BRPI0714267A2 - dispositivo semicondutor, mÉtodo de fabricaÇço de uma estrutura semicondutora, mÉtodo de controle do perfil de dopagem de uma junÇço p-n formada em um substrato e mÉtodo de fabricaÇço de uma estrutura semiconsutora - Google Patents

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Abstract

DISPOSITIVO SEMICONDUTOR, MÉTODO DE FABRICAÇçO DE UMA ESTRUTURA SEMICONDUTORA EM UMA CAMADA DO GRUPO DE IV DO TIPO P, MÉTODO PARA CONTROLAR O PERFIL DE DOPAGEM DE UMA JUNÇçO P-N FORMADA EM UM SUBSTRATO, E, MÉTODO DE FABRICAÇçO DE UMA ESTRUTURA SEMICONDUTORA. Trata-se de dispositivos eletrônicos e opto-eletrônicos que têm compostos de III/V epitaxialmete depositados em substratos do grupo IV vicinal e do método para a produção dos mesmos. Os dispositivos incluem uma camada de nucleação de AlAs sobre um substrato de Ge. O substrato do grupo IV contém uma junção p-n cuja mudança das características durante o crescimento epitaxial de camadas contendo As é minimizada pela camada de nucleação de AlAs. A camada de nucleação AlAs provê uma morfologia incrementada dos dispositivos e ummmeio para controlar a posição de uma junção p-n perto da superfície do substrato do grupo IV através da difusão de A e/ou P e perto da base da estrutura de III/V através da difusão minimizada do elemento do grupo IV.

Description

DISPOSITIVO SEMICONDUTOR, MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UMA ESTRUTURA SEMICONDUTORA EM UMA CAMADA DO GRUPO IV DO TIPO P, MÉTODO PARA CONTROLAR O PERFIL DE DOPAGEM DE UMA JUNÇÃO P- N FORMADA EM UM SUBSTRATO, E, MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UMA ESTRUTURA SEMICONDUTORA
O presente pedido de patente reivindica o benefício da prioridade do Pedido de Patente Norte-americano Provisório n° . de Série 60/822.138 depositado em 11 de agosto de 2006, o qual é^ aqui incorporado a título de referência.
CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se de maneira geral à deposição epitaxial de dispositivos eletrônicos e opto- eletrônicos. Mais particularmente, a presente invenção refere-se ã deposição de estruturas de dispositivos eletrônicos e opto-eletrônicos de III/V em substratos do grupo IV.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO A deposição de seqüências de camadas para dispositivos opto/eletrônicos III/V, tais como as células solares de múltiplas junções e os diodos emissores de luz (LEDs), em substratos do grupo IV, é conhecida. As propriedades eletrônicas e ópticas de tais dispositivos estão sendo estudadas extensivamente e a correlação entre estas propriedades e as características da interface de substrato- epicamada está recebendo uma grande atenção. A razão para a atenção dada à interface de substrato-epicamada é que, principalmente, o desempenho destes dispositivos é determinado pela qualidade desta interface.
Quando é depositado um material de III/V, por exemplo, GaAs, epitaxialmente em um substrato do grupo IV, por exemplo, Ge, a formação da seqüência atômica apropriada da camada do grupo III e de camadas do grupo V não é estabelecida imediatamente. Os sítios do grupo IV (átomos de Ge) podem ligar o grupo III ou átomos do grupo V. Na prática, algumas áreas do substrato do grupo IV irão ligar átomos do grupo III e algumas outras áreas irão ligar átomos do grupo V. As regiões limítrofes entre estas áreas de crescimento diferentes causam defeitos estruturais consideráveis, tais como domínios anti-fase, que afetam adversamente o desempenho do dispositivo.
Para reduzir alguns destes eventos indesejados, os substratos do grupo IV são geralmente substratos vicinais com um ângulo de corte que varia de 0 a 15 graus. Estes substratos vicinais oferecem terraços e bordas de degraus onde os átomos podem se ligar com configurações de ligação diferentes, propiciando desse modo uma ordem maior no processo de crescimento.
