EP2577719A1 - Method for removing residual extrinsic impurities in an n type zno or znmgo substrate, and for accomplishing p type doping of said substrate - Google Patents

Method for removing residual extrinsic impurities in an n type zno or znmgo substrate, and for accomplishing p type doping of said substrate

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EP2577719A1
EP2577719A1 EP11722473.3A EP11722473A EP2577719A1 EP 2577719 A1 EP2577719 A1 EP 2577719A1 EP 11722473 A EP11722473 A EP 11722473A EP 2577719 A1 EP2577719 A1 EP 2577719A1
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EP
European Patent Office
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substrate
getter
type
zno
znmgo
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11722473.3A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Isabelle Bisotto
Guy Feuillet
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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    • H01L21/46Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/428
    • H01L21/477Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
    • HELECTRICITY
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    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005Processes
    • H01L33/0083Processes for devices with an active region comprising only II-VI compounds

Definitions

  • the invention relates to a method for at least partly removing residual extrinsic impurities in a n - type ZnO or ZnMgO substrate, and for performing a p - type doping of this substrate.
  • the invention relates to a method for purifying a n-type ZnO and / or ZnMgO substrate to reduce or eliminate extrinsic impurities from the substrate for p-type doping of at least a portion of the substrate. substrate, this purification process using phosphorus as a reactive species.
  • the invention furthermore relates to a process for preparing a p-type at least partially doped ZnO and / or ZnMgO substrate comprising at least one step of purifying a ZnO and / or ZnMgO substrate.
  • type n by said purification process, but in which one or more reactive species are used which are not limited to phosphorus alone.
  • the technical field of the invention can be broadly defined as that of the preparation, manufacture of p-doped ZnO or ZnMgO substrates, from n-type substrates. Note that the terms "substrate ZnO or ZnMgO n 'imply no limitation including the nature and shape of this substrate.
  • the substrate that could possibly be described as “structure” may be a "massive" ZnO or ZnMgO substrate with a thin or thick epitaxial layer of ZnO or ZnMgO, or even a “massive” ZnO substrate. or ZnMgO on which a thin or thick layer of ZnO or ZnMgO was epitaxially grown.
  • substrate any ZnO or ZnMgO type material, whether it is derived from solid material or that it consists of layer (s) epitaxied (s) ZnO or ZnMgO, with or without quantum well structure and deposited on any type of material other than ZnO or ZnMgO.
  • the substrate may comprise, for example, an alternation of ZnO and ZnMgO layers with or without a quantum well structure.
  • ZnO has two advantages of ZnO are its large "gap” with ultraviolet emission and its high excitonic band energy of 60 meV.
  • ZnO is an intrinsic n-type semiconductor and its concentration of impurities of the type
  • the donor varies according to the synthesis method used: hydrothermal synthesis, organometallic vapor phase epitaxy (“MOVPE”), molecular beam epitaxy (“MBE”).
  • MOVPE organometallic vapor phase epitaxy
  • MBE molecular beam epitaxy
  • a junction that is to say a homo-junction or a pn hetero-junction, namely to grow the large gap material ZnO and / or ZnMgO p-type on ZnO and / or n-type ZnMgO.
  • homo-junction is meant that the two materials constituting the junction are identical, for example the two materials are both ZnO or ZnMgO; and by hetero-junction, it is meant that the two materials constituting the junction are different.
  • This doping step is crucial for the production of optoelectronic components but it remains very difficult to obtain quality p-n junctions.
  • the p-type doping process goes through a step of compensation of the activated residual donors of the material by the introduction of acceptors.
  • P-type doping can be obtained by in-situ doping.
  • the electroluminescence signal resulting from this structure is however very weak and spread over a wide spectral range from violet to green.
  • WO-A1-2007 / 117158 discloses ion implantation of a p-type layer to a maximum depth of 100 nm in an n-type ZnO substrate.
  • This low energy implantation (from 1 keV to 100 keV) is followed by a rapid thermal annealing by electron beam under vacuum.
  • the potential acceptors are introduced to a small thickness, namely to a thickness of less than 100 nm, in the near surface, which is an area of the material known to be highly reactive.
  • the estimated thickness of this n-type conductivity layer can be up to about ten nanometers and increases gradually with the time, which introduces a p doping instability obtained by this method and makes it difficult to control.
  • the injected carriers can recombine at the surface of the material and not at the junction and thus significantly reduce the effectiveness of the component.
  • the technique of "gettering” (or trapping in French), consists of reducing or eliminating metallic impurities in the active regions of the electronic devices by trapping them in the secondary zones. It is widely used in microelectronics in the active area of silicon-based devices to reduce the concentration of metals such as iron. Indeed, the metal impurities are identified as being at the origin of the formation of deep levels degrading the electronic and / or opto ⁇ electronic silicon components.
  • the creation of a "getter” zone outside the active zone of the devices makes it possible to obtain electrical characteristics of much better quality: in particular, it is observed that the leakage current of the diodes is greatly reduced and the breakdown voltages increased.
  • the "gettering” can be done by various processes, among which may be mentioned for example the diffusion of boron or phosphorus opposite back of the silicon, the damage of the substrate by laser irradiation and finally the ion implantation [5].
  • lithium can be identified as one of the main problems for the control of ZnO and / or ZnMgO and especially of its p-type doping. Indeed, the "gettering" of lithium by the acceptors implanted or introduced by in-situ doping, or by the defects, for example implantation defects will totally or partially prevent the activation of acceptors and probably create centers of non-radiative recombinations.
  • the "gettering" zone is a phosphorized glass deposited on the surface of the sample to be treated (source POCI 3 ).
  • High quality p doping generally means that the substrate thus doped has a high carrier density and mobility.
  • reactive species having a high chemical reactivity with at least one residual extrinsic impurity is generally understood to mean that this species is capable of creating strong bonds with at least one of the residual extrinsic impurities. Generally, the strong bonds are not affected by the annealing and residual extraneous impurities thus trapped are not released during annealing.
  • the purification process also uses the phenomenon of exo-diffusion.
  • At least one reactive species is implanted in ZnO: this implantation will create crystalline defects; trapping is achieved by the formation of weak bonds between the pendant bonds of the crystalline defects and residual extrinsic impurities. With annealing, the weak bond will be broken and the residual extrinsic impurities will be released and will migrate out of the "getter" zone, generally to at least one surface of the substrate.
  • volume of the substrate By “volume” of the substrate, one generally understands the rest of the substrate that is to say the part that is not the “getter” zone, for example it may be the part of the substrate, such as one or more layers, underlying the "getter” zone.
  • the residual extrinsic impurities belong to the group consisting of metals and hydrogen.
  • the residual extrinsic impurities belong to the group consisting of lithium and hydrogen.
  • the reactive species is (are) chosen from the reactive species and / or acceptor of ZnO and / or ZnMgO, and the "getter" zone is n-type conductive or p, or semi-insulating or insulating.
  • a pn-homo or pn-hetero-junction diode in fact, one may have, for example, a ZnO substrate and make epitaxial growth of ZnO or ZnMgO (heterojunction) or one may have, for example, a ZnO substrate and make a ZnO (homo-junction) growth having a "gettering" zone and preferably giving a light emitting signal in the range. ultraviolet light.
  • An example of a p-n junction diode is shown in FIG. 4.
  • an acceptor and / or donor reactive species in ZnO and / or ZnMgO will preferably be used for this purpose.
  • the "getter” zone may be insulating, and any other "getter” species for ZnO and / or ZnMgO may be used.
  • this "getter” zone must preferably be of crystalline quality at least equivalent to the crystalline quality of the material before the formation of the getter zone.
  • the material of the "getter" zone is not limited to materials that exhibit such crystalline quality.
  • the reactive species is (are) chosen from the elements of columns I, III or V of the periodic table of the elements.
  • the reactive species is (are) chosen from phosphorus and aluminum.
  • the reactive species (s) is (are) introduced into at least one zone of the substrate by ion implantation, preferably by ionic multi-implantation.
  • This implantation or ionic multi-implantation can be, for example, implantation or multi-implantation hot or implantation or multi-implantation cold.
  • implantation or multi-implantation hot ionic is meant that this implantation or multi-implantation is generally performed at a temperature between room temperature and 1000 ° C, preferably at a temperature above room temperature and up to at 1000 ° C, for example at a temperature of 500 ° C.
  • implantation or multi-implantation hot can cure some of the defects at the same time they are created.
  • implantation or multi-implantation cold ion it is understood that this implantation is generally carried out at the temperature of liquid nitrogen, for example - 200 ° C. In all cases, however, it is necessary to anneal after implantation to cure crystalline defects.
  • the annealing temperature is then generally from 300 ° C. to 1100 ° C., for example of the order of 900 ° C.
  • the "getter" zone is in the form of a layer.
  • the "getter" zone is created on a surface of the substrate.
  • a surface of the substrate it is generally meant that one of the surfaces of the “getter” zone, for example its upper surface, constitutes a surface of the substrate.
  • the purification process implemented according to the invention makes it possible to carry out the p-type doping of ZnO and / or ZnMgO of the n type by trapping the residual extrinsic impurities by the crystalline defects and the formation of a chemical phase between the impurities and the reactive species introduced in order to allow the decrease and / or the elimination of the diffusion of residual extrinsic impurities
  • This reduction and / or elimination of the diffusion of the residual extrinsic impurities are carried out by a technique allowing their exo diffusions and / or their trapping.
  • the technique used according to the invention to thus purify the substrate is the so-called “gettering” technique, preferably by ion implantation.
  • the purification process implemented according to the invention makes it possible to ensure the trapping and / or to increase the exo-diffusion of impurities such as lithium and hydrogen from substrates or layers, in particular epitaxial layers (thin and thick) of ZnO and / or ZnMgO for performing the p-type doping of ZnO and / or ZnMgO, to obtain a high quality pn junction.
  • the invention is based on observations made in SIMS of samples implanted by phosphorus (which is a potentially accepting species in ZnO) and annealed at high temperatures for which has been observed a very important trapping lithium in the implanted area as shown in Figure 1.
  • the concentration of lithium by volume has decreased, since it is approximately 1 ⁇ 10 17 at / cm 3 after implantation and annealing (curve B) against about 4x10 17 at / cm 3 for a non-implanted raw substrate and not annealed (curve C).
  • Phosphorus like nitrogen, are elements of column V of the periodic table of potential elements and acceptors in ZnO. If the lithium migrates and becomes trapped in the implantation zone by forming a chemical phase with the doping species, or then binds to pendant bonds of crystalline defects (it should be noted that the dislocations are included in the definition crystalline defects), then it is understood that p doping of ZnO and / or ZnMgO is currently difficult whatever the doping technique used, that is to say that it is by ion implantation by diffusion or during the growth of thin and / or thick layers by vapor phase epitaxy of organometallic (“MOVPE”) ), by molecular beam epitaxy (“MBE” or “MBE”) etc., n-type or p-type doped.
  • MOVPE organometallic
  • MBE molecular beam epitaxy
  • the invention is based on the properties of certain ZnO extrinsic impurities used to decrease the density of residual extrinsic impurities.
  • the purification process implemented according to the invention makes it possible to purify ZnO and / or ZnMgO of type n with a view to doping it with a p-type.
  • ZnO and / or ZnMgO purified by the purification process described above can be used for manufacturing electronic devices, electro-optical, electronic or opto ⁇ electronic and serve, for example, in the manufacture of light emitting diodes for the lighting substrates for the growth of epitaxial layers of ZnO and / or ZnMgO or any other material, for example GaN, or seed for the synthesis of material ZnO and / or massive ZnMgO.
  • the purified material can also be used for the growth of ZnO and / or ZnMgO nanowires or any other material, for example GaN.
  • the invention thus relates to a method for purifying a n-type ZnO and / or ZnMgO substrate to reduce or eliminate residual extrinsic impurities in the substrate for p-type doping of at least a portion of the substrate, which is introduced into at least one zone of the substrate a reactive species having a high chemical affinity with at least one residual extrinsic impurity, and / or being capable of creating crystalline defects, said reactive species being P, and thus creating in the substrate at least one so-called zone "Getter” capable of trapping said residual extrinsic impurities and / or in which residual extrinsic impurities are trapped; then the substrate is annealed to diffuse residual extrinsic impurities to the "getter” zone, and / or out of the "getter” zone, preferably to at least one surface of the substrate.
  • the invention furthermore relates to a method for preparing a p-type doped ZnO and / or ZnMgO substrate comprising at least one step of purifying a ZnO and / or ZnMgO n-type substrate by purification process as described above in the most general case, that is to say in the case where is introduced into at least one area of the substrate at least one reactive species, this reactive species not being limited to phosphorus alone.
  • the invention therefore also relates to a process for the preparation of a p-type doped ZnO and / or ZnMgO substrate comprising at least one step for purifying a ZnO and / or ZnMgO n-type substrate for reduce or eliminate residual extrinsic impurities from the substrate for doping purposes p-type of at least a portion of the substrate, said purification step being carried out by a purification process, in which at least one reactive species having a high chemical affinity with at least one of the substrate is introduced into at least one zone of the substrate; residual extrinsic impurities, and / or being capable of creating crystalline defects, and thus creating in the substrate at least one so-called "getter” zone capable of trapping said residual extrinsic impurities and / or in which the residual extrinsic impurities are trapped; then the substrate is annealed to diffuse residual extrinsic impurities to the "getter” zone, and / or out of the "getter” zone,
  • the preparation method according to the invention makes it possible to stimulate ZnO and / or ZnMgO of the p type in a controlled and reproducible manner.
  • the preparation method according to the invention ensures and controls efficient doping, that is to say a doping in particular to obtain an electroluminescence signal in the UV range.
  • the method according to the invention for preparing a ZnO and / or p-type doped ZnMgO substrate comprises, according to a first embodiment, the following successive steps:
  • a "getter” layer is created in a n-type ZnO and / or ZnMgO substrate from the upper surface of the substrate, for example by ion implantation;
  • the substrate is annealed to diffuse residual extrinsic impurities in the substrate beneath the getter layer to the getter layer;
  • the "getter" zone of ZnO and / or ZnMgO of type n or of type p is deposited, for example by epitaxy, on the "getter” layer or on the substrate from which has been removed.
