Brevet FR3136111A1 — publié le 20231201

COMPOSANT ÉLECTRONIQUE À BASE DE NITRURE DE GALIUM DOPE P L’invention a pour objet un composant électronique (100) comprenant : Un substrat (107) Un empilement actif (101i) formé au-dessus du substrat et incluant : une couche (110i) en Nitrure de Galium GaN dopé de type p, disposée au-dessus du substrat (107) ; une couche (111i) en un matériau semi-conducteur disposée sur la couche (110i) en Nitrure de Galium GaN dopé de type p ; le composant comportant deux zones latérales (105i) situées de part et d’autre de la couche (110i) de GaN dopé de type p, les deux zones latérales étant implantées en oxygène. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 4 COMPOSANT ÉLECTRONIQUE À BASE DE NITRURE DE GALIUM DOPE P DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION La présente invention est relative aux composants électroniques à base de nitrure de galium (GaN) dopé p et plus particulièrement aux composants électroniques de puissance à hétérojonction à base de GaN, tels que les transistors à haute mobilité d’électrons (ou HEMT, pour « High Electron Mobility Transistor » en anglais) et les diodes Schottky. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Le nitrure de gallium est aujourd'hui un matériau très prisé pour la réalisation de différents composants électroniques. C’est le cas notamment des diodes émettrices de lumière, des diodes Schottky et des transistors dits à haute mobilité d’électrons HEMT. Ces composants nécessitent l’utilisation de semiconducteurs dopés de type p et n. L'épitaxie à sources organométalliques est la technique de croissance la plus répandue pour l'obtention de ces composants. Or l'hydrogène est un des contaminants les plus importants des semi-conducteurs élaborés à partir des précurseurs organométalliques. L’un des inconvénients liés à la présence de l'hydrogène est que ce dernier va neutraliser les accepteurs lorsque l’on cherche à obtenir un semiconducteur dopé p. Cette neutralisation se fait par la formation de complexes accepteur-hydrogène électriquement inactifs, rendant plus difficile l’obtention d’un dopage p efficace. Le problème évoqué ci-dessus concernant l’obtention d’un dopage p efficace entravé par la présence d’hydrogène se retrouve notamment lors de la réalisation de composants à base de GaN tels que les transistors à hétérojonction de type HEMT tant pour des applications RF (amplification, amplification faible bruit LNA Low Noise Amplifier, commutateurs ou switch, oscillateurs…) que pour des applications de puissance (transistor de puissance pour la conversion d’énergie). Un gaz bidimensionnel d’électrons (ou 2DEG, pour « 2-Dimensional Electron Gaz » en anglais) est formé sous l’interface entre une couche barrière (par exemple en AlGaN, InAlN, InAlN, AlN, ScAlN, AlN, InAlGaN…) et le canal (par exemple en GaN). Ce 2DEG est connecté au niveau de la source et du drain par des contacts ohmiques métalliques et est contrôlé par une grille (de type Schottky ou MIS Métal-Isolant-Semiconducteur). Une hétérojonction est formée par la jonction de deux matériaux semi-conducteurs ayant des bandes interdites différentes. Par exemple, une hétérojonction du type AlGaN/GaN comprend une couche de nitrure de galium (GaN) surmontée d’une couche de nitrure d'aluminium-gallium (AlGaN). Le 2DEG se forme sous l’interface entre la couche d’AlGaN et la couche de GaN, du fait d’une polarisation spontanée et d’une polarisation piézoélectrique. Ce gaz d’électrons bidimensionnel sert de canal de conduction au sein des composants électroniques à hétérojonction, tels que les transistors HEMT et les diodes Schottky. Un composant électronique à hétérojonction AlGaN/GaN est généralement fabriqué à partir d’un substrat semi-conducteur (par exemple en silicium, saphir ou SiC), en faisant croître successivement par épitaxie une couche de nucléation, une ou plusieurs couches de transition, une couche tampon épaisse et les couches de l’hétérojonction (canal GaN, puis barrière AlGaN). La couche tampon, de plusieurs microns d’épaisseur, permet de limiter les courants de fuite latéraux et verticaux dans le composant et de mieux confiner le gaz d’électrons bidimensionnel de l’hétérojonction. La couche tampon, semi-isolante, est par exemple formée de GaN dopé au carbone. Ce type de composant supporte des densités de courant élevées à l’état passant, en raison de la forte densité de porteurs de charge (électrons) et de la grande mobilité de ces porteurs dans le gaz d’électrons bidimensionnel. Il souffre cependant d’un phénomène transitoire d’effondrement du courant à l’état passant (communément appelé « current collapse » en anglais). Ce phénomène est lié à un