Nos dispositivos tais como, por exemplo, células solares que têm compostos de III/V depositados epitaxialmente em um substrato do grupo IV, é freqüentemente desejável criar uma parte do próprio dispositivo no substrato do grupo IV mediante a difusão, por exemplo, de uma espécie do grupo V no substrato do grupo IV. Como um exemplo, para as células solares, se um elemento do grupo V for difundido em um substrato de Ge do tipo p, uma região do tipo η é formada, causando uma junção p-n. Esta junção p-n torna-se fotoativa e pode fazer parte de uma célula solar de uma única junção ou de múltiplas junções. No entanto, quando é depositado o composto de III/V a temperaturas de processo típicas (500- 750°C) no substrato de Ge, o elemento do grupo V do composto tende a difundir, com pouco controle, no substrato, desse modo dificultando a formação de uma junção p-n previsível. Nos casos que envolvem substratos de Ge com uma junção p-n pré-existente, tal como poderia ser o caso na hetero- integração de opto/eletrônicos III-V em circuitos eletrônicos de Ge, SiGe e SiC, a deposição de um coir^posto de III/V sobrejacente pode modificar o perfil de dopagem da junção p-n pré-existente, resultando em um desempenho sub-equivalente da junção p-n e do dispositivo. Conseqüentemente, as características elétricas não são facilmente controláveis. Em tais situações, pode se tornar totalmente difícil, quando não impossível, alcançar e manter o perfil de dopagem desejado e as características elétricas da junção p-n do substrato, em que tais características elétricas incluem, no caso das células solares, a voltagem do circuito aberto (Voe). Além disso, os átomos do grupo IV irão difundir do substrato nas camadas de III/V epitaxialmente depositadas. Desse modo, as camadas dentro de 0,5 - 1 μ iniciais da seqüência da camada de III/V podem ser altamente dopadas com o elemento do grupo IV quando a difusão excessiva de átomos do grupo IV não é reduzida através do uso de condições de nucleação materiais apropriados. Os átomos do grupo IV tais como Si e Ge são, nas concentrações moderadas, tipicamente dopadores do tipo η no material semicondutor de III/V. No entanto, devido â sua natureza anfotérica, estes átomos podem causar um grande grau de compensação (incorporação combinada de impurezas dos tipos η e p) quando incorporados a concentrações muito maiores do que 2 χ IO18 cm"3, conduzindo freqüentemente a uma forte deterioração das propriedades elétricas e ópticas da camada do semicondutor hospedeiro.
A patente norte-americana- n°. 6.380.601 Bl concedida a Ermer et al., indicada daqui por diante como Ermer, ensina a deposição de GaInP em uma camada de interface n-dopada em um substrato de Ge do tipo ρ e a deposição subseqüente de um composto binário de GaAs na camada de GaInP. O fósforo da camada de GaInP tende a não difundir tão profundamente no substrato de Ge como o arsênico de uma camada de GaAs deve fazer. Desse modo, a dopagem de fósforo e a deposição subseqüente da camada de GaInP permitem um melhor controle do perfil de dopagem da camada do tipo η do substrato de Ge e, conseqüentemente, conduz a um melhor controle das características elétricas da junção p-n formada no substrato de Ge. No entanto, o problema em ter uma camada ' 5 interfacial de GaInP na interface do substrato de Ge é que a morfologia dos dispositivos preparados sob condições de
ν
processos epitaxiais típicas para estes materiais não é ideal: os defeitos abundam freqüentemente. Deve parecer que as condições extremas de nucleação !temperatura, taxa de deposição, superpressão do grupo V) da camada interfacial de GaInP são requeridas a fim de se obter dispositivos com uma morfologia apropriada.
Portanto, é desejável a obtenção de um método para a fabricação de dispositivos semicondutores que tenham um composto de III/V depositado epitaxialmente em um substrato do grupo IV sob condições de processos epitaxiais típicas, em que os dispositivos do grupo IV têm uma morfologia apropriada e o método permite um melhor controle sobre as propriedades ópticas e elétricas da interface bem como da camada da
2 0 difusão no substrato do grupo IV.
DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO Um objetivo da presente invenção consiste em eliminar ou mitigar pelo menos uma desvantagem dos dispositivos precedentes que têm camadas de III/V epitaxiais em um substrato do grupo IV.
Em um primeiro aspecto, a presente invenção apresenta um dispositivo semicondutor que compreende uma camada do grupo IV; e uma camada de nucleação formada sobre a camada do grupo IV. A camada de nucleação inclui um composto
3 0 de III-V que tem pelo menos o alumínio (Al) como um elemento
do grupo III e pelo menos um dentre o arsênico (As) , o nitrogênio (N) e o antimônio (Sb) como um elemento do grupo V. Em um segundo aspecto, a presente invenção apresenta um método de fabricação de uma estrutura de semicondutor em uma camada do grupo IV. O método compreende uma etapa de dar formação de uma camada de nucleação na camada do grupo IV, em que a camada de nucleação inclui um composto de III-V que tem pelo menos o alumínio (Al) como um elemento do grupo III e pelo menos um dentre o arsênico (As) , o nitrogênio (N) e o antimônio (Sb) como um elemento do grupo V. 0 método compreende adicionalmente uma etapa de formação de uma primeira camada de composto de III-V sobre a camada de nucleação.