  • step d) optionally, in the case where in step d) ZnO and / or ZnMgO of the n type have been deposited, the p-type doping is carried out, for example by ion implantation or by diffusion, of the ZnO and / or n-type ZnMgO deposited;
  • ZnO and / or p-type doped ZnMgO according to the invention in this first embodiment therefore generally consists in a purification of a ZnO and / or ZnMgO material by the purification method defined above (without any limitation on the reactive species), in the production on this purified material of layers epitaxially or deposited very high purity, and a p-type doping of these epitaxial layers or deposited.
  • the purification by the process implemented according to the invention makes it possible to trap residual extrinsic impurities, such as for example lithium, present in large amounts in the ZnO and / or ZnMgO material in order to reduce or even eliminate their diffusion in the layers.
  • a species in the near surface or more in volume capable of creating numerous crystalline defects and / or having a high chemical affinity with the residual extrinsic impurities such as lithium, such as for example phosphorus, by exogenous route.
  • situ for example by ion implantation
  • in-situ growing the growth of the layers
  • the material In the case where the "gettering" is done by ion implantation, the material must be annealed at an optimal temperature to allow exo-diffusing and / or trapping the residual extrinsic impurities of the material, such as for example lithium and hydrogen , and to create a possible chemical phase between residual extrinsic impurities such as for example lithium and / or hydrogen and the implanted species.
  • This "getter” zone can be optionally removed before growth by polishing, etching, etc.
  • the generally conductive "getter" zone preferably of type n, has the following objectives:
  • the purification process implemented according to the invention makes it possible to reduce or even eliminate the migration of residual extrinsic impurities, such as, for example, the migration of lithium and hydrogen in the layers subsequently produced on the ZnO material and / or or ZnMgO thus treated by the formation of a relatively thin barrier layer. Residual extrinsic impurities, such as for example lithium, will be absent from these layers, which can therefore be effectively doped with p-type or n-type high purity.
  • FIG. 3 represents the principle of trapping residual extrinsic impurities, for example lithium and hydrogen, of a ZnO and / or ZnMgO material in a substrate prepared by the preparation process of the invention according to the first embodiment of it.
  • Zone 1 consists of ZnO and / or n-type ZnMgO with a thickness generally of 100 to 1000 ⁇ m, for example of a thickness of 500 ⁇ m.
  • Zone 2 consists of a ZnO and / or ZnMgO "getter" zone for trapping impurities such as lithium and hydrogen with a thickness generally of 100 to 500 nm, for example 500 nm.
  • Zone 3 consists of ZnO and / or high purity n-type ZnMgO, without impurities, due to the presence of the "getter" layer underlying zone 2.
  • the n-type ZnO and / or ZnMgO of this zone may be in the form of a layer generally of a thickness of 10 to 1000 nm, for example 500 nm, and / or ZnO multiple quantum wells.
  • / ZnMgO for example 10 x ZnO: 5 nm / ZnMgO: 20 nm.
  • Zone 4 consists of ZnO and / or p-type ZnMgO with a thickness generally of 100 to 1000 nm, for example 500 nm.
  • Figure 4A shows a p-n homogenization diode comprising the substrate of Figure 3 with front (35) and rear (36) contacts.
  • the diode of Figure 4A is in a so-called "vertical configuration" configuration.
  • analog diodes can be made with the substrates of Figures 5 and 6 by providing them with adequate contacts.
  • Figure 4B shows a pn homo-junction diode having a substrate according to Figure 3 with contacts (37).
  • the diode of FIG. 4B is in a so-called "horizontal configuration" configuration and therefore zones 3 and 4 as well as the position of the contacts have been modified with respect to the vertical configuration of FIG. 4A.
  • the current flows mainly at the zones 3 (33) and 4 (34).
  • the ZnO and / or ZnMgO material is purified of its impurities such as lithium and hydrogen and the p-type doping of this material.
  • This second embodiment of the method according to the invention for preparing a ZnO and / or p-type ZnMgO substrate can comprise two variants that make it possible both to purify the material of its residual extrinsic impurities such as lithium and hydrogen and the p-type doper.
  • Embodiment 2A comprises the following successive steps:
  • a deep "getter” layer having a thickness greater than or equal to 500 nm is created in a n-type ZnO and / or ZnMgO substrate from the upper surface of the substrate;
  • the substrate is annealed so as to spread the residual extrinsic impurities in the substrate beneath the getter layer to the getter layer (and trap the residual extrinsic impurities in the getter layer); ), and on the other hand, decrease the concentration of residual extrinsic impurities in the upper part of the getter layer, near its upper surface; c) at least one p-type dopant is introduced into the upper part of the "getter"layer;
  • a healing annealing of implantation defects and activation of the p-type dopants of the substrate is optionally carried out.
  • invention 2B comprises the following successive steps:
  • the substrate is annealed to diffuse the residual extrinsic impurities present in the substrate and in the p-type layer to the getter layer and trap residual extrinsic impurities in the getter layer;
  • Embodiment 2A consists in creating a deep getter layer and to be doped in p type above.
  • Embodiment 2B is to do the reverse, i.e. to p-type deeply and to make a surface "getter” layer, which will then be removed by polishing, etching or other processes.
  • Embodiment 2A therefore uses a "deep gettering" technique while Embodiment 2B uses a “surface gettering” technique.
  • “Deep gettering” in embodiment 2A is the creation of a surface zone but deep enough which allows the trapping (see Figure 5), within this zone, residual extrinsic impurities, for example lithium to purify ZnO and / or ZnMgO by volume but especially to greatly reduce the concentration of residual extrinsic impurities, for example lithium and hydrogen in the near surface.
  • the "getter” layer can be semi-insulating or insulating, indeed the conduction of the "getter” layer does not matter.
  • the near surface area for example of a thickness of 500 nm in which the concentration of impurities, for example lithium, will be greatly reduced, will then be p-type doped.
  • Zone 1 consists of ZnO and / or ZnMgO of type n
  • ZnO and / or n-type ZnMgO in this zone may be in the form of a layer generally of a thickness of 100 nm to 1 ⁇ m, for example 500 nm, and / or ZnO / ZnMgO multiple quantum wells, for example multiple quantum well 10 x ZnO: 5 nm / ZnMgO: 20 nm.
  • Zone 2 is a zone of ZnO and / or ZnMgO, which is a "getter” zone for trapping residual extrinsic impurities such as lithium and hydrogen, generally of a thickness of 100 to 500 nm, for example 500 nm, whose n-type conductivity is generally necessary in the case of a vertical diode pn as described in Figure 4A.
  • Zone 3 (53) is a zone of p-type doped ZnO and / or ZnMgO with a thickness generally of 100 to 1000 nm, for example 500 nm.
  • the advantage of implantation and multi-implantation is to introduce a large concentration of reactive species and defects to trap and / or exo-diffuse a large concentration of impurities such as lithium, and possibly form a chemical phase.
  • a p-type layer for example over a thickness of about 500 nm, for example by ionic implantation of an acceptor element in ZnO and / or ZnMgO, it is preferably an element of column V or I of the periodic table of elements.
  • the first step is to form a conductive n-type "deep getter” layer that aims to: create a zone in which impurity concentrations such as lithium and hydrogen are greatly reduced, ie generally at concentrations below 10 13 atoms / cm 3 due to a phenomenon of trapping by defects and exo-diffusion,
  • ZnO and / or ZnMgO purify ZnO and / or ZnMgO by volume of its impurities such as lithium by "gettering” by the formation of a chemical phase between impurities such as lithium and a donor reactive species and / or acceptor in ZnO and / or or ZnMgO introduced into ZnO and / or ZnMgO by ion implantation or during the growth of thin or thick layers,
  • the second step has the sole objective of doping p-type ZnO and / or ZnMgO to a thickness for example of about 500 nm.
  • the reactive species is preferably chosen from extraneous residual impurities of ZnO and / or ZnMgO, preferentially donor of ZnO and / or ZnMgO (column III of FIG. periodic classification of the elements) so that the deep layer remains conductive n-type with a conductivity ideally at least equal to the conductivity of the ZnO material and / or ZnMgO before purification and avoid the formation of an electrically insulating layer.
  • Embodiment 2B a "surface gettering" or surface trapping is performed.
  • a deep p-type layer for example by ion implantation of an acceptor element in ZnO and / or ZnMgO.
  • This acceptor element is preferably an element of column V or column I of the periodic table of elements.
  • a layer on the surface for example by ion implantation of donor or acceptor impurities for ZnO and / or ZnMgO, for example and respectively aluminum and phosphorus.
  • the advantage of implantation and multi-implantation is to introduce a large concentration of species reactants and defects to trap and / or exo-diffuse a large concentration of impurities, for example lithium, and possibly form a chemical phase.
  • the first step of this embodiment 2B consists in forming a deep p-type ZnO / ZnMgO conductor layer over a thickness d generally greater than or equal to 500 nm.
  • the second step consists in creating a "getter” zone or trapping zone at the extreme surface of said deep layer.
  • Extreme surface means that the "getter” zone is created over a depth d less than the thickness of the deep layer, preferably over a depth of less than half the thickness of the deep ZnO layer.
  • P-type conductive ZnMgO for:
  • the ZnO and / or ZnMgO of its residual extrinsic impurities for example its lithium by volume but especially in the p-type doped region, by the possible formation of a chemical phase between impurities such as lithium and a donor and / or acceptor reactive species introduced by ion implantation or during the growth of thin or thick layers.
  • the third step makes it possible to remove the "getter" zone which contains residual extraneous trapped impurities.
  • FIG. 6 represents the principle of surface "gettering" for trapping impurities such as lithium and hydrogen from a ZnO and / or ZnMgO material and allowing p-type doping.
  • Zone 1 (61) consists of ZnO and / or n-type ZnMgO.
  • the n-type ZnO and / or ZnMgO of this zone may be in the form of a layer, generally of a thickness of 1 to 500 ⁇ m, for example 1 ⁇ m, and / or of multiple quantum wells ZnO / ZnMgO of a thickness generally of 10 to 100 nm, for example 25 nm, or the ZnO and / or ZnMgO of this zone may be in a form similar to that of the layers (33) or (51) of FIG. 3, 4A, 4B and 5.
  • Zone 2 is a p-doped ZnO and / or ZnMgO zone of a thickness generally of 100 to 1000 nm, for example 500 nm.
  • Zone 3 (63) is a "getter" area of
  • This zone generally has a thickness of 100 to 500 nm, for example 500 nm.
  • Curve A gives the concentration of implanted phosphorus.
  • Curve B gives the concentration of lithium trapped in the sample implanted with phosphorus after a post-implantation annealing.
  • Curve C gives the concentration of lithium in a sample, ZnO substrate, crude, that is to say not implanted and not annealed.
  • Figure 2 is a graph that gives the SIMS profile of a nitrogen implanted ZnO sample and annealed at 600 ° C for 15 minutes under oxygen.
  • Curve A gives the implanted nitrogen concentration.
  • Curve B gives the hydrogen concentration in the implanted zone by nitrogen after post-implantation annealing.
  • Curve C gives the concentration of lithium in a sample, ZnO substrate, crude, that is to say not implanted and not annealed. On the ordinate is the concentration (in at / cm 3 ), and the abscissa is the depth of analysis of the sample d in ym.
  • FIG. 3 is a sectional side view of a p-type doped substrate obtained by the process according to the invention for preparing a p-type ZnO and / or ZnMgO substrate according to the first embodiment of this invention; this.
  • FIG. 4A is a sectional side view of a junction (homo-junction or hetero-junction) pn having a "getter” zone, this structure having been prepared by the method according to the invention for preparing a substrate in ZnO and / or p-type ZnMgO according to the first embodiment thereof.
  • Figure 4A illustrates a so-called "vertical" technology.
  • FIG. 4B is a vertical sectional view of a junction (homo-junction or hetero-junction) pn having a "getter” zone, this structure having been prepared by the method according to the invention for preparing a substrate in ZnO and / or p-type ZnMgO according to the first embodiment thereof.
  • Figure 4B illustrates a so-called "horizontal" technology.
  • FIG. 5 is a sectional side view of a p-type doped substrate obtained by the method according to the invention for preparing a p-type ZnO and / or ZnMgO substrate according to the embodiment 2A thereof. this.
  • FIG. 6 is a sectional side view of a p-type doped substrate obtained by the process according to the invention for the preparation of a substrate in ZnO and / or p-type ZnMgO according to Embodiment 2B thereof.
  • FIGS. 7A to 7F represent the successive steps of the method according to the invention for preparing a p-type ZnO and / or ZnMgO substrate according to the first embodiment thereof.
  • Figures 8A-8D show the successive steps of the method according to the invention for preparing a p-type ZnO and / or ZnMgO substrate according to Embodiment 2A thereof.
  • FIGS. 9A to 9D show the successive steps of the method according to the invention for preparing a ZnO and / or p-type ZnMgO substrate, according to embodiment 2B thereof.
  • the "gettering" purification of a ZnO or n-type ZnMgO substrate is carried out.
  • the epitaxy or the deposition of very high purity layers on this purified substrate is then carried out, and the p-type doping of these layers.
  • FIG. 7 describes the different possible steps for this first embodiment of the preparation process: Step 1 ( Figure 7A):
  • the n-type ZnO or ZnMgO substrate may be, for example, in the form of a n-type ZnO or ZnMgO layer with a thickness generally of 100 nm to 100 ⁇ m, preferably 50 ⁇ m (71). .
  • the substrate may also be in the form of a so-called "solid" substrate generally having a thickness greater than or equal to 100 ⁇ m, or even 500 ⁇ m, for example 500 ⁇ m.
  • This species having a high chemical affinity for residual impurities, such as for example lithium, called “getter species” may be chosen, either from the impurities theoretically donor, preferably from column III of the periodic table of elements, or from impurities theoretically acceptor of ZnO or ZnMgO, preferentially of column I or V of the periodic table of elements.
  • an ion multiplication of phosphorus can be performed at energies of 700 keV, 300 keV and 80 keV with a dose of 1 e at 15 / cm 2 for each energy.
  • the "getter" zone will be n-conducting with a conductivity at least equal to that of the substrate before the purification step.
