BE649024A

BE649024A -

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Publication number: BE649024A
Application number: BE649024A
Authority: BE
Priority date: 1963-06-13
Filing date: 1964-06-09
Publication date: 1964-10-01
Also published as: NL6406340A; FR1398471A; US3205101A

Description


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  Jonction au carbure de silicium utilisable comme source de loumière, et procédé pour son établissement.. 



   L'invention est relative à de nouvelles jonctions au car- bure de silicium et à leur procédé de préparation; et alle concerna, plus particulièrement, des jonctions au carbure de silicium pouvant émettre de la lumière, la portée de l'invention s'étendant à des diodes-jonctions possédant des caractéristiques du type %jasera lorsqu'elles sont polarisées dans le sens conducteur. 



   Conformément à l'invention, on réalise une jonction au carbure de silicium qui est très abrupte,sans région d'étendue apprécia- ble à haute résistivité entre les réglons P et N, à la différence de ce que l'on observe pour le type de jonction formé en phase vapeur et antérieurement décrit par Van Daal et ses collaborateurs dans 

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 "Investigations on Silicon Carbide", Journal of Applied Physics, supplément au vol. 2, N  10, p. 22-25 (oct.   1961),   type dans leque une région "I" appréciable se trouve entre les régions P et N. Une, telle région "I" donne une tension relativement élevée dans le sent conducteur, contrairement à la basse tension dans le sens conducteur observable avec les jonctions faisant l'objet de l'invention.

   Par conséquent, les diodes faisant l'objet de l'invention possèdent une densité de courant relativement élevée   (de   l'ordre de 105 microam- pères par centimètre carré) lorsqu'on les soumet à   un*   polarisation,) dans le sens conducteur, aussi faible que 1,5 volt à la température ordinaire. Ainsi, par exemple, on observe, pour une diode réalisée conformément à l'invnetion, une densité de courant d'environ 1,7 x ; 105 microampèrs par centimètre carré lorsqu'on la soumet à une po-   larisation   de 1,5 volt dans le sens conducteur, à la température ordinaire(c'est-à-dire environ   21*C).   



   La jonction au carbure de silicium en question possède, outre son caractère abrupt, une très haute densité de dislocation dans le plan de la jonction P-N. Lorsqu'on Mesure la capacité de la jonction en fonction de la tension appliquée, on constate que le carré de la capacité est Inversement proportionnel à la tension appliquée. 



   Une intéressante caractéristique de la jonction au carbure de silicium faisant l'objet de l'invention est la densité relative- ment élevée de dislocations dans le plan de la jonction, l'existence de ce réseau de dislocations étant indiquée par   l'extrême   porosité à l'égard de l'or fondu dans là région du plan de la jonction. 



   Selon un mode de réalisation préféré de   l'invention,   on prépare la nouvelle diode-jonction au carbure de silicium en mettant en oeuvre le mode opératoire suivant, décrit bien entendu à titre d'exemple non limitatif. On choisit, pour constituer la jonction,   deux unicristaux   de carbure de   silicium   alpha   (un.   et un P). Ces cristaux possèdent de préférence une   résisitivité   comprise entre   0,01   et 10 chm-cm, ils sont soigneusement   meules     Jusqu'aux   dimensions con- 

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   venables   puis ils sont polis pour leur donner un fini superficiel très lisse.

   Ensuite, on les nettoie, on les sèche puis on les place dans une chambre à   vide.   On dégaze complètement   ctte     chambra,puis,   au moyen de pompes, on y fait un vide très poussé;de l'ordre de 
10-8 à   10-o   torr. Chaque cristal, comportant   une:surface   plane destinée à être jointe à une surface plane analogue prévue sur l'autre cristal, est chauffé par bombardement électronique jusqu'à une température supérieure à 1200*C tandis que règne toujours dans la chambre un vide très poussé. Cette opération de chauffage pro- voque une volatilisation et une élimination des impuretés qui con- taminent les surfaces.

   On évapore ensuite du chrome   dansla     chanbre   à vide, et une mince pellicule de chrome se dépose alors sur la sur- face plane ainsi traitée de chaque cristal de carbure de silicium. 



  On constitue ensuite avec les cristaux un ensemble stratifié ou "sandwich" dans lequel les deux surfaces recouvertes de chrome se font mutuellement face, avec interposition d'une feuille de chrome pur de 0,127 mm d'épaisseur entre les deux surfaces recouvertes d'une couche de chrome. On soumet ensuite le sandwich résultant à un gradient de température pur chauffage dans   un*four   à atmosphère d'argon, par exemple en posant ce sandwich sur un bloc de graphite   chauffé :par   induction. Dans ce cas, la   température   du bloc peut être supérieure ou au moins égale à 1900 C, tandis que la surface supé- rieure du sandwich cristallin se trouve à une température notable-      ment supérieure à 1700 C.

   Ceci établit un gradient de température dans le sandwich tout en permettant de maintenir'la totalité de la masse de carbure de silicium à une température inférieure à 2000 C. 



   Dans ces conditions, la couche de chrome forme un eutec- tique à bas point de fusion avec le carbure de silicium, et la zone en fusion résultante se déplace au travers du cristal Inférieur vers la surface plus chaude. (Des variantes de cette technique de constitution de jonctions P-N au moyen d'un "solvant migrateur- se trouvent décrites dans les brevets E.U.A. Nos   2.996.456   et 2.813.048 respectivement déposés les 8 septembre 1958 et   24   juin 1954). 

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  Lorsque la couche de chrome a complètement passé au travers du cris- tal intérieur de carbure de silicium, on fait refroidir le four, on sort le cristal du tour, et l'on en enlève tout chrome restant par meulage. Comme résultat de cette opération, on obtient un   unicris-   tal possédant une jonction P-N abrupte dans le plan de croissance par épitaxie du carbure de silicium inférieur dissous sur le car- bure de silicium supérieur ayant servi de germe. 