Em um terceiro aspecto, a presente invenção apresenta um método de controle do perfil de dopagem de uma junção p-n formada em um substrato do grupo IV. O método compreende uma etapa de formação de uma camada de nucleação sobre o substrato do grupo IV, em que a camada de nucleação inclui um composto de III-V que tem pelo menos o alumínio (Al) como um elemento do grupo III e pelo menos um dentre o arsênico (As) , o nitrogênio (N) e o antimônio (Sb) como um elemento do grupo V. 0 método compreende adicionalmente uma etapa de formação de uma camada de composto de III-V sobre a camada de nucleação, em que a camada de nucleação é para controlar a difusão de elementos do grupo V ao substrato do grupo IV e para controlar a difusão de elementos do grupo IV
do substrato do grupo IV.
Outros aspectos e características da presente invenção tornar-se-ão aparentes aos elementos versados na técnica com uma revisão da descrição a seguir das realizações específicas da invenção conjuntamente com as figuras em anexo.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
As realizações da presente invenção serão descritas agora, apenas a título de exemplo, com referência às figuras em anexo, nas quais:
a Figura 1 é uma vista lateral de uma realização da presente invenção;
as Figuras 2A e 2B são fotografias das realizações 1 5 da presente invenção com espessuras diferentes de uma camada de nucleação de AlAs;
a Figura 3 é uma medição da turvação da realização da Figura 1 como uma função da espessura da camada de
nucleação de AlAs; ----------------- ---------
a Figura 4 é um ilustração do processo de deposição
de AlAs em um substrato de Ge vicinal;
a Figura 5 é um gráfico de dados de SIMS para espécies atômicas diferentes da estrutura da realização da Figura 1 quando a espessura da camada de AlAs é igual a zero; a Figura 6 é um gráfico de dados de SIMS para
espécies atômicas diferentes da estrutura da realização da
o
Figura 1 quando a espessura da camada de AlAs é de 11,6 A;
a Figura 7 é um fluxograma de um método da presente
invenção;
a Figura 8 é um gráfico de dados de SIMS para o
fósforo como uma função da espessura de AlAs para a estrutura da realização da Figura 1;
a Figura 9 é um gráfico de dados de SIMS para o arsênico como uma função da espessura de AlAs para a - 25 estrutura da realização da Figura 1;
a Figura 10 é um gráfico de dados de SIMS para o Ge como uma função da espessura de AlAs para a estrutura da realização da Figura 1;
a Figura 11 mostra a concentração de fósforo como 3 0 uma função da profundidade da amostra para quatro espessuras diferentes de AlAs para a estrutura da realização da Figura 1; a Figura 12 mostra a concentração de arsênico como uma função da profundidade da amostra para quatro espessuras diferentes de AlAs para a estrutura da realização da Figura 1;
a Figura 13 mostra a concentração de Ge como uma função da profundidade da amostra para quatro espessuras diferentes de AlAs para a estrutura da realização da Figura 1;
a Figura 14 é um gráfico da corrente versus a voltagem de uma célula fotovoltaica que tem uma estrutura similar àquela mostrada na realização da Figura 1; e
a Figura 15 é uma série de gráficos da corrente versus a voltagem para as células fotovoltaicas fabricadas sem uma camada de nucleação de AlAs e as células fotovoltaicas fabricadas com uma camada de nucleação de AlAs.
DESCRIÇÃO DETALHADA De maneira geral, a presente invenção apresenta um método de fabricação de dispositivos eletrônicos ou opto- eletrônicos que têm um substrato do grupo IV sobre o qual uma estrutura de camada de III/V é depositada. 0 método permite a manufatura de dispositivos com morfologia incrementada e perfis de dopagem controlados de constituintes do grupo V no substrato do grupo IV e constituintes do grupo IV nas camadas de III/V.