  • the "getter zone” generally constitutes a layer of ZnO and / or ZnMgO, generally of a thickness of 10 to 500 nm, for example 500 nm (72) on the surface of the substrate, or of the thin or thick epitaxial layer. .
  • an n-type ZnO layer with a thickness generally of 10 nm to 100 ⁇ m, preferably of a thickness of 1 to 2 ⁇ m or of multiple quantum wells, for example 10 ⁇ ZnO of 5 ⁇ m. nm or ZnMgO of 20 nm (74).
  • Doping of the layer (74) (in other words, introduction of a p-type dopant species into the layer) obtained in step 3, for example by ion implantation (76) after growth (exogenous doping). situ) nitrogen to energy 200keV, 120keV and 50 keV with the respective doses of e ⁇ 15cm 2, 8, 14 cm “2 and 4 e 14 cm" 2.
  • This p-type doping for example by implantation of nitrogen, is generally carried out over a thickness (75) of 100 nm to 1 ⁇ m, for example 500 nm of the ZnO or ZnMgO layer (74) deposited during the reaction. step 3.
  • step 2 bis (no shown) of removing, removing the "getter” layer in which impurities such as lithium and hydrogen are trapped.
  • This step 2a can be carried out for example by gentle chemical mechanical polishing.
  • step 2bis a growth step described in step 3B (FIG. 7D) is carried out on the n-type ZnO or ZnMgO substrate, purified by virtue of the action of the "getter” layer. .
  • the p-type purification and doping of a ZnO or ZnMgO substrate is carried out, using a deep "gettering" technique.
  • FIG. 8 describes the different steps of this second embodiment of the method:
  • This step is generally carried out analogously to step 1 of the first embodiment, with the difference that the zone, generally a “getter” layer, is not a thin, surface layer, but a “deep” layer.
  • the zone generally a “getter” layer
  • this layer has a thickness greater than or equal to 500 nm, preferably 100 to 1000 nm, for example 500 nm or 1000 nm, with respect to a main surface of the substrate, generally relative to the upper surface of the substrate.
  • the n-type ZnO or ZnMgO substrate (81) may be, for example, in the form of a n-type ZnO or ZnMgO layer with a thickness of 100 nm to 100 ⁇ m, preferably 50 ⁇ m.
  • the substrate may also be in the form of a so-called "solid" substrate generally having a thickness greater than or equal to 100 ⁇ m, or even 500 ⁇ m, for example 500 ⁇ m.
  • This species having a high chemical affinity for residual extrinsic impurities such as lithium can be chosen, either from the impurities theoretically donor, preferentially from column III of the periodic table of the elements, or from the impurities theoretically acceptor of ZnO or ZnMgO, preferentially from column I or V of the periodic table of elements.
  • ionic multi-implantation (83) of the "getter” species such as phosphorus at energies of 700 keV, 300 keV and 80 keV can be carried out with a dose of l e 15 at / cm 2 for each energy.
  • the "getter” zone will be n-type conductive with a conductivity at least equal to that of the substrate before the purification step.
  • the "getter zone” (82) thus generally constitutes a layer, generally a thickness of 500 to 1000 nm, for example 500 nm or 1000 nm in depth, in the n-type ZnO or ZnMgO substrate, for example in the n-type ZnO or ZnMgO layer.
  • the annealing that can be envisaged is, for example, annealing at 1100 ° C. under O2 flushing for 1 hour.
  • a surface layer (85) generally of a thickness of 10 to 100 nm, for example 100 nm, in ZnO or in ZnMgO of type n in which the impurities, generally lithium and hydrogen, are trapped and / or their concentrations are typically less than or equal to about 10 13 to 14 cm.
  • P-type doping of the surface layer (85) of the zone (82) obtained in step 2 (in other words, introduction of a dopant species into the layer), for example by ion implantation (86) (ex-situ doping) of nitrogen at energies of 200 keV, 120 keV and 50 keV with the respective doses of 1 e 15 cm “2 , 8 e 14 cm “ 2 and 4 e 14 cm “2 .
  • step 2a consisting of removing, eliminating the "getter” layer of impurities such as lithium and hydrogen before step 3.
  • This step 2a can be carried out for example by gentle chemical mechanical polishing.
  • the p-type purification and doping of a ZnO or ZnMgO substrate is carried out, using a surface "gettering" technique.
  • FIG. 9 describes the different steps of this second embodiment of the method according to this second variant with a surface "gettering".
  • deep layer is meant that this layer is made over a large thickness, for example greater than or equal to 500 nm, for example from 500 nm to 1000 nm, with respect to a main surface of the substrate, generally with respect to the upper surface of the substrate.
  • This layer may be made either by ion implantation (93) (ex-situ doping) of an acceptor element in the ZnO substrate and / or ZnMgO n-type. Preferably, it is an element of column V or I of the periodic table of elements. Or this layer can be made by in-situ doping, that is to say that is grown for example by "MOCVD" a layer of ZnO and / or ZnMgO by introducing potentially accepting dopants during growth .
  • a concrete example would be to perform a multi-implantation of nitrogen at energies of 200 keV, 120 keV and 50 keV with the respective doses of 1 e 15 cm “2 , 8 e 14 cm “ 2 and 4 e 14 cm “2 .
  • a “getter” layer is formed in the deep p-type layer.
  • the formation of this layer may be carried out for example by ion implantation (94) of a species that preferably has a high chemical affinity for residual extrinsic impurities such as lithium, called “getter species”.
  • This species can be chosen either from the theoretically donor impurities for ZnO and / or ZnMgO, preferentially from column III of the periodic table of the elements, or from the theoretically accepting impurities of ZnO and / or ZnMgO, preferentially from column I or V of the periodic table of elements.
  • the "getter” zone (95) will be n-type conductive with a conductivity at least equal to that of the initially non-implanted and non-annealed ZnO substrate.
  • the "getter zone” (95) generally constitutes a layer, generally of a thickness of 10 to 500 nm, preferably 100 to 500 nm, for example 100 nm or 500 nm, from the surface of the doped type layer. p.
  • Step 4 Diffusion annealing of the impurities is carried out for example at 1100 ° C. under O2 flushing for 1 hour in order to exo-diffuse residual extrinsic impurities such as lithium and / or hydrogen trapped on the flaws and possibly form a chemical phase.
  • the impurities such as lithium and hydrogen present in the volume of ZnO and / or ZnMgO and in the ZnO and / or ZnMgO p-type zone migrate and are trapped in the "getter" zone. and / or exo-diffused towards the surface.
  • the p-type doped zone is thus purified by elimination of its impurities such as lithium and hydrogen.
  • Step 5 (not shown):
  • the "getter” zone may be removed, for example by gentle chemical mechanical polishing.
  • the purification method implemented according to the present invention makes it possible to effectively purify a ZnO and / or ZnMgO material by decreasing the concentration of highly mobile extrinsic impurities such as lithium and hydrogen.
  • the main advantage of the process for preparing a ZnO and / or p-type doped ZnMgO substrate comprising at least one step of purifying a ZnO and / or ZnMgO n-type substrate implemented according to the invention , is the obtaining of ZnO and / or ZnMgO junctions by virtue of a p-type doping of ZnO material and / or ZnMgO.
  • the method according to the invention ensures the control of this doping, that is to say its reproducibility and the obtaining of an intense electroluminescence signal in the UV.
  • the quality of p-type doping is ensured by the significant reduction in the concentration of impurities such as lithium and hydrogen (preferentially donors in ZnO and / or ZnMgO). in the p-type region of commercial ZnO substrates and / or epitaxial or deposited layers of ZnO and / or ZnMgO on ZnO and / or ZnMgO substrates.
  • impurities such as lithium and hydrogen
  • a device comprising a substrate and / or a thin or thick epitaxial layer at least partly doped p-type obtained by the method according to the invention both in its first embodiment ( Figures 4A or 4B) that in its second embodiment, may be used in optoelectronics for the realization of pn junctions including the manufacture of light emitting diodes ("LED” or "LED” in English). These light-emitting diodes can be used, for example, for lighting with low energy consumption.

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Abstract

The invention relates to a method for purifying an n-type substrate made of ZnO and/or ZnMgO for reducing or removing the residual extrinsic impurities of the substrate with a view to p type doping at least a portion of the substrate, wherein a reactive species having a strong chemical affinity with at least one of the residual extrinsic impurities and/or capable of creating crystalline defects is introduced into at least one area of the substrate, said reactive species consisting of P, thus creating at least one so-called "getter" zone in the substrate, said zone being capable of trapping said residual extrinsic impurities and/or in which zone the residual extrinsic impurities are trapped; the substrate then annealed to diffuse the residual extrinsic impurities toward the "getter" zone, and/or out of the "getter" zone, preferably toward at least one surface of the substrate. The invention further relates to a method for preparing a substrate made of p-doped ZnO and/or ZnMgO including at least one step of purifying an n-type substrate made of ZnO and/or ZnMgO by the above purification method, wherein one or more reactive specie(s) not limited to phosphorus alone is/are employed.

Description

PROCÉDÉ POUR ÉLIMINER DES IMPURETÉS EXTRINSÈQUES RÉSIDUELLES DANS UN SUBSTRAT EN ZnO OU EN ZnMgO DE TYPE N, ET POUR RÉALISER UN DOPAGE DE TYPE P DE CE SUBSTRAT.  METHOD FOR REMOVING RESIDUAL EXTRINSIC IMPURITIES INTO ZNO OR ZNMgO TYPE N SUBSTRATE, AND FOR PERFORMING P TYPE DOPING OF THIS SUBSTRATE.
DESCRIPTION DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE TECHNICAL AREA
L' invention concerne un procédé pour éliminer au moins en partie des impuretés extrinsèques résiduelles dans un substrat en ZnO ou en ZnMgO de type n, et pour réaliser un dopage de type p de ce substrat.  The invention relates to a method for at least partly removing residual extrinsic impurities in a n - type ZnO or ZnMgO substrate, and for performing a p - type doping of this substrate.
De manière plus précise, l'invention concerne un procédé de purification d'un substrat en ZnO et/ou en ZnMgO de type n pour réduire ou éliminer les impuretés extrinsèques du substrat en vue du dopage de type p d'au moins une partie du substrat, ce procédé de purification mettant en œuvre du phosphore en tant qu'espèce réactive.  More specifically, the invention relates to a method for purifying a n-type ZnO and / or ZnMgO substrate to reduce or eliminate extrinsic impurities from the substrate for p-type doping of at least a portion of the substrate. substrate, this purification process using phosphorus as a reactive species.
L'invention concerne, en outre, un procédé de préparation d'un substrat en ZnO et/ou en ZnMgO au moins en partie dopé de type p comprenant au moins une étape de purification d'un substrat en ZnO et/ou en ZnMgO de type n par ledit procédé de purification, mais dans lequel on met en œuvre une ou plusieurs espèce (s) réactive (s) qui ne sont pas limitée (s) au seul phosphore .  The invention furthermore relates to a process for preparing a p-type at least partially doped ZnO and / or ZnMgO substrate comprising at least one step of purifying a ZnO and / or ZnMgO substrate. type n by said purification process, but in which one or more reactive species are used which are not limited to phosphorus alone.
Le domaine technique de l'invention peut être défini de manière générale comme celui de la préparation, fabrication de substrats en ZnO ou en ZnMgO dopés de type p, à partir de substrats naturellement de type n. Précisons que les termes « substrat en ZnO ou en ZnMgO n' impliquent aucune limitation notamment quant à la nature et à la forme de ce substrat. The technical field of the invention can be broadly defined as that of the preparation, manufacture of p-doped ZnO or ZnMgO substrates, from n-type substrates. Note that the terms "substrate ZnO or ZnMgO n 'imply no limitation including the nature and shape of this substrate.
Ainsi, le substrat que l'on pourrait éventuellement qualifier de « structure » peut être un substrat « massif » en ZnO ou en ZnMgO avec une couche épitaxiée mince ou épaisse de ZnO ou de ZnMgO, ou bien encore un substrat « massif » de ZnO ou de ZnMgO sur lequel on a fait croître par épitaxie une couche mince ou épaisse de ZnO ou de ZnMgO.  Thus, the substrate that could possibly be described as "structure" may be a "massive" ZnO or ZnMgO substrate with a thin or thick epitaxial layer of ZnO or ZnMgO, or even a "massive" ZnO substrate. or ZnMgO on which a thin or thick layer of ZnO or ZnMgO was epitaxially grown.
En d'autres termes, par substrat, on désigne tout matériau de type ZnO ou ZnMgO, qu'il soit issu de matériau massif ou qu' il soit constitué de couche (s) épitaxiée (s) en ZnO ou ZnMgO, avec ou sans structure de puits quantiques et déposé sur tout type de matériau autre que ZnO ou ZnMgO.  In other words, by substrate, is meant any ZnO or ZnMgO type material, whether it is derived from solid material or that it consists of layer (s) epitaxied (s) ZnO or ZnMgO, with or without quantum well structure and deposited on any type of material other than ZnO or ZnMgO.
Le substrat peut comprendre, par exemple, une alternance de couches de ZnO et de ZnMgO avec ou sans structure de puits quantiques.  The substrate may comprise, for example, an alternation of ZnO and ZnMgO layers with or without a quantum well structure.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE STATE OF THE PRIOR ART
Le développement du matériau ZnO est motivé par le fait qu' il possède des propriétés électriques et optiques intéressantes pour des applications dans le domaine de 1 ' électro-optique .  The development of the ZnO material is motivated by the fact that it has interesting electrical and optical properties for applications in the field of electro-optics.
Les deux avantages du ZnO sont d'une part son grand « gap » avec une émission dans l'ultraviolet et, d'autre part, sa grande énergie de bande excitonique qui est de 60 meV.  The two advantages of ZnO are its large "gap" with ultraviolet emission and its high excitonic band energy of 60 meV.
Le ZnO est un semi-conducteur de type n intrinsèque et sa concentration en impuretés de type donneur varie en fonction du procédé de synthèse utilisé : synthèse hydrothermale, épitaxie en phase vapeur d' organométalliques (« MOVPE ») , épitaxie par jets moléculaires (« MBE ») . ZnO is an intrinsic n-type semiconductor and its concentration of impurities of the type The donor varies according to the synthesis method used: hydrothermal synthesis, organometallic vapor phase epitaxy ("MOVPE"), molecular beam epitaxy ("MBE").