piégeage de charges dans la structure épitaxiée, et plus particulièrement dans la couche tampon en GaN dopé au carbone. Des pièges se chargent négativement lorsque le composant est dans l’état bloqué puis appauvrissent le gaz d’électrons bidimensionnel de retour à l’état passant, par effet de couplage capacitif. L’appauvrissement du gaz d’électrons bidimensionnel entraîne une augmentation de la résistance dynamique et du courant de saturation de drain à l’état passant du composant (et donc une diminution du courant à l’état passant). La demande de brevet FR3047607 décrit un exemple de structure de transistor à hétérojonction, qui adresse ce problème d’effondrement du courant à l’état passant. En référence à la , cette première structure de transistor comprend un substrat 11, au moins une couche de transition 12 disposée sur le substrat 11, une couche tampon 13 (par exemple en GaN dopé carbone) disposée sur la couche de transition 12, une couche de GaN dopé p 14 disposée sur la couche tampon 13, une couche de GaN dopé n 15 disposée sur la couche de GaN dopé p 14, une couche de GaN non intentionnellement dopé 16 disposée sur la couche de GaN dopé n 15 et une couche d’AlGaN 17 disposée sur la couche de GaN non intentionnellement dopé 16. La couche de GaN non intentionnellement dopé 16 et la couche d’AlGaN 17 forment l’hétérojonction. Un gaz d’électrons bidimensionnel est intrinsèquement formé sous l'interface entre la couche de GaN non intentionnellement dopé 16 et la couche d’AlGaN 17. Ce gaz d’électrons bidimensionnel est illustré sur la sous la forme d’une couche 18 disposée entre les couches 16 et 17. La couche de GaN dopé p 14 et la couche de GaN dopé n 15 forment ensemble une barrière de potentiel particulièrement élevée (jonction PN déplétée) sous la couche de gaz d’électrons 18. Cette barrière de potentiel, aussi appelée barrière de confinement (ou back barrier BB selon la terminologie anglaise) améliore le confinement du gaz d’électrons bidimensionnel en réduisant le nombre d’électrons piégés dans la couche tampon 13. La structure de transistor décrite dans la demande de brevet FR3047607 permet de limiter le phénomène d’effondrement du courant mais suppose l’utilisation d’une couche de GaN dopé p 14. Ce dopage p est par exemple obtenu par un dopage à base de magnésium Mg utilisé en tant qu’accepteur. Pour être performante, la barrière de confinement doit présenter un taux d’activation maximum du Mg. Sinon, il est nécessaire d’utiliser une concentration plus élevée de Mg pour atteindre la concentration d’accepteurs visée, ce qui entraine une plus forte concentration de Mg dans le canal jusqu’au gaz 2DEG et dégrade les propriétés de transport électronique dans le canal. Or comme nous l’avons vu plus haut, la présence d’hydrogène notamment d’origine organométallique limite l’activation du Mg. Une solution connue à ce problème d’activation des accepteurs, ici des atomes de Mg, consiste à effectuer des recuits sous oxygène pour éviter la création de complexes entre l’hydrogène et le magnésium. Cette solution n’est toutefois pas idéale dans le cas du transistor HEMT de la car la couche 14 de GaN dopé p se trouve au-dessous d’une série de couches formées par la couche de GaN dopé n 15, la couche de GaN non intentionnellement dopé 16 et la couche d’AlGaN 17. Ainsi, le fait que la couche 14 de GaN p soit recouverte empêche l’exo-diffusion de l’hydrogène qui reste présent dans la couche 14 de GaN p. C’est la configuration du champ électrique dans les couches supérieures qui empêche l’exodiffusion de l’hydrogène. Cette difficulté se retrouve dans d’autres composants électroniques utilisant du GaN dopé p tels que des diodes émettrices de lumière ou certains composants de puissance où l’utilisation d’une couche p enterrée permet d’obtenir une tension de seuil positive. Dans ce cas aussi il est important d’optimiser l’activation des atomes de Mg. Une solution connue au problème ci-dessus a été proposé pour des applications en optoélectronique (cas des diodes émettrices de lumière) dans le document “Lateral Hydrogen Diffusion at p-GaN Layers in Nitride-Based Light Emitting Diodes with Tunnel Junctions ». Yuka Kuwano et al, Japanese Journal of Applied Physics 52 (2013) 08JK12 08JK12-1 # 2013 The Japan Society of Applied Physics. Cette solution est illustrée aux figures 2a et 2b. La montre un empilement classique d’une diode émettrice de lumière avec une couche de GaN-p enterrée. Selon la , l’hydrogène responsable du faible taux d’activation du Mg est évacué par les flancs du composant. L’empilement de semiconducteur III-N est gravé autour du composant et un recuit sous atmosphère contenant de l’Oxygène permet de faire