A Figura 1 mostra uma estrutura de semicondutor de três junções que incorpora a presente invenção. Tal estrutura pode ser utilizada em células solares de múltiplas junções, por exemplo, células solares de três junções. Além disso, tal como será compreendido imediatamente por um elemento versado na técnica, estruturas similares podem ser utilizadas em diodos emissores de luz (LEDs) e em outros dispositivos eletrônicos e/ou opto-eletrônicos. Uma camada de AlAs 22 com uma espessura tx é depositada sobre um substrato de Ge vicinal 20. Conforme será compreendido por um elemento versado na técnica, o termo "vicinal" refere-se aqui a um plano de cristal que é orientado próximo a um plano fundamental. 0 ângulo do substrato de Ge vicinal pode variar '5 de 0 a 20 graus; a orientação de cristal do substrato de Ge pode ser, por exemplo, de 6 graus ao plano <111> mais próximo ou qualquer outra orientação apropriada. Sobre a camada de AlAs 22 há uma camada GaInP 24 que tem uma espessura t2 e uma camada de GaAs 26 que tem uma- espessura t3. A deposição da camada de AlAs 22, da camada de GaInP 24 e da camada de GaAs 26 pode ser obtida através de quaisquer meios apropriados tais como: deposição de vapor químico orgânico de metal (MOCVD) , epitaxia de feixe químico (CBE) , epitaxia de feixe molecular (MBE), epitaxia de fase sólida (SPE), epitaxia de fase do vapor de hidreto, ou por outras sistemas híbridos similares ou combinações dos mesmos. Embora um substrato de Ge 2 0 seja ilustrado, quaisquer outros substratos do grupo IV ... apropriados tais. como, por exemplo, substratos de Si, SiGe ou SiC, também podém ser utilizados. Além disso, tal como será ' 20 compreendido por um elemento versado na técnica, o acima = exposto também =se aplica nos casos onde, em vez de um
substrato do grupo IV, é utilizado um dispositivo que requer a transição de um material do grupo IV a um composto de III- V. Similarmente, a camada de AlAs pode ser substituída, sem que se desvie do âmbito da presente invenção, por outras ligas de semicondutores de composto de III-V com uma concentração elevada de Al tais como., por exemplo, AlN, AlSb ou Al (Ga)As.
Nas Figuras 2A e 2B, a morfologia da estrutura 18 é 3 0 comparada para duas espessuras diferentes tx da camada de AlAs 22. Nas Figuras 2A e 2B, uma estrutura de teste 28 corresponde â estrutura 18 com ti = 0 e uma estrutura de teste 3 0 corresponde à estrutura de teste 18 com camadas de AlAs com ti = 4. As Figuras 2A e 2B mostram fotografias microscópicas da superfície superior das estruturas de teste 28 e 30 onde em cada caso t2 = 0,025 μτη e t3 = 0,2 μιη. As estruturas de teste 2 8 e 3 0 foram fabricadas por MOCVD a temperaturas que variam de 650 a 730°C com taxas de deposição de GaAs7 GaInP e AlAs respectivamente iguais a 4 pm/h, 0,8 pm/h e 0,7-0,42 pm/h.
Conforme observado na Figura 2A (GaInP sobre Ge), o número de defeitos, mostrados como salpicos brancos, é muito mais elevado do que na Figura 2B (AlAs sobre Ge) . A densidade dos defeitos é da ordem de milhares por cm2 na Figura 2A, e essencialmente 0 na Figura 2B. Este tipo de defeito é totalmente ausente na Figura 2B. 0 salpico grande na região central da Figura 2B é atribuído a uma partícula estranha na estrutura de teste 30, que não é inerente ao processo de nucleação.
0 gráfico da Figura 3 mostra uma curva da turvação para as estruturas 18 como uma função de tx, a espessura da camada de AlAs 22. A medição foi feita com um aparelho de medição de turvação Surfscan™ manufaturado pela KLAcTencor da Califórnia. Fica muito evidente na curva de turvação que a adição de apenas uma fração de uma monocamada de AlAs melhora bastante a morfologia da superfície da estrutura 18.
A razão para esta melhoria na morfologia dos compostos de III/V depositados sobre substratos de Ge vicinais com uma camada de AlAs intermediária 22 entre os compostos subseqüentes de III/V é atribuível ao que segue. Conforme mostrado nas Figuras 4A e 4B, os átomos de Al são relativamente pequenos com respeito aos átomos de As. Dessa maneira, os átomos de Al têm um potencial eletroquímico que favorece o seu posicionamento nos degraus 4 0 presentes no substrato de Ge vicinal 20. Desse modo, a introdução de Al e As na câmara de crescimento e o transcorrer de um tempo suficiente vai permitir ver os degraus 40 ocupados predominantemente por átomos de Al, contanto que a energia de superfície seja suficientemente alta para permitir reconfigurações de superfície devido à temperatura do substrato. Isto permite o estabelecimento de uma seqüência homogênea de crescimento, que conduz a amostras morfologicamente eficientes, tal como mostrado na Figura 2B em que a seqüência de nucleação estabelecida corretamente e, portanto, os defeitos do domínio anti-fase— foram bastante reduzidos. Este processo é conhecido como um processo de nucleação e, no caso ilustrado nas Figuras 4A e 4B, pode ocorrer nas temperaturas típicas na deposição de camadas epitaxiais de AlAs (por exemplo, 650-730°C).