Pour réaliser un composant électronique et/ou optique, il faut pouvoir obtenir une jonction c'est-à-dire une homo-j onction ou une hétéro-j onction p-n, à savoir faire croître le matériau à grand gap ZnO et/ou ZnMgO de type p sur du ZnO et/ou du ZnMgO de type n.  To produce an electronic and / or optical component, it is necessary to be able to obtain a junction, that is to say a homo-junction or a pn hetero-junction, namely to grow the large gap material ZnO and / or ZnMgO p-type on ZnO and / or n-type ZnMgO.
Par homo-j onction, on entend que les deux matériaux constituant la jonction sont identiques, par exemple les deux matériaux sont tous deux du ZnO ou du ZnMgO ; et par hétéro-j onction, on entend que les deux matériaux constituant la jonction sont différents.  By homo-junction is meant that the two materials constituting the junction are identical, for example the two materials are both ZnO or ZnMgO; and by hetero-junction, it is meant that the two materials constituting the junction are different.
Il faut donc convertir un matériau intrinsèquement de type n pour obtenir un matériau de type p.  It is therefore necessary to convert an intrinsically n-type material to obtain a p-type material.
Cette étape de dopage est cruciale pour la réalisation de composants opto-électroniques mais il reste très difficile d'obtenir des jonctions p-n de qualité .  This doping step is crucial for the production of optoelectronic components but it remains very difficult to obtain quality p-n junctions.
Le processus de dopage de type p passe par une étape de compensation des donneurs résiduels activés du matériau par l'introduction d'accepteurs.  The p-type doping process goes through a step of compensation of the activated residual donors of the material by the introduction of acceptors.
De plus, pour parler réellement de dopage et de conduction de type p, il est nécessaire d'avoir une concentration d' accepteurs activés bien supérieure à la concentration de donneurs résiduels activés.  In addition, to really talk about doping and p-type conduction, it is necessary to have a concentration of activated acceptors well above the concentration of activated residual donors.
Un dopage de type p peut être obtenu par dopage in-situ . A cet égard, on peut citer entre autres les travaux de A. Tsukazaki et al. [1] qui ont réalisé une structure p-i-n ZnO, c'est-à-dire une structure ZnO de type p sur ZnO isolant, lui-même sur ZnO de type n , sur un substrat de SCAM (ScAlMg04) recouvert par une fine couche de ZnO, par croissance « MBE ». Le signal d' électroluminescence résultant de cette structure est cependant très faible et étalé sur une large gamme spectrale du violet jusqu'au vert. P-type doping can be obtained by in-situ doping. In this respect, mention may be made among others of the work of A. Tsukazaki et al. [1] which realized a ZnO pin structure, that is to say a ZnO structure of type p on insulating ZnO, itself on ZnO of type n, on a substrate of SCAM (ScAlMgO 4 ) covered by a thin ZnO layer, by growth "MBE". The electroluminescence signal resulting from this structure is however very weak and spread over a wide spectral range from violet to green.
D'autres voies pour obtenir le dopage de type p du ZnO et/ou du ZnMgO sont le dopage ex-situ par implantation ionique ou par diffusion.  Other ways to obtain p-type doping of ZnO and / or ZnMgO are ex situ doping by ion implantation or by diffusion.
La demande WO-A1-2007/117158 décrit la réalisation par implantation ionique d'une couche de type p sur une profondeur maximum de 100 nm dans un substrat de ZnO de type n.  WO-A1-2007 / 117158 discloses ion implantation of a p-type layer to a maximum depth of 100 nm in an n-type ZnO substrate.
Cette implantation de faible énergie (de 1 keV à 100 keV) est suivie d'un recuit thermique rapide par faisceau d'électrons sous vide.  This low energy implantation (from 1 keV to 100 keV) is followed by a rapid thermal annealing by electron beam under vacuum.
Avec de telles conditions d'implantations, les accepteurs potentiels sont introduits sur une faible épaisseur, à savoir sur une épaisseur inférieure à 100 nm, en proche surface, qui est une zone du matériau connue pour être fortement réactive.  With such implanting conditions, the potential acceptors are introduced to a small thickness, namely to a thickness of less than 100 nm, in the near surface, which is an area of the material known to be highly reactive.
En particulier, la formation d'une couche de surface fortement dopée de type n par adsorption d'espèces présentes dans l'atmosphère ambiante est souvent mentionnée dans la littérature [2] .  In particular, the formation of a strongly doped n-type surface layer by adsorption of species present in the ambient atmosphere is often mentioned in the literature [2].
L'épaisseur estimée de cette couche de conductivité de type n peut aller jusqu'à une dizaine de nanomètres et augmente progressivement avec le temps, ce qui introduit une instabilité du dopage p obtenu par ce procédé et rend donc difficile son contrôle . The estimated thickness of this n-type conductivity layer can be up to about ten nanometers and increases gradually with the time, which introduces a p doping instability obtained by this method and makes it difficult to control.
De plus, l'épaisseur de la zone p étant faible, les porteurs injectés peuvent se recombiner à la surface du matériau et non au niveau de la jonction et réduire ainsi considérablement l'efficacité du composant .  In addition, since the thickness of the area p is small, the injected carriers can recombine at the surface of the material and not at the junction and thus significantly reduce the effectiveness of the component.
Dans la littérature, on trouve d'autres démonstrations du dopage p dans le ZnO par implantation ionique surtout pour des implantations d'azote.  In the literature, there are other demonstrations of p-doping in ZnO by ion implantation, especially for nitrogen implantations.
On peut citer l'article de B.T. Adekore et al. [3] dans lequel on observe en photoluminescence des paires donneur/accepteur aux alentours de 3.067 eV pour une gamme de températures de recuits bien déterminée se situant entre 850°C et 1000°C signifiant l'introduction d'accepteurs par implantation d'azote. Ces auteurs montrent aussi par des mesures courant-tension verticale la présence d'une homo-j onction p-n. Des spectres d' électroluminescence sont aussi présentés mais le signal est médiocre et résulte de l'émission de la bande de défauts profonds. Il n'y a pas, contrairement à ce qu'affirment les auteurs, d'émission correspondant au « gap » du ZnO.  The article by B.T. Adekore et al. [3] in which donor / acceptor pairs are observed in photoluminescence at around 3.067 eV for a well-defined annealing temperature range between 850 ° C. and 1000 ° C., meaning the introduction of acceptors by implantation of nitrogen. . These authors also show by vertical current-voltage measurements the presence of a homo-junction p-n. Electroluminescence spectra are also presented but the signal is mediocre and results from the emission of the deep defect band. There is no, contrary to what the authors claim, emission corresponding to the "gap" of ZnO.
D'autres travaux menés par Gu et al. [4] mettent également en évidence par des mesures courant- tension la présence d'une homo-j onction p-n par implantation ionique d'azote et un signal d' électroluminescence faible centré dans la gamme du vert et non dans l'ultra-violet. Même si la présence d'accepteurs, par implantation en particulier d'azote, ou par d'autres techniques de dopage est démontrée optiquement et électriquement dans la littérature, il n'y a pas d' électroluminescence (EL) dans l'UV associée à la jonction. Par contre une faible émission dans le vert, prépondérante dans le spectre d'EL, est observée. De plus les tensions de claquage des diodes obtenues sont relativement faibles (5 à 6 V) , ce qui suggère que la jonction est de très mauvaise qualité. Other work conducted by Gu et al. [4] also highlight by current-voltage measurements the presence of a pn homo-junction by ion implantation of nitrogen and a weak electroluminescence signal centered in the range of green and not in the ultraviolet . Even if the presence of acceptors, by implantation in particular of nitrogen, or by other doping techniques is demonstrated optically and electrically in the literature, there is no electroluminescence (EL) in the associated UV at the junction. On the other hand, a low emission in the green, predominant in the EL spectrum, is observed. In addition, the breakdown voltages of the diodes obtained are relatively low (5 to 6 V), which suggests that the junction is of very poor quality.
Par ailleurs, la technique de « gettering » (ou piégeage en français) , consiste à réduire ou à éliminer les impuretés métalliques dans les régions actives des dispositifs électroniques en les piégeant dans les zones secondaires. Elle est largement utilisée en micro-électronique dans la zone active des dispositifs à base de silicium pour diminuer la concentration des métaux comme par exemple le fer. En effet, les impuretés métalliques sont identifiées comme étant à l'origine de la formation de niveaux profonds dégradant les propriétés électroniques et/ou opto¬ électroniques des composants en silicium. La création d'une zone « getter » en dehors de la zone active des dispositifs permet l'obtention de caractéristiques électriques de bien meilleures qualités : en particulier, il est observé que le courant de fuite des diodes est fortement diminué et les tensions de claquage augmentées. Moreover, the technique of "gettering" (or trapping in French), consists of reducing or eliminating metallic impurities in the active regions of the electronic devices by trapping them in the secondary zones. It is widely used in microelectronics in the active area of silicon-based devices to reduce the concentration of metals such as iron. Indeed, the metal impurities are identified as being at the origin of the formation of deep levels degrading the electronic and / or opto ¬ electronic silicon components. The creation of a "getter" zone outside the active zone of the devices makes it possible to obtain electrical characteristics of much better quality: in particular, it is observed that the leakage current of the diodes is greatly reduced and the breakdown voltages increased.
Le « gettering » peut se faire par différents procédés, parmi lesquels on peut citer par exemple la diffusion de bore ou de phosphore en face arrière du silicium, 1 ' endommagement du substrat par irradiation laser et enfin l'implantation ionique [5]. The "gettering" can be done by various processes, among which may be mentioned for example the diffusion of boron or phosphorus opposite back of the silicon, the damage of the substrate by laser irradiation and finally the ion implantation [5].
Il existe deux principaux mécanismes de « gettering » des impuretés par implantation ionique :  There are two main mechanisms for "gettingtering" impurities by ion implantation:
1) « Gettering » par les défauts cristallins : Dans ce cas, la zone « getter » est une zone fortement endommagée qui contient beaucoup de défauts cristallins.  1) "Gettering" by crystalline defects: In this case, the "getter" zone is a heavily damaged area that contains many crystalline defects.
Cette technique est illustrée par exemple par le brevet US-A-4, 975, 126 dans lequel la zone « getter » est créée par une succession d' implantation d'oxygène ou d'azote dans un substrat de silicium pour créer une zone isolante électriquement et pleine de défauts. Le piégeage est réalisé par la formation de liaisons faibles entre les liaisons pendantes des défauts cristallins et les impuretés du matériau ce qui permet d'y fixer les impuretés fortement mobiles.  This technique is illustrated, for example, by US Pat. No. 4,975,126 in which the "getter" zone is created by a succession of oxygen or nitrogen implantation in a silicon substrate to create an insulating zone. electrically and full of defects. Trapping is carried out by the formation of weak bonds between the pendant bonds of the crystalline defects and the impurities of the material which makes it possible to fix the highly mobile impurities therein.
2) « Gettering » par la formation d'une phase chimique entre les impuretés métalliques du matériau et un élément réactif.  2) "Gettering" by the formation of a chemical phase between the metal impurities of the material and a reactive element.
Cette technique est illustrée par exemple par le brevet US-A-5, 436, 498 dans lequel est exposée la formation d'une phase chimique stable entre un élément dit réactif issu de la colonne VI de la classification périodique des éléments tel que 0, S, Se, Te..., et l'impureté métallique à piéger. Le piégeage est réalisé par la formation de liaisons fortes, ce qui garantit une stabilité de la zone de « gettering » vis-à-vis des différents cycles thermiques subis ensuite par le matériau. La synthèse du ZnO par voie hydrothermale conduit à la présence d'une concentration de lithium importante dans le substrat massif commercial qui migre du volume vers la surface très facilement lors d'un recuit. Le lithium diffuse même à température ambiante dans le ZnO pour se placer préférentiellement en site interstitiel où il est donneur. This technique is illustrated, for example, by US Pat. No. 5,436,498 in which the formation of a stable chemical phase between a so-called reactive element derived from column VI of the periodic table of elements such as 0, is exposed. S, Se, Te ..., and the metallic impurity to trap. The trapping is achieved by the formation of strong bonds, which guarantees a stability of the "gettering" zone vis-à-vis the various thermal cycles then experienced by the material. Hydrothermal ZnO synthesis leads to the presence of a large lithium concentration in the bulk commercial substrate which migrates from the surface volume very easily during annealing. Lithium diffuses even at room temperature in ZnO to preferentially place itself in interstitial site where it is donor.
Lors des procédés de croissance sur substrat de ZnO et de dopage in-situ (durant la croissance) ainsi que de dopage ex-situ (après croissance) le ZnO est chauffé. De ce fait, la migration des espèces en surface et dans les couches et leur piégeage éventuel est inévitable. Ce phénomène est d' autant plus marqué que la zone en surface est riche en défauts et/ou que le dopant est susceptible d'avoir une réactivité chimique avec les impuretés diffusantes.  In ZnO substrate growth and in-situ (during growth) and ex-situ (after growth) doping processes, ZnO is heated. As a result, the migration of surface and layer species and their possible trapping is inevitable. This phenomenon is all the more marked that the surface area is rich in defects and / or that the dopant is likely to have a chemical reactivity with diffusing impurities.
La diffusion et le piégeage du lithium dans la zone potentiellement de type p ont été très peu décrits dans la littérature.  The diffusion and trapping of lithium in the potentially p-type zone has been poorly described in the literature.
