le substrat 1 peut également être désadapté en maille par rapport à la couche 2 de GaSb. Par exemple, le substrat 1 peut être en silicium, en InP en nitrure de Bore T. CBN (transparent Cubic Bore Nitrure), ou en diamant par exemple. Il faut alors entre la couche 2 et le substrat 1 un super-réseau d'adaptation 5 tel que cela est représenté en figure 3. Ce super réseau 5 peut être, par exemple, > à base de couches d'Arséniure de gallium (GaAs) ou d'antimoniure de gallium (GaSb) pour l'adaptation A la couche 2 et à base de couches permettant l'adaptation au substrat 1 tel que de l'InP ou du GaInP pour l'adaptation sur du silicium ou de l'InP. Selon une variante de réalisation représentée en figure 4, l'ensemble constitué par les couches 2 et 4 de GaSb et la couche active 3 est encadré par des couches 6 et 7 d'antimoniure d'aluminium (AlSb). On obtient ainsi un dispositif optoélectronique tel qu'un laser du type laser SCH (Separate Confinement Heterostructure). Ces couches 6 et 7 peuvent avoir chacune une épaisseur de 100 à 500 Angstroems par exemple. Comme cela est représenté en figure 5, ces couches 6 et 7 permettent d'obtenir une différence de niveau d'énergie de part et d'autre de la couche active. Il est bien évident que la description qui précède n'a été faite qu'a titre d'exemple non limitatif. D'autres variantes peuvent être envisagées sans sortir du cadre de l'invention. Les exemples numériques n'ont été fournis que pour illustrer la description. REVENDICATIONS 1. Dispositif optoélectronique comportant, sur un substrat â semi-conducteur (1), une première couche de confinement (2) d'un matériau semiconducteur dopé d'un premier type (n par exemple) une couche active (3) et une deuxième couche de confinement (4) d'un matériau semi-conducteur dopé d'un deuxième type (p+ par exemple), la première et la deuxième couches de confinement (2 et 4) enserrant la couche active (3), caractérisé en ce que h première et la deuxième couches de confinement sont à base de gallium et d'antimoine et la couche active comporte de l'lndlum, de l'arsenic et de l'antimoine. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche active (3) comporte une succession alternées de couches monoatomiques d'indium et d'antimoine (InSb) et de couches monoatomiques d'indlum et d'arsenic (InAs). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un nombre de couche monoatomiques pouvant être compris entre 100 et 500 couches monoatomiques. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche active (3) comporte un super réseau de couches alternées d'une part d'indium et d'arsenic (InAs) et d'autre part de gallium et d'antimoine (GaSb). 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche active (3) comporte un super réseau de couches alternées, d'une part, dtindium et d'arsenic (InAs) et, d'autre part, d'antimoine et d'indium (InSb). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que l'épaisseur de chaque couche est comprise entre 5 et 150 Angstroems. ;. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat (1) possède un paramètre de maille qui diffère nettement de la première couche de confinement (2), le dispositif comprenant au moins une couche d'adaptation (5) située entre cette première couche de confinement (2) et le substrat (1). 8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte d'une part entre la première couche de confinement (2) et le substrat (1) et d'autre part sur la deuxième couche de confinement (4), des couches (6, 7) à base d'aluminium et d'antimoine (AISb).