A Figura 5 mostra uma medição secundária de espectroscopia de massa de íons (SIMS) executada em uma estrutura de teste similar àquela da estrutura de teste 28 da Figura 2A, isto é, a estrutura 18 com ti = 0 . A linha 50 indica o limite entre o substrato de Ge 20 e o composto de III/V. Conforme observado nas curvas de SIMS da Figura 5, as massas atômicas 72 (Ge), 75 (As), 31 (P), 27 (Al); 69 (Ga) e 115 (In) são medidas como uma função do tempo de exposição a um feixe de átomos de Cs acelerados por uma voltagem de 3 quilovolts. Uma faixa de profundidade que relaciona o tempo de exposição à profundidade sondada pelo feixe de SIMS é mostrada. É digno de na nota o fato que o isótopo de germânio 72 é medido em vez do germânio 74 predominante. Isto é feito a fim de evitar qualquer interferência com a medição de As, que tem uma massa atômica igual a 75.
Conforme indicado pela região 52 do gráfico, a difusão de P ocorre no substrato de Ge e domina a difusão de todas as outras espécies. Isto conduz a níveis elevados de condutividade do tipo η no substrato de Ge, que não sao sempre desejáveis. A presença de tais níveis de P no substrato de Ge pode conduzir a baixas voltagens de ruptura reversas, que não são toleráveis. Em tais estruturas, a difusão de P no substrato de Ge só pode ser controlada através da temperatura e da espessura (tempo de crescimento) da camada de nucleação de GaInP no substrato de Ge. Isto acarreta um controle muito difícil dos parâmetros da junção p-n no substrato de Ge.
Conseqüentemente, estruturas tais como aquelas mostradas na Figura 2A onde ti = 0, isto é, estruturas que têm GaInP depositado diretamente sobre um substrato de Ge a uma temperatura que varia de 650 a 730°C a uma taxa de crescimento de 0,8 μπι/h, não somente exibem qualidades morfológicas pobres, mas também têm uma dopagem do tipo η essencialmente incontrolável profunda no substrato de Ge. Nos casos onde o perfil de dopagem é aceitável, a morfologia pobre dos dispositivos resultantes irá resultar tipicamente em um desempenho opto-eletrônico inferior.
A Figura 6 mostra as medições de SIMS feitas na estrutura de teste 3 0 da Figura 2B, isto é, a amostra que tem monocamadas com ti = 4 (de AlAs) sobre o substrato de Ge 20. A linha 50 indica o limite entre o substrato de Ge 20 e o composto de III/V. Conforme observado nas curvas de SIMS da Figura 6, as massas atômicas de 72 (Ge), 75 (As), 31+31+31 (P de íon triplo) , 69 (Ga) e 115 (In) são medidas como uma função de tempo de exposição a um feixe de átomos de Cs acelerados por uma voltagem de 3 quilovolts.
Claramente, a difusão de P no substrato de Ge é muito menor do que aquela mostrada na Figura 5. A profundidade da difusão de P no substrato de Ge é de aproximadamente 0,02 μιτι e a difusão de As no substrato de Ge é de aproximadamente 0,10 μιη. Desse modo, quando são fabricadas estruturas similares ã estrutura 18 para células solares, diodos emissores de luz ou outros dispositivos opto- eletrônicos ou eletrônicos, é muito mais fácil de controlar o perfil de dopagem no substrato de Ge quando uma liga com um elevado teor de Al, tal como AlAs, é utilizada para a camada de nucleação.
A Figura 7 ilustra etapas de processamento para estruturas tais como a estrutura 18 da Figura 1. Na etapa 60, uma camada de nucleação que contem AlAs é formada sobre um substrato do grupo IV do tipo p. Na etapa 62, a deposição epitaxial de uma camada de III/V contendo fósforo é executada juntamente com a formação de uma junção p-n perto da superfície do substrato. Isto é seguido pela etapa 64, onde a deposição epitaxial de materiais semicondutores adicionais é executada tal como necessário.