L'étude de l'effet de la température de recuit post-implantation sur du ZnO implanté par de l'azote a été menée par T. M. B0rseth et al. [6] . Ces auteurs ont mis en évidence par analyse SIMS le « gettering » du lithium dans la zone implantée par de l'azote (qui est un élément théoriquement accepteur dans le ZnO) pour des températures de recuit post¬ implantation de 600°C et 800°C. Ils ont pu observer que le lithium accumulé dans la zone implantée est exo- diffusé lors d'un recuit à 1000°C. Des effets similaires ont été observés pour une implantation d'aluminium en surface (l'aluminium se place en site donneur dans ZnO) par ces mêmes auteurs [7] . Les profils SIMS indiquent que pour des recuits post¬ implantation à 900°C et 1000°C, le lithium a fortement migré et a été piégé dans la zone implantée. The study of the effect of the post-implantation annealing temperature on ZnO implanted with nitrogen was conducted by TM B0rseth et al. [6]. These authors demonstrated by SIMS analysis the "gettering" lithium in the area implanted with nitrogen (which is a theoretically acceptor element in ZnO) for annealing temperatures ¬ post implantation of 600 ° C and 800 ° vs. They have observed that the lithium accumulated in the implanted zone is exo- diffused during annealing at 1000 ° C. Similar effects have been observed for an aluminum implantation at the surface (aluminum is placed in site donor in ZnO) by these same authors [7]. SIMS profiles indicate that for post implantation annealing ¬ 900 ° C and 1000 ° C, lithium strongly migrated and was trapped in the implanted zone.
Au regard des documents [6] et [7] , les inventeurs sont parvenus à la conclusion, qui n'était nullement mentionnée ou suggérée dans ces documents, que l'absence d' exo-diffusion du lithium dans le cas de l'implantation d'aluminium peut s'expliquer par le « gettering » du lithium par la formation d'une phase chimique avec l'aluminium. Par contre, 1 ' exo-diffusion du lithium à 1000°C dans le cas de l'implantation d'azote met en évidence que le lithium est faiblement lié aux autres atomes du réseau cristallin.  With regard to documents [6] and [7], the inventors came to the conclusion, which was not mentioned or suggested in these documents, that the absence of lithium exodiffusion in the case of implantation of aluminum can be explained by the "gettering" of lithium by the formation of a chemical phase with aluminum. On the other hand, the exo-diffusion of lithium at 1000 ° C. in the case of nitrogen implantation shows that lithium is weakly bound to the other atoms of the crystal lattice.
Les inventeurs ont donc mis en évidence que le lithium peut être identifié comme un des principaux problèmes pour la maîtrise du ZnO et/ou du ZnMgO et surtout de son dopage de type p. En effet, le « gettering » du lithium par les accepteurs implantés ou introduits par dopage in-situ, ou par les défauts, par exemple les défauts d' implantation va empêcher totalement ou partiellement l'activation des accepteurs et sans doute créer des centres de recombinaisons non radiatifs .  The inventors have thus demonstrated that lithium can be identified as one of the main problems for the control of ZnO and / or ZnMgO and especially of its p-type doping. Indeed, the "gettering" of lithium by the acceptors implanted or introduced by in-situ doping, or by the defects, for example implantation defects will totally or partially prevent the activation of acceptors and probably create centers of non-radiative recombinations.
Dans la littérature, on trouve quelques études décrivant le « gettering » du lithium par l'aluminium. Par exemple, on peut citer le « gettering » du lithium d'un substrat en LGO (gallate de lithium) pour la croissance du GaN [8] . La zone « getter » est soit une couche d'AlGaN, soit un super réseau d'AlGaN/GaN. Le « gettering » est possible grâce à la forte affinité chimique du lithium pour l'aluminium. On peut citer les phases connues faisant intervenir le lithium et l'aluminium les plus pertinentes : L13AI2 , Li2Al, AI3L1 . In the literature, there are some studies describing the "gettering" of lithium by aluminum. For example, the lithium "gettering" of a LGO substrate (lithium gallate) for the growth of GaN [8] can be mentioned. The "getter" zone is either an AlGaN layer or a super AlGaN / GaN network. The "gettering" is possible thanks the high chemical affinity of lithium for aluminum. We can mention the known phases involving lithium and aluminum most relevant: L1 3 AI 2 , Li 2 Al, Al 3 L1.
Des études similaires [9] ont pu mettre en évidence, toujours pour des substrats en silicium, le « gettering » du lithium par le phosphore. La zone « getter » est un verre phosphoré déposé sur la surface de l'échantillon à traiter (source POCI3 ) . Similar studies [9] have been able to highlight, still for silicon substrates, the "gettering" of lithium by phosphorus. The "getter" zone is a phosphorized glass deposited on the surface of the sample to be treated (source POCI 3 ).
Une autre impureté présente en très grande quantité dans le ZnO est l'hydrogène qui est également un élément qui diffuse très facilement. L'hydrogène est connu pour passiver les accepteurs. De plus, tout comme le lithium, l'hydrogène, en position interstitielle, est donneur dans le ZnO. Par contre, peu d'études sont rapportées dans la littérature sur ce sujet. Cela s'explique par le fait que l'hydrogène est un atome très léger ce qui le rend techniquement très difficile à analyser.  Another impurity present in very large quantities in the ZnO is hydrogen, which is also an element that diffuses very easily. Hydrogen is known to passivate acceptors. In addition, just like lithium, hydrogen, in the interstitial position, is a donor in ZnO. On the other hand, few studies are reported in the literature on this subject. This is because hydrogen is a very light atom, which makes it technically very difficult to analyze.
II existe donc, au regard de ce qui précède, un besoin pour un procédé qui permette un dopage p efficace et de grande qualité du ZnO et/ou du ZnMgO de type n. Par dopage p de grande qualité, on entend généralement que le substrat ainsi dopé présente une densité de porteurs et une mobilité élevées.  There is therefore, in the light of the foregoing, a need for a method which allows efficient and high quality doping of n-type ZnO and / or ZnMgO. High quality p doping generally means that the substrate thus doped has a high carrier density and mobility.
EXPOSÉ DE L' INVENTION STATEMENT OF THE INVENTION
Ce but, et d'autres encore, sont atteints, conformément à l'invention, en mettant en œuvre lors d'un procédé de préparation d'un substrat en ZnO et/ou en ZnMgO dopé de type p au moins une étape de purification d'un substrat en ZnO et/ou en ZnMgO de type n pour réduire ou éliminer les impuretés extrinsèques résiduelles du substrat en vue du dopage de type p d'au moins une partie du substrat, cette étape de purification étant réalisée par un procédé de purification dans lequel on introduit dans au moins une zone du substrat au moins une espèce réactive ayant une forte affinité chimique avec au moins une des impuretés extrinsèques résiduelles, et/ou étant capable de créer des défauts cristallins dans ladite zone du substrat, et l'on crée ainsi dans le substrat au moins une zone dite zone « getter » capable de piéger lesdites impuretés extrinsèques résiduelles et/ou dans laquelle les impuretés extrinsèques résiduelles sont piégées ; puis on réalise un recuit du substrat pour faire diffuser les impuretés extrinsèques résiduelles vers la zone « getter », et/ou hors de la zone « getter », de préférence vers au moins une surface du substrat. Précisons que par « impuretés extrinsèques résiduelles », on entend généralement toutes les impuretés autres que les lacunes et interstitiels d'oxygène ou de zinc, qui sont déjà présentes dans le ZnO ou le ZnMgO (voir plus loin) . This and other objects are achieved, according to the invention, by implementing in a process for preparing a p-doped ZnO and / or ZnMgO substrate at least one step of purifying a n-type ZnO and / or ZnMgO substrate to reduce or eliminate the residual extrinsic impurities of the substrate for the p-type doping of at least a portion of the substrate, this purification step being carried out by a method purification process in which at least one reactive species having a high chemical affinity with at least one of the residual extrinsic impurities and / or being capable of creating crystalline defects in said area of the substrate is introduced into at least one zone of the substrate, and thus creating in the substrate at least one so-called "getter" zone capable of trapping said residual extrinsic impurities and / or in which residual extrinsic impurities are trapped; then the substrate is annealed to diffuse residual extrinsic impurities to the "getter" zone, and / or out of the "getter" zone, preferably to at least one surface of the substrate. Note that "residual extrinsic impurities" generally means all impurities other than oxygen and zinc gaps and interstitials, which are already present in ZnO or ZnMgO (see below).
Précisons, en outre, que par « espèce réactive ayant une forte réactivité chimique avec au moins une des impuretés extrinsèques résiduelles », on entend généralement que cette espèce est capable de créer des liaisons fortes avec au moins une des impuretés extrinsèques résiduelles. Généralement, les liaisons fortes ne sont pas affectées par le recuit et les impuretés extrinsèques résiduelles ainsi piégées ne sont pas libérées lors du recuit. It should further be noted that "reactive species having a high chemical reactivity with at least one residual extrinsic impurity" is generally understood to mean that this species is capable of creating strong bonds with at least one of the residual extrinsic impurities. Generally, the strong bonds are not affected by the annealing and residual extraneous impurities thus trapped are not released during annealing.
Le procédé de purification fait appel aussi au phénomène d' exo-diffusion .  The purification process also uses the phenomenon of exo-diffusion.
Dans le cas de 1 ' exo-diffusion, on implante au moins une espèce réactive dans le ZnO : cette implantation va créer des défauts cristallins ; le piégeage est réalisé par la formation de liaisons faibles entre les liaisons pendantes des défauts cristallins et les impuretés extrinsèques résiduelles. Avec le recuit, la liaison faible va être rompue et les impuretés extrinsèques résiduelles vont être libérées et vont migrer hors de la zone « getter », généralement vers au moins une surface du substrat.  In the case of exo-diffusion, at least one reactive species is implanted in ZnO: this implantation will create crystalline defects; trapping is achieved by the formation of weak bonds between the pendant bonds of the crystalline defects and residual extrinsic impurities. With annealing, the weak bond will be broken and the residual extrinsic impurities will be released and will migrate out of the "getter" zone, generally to at least one surface of the substrate.
En fait, on peut dire que lors de l'implantation en vue de créer des défauts cristallins, la quantité de défauts cristallins créés est élevée et en excédent par rapport aux impuretés extrinsèques résiduelles .  In fact, it can be said that during implantation to create crystalline defects, the amount of crystal defects created is high and in excess of residual extrinsic impurities.
De ce fait, tous les défauts ne sont pas occupés c'est-à-dire que tous les défauts ne forment pas des liaisons faibles avec les impuretés. Lors du recuit, il y a donc migration des impuretés hors de la zone « getter » et aussi migration des impuretés extrinsèques résiduelles depuis le volume du substrat vers la zone « getter » où elles vont être piégées par les défauts cristallins « libres » annexés.  As a result, not all defects are occupied, ie all defects do not form weak bonds with the impurities. During annealing, there is thus migration of impurities out of the "getter" zone and also migration of residual extrinsic impurities from the volume of the substrate to the "getter" zone where they will be trapped by the "free" crystalline defects appended.
Par « volume » du substrat, on entend généralement le reste du substrat c'est-à-dire la partie qui n'est pas la zone « getter », par exemple il peut s'agir de la partie du substrat, telle qu'une ou plusieurs couches, sous-jacente à la zone « getter ». By "volume" of the substrate, one generally understands the rest of the substrate that is to say the part that is not the "getter" zone, for example it may be the part of the substrate, such as one or more layers, underlying the "getter" zone.
Lors du recuit, il se produit également dans la zone « getter », une guérison ou suppression des défauts cristallins ou trous.  During annealing, it also occurs in the "getter" area, a cure or removal of crystalline defects or holes.
Avantageusement, les impuretés extrinsèques résiduelles appartiennent au groupe constitué par les métaux et l'hydrogène.  Advantageously, the residual extrinsic impurities belong to the group consisting of metals and hydrogen.
Avantageusement, les impuretés extrinsèques résiduelles appartiennent au groupe constitué par le lithium et l'hydrogène.  Advantageously, the residual extrinsic impurities belong to the group consisting of lithium and hydrogen.
Avantageusement, la ou les espèce (s) réactive (s) est (sont) choisie (s) parmi les espèces réactives donneur et/ou accepteur du ZnO et/ou du ZnMgO, et la zone « getter » est conductrice de type n ou p, ou semi-isolante ou isolante.  Advantageously, the reactive species is (are) chosen from the reactive species and / or acceptor of ZnO and / or ZnMgO, and the "getter" zone is n-type conductive or p, or semi-insulating or insulating.
Selon l'invention, on cherche généralement à réaliser avec le substrat purifié une diode à homo- jonction p-n ou hétéro-j onction p-n (en effet, on peut avoir par exemple, un substrat de ZnO et faire une croissance par épitaxie de ZnO ou ZnMgO (hétéro- jonction) ou on peut avoir, par exemple, un substrat de ZnO et faire une croissance de ZnO (homo-j onction) ) comportant une zone de « gettering » et donnant de préférence un signal d' électroluminescence dans la gamme de l'ultraviolet. Un exemple d'une diode à jonction p-n est représenté sur la figure 4.  According to the invention, it is generally desired to produce with the purified substrate a pn-homo or pn-hetero-junction diode (in fact, one may have, for example, a ZnO substrate and make epitaxial growth of ZnO or ZnMgO (heterojunction) or one may have, for example, a ZnO substrate and make a ZnO (homo-junction) growth having a "gettering" zone and preferably giving a light emitting signal in the range. ultraviolet light. An example of a p-n junction diode is shown in FIG. 4.
En conséquence, on utilisera de préférence à cette fin, selon l'invention, une espèce réactive accepteur et/ou donneur dans le ZnO et/ou le ZnMgO, à savoir généralement des éléments des colonnes I, III ou V de la classification périodique des éléments. Therefore, for this purpose, according to the invention, an acceptor and / or donor reactive species in ZnO and / or ZnMgO will preferably be used for this purpose. generally know elements of columns I, III or V of the periodic table of elements.
Cette préférence dans le choix des espèces réactives est justifiée par le fait que l'on souhaite généralement réaliser, comme on l'a précisé plus haut, une jonction, une homo- ou une hétéro- jonction p-n, et que le courant appliqué au dispositif passera préférentiellement par la zone « getter ». Dans ce cas (où le courant appliqué passe préférentiellement par la zone « getter ») , il convient donc que la conductivité de cette zone « getter » soit connue, non nulle (c'est- à-dire que la zone « getter » ne soit pas électriquement isolante) , et maîtrisée par son dopage de type n ou p .  This preference in the choice of reactive species is justified by the fact that it is generally desired to carry out, as specified above, a pn junction, a homo- or heterojunction, and that the current applied to the device. will preferentially pass through the "getter" zone. In this case (where the current applied preferentially passes through the "getter" zone), the conductivity of this "getter" zone must be known, not zero (ie the "getter" zone must not be not electrically insulating), and controlled by its n-type doping or p.