diffuser et d’évacuer l’Hydrogène sur une distance de l’ordre de quelques dizaines de microns et ainsi d’améliorer l’activation du Mg. Cette solution n’est toutefois pas satisfaisante pour l’ensemble des composants à base de GaN-p. Ainsi, pour un transistor, la réalisation de gravures peut entrainer des problèmes d’intégration (topologie) et de courants parasites. De plus, un transistor a souvent des dimensions supérieures à la longueur de diffusion de l’hydrogène et il est difficile d’envisager des gravures au sein du transistor. Cette approche n’est donc notamment pas adaptée à la fabrication de transistors. De façon plus générale, la réalisation de gravure pour l’obtention de mesa rend le procédé de fabrication d’un composant électronique plus complexe. Il existe donc un besoin de prévoir un composant électronique à base de nitrure de galium dopé p avec une activation satisfaisante des accepteurs responsables du dopage p, sans dégrader les performances du composant et facile à fabriquer, notamment lorsque ledit composant électronique est un transistor de type HEMT. Pour ce faire, l’invention a pour objet un composant électronique comprenant : un substrat ; une couche en Nitrure de Galium GaN dopé de type p, disposée au-dessus du substrat ; une couche en un matériau semi-conducteur disposée sur la couche en Nitrure de Galium dopé de type p ; le composant comportant deux zones latérales situées de part et d’autre de la couche de GaN dopé de type p, les deux zones latérales étant implantées en oxygène. On entend par zone latérale implantée en oxygène, une zone dans laquelle une grande partie de l’oxygène est disponible pour former des liaisons covalentes avec l’hydrogène. En d’autres termes, cette zone implantée en oxygène n’est pas une zone dopée en oxygène car dans ce cas la majorité de l’oxygène présent serait en site substitutionnel dans le réseau cristallin du GaN. Ainsi, la zone implantée en oxygène doit être vue comme une zone ayant subi une étape d’implantation en atome d’oxygène et un recuit thermique mais n’ayant pas été soumise à un budget thermique suffisant pour que l’oxygène se comporte en donneur et forme une zone de GaN dopée n. L’oxygène est ici au contraire réparti aléatoirement au sein du réseau cristallin et majoritairement en position interstitielle. Après l’implantation il y a aussi une grande quantité de défauts cristallins dans la matrice (chaque atome d’oxygène implanté déplace plusieurs centaines d’atomes de la matrice). L’invention repose sur la création de poches d’oxygène (i.e. les zones latérales) dans des zones situées de part et d’autre de la zone en GaN où l’on cherche à obtenir une activation efficace des accepteurs. Ces poches d’oxygène à proximité de la zone dopée et donc des atomes susceptibles de jouer le rôle d’accepteurs (par exemple le magnésium Mg dans le GaN) permettent à l’hydrogène, sous l’effet d’un recuit post-implantation de diffuser vers ces poches et réagir avec l’oxygène implanté de façon à réduire la formation de complexes hydrogène-accepteur. Contrairement aux solutions de l’état de la technique, le composant selon l’invention ne nécessite pas de réaliser de gravure autour de la couche de type p. Les zones latérales peuvent être aisément réalisées en partant de la couche de GaN dopé p dans laquelle on implante de l’oxygène sur ses zones latérales ; en d’autres termes, les zones latérales sont dans le même plan que la couche de GaN-p et forment les parties d’extrémité de cette couche. Le composant selon l’invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : Les accepteurs de la couche en Nitrure de Galium GaN dopé de type p sont des atomes de Magnésium. La largeur de l’empilement actif et la largeur de chacune des zones implantées en oxygène sont inférieures ou égales à 20µm et supérieures ou égales à 1µm, la largeur étant mesurée parallèlement au plan des couches dans l’alignement de l’empilement et des zones implantées en oxygène. L’empilement actif comporte : une couche de GaN dopé de type n déposée sur la couche de GaN dopé de type p ; une couche de GaN non intentionnellement dopée déposée sur la couche de GaN dopé de type n ; une couche semi-conductrice déposée sur la couche de GaN non intentionnellement dopée pour former un gaz d’électrons bidimensionnel ; le composant comportant une zone de source, une zone de drain et une zone de grille de commande formées sur ou dans la couche semi-conductrice pour former un gaz d’électrons bidimensionnel, les deux zones latérales implantées en oxygène s’étendant également de part et d’autre de la couche de GaN dopé de type n, de la couche de GaN non intentionnellement dopée et de la couche semi-conductrice