As Figuras 8-10 mostram dados de SIMS adicionais tomados nas estruturas similares à estrutura 18 para quatro espessuras diferentes ti da camada de AlAs 22. A Figura 8 é um perfil de P que mostra quanto a difusão de fósforo no substrato de Ge é reduzida com uma espessura de AlAs de apenas 1,4 Á. A Figura 9 é um perfil de As que mostra uma difusão muito pequena de As no substrato de Ge. A Figura 10 é um perfil de Ge que mostra que a presença da camada de AlAs reduz significativamente a difusão externa de Ge na parte da base das camadas de III/V. O Ge é tipicamente um dopador do tipo η em materiais de III/V. A difusão externa intensificada de Ge irá impedir a colocação de uma junção p-n perto da camada de nucleação. Cada uma das Figuras 8-10 mostra um traço do perfil de massa de AlAs para identificar a localização da interface para a estrutura depositada com ti = l,4Âati=5Â. No exemplo da estrutura 18 depositada com ti = 0, não há obviamente nenhum Al detectado na interface, mas a sua localização dentro do semicondutor pode ser aproximada do perfil de 72Ge ou 31P. As Figuras 11-13 mostram o mesmo conjunto de dados, mas desta vez analisados versus os padrões substanciais que permitem a conversão do tempo de bombardeamento iônico para a profundidade do perfil e taxas de contagem para concentrações atômicas (corrigidas para a "5 abundância relativa de isótopos amostrados). Tal como nas Figuras 8-10, elas mostram o efeito da espessura da camada de AlAs na concentração atômica de P, Ge e As, respectivamente, como uma função da profundidade da amostra. Uma linha pontilhada vertical marca o limite entre a camada de IIII-V e o substrato de Ge. A Figura 11 mostra como a difusão de P no substrato de Ge é reduzida com um aumento na espessura da camada de AlAs. A Figura 12 mostra como a difusão de As no substrato de Ge pode ser talhada mediante a escolha de uma espessura apropriada da camada de AlAs. A Figura 13 mostra como a difusão de Ge na camada de III-V é reduzida com um aumento na espessura da camada de AlAs. Uma monocamada de AlAs é suficiente para que a concentração atômica de Ge caia até ou mesmo abaixo de 1 χ IO17 cm"3 dentro de 150 nm da interface com o substrato de Ge.
2 0 A Figura 14 mostra a corrente traçada como uma
função da voltagem para uma célula solar de Ge que tem uma
/
estrutura similar a 18. Esta célula solar de Ge tem uma voltagem de circuito aberto (Voc) de 0,247 mV, uma resistência a Voc de 7,2 ohms, uma densidade de corrente de ,25 curto-circuito (Jsc) de -36 mA/cm2, uma resistência serial de 2 ohms e um fator de suficiência de 60,5%, em que o fator de suficiência é uma medida do quadrado da curva de corrente/voltagem. Estes parâmetros são indicativos de um diodo de Ge que tem um bom desempenho.
3 0 A Figura 15 mostra uma série de curvas da corrente
como uma função da voltagem para as células solares de Ge
fabricadas com e sem uma camada de nucleação de AlAs. Duas
i
curvas de corrente/voltagem de células solares sem uma
1 ■ nucleação de AlAs são indicadas pela seta. Para estas células, a Voc = 280 mV, JSc = "36 mA/cm2, a resistência serial é de 2 ohms e o fator de suficiência é de 63%. Também é indicativa de um bom desempenho do diodo na polarização de ' 5 avanço, porém, tal como indicado pela seta, a voltagem de ruptura reversa é muito pobre (aproximadamente -0,2 V) . As curvas de corrente/voltagem das células solares que têm uma camada de nucleação de AlAs são aquelas que não mostram uma voltagem de ruptura, demonstrando que a nucleação com AlAs propicia um desempenho total de diodo superior. Ainda mais importante é a morfologia mais suave obtida no caso quando a camada de nucleação de AlAs é utilizada, uma vez que isto será tipicamente crítico para o desempenho dos 'outros elementos ativos a serem crescidos acima desta junção p/n, tal como é feito tipicamente, por exemplo, nas células solares.
Embora as realizações exemplificadoras . acima mostrem o crescimento de estruturas de III/V sobre substratos de Ge, um elemento versado na técnica irá compreender
2 0 imediatamente que outros tipos de substratos do grupo IV
podem ser utilizados. Similarmente, embora um composto de AlAs binário tenha sido mencionado como uma camada de nucleação, deve ser compreendido que compostos de III/V ternários ou quaternários que contêm AlAs também podem ser utilizados como camadas de nucleação sem que se desvie do âmbito da presente invenção. Conforme será compreendido por um elemento versado na técnica, a presente invenção é igualmente aplicável ã fabricação de dispositivos em todos os tipos de substratos do grupo IV com ou sem a inclusão de uma
3 0 junção p-n. Além disso, tal como será compreendido pelo
elemento versado na técnica, outras combinações de compostos de III-V poderiam ser substituídas em lugar de AlAs quando há uma diferença significativa no tamanho, ou no potencial eletroquímico para a ligação de superfície, entre os átomos do grupo III e do grupo V. Tais compostos de III-V incluem, por exemplo, AlN, AlSb, ou BAs, BSb, GaN, GaSb, InN ou InAs. Conforme será compreendido por um elemento versado na . '5 técnica, embora a descrição acima se refira a substratos do grupo IV do tipo p, outros tipos de substratos do grupo IV podem ser utilizados. Tais substratos incluem substratos do tipo n, não-dopados e semi-isolantes.