Dans le cas où le courant appliqué à la structure ne passe pas par le substrat, la zone « getter » peut être isolante, et toute autre espèce « getter » pour le ZnO et/ou le ZnMgO peut être utilisée .  In the case where the current applied to the structure does not pass through the substrate, the "getter" zone may be insulating, and any other "getter" species for ZnO and / or ZnMgO may be used.
De plus, cette zone « getter » doit être de préférence de qualité cristalline au moins équivalente à la qualité cristalline du matériau avant la formation de la zone getter.  In addition, this "getter" zone must preferably be of crystalline quality at least equivalent to the crystalline quality of the material before the formation of the getter zone.
Toutefois, le matériau de la zone « getter » n'est pas limité aux matériaux qui présentent une telle qualité cristalline.  However, the material of the "getter" zone is not limited to materials that exhibit such crystalline quality.
Avantageusement, la ou les espèce (s) réactive (s) est (sont) choisie (s) parmi les éléments des colonnes I, III ou V de la classification périodique des éléments. Avantageusement, la ou les espèce (s) réactive (s) est (sont) choisie (s) parmi le phosphore et 1' aluminium. Advantageously, the reactive species is (are) chosen from the elements of columns I, III or V of the periodic table of the elements. Advantageously, the reactive species is (are) chosen from phosphorus and aluminum.
Avantageusement, la ou les espèce (s) réactives est (sont) introduite ( s ) dans au moins une zone du substrat par implantation ionique, de préférence par multi-implantation ionique.  Advantageously, the reactive species (s) is (are) introduced into at least one zone of the substrate by ion implantation, preferably by ionic multi-implantation.
Cette implantation ou multi-implantation ionique peut être par exemple, une implantation ou multi-implantation à chaud ou une implantation ou multi-implantation à froid.  This implantation or ionic multi-implantation can be, for example, implantation or multi-implantation hot or implantation or multi-implantation cold.
Par « implantation ou multi-implantation ionique à chaud », on entend que cette implantation ou multi-implantation est généralement réalisée à une température comprise entre la température ambiante et 1000°C, de préférence à une température supérieure à la température ambiante et jusqu'à 1000°C, par exemple à une température de 500 °C.  By "implantation or multi-implantation hot ionic" is meant that this implantation or multi-implantation is generally performed at a temperature between room temperature and 1000 ° C, preferably at a temperature above room temperature and up to at 1000 ° C, for example at a temperature of 500 ° C.
En effet, l'implantation ou la multi- implantation à chaud permet de guérir une partie des défauts en même temps qu'ils sont créés.  Indeed, implantation or multi-implantation hot can cure some of the defects at the same time they are created.
En réalisant l'implantation ou la multi- implantation ionique à chaud, on diminue ainsi éventuellement la température et la durée d'une étape de recuit ultérieure.  By performing implantation or multi-ion implantation hot, thus possibly decreases the temperature and duration of a subsequent annealing step.
Par « implantation ou multi-implantation ionique à froid », on entend que cette implantation est généralement réalisée à la température de l'azote liquide, par exemple - 200°C. Dans tous les cas, il est cependant nécessaire de faire un recuit après implantation pour guérir les défauts cristallins. By "implantation or multi-implantation cold ion", it is understood that this implantation is generally carried out at the temperature of liquid nitrogen, for example - 200 ° C. In all cases, however, it is necessary to anneal after implantation to cure crystalline defects.
La température du recuit est alors généralement de 300°C à 1100°C, par exemple de l'ordre de 900°C.  The annealing temperature is then generally from 300 ° C. to 1100 ° C., for example of the order of 900 ° C.
Ainsi, dans le cas où l'on fait une multi- implantation ionique à température ambiante, il est nécessaire après de faire un recuit, par exemple à une température de l'ordre de 700°C, pour guérir les défauts cristallins ou dislocations.  Thus, in the case of multi-ion implantation at room temperature, it is necessary after annealing, for example at a temperature of the order of 700 ° C, to cure crystalline defects or dislocations.
Avantageusement, la zone « getter » se présente sous la forme d'une couche.  Advantageously, the "getter" zone is in the form of a layer.
Avantageusement, la zone « getter » est créée à une surface du substrat.  Advantageously, the "getter" zone is created on a surface of the substrate.
Par « à une surface du substrat », on entend généralement que l'une des surfaces de la zone « getter », par exemple sa surface supérieure, constitue une surface du substrat.  By "a surface of the substrate", it is generally meant that one of the surfaces of the "getter" zone, for example its upper surface, constitutes a surface of the substrate.
II a été mis en évidence par les inventeurs, que la mauvaise qualité du dopage de type p et des jonctions obtenus dans l'art antérieur représenté par les documents cités plus haut, était certainement due à l'importante concentration d'impuretés mobiles ou fixes (car les impuretés peuvent tout à fait être fixées dans le réseau, et donner lieu à une mauvaise qualité de dopage de type p) , telles que le lithium et l'hydrogène, présentes dans le ZnO et/ou le ZnMgO en très grande quantité dans la zone dopée p du matériau, ces impuretés mobiles ou fixes étant susceptibles de compenser et/ou de passiver les accepteurs introduits. It has been demonstrated by the inventors that the poor quality of the p-type doping and the junctions obtained in the prior art represented by the documents cited above was certainly due to the high concentration of mobile or fixed impurities. (because the impurities can quite well be fixed in the network, and give rise to a poor p-type doping quality, such as lithium and hydrogen, present in ZnO and / or ZnMgO in very large quantities in the p-doped zone of the material, these mobile or fixed impurities being likely to compensate and / or passively acceptors introduced.
On peut dire que le procédé de purification mis en œuvre selon l'invention permet de réaliser le dopage de type p du ZnO et/ou du ZnMgO de type n grâce au piégeage des impuretés extrinsèques résiduelles par les défauts cristallins et la formation d'une phase chimique entre les impuretés et les espèces réactives introduites afin de permettre la diminution et/ou la suppression de la diffusion des impuretés extrinsèques résiduelles  It can be said that the purification process implemented according to the invention makes it possible to carry out the p-type doping of ZnO and / or ZnMgO of the n type by trapping the residual extrinsic impurities by the crystalline defects and the formation of a chemical phase between the impurities and the reactive species introduced in order to allow the decrease and / or the elimination of the diffusion of residual extrinsic impurities
Cette diminution et/ou suppression de la diffusion des impuretés extrinsèques résiduelles, sont réalisées par une technique permettant leurs exo- diffusions et/ou leurs piégeages.  This reduction and / or elimination of the diffusion of the residual extrinsic impurities are carried out by a technique allowing their exo diffusions and / or their trapping.
La technique mise en œuvre selon l'invention pour ainsi purifier le substrat est la technique dite de « gettering », de préférence par implantation ionique.  The technique used according to the invention to thus purify the substrate is the so-called "gettering" technique, preferably by ion implantation.
En d'autres termes, le procédé de purification mis en œuvre selon l'invention permet d'assurer le piégeage et/ou d'augmenter 1 ' exo-diffusion des impuretés telles que le lithium et l'hydrogène de substrats ou de couches, notamment de couches épitaxiées (fines et épaisses) de ZnO et/ou de ZnMgO pour réaliser le dopage de type p du ZnO et/ou du ZnMgO, pour obtenir une jonction p-n de grande qualité.  In other words, the purification process implemented according to the invention makes it possible to ensure the trapping and / or to increase the exo-diffusion of impurities such as lithium and hydrogen from substrates or layers, in particular epitaxial layers (thin and thick) of ZnO and / or ZnMgO for performing the p-type doping of ZnO and / or ZnMgO, to obtain a high quality pn junction.
L' invention est basée sur des observations faites en S.I.M.S. d'échantillons implantés par du phosphore (qui est une espèce potentiellement accepteur dans ZnO) et recuits à hautes températures pour lesquelles il a été observé un piégeage très important du lithium dans la zone implantée comme cela est montré sur la Figure 1. The invention is based on observations made in SIMS of samples implanted by phosphorus (which is a potentially accepting species in ZnO) and annealed at high temperatures for which has been observed a very important trapping lithium in the implanted area as shown in Figure 1.
On observe clairement sur la Figure 1 que le profil du lithium (courbe B) se superpose au profil du phosphore implanté (courbe A) , et que les concentrations sont voisines, à savoir environ 4xl018 at/cm de Li piégés pour un profil d' implantation à environ 4xl018 at/cm3 de phosphore. It is clearly seen in FIG. 1 that the profile of lithium (curve B) is superimposed on the profile of the implanted phosphorus (curve A), and that the concentrations are similar, ie approximately 4x10 18 at / cm of Li trapped for a profile. implantation at approximately 4x10 18 at / cm 3 of phosphorus.
On peut noter également que la concentration de lithium en volume a diminué, puisqu'elle est d'environ lxlO17 at/cm3 après implantation et recuit (courbe B) contre environ 4xl017 at/cm3 pour un substrat brut non implanté et non recuit (courbe C) . It may also be noted that the concentration of lithium by volume has decreased, since it is approximately 1 × 10 17 at / cm 3 after implantation and annealing (curve B) against about 4x10 17 at / cm 3 for a non-implanted raw substrate and not annealed (curve C).
Le « gettering » important du lithium par le phosphore peut s'expliquer par l'importante affinité chimique de ces deux espèces. Les phases connues faisant intervenir le lithium et le phosphore sont multiples, on peut citer les plus pertinentes : L13P, LiP [10] . The important "gettering" of lithium by phosphorus can be explained by the high chemical affinity of these two species. The known phases involving lithium and phosphorus are multiple, we can quote the most relevant: L1 3 P, LiP [10].
Le phosphore, tout comme l'azote, sont des éléments de la colonne V de la classification périodique des éléments et accepteurs potentiels dans le ZnO. Si le lithium migre et vient se piéger dans la zone d' implantation en formant une phase chimique avec l'espèce dopante, ou alors vient se lier à des liaisons pendantes de défauts cristallins (il est à noter que les dislocations sont incluses dans la définition des défauts cristallins) , alors on comprend que le dopage p du ZnO et/ou du ZnMgO soit à l'heure actuelle si difficile quelle que soit la technique de dopage utilisée, c'est-à-dire que cela soit par implantation ionique par diffusion ou encore lors de la croissance de couches fines et/ou épaisses par épitaxie en phase vapeur d' organométalliques (« MOVPE ») , par épitaxie par jets moléculaires (« EJM » ou « MBE ») etc., dopées de type n ou de type p. Phosphorus, like nitrogen, are elements of column V of the periodic table of potential elements and acceptors in ZnO. If the lithium migrates and becomes trapped in the implantation zone by forming a chemical phase with the doping species, or then binds to pendant bonds of crystalline defects (it should be noted that the dislocations are included in the definition crystalline defects), then it is understood that p doping of ZnO and / or ZnMgO is currently difficult whatever the doping technique used, that is to say that it is by ion implantation by diffusion or during the growth of thin and / or thick layers by vapor phase epitaxy of organometallic ("MOVPE") ), by molecular beam epitaxy ("MBE" or "MBE") etc., n-type or p-type doped.
On a pu aussi mettre en évidence le piégeage de l'hydrogène dans la zone implantée azote et recuite comme cela est montré sur la Figure 2. On observe 2x10 at/cm d'hydrogène pour 6,2x10 at/cm d'azotes implantés.  It was also possible to demonstrate the trapping of hydrogen in the implanted nitrogen zone and annealed as shown in FIG. 2. 2x10 at / cm of hydrogen were observed for 6.2x10 at / cm of implanted nitrogens.
La diffusion du lithium et de l'hydrogène et/ou le piégeage par les dopants potentiellement accepteurs dans la zone implantée peuvent expliquer d'une part la difficulté à doper le ZnO et/ou le ZnMgO de type p et d'autre part, l'absence du contrôle du type p quand celui-ci est obtenu, ce qui est très souvent observé dans la littérature.  The diffusion of lithium and hydrogen and / or the trapping by the potentially accepting dopants in the implanted zone can explain on the one hand the difficulty of doping ZnO and / or ZnMgO of the p type and on the other hand, the absence of p-type control when it is obtained, which is very often observed in the literature.
En d'autres termes, l'invention est basée sur les propriétés de certaines impuretés extrinsèques au ZnO que l'on utilise pour diminuer la densité des impuretés extrinsèques résiduelles.  In other words, the invention is based on the properties of certain ZnO extrinsic impurities used to decrease the density of residual extrinsic impurities.
Il est à noter que dans la présente demande, on établit une distinction entre d'une part, les impuretés extrinsèques résiduelles qui sont déjà présentes dans le ZnO ou le ZnMgO, qui proviennent par exemple du procédé de fabrication du ZnO et qui sont autres que des lacunes ou interstitiels de Zn ou de 0 et, d'autre part, les impuretés extrinsèques qui sont introduites volontairement dans le ZnO et/ ou le ZnMgO. La diminution de la densité des impuretés extrinsèques résiduelles dans le ZnO et/ou le ZnMgO obtenue selon l'invention permet ensuite un dopage p efficace dans ces matériaux qui, était jusqu'à ce jour limité par la présence d' impuretés extrinsèques résiduelles présentes en grande quantité dans les substrats comme dans les couches épitaxiées de ZnO et/ou de ZnMgO. It should be noted that in the present application, a distinction is made between, on the one hand, the residual extrinsic impurities which are already present in ZnO or ZnMgO, which come for example from the ZnO production process and which are other than gaps or interstitials of Zn or 0 and, on the other hand, extrinsic impurities that are voluntarily introduced into ZnO and / or ZnMgO. The reduction in the density of residual extrinsic impurities in the ZnO and / or ZnMgO obtained according to the invention then allows efficient p-doping in these materials which, until now, was limited by the presence of residual extrinsic impurities present in large amount in the substrates as in the epitaxial layers of ZnO and / or ZnMgO.
Les substrats et/ou les couches de ZnO commerciaux contiennent par exemple, une quantité importante de lithium (autour de 4xl017 at/cm3 et d'hydrogène lxlO18 at/cm3) . Commercial substrates and / or ZnO layers contain, for example, a large amount of lithium (around 4xl0 17 at / cm 3 and hydrogen lxlO 18 at / cm 3 ).