pour former un gaz d’électrons bidimensionnel. Le composant électronique comporte : une pluralité d’empilements actifs, chaque empilement actif comportant : une couche de GaN dopé de type n déposée sur la couche de GaN dopé de type p ; une couche de GaN non intentionnellement dopée déposée sur la couche de GaN dopé de type n ; une couche semi-conductrice déposée sur la couche de GaN non intentionnellement dopée pour former un gaz d’électrons bidimensionnel ; deux zones latérales implantées en oxygène s’étendant de part et d’autre de la couche de GaN dopé de type p, de la couche de GaN dopé de type n, de la couche de GaN non intentionnellement dopée et de la couche semi-conductrice pour former un gaz d’électrons bidimensionnel les zones de source, de drain et de grille de commande étant communes à la pluralité d’empilement, chaque empilement étant isolé électriquement de l’empilement adjacent par une des zones latérales implantées en oxygène. l’ensemble desdits empilements est entouré d’une zone, dite d’isolation, ladite zone d’isolation étant une zone implantée en oxygène. Selon un mode de réalisation, chacune des deux zones latérales implantées en oxygène s’étend dans ou sous la zone de grille et dans ou sous la zone de drain et la zone de source ; Selon un autre mode de réalisation, chacune des deux zones latérales implantées en oxygène s’étend dans ou sous la zone de grille et ne s’étend pas dans ou sous la zone de drain et la zone de source. L’invention a également pour objet un procédé de fabrication d’un composant selon l’invention comportant les étapes suivantes : Réalisation sur un substrat d’un empilement formé au-dessus du substrat et incluant : une couche en Nitrure de Galium GaN dopé de type p, disposée au-dessus du substrat ; une couche en un matériau semi-conducteur disposée sur la couche en matériau semi-conducteur ; Réalisation d’un masque au-dessus de l’empilement, ledit masque masquant la partie de l’empilement formant l’empilement actif ; Implantation ionique pour introduire des atomes d’oxygène dans les deux zones de l’empilement situé de part et d’autre de la zone masquée de sorte à obtenir deux zones latérales dans la couche en Nitrure de Galium GaN dopé de type p implantées en oxygène ; Recuit suivant l’implantation ionique. Le procédé selon l’invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : la température de recuit est comprise entre 700 et 850°C. l’implantation est une implantation multi-énergies. l’énergie des atomes d’oxygènes ionisés utilisée pour l’implantation est inférieure ou égale à 200 keV. la dose d’atomes d’oxygène implantés est : supérieure à 2.10 14 cm -2 x (Wa/Wo) où Wa désigne la largeur de l’empilement actif et Wo désigne la largeur des zones latérales implantées et ; inférieure à 6.10 15 cm -2 x (Wa/Wo). l’étape d’implantation ionique pour introduire des atomes d’oxygène s’accompagne d’une étape d’implantation ionique pour introduire des atomes d’argon ou d’azote. L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention. représente un exemple de transistor à hétérojonction selon l’art antérieur. et représentent une solution d’activation du magnésium dans un composant optoélectronique selon l’art antérieur. représente une vue de dessus d’un composant électronique selon un premier mode de réalisation de l’invention. représente une vue en coupe du composant de la suivant un plan perpendiculaire au plan des couches et le long du doigt de grille. , , et représentent schématiquement les étapes du procédé de fabrication d’un composant selon l’invention. représente une vue de dessus d’un composant électronique selon un second mode de réalisation de l’invention. et représentent deux vues en coupe du composant de la . et représentent deux vues en coupe du composant de la . représente un exemple de profil d’implantation d’oxygène utilisé pour la réalisation des composants selon l’invention. Composant électronique (100, 400) comprenant : Un substrat (107) Un empilement actif (101i) formé au-dessus du substrat et incluant : une couche (110i) en Nitrure de Galium GaN dopé de type p, disposée au-dessus du substrat (107) ; une couche (111i) en un matériau semi-conducteur disposée sur la couche (110i) en Nitrure de Galium GaN dopé de type p ; caractérisé en ce que le composant comporte deux zones latérales (105i) situées de part et d’autre de la couche (110i) de GaN dopé de type p, les deux zones latérales étant implantées en oxygène. Composant électronique (100, 400) selon la revendication précédente caractérisé en ce que les accepteurs de la couche en Nitrure de Galium GaN dopé de type p sont des atomes de Magnésium. Composant électronique (100, 400) selon la revendication