   On place ensuite sur la jonction des contacts ohmiques, on la découpe en cubes, et l'on y monte des conducteurs d'amenée et de sortie de courant. Deux tranches .opposées du cristal normales au plan de la jonction sont de préférence   gaulées   et polies de façon à établir une cavité optique dans le plan de la jonstion, cette tech- nique de finition des lasers du type diode-jonction étant bien connue! de l'homme de l'art.   Lorsqu'un   tel cristal est coumis, à la tempéra- ture   ordinaire, à   une densité de courant suffisamment élevée (jus- qu'à 5.000 ampères/cm2), il émet une brillante lumière possédant une longueur d'onde d'environ   4560 #   (correspondant à une transition d'environ 2,72 électron-volts).

   Avec une cavité optique convenable- ment établie, on constate que la lumière obtenue est caractérisée par une largeur de bande extrêmement   @ble,   une grande cohérence spatiale, et un rendement quantique   élevé.   



   On pense qu'un excellent mouillage interfacial est obtenu entre le chrome et le carbure de silicium, et que cela est impor- tant en vue de l'obtention d'une bonne continuité cristalline par épitaxie d'un   unicristal   sur le cristal servant de   germe,   Il faut   souligner   aussi un autre fait!on considère   *on**     important   que la recristallisation du cristal   s'effectue   au-dessous de la température de transition alpha-bêta (environ 2000 C),car cela doit favoriser fer tement la création d'une jonction abrupte avec une Interface cria- tallographique hautement perturbée au niveau de la jonction P-N. 



   Bien que les faces cristallines à nettoyer avant formation du   dépt   de métal-solvant soient nettoyées de la manière la plus avantageuse par chauffage au moyen d'un bombardement électronique 

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 sous vide très   Toussé,   on peut réaliser cette opération de nettoyage par d'autres moyens de chauffage sous vide. 



   Le dépôt du métal-solvant à partir d'une vapeur de ce métal, de préférence du chrome, sur chaque surface établit une rela- tion intime entre les cristaux de carbure de silicium P et N,chacun avec le métal-solvant, afin d'assurer le mouillage interfacial. Pour assurer 'la formation d'une couche de métal-solvant continue, on utilise de préférence une feuille additionnelle du métal-solvant bien   que l'on   puisse omettre une telle feuille si les dépôts de métal formés par condensation de la vapeur sous vide sont établis assez épais. 



   Il convient enfin de mentionner que l'on peut faire migrer le métal solvant aussi bien au travers du cristal P qu'au travers du cristal N pour obtenir une jonction possédant des caractéristiques 
 EMI5.1 
 label'. laser.

Claims

RESUME.

I. L'invention a pour objet une source lumineuse comprenant essentiellement une jonction P-N au carbure de silicium, laquelle source lumineuse est- caractérisée par la particularité suivantes 1) ladite jonction possède une faible chute de tension caractéristique dans le sens conducteur et est capable d'émettre une lumière d'une longueur d'onde d'environ 4560 A lorsqu'elle est pola- risée dans le sens conducteur à la température ordinaire.

II. L'invention a également pour objet une jonction au car- bure de silicium caractérisée par les particularités suivantes, uti- lisées séparément ou en combinaison: 2) elle possède les caractéristiques indiquées en 1 et est caractérise en ce qu'elle possède une jonction P-N abrupte; 3) elle possède une haute densité de dislocation; 4) le cristal est recristallisé au-desous de la température de transition alpha-bêta du carbure de silicium* <Desc/Clms Page number 6> III.

L'invention a encore pour objet une diode-jonction au carbure de silicium caractérisée par les particularités suivantes, utilisées séparément ou en combinaison! 5) elle comporte une jonction telle que décrite en 1; 6) le cristal est formé par recristellisation par épitaxie au moyen d'un solvant migrateur, avec un excellent mouillage intcr- facial entre le solvant et le cristal servant de germe; 7) la région située dans le plan de la jonction possède une haute porosité à l'égard de l'or fondu; 8) le carré de la capacité de la diode est Inversement proportionnel à la tension appliquée; 9) la jonction possède une densité de courant de l'ordre de 105 microampères/cm2 lorsqu'elle est soumise à une polarisation, dans le sens conducteur, aussi faible que 1,5 volt à la température ordinaire;

10) les tranches normales au plan de la jonction sont po- lies,pour ménager une cavité optique, et la lumière émise présente une largeur de bande extrêmement petite et est caractérisée par une grande cohérence spatiale.

IV. L'invention a enfin pour objet un procédé, pour la réalisation d'une jonction au carbure de silicium telle que spécifiée ci -dessus, caractérisé par les particularités suivantes, utilisées séparément ou en combinaison: 11) il consiste essentiellement! à chauffer des surfaces de deux cristaux de carbure de silicium, l'un du type P e t l'autre du type N, à une température élevée et sous vide pour en éliminer des impuretés; à former sur lesdites surfaces un revêtement d'un métal. solvant par évaporation et condensation sous un vide très poussé;

et à placer ces surfaces au contact l'une de l'autre afin qu'il y ait interposition dudit métal-solvant et qu'il se produise une transfor- mation desdits cristaux en un cristal unique dans des conditions de recristallisation par épitaxie; <Desc/Clms Page number 7> 12) on réalise le chauffage, dans une chambre ou règne un vide très pousse, par bombardement électronique, et l'on forme le- dit revêtement dans la même chambre avant que lesdits cristaux soient exposés à des conditions telles qu'ils risquent d'être conta-, minés; 13) on utilise, comme métal-solvant, du chrome.