Le procédé de purification mis en œuvre selon l'invention permet de purifier le ZnO et/ou le ZnMgO de type n en vue de le doper de type p.  The purification process implemented according to the invention makes it possible to purify ZnO and / or ZnMgO of type n with a view to doping it with a p-type.
Ce procédé s'appuie notamment sur les mécanismes suivants :  This process relies in particular on the following mechanisms:
piégeage des impuretés et notamment du lithium et/ou de l'hydrogène par les défauts cristallins (induits par implantation ionique ou pré¬ existants dans le matériau) ; trapping impurities and in particular lithium and / or hydrogen by the crystal defects (induced by ion implantation or pre ¬ existing in the material);
augmentation de 1 ' exo-diffusion des impuretés extrinsèques résiduelles et notamment du lithium et/ou de l'hydrogène piégés par les défauts cristallins (induits ou pré-existants dans le matériau) . Il s'agit d'un phénomène qui consiste à libérer par la surface les impuretés faiblement piégées par les défauts cristallins. Ainsi, il s'inscrit dans la continuité du phénomène décrit ci-dessus. La concentration des éléments piégés est fortement diminuée surtout dans la zone de sous-surface, qui constitue souvent la partie active des dispositifs opto-électroniques ou électroniques. increased exo-diffusion of residual extrinsic impurities and in particular lithium and / or hydrogen trapped by crystalline defects (induced or pre-existing in the material). This is a phenomenon that consists of releasing impurities trapped by the crystalline defects by the surface. Thus, it is part of the continuity of the phenomenon described above. The concentration of trapped elements is greatly reduced, especially in the subsurface zone, which is often the active part of optoelectronic or electronic devices.
le piégeage (ou « gettering ») des impuretés extrinsèques résiduelles de type donneur dans le ZnO et/ou le ZnMgO telles que le lithium par la formation éventuelle d'une phase chimique entre l'impureté mobile et l'élément implanté.  the trapping (or "gettering") of residual donor-type extrinsic impurities in ZnO and / or ZnMgO, such as lithium, by the possible formation of a chemical phase between the mobile impurity and the implanted element.
Le ZnO et/ou le ZnMgO purifié par le procédé de purification exposé plus haut peut être utilisé pour la fabrication de dispositifs électroniques, électro-optiques, électroniques ou opto¬ électroniques et servir, par exemple, à la fabrication de diodes électroluminescentes pour l'éclairage, de substrats pour la croissance de couches épitaxiales de ZnO et/ou de ZnMgO ou de tout autre matériau, par exemple GaN, ou encore de germe pour la synthèse de matériau ZnO et/ou de ZnMgO massif. Le matériau purifié peut aussi être utilisé pour la croissance de nanofils de ZnO et/ou de ZnMgO ou de tout autre matériau, par exemple GaN. ZnO and / or ZnMgO purified by the purification process described above can be used for manufacturing electronic devices, electro-optical, electronic or opto ¬ electronic and serve, for example, in the manufacture of light emitting diodes for the lighting substrates for the growth of epitaxial layers of ZnO and / or ZnMgO or any other material, for example GaN, or seed for the synthesis of material ZnO and / or massive ZnMgO. The purified material can also be used for the growth of ZnO and / or ZnMgO nanowires or any other material, for example GaN.
Le procédé de purification exposé plus haut dans le cas où l'on introduit dans au moins une zone du substrat une espèce réactive qui est spécifiquement du phosphore n'a jamais été décrit dans l'art antérieur représenté notamment par les documents cités ci-dessus.  The purification process described above in the case where a reactive species which is specifically phosphorus is introduced into at least one zone of the substrate has never been described in the prior art, represented in particular by the documents cited above. .
L' invention concerne donc un procédé de purification d'un substrat en ZnO et/ou en ZnMgO de type n pour réduire ou éliminer les impuretés extrinsèques résiduelles du substrat en vue du dopage de type p d'au moins une partie du substrat, dans lequel on introduit dans au moins une zone du substrat une espèce réactive ayant une forte affinité chimique avec au moins une des impuretés extrinsèques résiduelles, et/ou étant capable de créer des défauts cristallins, ladite espèce réactive étant du P, et l'on crée ainsi dans le substrat au moins une zone dite zone « getter » capable de piéger lesdites impuretés extrinsèques résiduelles et/ou dans laquelle les impuretés extrinsèques résiduelles sont piégées ; puis on réalise un recuit du substrat pour faire diffuser les impuretés extrinsèques résiduelles vers la zone « getter », et/ou hors de la zone « getter », de préférence vers au moins une surface du substrat. The invention thus relates to a method for purifying a n-type ZnO and / or ZnMgO substrate to reduce or eliminate residual extrinsic impurities in the substrate for p-type doping of at least a portion of the substrate, which is introduced into at least one zone of the substrate a reactive species having a high chemical affinity with at least one residual extrinsic impurity, and / or being capable of creating crystalline defects, said reactive species being P, and thus creating in the substrate at least one so-called zone "Getter" capable of trapping said residual extrinsic impurities and / or in which residual extrinsic impurities are trapped; then the substrate is annealed to diffuse residual extrinsic impurities to the "getter" zone, and / or out of the "getter" zone, preferably to at least one surface of the substrate.
Des formes avantageuses de réalisation de ce procédé de purification selon l'invention ont déjà été décrites plus haut et sont aussi décrites dans les revendications 2 à 7 jointes.  Advantageous embodiments of this purification process according to the invention have already been described above and are also described in the appended claims 2 to 7.
L'invention concerne, en outre, un procédé de préparation d'un substrat en ZnO et/ou en ZnMgO dopé de type p comprenant au moins une étape de purification d'un substrat en ZnO et/ou en ZnMgO de type n par le procédé de purification tel que décrit plus haut dans le cas le plus général, c'est-à-dire dans le cas où l'on introduit dans au moins une zone du substrat au moins une espèce réactive, cette espèce réactive n'étant pas limitée au seul phosphore.  The invention furthermore relates to a method for preparing a p-type doped ZnO and / or ZnMgO substrate comprising at least one step of purifying a ZnO and / or ZnMgO n-type substrate by purification process as described above in the most general case, that is to say in the case where is introduced into at least one area of the substrate at least one reactive species, this reactive species not being limited to phosphorus alone.
L'invention concerne donc, en outre, un procédé de préparation d'un substrat en ZnO et/ou en ZnMgO dopé de type p comprenant au moins une étape de purification d'un substrat en ZnO et/ou en ZnMgO de type n pour réduire ou éliminer les impuretés extrinsèques résiduelles du substrat en vue du dopage de type p d'au moins une partie du substrat, ladite étape de purification étant réalisée par un procédé de purification, dans lequel on introduit dans au moins une zone du substrat au moins une espèce réactive ayant une forte affinité chimique avec au moins une des impuretés extrinsèques résiduelles, et/ou étant capable de créer des défauts cristallins, et l'on crée ainsi dans le substrat au moins une zone dite zone « getter » capable de piéger lesdites impuretés extrinsèques résiduelles et/ou dans laquelle les impuretés extrinsèques résiduelles sont piégées ; puis on réalise un recuit du substrat pour faire diffuser les impuretés extrinsèques résiduelles vers la zone « getter », et/ou hors de la zone « getter », de préférence vers au moins une surface du substrat. The invention therefore also relates to a process for the preparation of a p-type doped ZnO and / or ZnMgO substrate comprising at least one step for purifying a ZnO and / or ZnMgO n-type substrate for reduce or eliminate residual extrinsic impurities from the substrate for doping purposes p-type of at least a portion of the substrate, said purification step being carried out by a purification process, in which at least one reactive species having a high chemical affinity with at least one of the substrate is introduced into at least one zone of the substrate; residual extrinsic impurities, and / or being capable of creating crystalline defects, and thus creating in the substrate at least one so-called "getter" zone capable of trapping said residual extrinsic impurities and / or in which the residual extrinsic impurities are trapped; then the substrate is annealed to diffuse residual extrinsic impurities to the "getter" zone, and / or out of the "getter" zone, preferably to at least one surface of the substrate.
Des formes avantageuses de l'étape de purification de ce procédé de préparation ont déjà été décrites plus haut et sont aussi décrites dans les revendications 9 à 15 jointes.  Advantageous forms of the purification step of this method of preparation have already been described above and are also described in claims 9 to 15 attached.
Ce procédé de préparation n'a jamais été décrit dans l'art antérieur et présente toute une série d'avantages inhérents au substrat purifié préparé par le procédé de purification mis en œuvre selon l'invention et qui sont mentionnés dans la présente description.  This method of preparation has never been described in the prior art and has a number of advantages inherent to the purified substrate prepared by the purification process implemented according to the invention and which are mentioned in the present description.
En particulier, le procédé de préparation selon l'invention permet de doper le ZnO et/ou le ZnMgO de type p de façon contrôlée et reproductible. De plus, le procédé de préparation selon l'invention assure et maîtrise un dopage efficace, c'est-à-dire un dopage permettant notamment d'obtenir un signal d' électroluminescence dans la gamme de l'UV. In particular, the preparation method according to the invention makes it possible to stimulate ZnO and / or ZnMgO of the p type in a controlled and reproducible manner. In addition, the preparation method according to the invention ensures and controls efficient doping, that is to say a doping in particular to obtain an electroluminescence signal in the UV range.
Le procédé selon l'invention de préparation d'un substrat en ZnO et/ou en ZnMgO dopé de type p comprend selon un premier mode de réalisation les étapes successives suivantes :  The method according to the invention for preparing a ZnO and / or p-type doped ZnMgO substrate comprises, according to a first embodiment, the following successive steps:
a) on crée dans un substrat plan en ZnO et/ou en ZnMgO de type n, à partir de la surface supérieure du substrat, une couche « getter », par exemple par implantation ionique ;  a) a "getter" layer is created in a n-type ZnO and / or ZnMgO substrate from the upper surface of the substrate, for example by ion implantation;
b) on réalise un recuit du substrat pour faire diffuser les impuretés extrinsèques résiduelles qui se trouvent dans le substrat sous la couche « getter », vers la couche « getter » ;  b) the substrate is annealed to diffuse residual extrinsic impurities in the substrate beneath the getter layer to the getter layer;
c) on enlève éventuellement la couche c) the layer is eventually removed
« getter » ; "Getter";
d) on dépose, par exemple par épitaxie, sur la couche « getter » ou sur le substrat duquel a été enlevée la zone « getter » du ZnO et/ou du ZnMgO de type n ou de type p.  d) the "getter" zone of ZnO and / or ZnMgO of type n or of type p is deposited, for example by epitaxy, on the "getter" layer or on the substrate from which has been removed.
e) éventuellement, dans le cas où lors de l'étape d) , on a déposé du ZnO et/ou du ZnMgO de type n, on réalise le dopage de type p, par exemple par implantation ionique ou par diffusion, du ZnO et/ou du ZnMgO de type n déposé ;  e) optionally, in the case where in step d) ZnO and / or ZnMgO of the n type have been deposited, the p-type doping is carried out, for example by ion implantation or by diffusion, of the ZnO and / or n-type ZnMgO deposited;
f) on effectue éventuellement un recuit de guérison des défauts d'implantation, et d' activation des dopants de type p du ZnO et/ou du ZnMgO. Le procédé de préparation d'un substrat en f) a healing annealing of implantation defects, and activation of p-type dopants of ZnO and / or ZnMgO is optionally carried out. The process for preparing a substrate
ZnO et/ou en ZnMgO dopé de type p selon l'invention, dans ce premier mode de réalisation consiste donc généralement en une purification d'un matériau en ZnO et/ou en ZnMgO par le procédé de purification défini plus haut (sans aucune limitation sur les espèces réactives) , en la réalisation sur ce matériau purifié de couches épitaxiées ou déposées de très grande pureté, et en un dopage de type p de ces couches épitaxiées ou déposées. ZnO and / or p-type doped ZnMgO according to the invention, in this first embodiment therefore generally consists in a purification of a ZnO and / or ZnMgO material by the purification method defined above (without any limitation on the reactive species), in the production on this purified material of layers epitaxially or deposited very high purity, and a p-type doping of these epitaxial layers or deposited.
Plus précisément, la purification par le procédé mis en œuvre selon l'invention permet de piéger les impuretés extrinsèques résiduelles comme par exemple le lithium, présentes en grande quantité dans le matériau de ZnO et/ou ZnMgO pour diminuer voire supprimer leur diffusion dans les couches épitaxiées ou déposées sur un matériau de ZnO et/ou ZnMgO. Il permet, en outre, de conserver une surface « épi-ready » c'est- à-dire une surface prête pour faire de la croissance par épitaxie.  More specifically, the purification by the process implemented according to the invention makes it possible to trap residual extrinsic impurities, such as for example lithium, present in large amounts in the ZnO and / or ZnMgO material in order to reduce or even eliminate their diffusion in the layers. epitaxially or deposited on a material of ZnO and / or ZnMgO. It also makes it possible to preserve an "epi-ready" surface, that is to say a surface ready to grow by epitaxy.
Pour cela, on introduit une espèce en proche surface ou plus en volume, capable de créer de nombreux défauts cristallins et/ou ayant une forte affinité chimique avec les impuretés extrinsèques résiduelles telles que le lithium, comme par exemple le phosphore, par voie ex-situ (par exemple par implantation ionique) ou in-situ (durant la croissance des couches) dans le matériau de ZnO et/ou ZnMgO.  For this, we introduce a species in the near surface or more in volume, capable of creating numerous crystalline defects and / or having a high chemical affinity with the residual extrinsic impurities such as lithium, such as for example phosphorus, by exogenous route. situ (for example by ion implantation) or in-situ (during the growth of the layers) in the material of ZnO and / or ZnMgO.
Dans le cas où le « gettering » se fait par implantation ionique, le matériau doit être recuit à une température optimale pour permettre d' exo-diffuser et/ou piéger les impuretés extrinsèques résiduelles du matériau, comme par exemple le lithium et l'hydrogène, et de créer une éventuelle phase chimique entre les impuretés extrinsèques résiduelles comme par exemple le lithium et/ou l'hydrogène et l'espèce implantée. Cette zone « getter » peut être éventuellement retirée avant croissance par polissage, gravure etc. In the case where the "gettering" is done by ion implantation, the material must be annealed at an optimal temperature to allow exo-diffusing and / or trapping the residual extrinsic impurities of the material, such as for example lithium and hydrogen , and to create a possible chemical phase between residual extrinsic impurities such as for example lithium and / or hydrogen and the implanted species. This "getter" zone can be optionally removed before growth by polishing, etching, etc.