A presente invenção apresenta um método de fabricação de dispositivos eletrônicos ou opto-eletrônicos que têm um substrato do grupo IV sobre o qual uma estrutura de camada de III/V é depositada. O método permite a manufatura de dispositivos com morfologia incrementada e perfis de dopagem controlados de constituintes do grupo V no substrato do grupo IV e constituintes do grupo IV nas camadas de Ill/V. Os dispositivos fabricados de acordo com a presente invenção têm características de voltagem de ruptura reversa muito boas, bem como excelentes características de polarização de avanço, além de uma morfologia suave que é ideal para a epitaxia de camadas ativas adicionais acima da junção p/n produzida ou não durante a seqüência de nucleação.
As realizações descritas acima da presente invenção se prestam somente como exemplos. Os elementos versados na técnica podem fazer alterações, modificações e variações nas realizações particulares sem se desviarem do âmbito da invenção, que é definido unicamente pelas reivindicações anexas.

Claims (36)

1. DISPOSITIVO SEMICONDUTOR, caracterizado pelo fato de compreender: uma camada de germânio do tipo p; e uma camada de nucleação formada sobre a camada de germânio do tipo p, em que a camada de nucleação inclui um composto III-V binário selecionado do grupo que consiste em AlAs, AlSb, AlN, BAs, BSb, GaN, GaSb, InN, e InAs; e uma primeira camada de compostos III-V formada sobre a camada de nucleação, em que a primeira camada de compostos III/V inclui pelo menos um dentre GaInP, AlInP e AlGaInP, a camada de germânio do tipo ρ tem uma região n- dopada adjacente ã camada de nucleação, a região n-dopada inclui átomos do grupo V difusos da primeira camada de compostos III-V, em que uma concentração dos átomos do grupo V difusos da primeira camada de compostos III-V é uma função de uma espessura da camada de nucleação, a primeira camada de compostos III-V tem uma região adjacente â camada de nucleação que inclui átomos de germânio difusos da camada de germânio do tipo p, em que a região adjacente à camada de nucleação inclui átomos de germânio que têm uma concentração atômica de germânio que depende da espessura da camada de nucleação, e o dispositivo semicondutor tem uma morfologia que é substancialmente livre de defeitos.
2. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a concentração atômica de germânio é menor do que, IxlO18Cm"3 a uma distância de substancialmente 15 0 nm da camada de nucleação.
3. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a concentração dos átomos do grupo V difusos da primeira camada de compostos III-V na camada de germânio do tipo ρ é menor ou substancialmente igual a IxlO18Cm"3 a uma distância de substancialmente 600 nm da camada de nucleação.
4. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente uma segunda camada de compostos III-V formada na primeira camada . " 5 de compostos III/V.
5. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a segunda camada de compostos III-V inclui GaAs.
6. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, 10 caracterizado pelo fato de que a camada de germânio do tipo ρ tem uma junção p-n próxima à camada de nucleação.
7. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo é um dispositivo eletrônico.
8. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o dispositivo eletrônico é um dispositivo optoeletrônico.
9. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o dispositivo optoeletrônico é uma célula solar ou um diodo emissor de luz.
10. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a camada de germânio do tipo ρ é um substrato de germânio do grupo IV do tipo p.
11. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o substrato do grupo IV do tipo ρ é um substrato vicinal.
12. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o substrato vicinal tem um ângulo que variar 0 a 20 graus.
13. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma dentre a camada de nucleação, a primeira camada de compostos III/V e a segunda camada de compostos III/V é formada por um processo de crescimento epitaxial.
14. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma espessura da camada de nucleação varia de 1 a 20 monocamadas.
15. MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UMA ESTRUTURA SEMICONDUTORA EM UMA CAMADA DO GRUPO IV DO TIPO P, em que O método é caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: formação de uma camada de nucleação sobre a camada do grupo IV do tipo p, em que a camada de nucleação inclui um composto III-V selecionado do grupo que consiste em AlAs, AlSb AlN, BAs, BSb, GaNi GaSb, inN, e InAs; e formação de uma primeira camada de compostos III-V sobre a camada de nucleação, em que a primeira camada de compostos III/V inclui pelo menos um dentre GaInP, AlInP e AlGaInP7 a camada de germânio do tipo ρ tem uma região n- dopada adjacente ã camada de nucleação, em que a região n- dopada inclui átomos do grupo V difusos da primeira camada de compostos III-V, em que uma concentração de átomos do grupo V difusos da primeira camada de compostos III-V é uma função de uma espessura da camada de nucleação, a primeira camada de compostos III-V tem uma região adjacente à camada de nucleação que inclui átomos de germânio difusos da camada de germânio do tipo p, em que a região adjacente à camada de nucleação inclui átomos de germânio que têm uma concentração atômica de germânio que depende da espessura da camada de nucleação, e uma morfologia da estrutura semicondutora é substancialmente livre de defeitos.
16. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente uma etapa de formação de uma segunda estrutura da camada de compostos III/V na primeira camada de compostos IIl/V.
17. MÉTODO DE CONTROLE DO PERFIL DE DOPAGEM DE UMA JUNÇÃO P-N FORMADA EM UM SUBSTRATO, em que o método é caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: formação de uma camada de nucleação em um substrato do grupo IV, em que a camada de nucleação inclui um composto III-V binário selecionado do grupo que consiste em AlAs, b 5 AlSb, AlN, BAs, BSb, GaN, GaSb, inN, e InAs; e formação de uma camada de compostos III-V sobre a camada de nucleação, em que a camada de compostos III-V inclui pelo menos um dentre GaInP, AlInP e AlGaInP, e a camada de nucleação é para controlar a difusão de elementos__ do grupo V para o substrato do grupo IV e para controlar a difusão de elementos do grupo IV para fora do substrato do grupo IV.
18. DISPOSITIVO SEMICONDUTOR, caracterizado pelo ~ fato de compreender: rl5 uma camada do grupo IV que inclui um dentre silício (Si) e carboneto' de silício (SiC) ; e uma camada de nucleação formada sobre a camada do ' I grupo IV, em que a camada de nucleação inclui um composto III-V que tem pelo menos o alumínio (Al) como um elemento do grupo III e pelo menos um dentre o arsênico (As) e o « antimônio (Sb) como um elemento do grupo V.
19. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o composto IIII-V inclui adicionalmente·pelo menos um dentre o gálio (Ga) e índio (In) como um elemento do grupo III.
20. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente uma < primeira camada de compostos III-V formada sobre a camada de nucleação. |
21. i DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 20,
22. Missing caracterizado !pelo fato de> que a primeira camada de compostos III/V inclui pelo menos um dentre GaInP, AlInP e AlGaInP. i caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente uma segunda camada de compostos III-V formada na primeira camada de compostos III/V.
23. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que a segunda camada de compostos III-V inclui GaAs.
24. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a camada do grupo IV tem uma junção p-n próxima à camada de nucleação. _
25. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a camada do grupo IV é uma dentre uma camada do tipo p, uma camada do tipo n, e uma ι camada não dopada.
26. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o dispositivo é um dispositivo eletrônico.
27. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que o dispositivo eletrônico- é um dispositivo optoeletrônico. τ
28. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que o dispositivo optoeletrônico é uma célula solar ou um diodo emissor de luz.
29. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de .que a camada do grupo IV é um substrato do grupo IV.
30. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que o substrato do grupo IV é um substrato vicinal.
31. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que o substrato vicinal tem um ângulo que varia de 0 a 20 graus.
32. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma dentre a camada de nucleação, a primeira camada de compostos III/V e a segunda camada de compostos III/V é formada por um processo de crescimento epitaxial.
33. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que uma espessura da camada de nucleação varia de 1 a 20 monocamadas.
34 . MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UMA ESTRUTURA SEMICONDUTORA, em que o método é caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: formação de uma camada de nucleação sobre uma camada do grupo IV, em que a camada do grupo IV inclui um dentre silício (Si) e carboneto de silício (SiC), a camada de nucleação inclui um composto III-V que tem pelo menos o alumínio (Al) como um elemento do grupo III e pelo menos um dentre o arsênico (As) e o antimônio (Sb) como um elemento do grupo V; e formação de uma primeira camada de compostos III-V sobre a camada de nucleação.
35. MÉTODO, de acordo com a reivindicação -34, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmenté uma; etapa de formação de uma segunda estrutura da camada'-de ^ compostos III/V sobre a primeira camada de compostos III/V.
36. MÉTODO DE CONTROLE DO PERFIL DE DOPAGEM DE UMA JUNÇÃO P-N FORMADA EM UM SUBSTRATO, em que o método é caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: formação de uma camada de nucleação sobre um substrato do grupo IV, em que o substrato do grupo IV inclui um dentre silício (Si) e carboneto de silício (SiC), e a camada de nucleação inclui um composto III-V que tem pelo menos o alumínio (Al) como um elemento do grupo III e pelo menos um dentre o arsênico (As) e o antimônio (Sb) como um elemento do grupo V; e formação de uma camada de compostos III-V sobre a camada de nucleação, em que a camada de nucleação é para controlar a difusão de elementos do grupo V para o substrato do grupo IV e para controlar a difusão de elementos do grupo IV para fora do substrato do grupo IV.
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