précédente caractérisé en ce que la largeur (Wa) de l’empilement actif et la largeur (Wo) de chacune des zones implantées en oxygène sont inférieures ou égales à 20µm et supérieures ou égales à 1µm, la largeur étant mesurée parallèlement au plan des couches dans l’alignement de l’empilement et des zones implantées en oxygène. Composant électronique (100, 400) selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit empilement actif (101i) comporte : une couche de GaN dopé de type n (111i) déposée sur la couche de GaN dopé de type p ; une couche de GaN non intentionnellement dopée (112i) déposée sur la couche de GaN dopé de type n ; une couche semi-conductrice (113i) déposée sur la couche de GaN non intentionnellement dopée pour former un gaz d’électrons bidimensionnel ; le composant comportant en outre une zone de source(103), une zone de drain (102) et une zone de grille (104) de commande formées sur ou dans la couche semi-conductrice pour former un gaz d’électrons bidimensionnel ; les deux zones latérales implantées en oxygène s’étendant également de part et d’autre de la couche de GaN dopé de type n, de la couche de GaN non intentionnellement dopée et de la couche semi-conductrice pour former un gaz d’électrons bidimensionnel. Composant électronique selon la revendication 4 caractérisé en ce qu’il comporte : une pluralité d’empilements actifs, chaque empilement actif comportant : une couche de GaN dopé de type n déposée sur la couche de GaN dopé de type p ; une couche de GaN non intentionnellement dopée déposée sur la couche de GaN dopé de type n ; une couche semi-conductrice déposée sur la couche de GaN non intentionnellement dopée pour former un gaz d’électrons bidimensionnel ; deux zones latérales implantées en oxygène s’étendant de part et d’autre de la couche de GaN dopé de type p, de la couche de GaN dopé de type n, de la couche de GaN non intentionnellement dopée et de la couche semi-conductrice pour former un gaz d’électrons bidimensionnel les zones de source, de drain et de grille de commande étant communes à la pluralité d’empilement ; chaque empilement étant isolé électriquement de l’empilement adjacent par une des zones latérales implantées en oxygène. Composant électronique selon la revendication précédente caractérisé en ce que l’ensemble desdits empilements est entouré d’une zone, dite d’isolation, ladite zone d’isolation étant une zone implantée en oxygène. Composant électronique selon l’une des revendications 4 à 6 caractérisé en ce que chacune des deux zones latérales implantées en oxygène s’étend dans ou sous la zone de grille et dans ou sous la zone de drain et la zone de source. Composant électronique selon l’une des revendications 4 à 6 caractérisé en ce que chacune des deux zones latérales implantées en oxygène s’étend dans ou sous la zone de grille et ne s’étend pas dans ou sous la zone de drain et la zone de source. Procédé (200) de fabrication d’un composant selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes : Réalisation (201) sur un substrat (307) d’un empilement formé au-dessus du substrat et incluant : une couche (310) en Nitrure de Galium GaN dopé de type p, disposée au-dessus du substrat (307) ; une couche (311) en un matériau semi-conducteur disposée sur la couche en Nitrure de Galium GaN dopé de type p ; Réalisation (202) d’un masque (315) au-dessus de l’empilement, ledit masque masquant la partie de l’empilement formant l’empilement actif ; Implantation ionique (203) pour introduire des atomes d’oxygène dans les deux zones de l’empilement situé de part et d’autre de la zone masquée de sorte à obtenir deux zones latérales dans la couche en Nitrure de Galium GaN dopé de type p implantées en oxygène ; Recuit (202) suivant l’implantation ionique. Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce que la température de recuit est comprise entre 700 et 850°C. Procédé selon l’une des revendications 9 ou 10 caractérisé en ce que l’implantation est une implantation multi-énergies. Procédé selon l’une des revendications 9 à 11 caractérisé en ce que l’énergie des atomes d’oxygènes ionisés utilisée pour l’implantation est inférieure ou égale à 200 keV. Procédé selon l’une des revendications 9 à 12 caractérisé en ce que la dose d’atomes d’oxygène implantés est : supérieure à 2.10 14 cm -2 x (Wa/Wo) où Wa désigne la largeur de l’empilement actif et Wo désigne la largeur des zones latérales implantées et ; inférieure à 6.10 15 cm -2 x (Wa/Wo). Procédé selon l’une des revendications 9 à 13 caractérisé en ce que l’étape d’implantation ionique pour introduire des atomes d’oxygène s’accompagne d’une étape d’implantation ionique pour introduire des atomes d’argon ou d’azote.