La zone « getter » généralement conductrice, de préférence de type n, a pour objectifs de :  The generally conductive "getter" zone, preferably of type n, has the following objectives:
purifier le ZnO et/ou le ZnMgO en volume de ses impuretés extrinsèques résiduelles, comme par exemple le lithium par « gettering ». L'avantage de l'implantation et de la multi-implantation (plusieurs énergies et doses associées) est d'introduire une concentration importante d'espèce réactive et de défauts pour :  purify ZnO and / or ZnMgO by volume of its residual extrinsic impurities, such as for example lithium by "gettering". The advantage of implantation and multi-implantation (several energies and associated doses) is to introduce a high concentration of reactive species and defects for:
o créer une zone dans laquelle les concentrations en impuretés extrinsèques résiduelles telles que le lithium et l'hydrogène piégées et/ou éliminées du substrat sont fortement diminuées : phénomène de piégeage par les défauts et/ou d'exo- diffusion,  o create a zone in which residual extrinsic impurity concentrations such as lithium and hydrogen trapped and / or removed from the substrate are greatly reduced: phenomenon of trapping by defects and / or exodiffusion,
o par la formation éventuelle d'une phase chimique entre les impuretés extrinsèques résiduelles et une espèce réactive donneur et/ou accepteur dans le ZnO et/ou ZnMgO introduite dans le ZnO et/ou le ZnMgO par implantation ionique ou pendant la croissance de couches fines ou épaisses (c'est-à- dire in-situ) .  o by the possible formation of a chemical phase between residual extrinsic impurities and a reactive donor and / or acceptor species in ZnO and / or ZnMgO introduced into ZnO and / or ZnMgO by ion implantation or during the growth of thin layers or thick (that is, in-situ).
atteindre les deux premiers objectifs cités ci-dessus tout en conservant une conductivité de type n ou de type p dans la zone de « getter » non nulle, achieve the first two objectives mentioned above while maintaining a conductivity of type n or of type p in the non-zero "getter" zone,
disposer d'un substrat de ZnO et/ou de ZnMgO dont les impuretés extrinsèques résiduelles sont piégées, ce qui empêchera la diffusion de ces dernières lors de la croissance de couches fines ou épaisses réalisées sur ce substrat et/ou d' hétérostructures , et/ou la réalisation de nanofils. En résumé, le procédé de purification mis en œuvre selon l'invention permet de diminuer voire de supprimer la migration des impuretés extrinsèques résiduelles comme par exemple la migration du lithium et de l'hydrogène dans les couches réalisées ultérieurement sur le matériau de ZnO et/ou ZnMgO ainsi traité par la formation d'une couche barrière relativement fine. Les impuretés extrinsèques résiduelles, comme par exemple le lithium, seront absentes de ces couches qui pourront être, de ce fait, efficacement dopées de type p ou de type n de grande pureté .  having a substrate of ZnO and / or ZnMgO whose residual extrinsic impurities are trapped, which will prevent the diffusion of the latter during the growth of thin or thick layers made on this substrate and / or heterostructures, and / or the production of nanowires. In summary, the purification process implemented according to the invention makes it possible to reduce or even eliminate the migration of residual extrinsic impurities, such as, for example, the migration of lithium and hydrogen in the layers subsequently produced on the ZnO material and / or or ZnMgO thus treated by the formation of a relatively thin barrier layer. Residual extrinsic impurities, such as for example lithium, will be absent from these layers, which can therefore be effectively doped with p-type or n-type high purity.
La Figure 3 représente le principe du piégeage des impuretés extrinsèques résiduelles, par exemple du lithium et de l'hydrogène, d'un matériau de ZnO et/ou de ZnMgO dans un substrat préparé par le procédé de préparation de l'invention selon le premier mode de réalisation de celui-ci.  FIG. 3 represents the principle of trapping residual extrinsic impurities, for example lithium and hydrogen, of a ZnO and / or ZnMgO material in a substrate prepared by the preparation process of the invention according to the first embodiment of it.
La zone 1 (31) est constituée par du ZnO et/ou du ZnMgO de type n d'une épaisseur généralement de 100 à 1000 ym, par exemple d'une épaisseur de 500 ym. La zone 2 (32) est constituée par une zone « getter » en ZnO et/ou ZnMgO de piégeage des impuretés telles que le lithium et de l'hydrogène d'une épaisseur généralement de 100 à 500 nm, par exemple de 500 nm. Zone 1 (31) consists of ZnO and / or n-type ZnMgO with a thickness generally of 100 to 1000 μm, for example of a thickness of 500 μm. Zone 2 (32) consists of a ZnO and / or ZnMgO "getter" zone for trapping impurities such as lithium and hydrogen with a thickness generally of 100 to 500 nm, for example 500 nm.
La zone 3 (33) est constituée par du ZnO et/ou du ZnMgO de type n de grande pureté, sans impuretés, du fait de la présence de la couche « getter » sous-jacente de la zone 2.  Zone 3 (33) consists of ZnO and / or high purity n-type ZnMgO, without impurities, due to the presence of the "getter" layer underlying zone 2.
Le ZnO et/ou le ZnMgO de type n de cette zone peut (peuvent) se présenter sous la forme d'une couche généralement d'une épaisseur de 10 à 1000 nm, par exemple de 500 nm, et/ou de multipuits quantiques ZnO/ZnMgO, par exemple 10 x ZnO : 5 nm/ZnMgO :20 nm.  The n-type ZnO and / or ZnMgO of this zone may be in the form of a layer generally of a thickness of 10 to 1000 nm, for example 500 nm, and / or ZnO multiple quantum wells. / ZnMgO, for example 10 x ZnO: 5 nm / ZnMgO: 20 nm.
La zone 4 (34) est constituée par du ZnO et/ou du ZnMgO de type p d'une épaisseur généralement de 100 à 1000 nm, par exemple de 500 nm.  Zone 4 (34) consists of ZnO and / or p-type ZnMgO with a thickness generally of 100 to 1000 nm, for example 500 nm.
La Figure 4A représente une diode à homo- j onction p-n comprenant le substrat de la Figure 3 muni de contacts avant (35) et arrière (36) . La diode de la Figure 4A est dans une configuration dite « configuration verticale ».  Figure 4A shows a p-n homogenization diode comprising the substrate of Figure 3 with front (35) and rear (36) contacts. The diode of Figure 4A is in a so-called "vertical configuration" configuration.
Il est à noter que des diodes analogues peuvent être fabriquées avec les substrats des Figures 5 et 6 en les munissant des contacts adéquats.  It should be noted that analog diodes can be made with the substrates of Figures 5 and 6 by providing them with adequate contacts.
La Figure 4B représente une diode à homo- jonction p-n comportant un substrat selon la Figure 3 muni de contacts (37) . La diode de la Figure 4B se trouve dans une configuration dite « configuration horizontale » et de ce fait, les zones 3 et 4 ainsi que la position des contacts ont été modifiés par rapport à la configuration verticale de la figure 4A. Dans le cas de cette configuration ou technologie horizontale, le courant circule principalement au niveau des zones 3 (33) et 4 (34) . Figure 4B shows a pn homo-junction diode having a substrate according to Figure 3 with contacts (37). The diode of FIG. 4B is in a so-called "horizontal configuration" configuration and therefore zones 3 and 4 as well as the position of the contacts have been modified with respect to the vertical configuration of FIG. 4A. In the case of this configuration or horizontal technology, the current flows mainly at the zones 3 (33) and 4 (34).
Dans un second mode de réalisation du procédé de préparation d'un substrat en ZnO et/ou en ZnMgO dopé de type p selon l'invention, on réalise à la fois la purification du matériau ZnO et/ou ZnMgO de ses impuretés telles que le lithium et l'hydrogène et le dopage de type p de ce matériau.  In a second embodiment of the process for preparing a p-doped ZnO and / or ZnMgO substrate according to the invention, the ZnO and / or ZnMgO material is purified of its impurities such as lithium and hydrogen and the p-type doping of this material.
Ce second mode de réalisation du procédé selon l'invention de préparation d'un substrat en ZnO et/ou en ZnMgO de type p peut comprendre deux variantes qui permettent à la fois de purifier le matériau de ses impuretés extrinsèques résiduelles telles que le lithium et l'hydrogène et de le doper de type p.  This second embodiment of the method according to the invention for preparing a ZnO and / or p-type ZnMgO substrate can comprise two variants that make it possible both to purify the material of its residual extrinsic impurities such as lithium and hydrogen and the p-type doper.
La première variante de ce second mode de réalisation appelée mode de réalisation 2A comprend les étapes successives suivantes :  The first variant of this second embodiment called Embodiment 2A comprises the following successive steps:
a) on crée dans un substrat plan en ZnO et/ou en ZnMgO de type n, à partir de la surface supérieure du substrat, une couche « getter » profonde d'une épaisseur supérieure ou égale à 500 nm;  a) a deep "getter" layer having a thickness greater than or equal to 500 nm is created in a n-type ZnO and / or ZnMgO substrate from the upper surface of the substrate;
b) on réalise un recuit du substrat pour d'une part faire diffuser les impuretés extrinsèques résiduelles qui se trouvent dans le substrat sous la couche « getter » vers la couche « getter » (et piéger les impuretés extrinsèques résiduelles dans la couche « getter ») , et d'autre part, diminuer la concentration en impuretés extrinsèques résiduelles dans la partie supérieure de la couche « getter », près de sa surface supérieure ; c) on introduit au moins un dopant de type p dans la partie supérieure de la couche « getter » ; b) the substrate is annealed so as to spread the residual extrinsic impurities in the substrate beneath the getter layer to the getter layer (and trap the residual extrinsic impurities in the getter layer); ), and on the other hand, decrease the concentration of residual extrinsic impurities in the upper part of the getter layer, near its upper surface; c) at least one p-type dopant is introduced into the upper part of the "getter"layer;
d) on effectue éventuellement un recuit de guérison des défauts d'implantation, et d' activation des dopants de type p du substrat.  d) a healing annealing of implantation defects and activation of the p-type dopants of the substrate is optionally carried out.
La seconde variante de ce second mode de réalisation appelée mode de réalisation 2B comprend les étapes successives suivantes : The second variant of this second embodiment called embodiment 2B comprises the following successive steps:
a) on crée dans un substrat plan en ZnO et/ou en ZnMgO de type n, à partir de la surface supérieure du substrat, une couche de type p profonde d'une épaisseur supérieure ou égale à 500 nm;  a) in a n-type ZnO and / or n-type ZnMgO substrate, from the upper surface of the substrate, a deep p-type layer having a thickness greater than or equal to 500 nm is created;
b) on effectue éventuellement un recuit de guérison des défauts d'implantation et d' activation des dopants de type p du substrat ;  b) optionally performing a healing annealing of implantation and activation defects of the p-type dopants of the substrate;
c) on crée dans la couche de type p, à partir de la surface supérieure de la couche de type p, une couche « getter » ;  c) creating in the p-type layer, from the upper surface of the p-type layer, a "getter" layer;
d) on réalise un recuit du substrat pour faire diffuser les impuretés extrinsèques résiduelles qui se trouvent dans le substrat et dans la couche de type p vers la couche « getter » et piéger les impuretés extrinsèques résiduelles dans la couche « getter » ;  d) the substrate is annealed to diffuse the residual extrinsic impurities present in the substrate and in the p-type layer to the getter layer and trap residual extrinsic impurities in the getter layer;
e) éventuellement, on enlève la couche e) eventually, the layer is removed
« getter ». "Getter".
Le mode de réalisation 2A, consiste à créer une couche « getter » profonde et à doper en type p au- dessus . Le mode de réalisation 2B consiste à faire l'inverse, c'est-à-dire à doper de type p profondément et à réaliser une couche « getter » en surface, qui sera ensuite retirée par polissage, gravure ou autres procédés. Embodiment 2A, consists in creating a deep getter layer and to be doped in p type above. Embodiment 2B is to do the reverse, i.e. to p-type deeply and to make a surface "getter" layer, which will then be removed by polishing, etching or other processes.
Le mode de réalisation 2A fait donc appel à une technique de « gettering profond » tandis que le mode de réalisation 2B fait appel à une technique de « gettering de surface ».  Embodiment 2A therefore uses a "deep gettering" technique while Embodiment 2B uses a "surface gettering" technique.
Plus précisément, ce que l'on entend par More specifically, what is meant by
« gettering profond » dans le mode de réalisation 2A, est la création d'une zone en surface mais assez profonde ce qui permet le piégeage (cf. Figure 5), au sein de cette zone, des impuretés extrinsèques résiduelles, par exemple du lithium, pour purifier le ZnO et/ou le ZnMgO en volume mais surtout pour diminuer fortement la concentration en impuretés extrinsèques résiduelles, par exemple de lithium et d'hydrogène en proche surface. "Deep gettering" in embodiment 2A, is the creation of a surface zone but deep enough which allows the trapping (see Figure 5), within this zone, residual extrinsic impurities, for example lithium to purify ZnO and / or ZnMgO by volume but especially to greatly reduce the concentration of residual extrinsic impurities, for example lithium and hydrogen in the near surface.
Dans le cas d'une technologie dite In the case of so-called technology
« verticale » (qui est représentée sur la Figure 4A) , on conserve une bonne conductivité dans la zone « getter », c'est-à-dire une conductivité supérieure ou égale à celle du ZnO et/ou du ZnMgO de type n avant purification. "Vertical" (which is represented in FIG. 4A), a good conductivity is retained in the "getter" zone, that is to say a conductivity greater than or equal to that of ZnO and / or ZnMgO of type n before purification.
Dans le cas d'une technologie dite « horizontale » (qui est représentée sur la Figure 4B) , la couche « getter » peut être semi-isolante ou isolante, en effet la conduction de la couche « getter » importe peu. La zone de proche surface par exemple d'une épaisseur de 500 nm dans laquelle la concentration en impuretés, par exemple en lithium, sera fortement diminuée, sera ensuite dopée de type p. In the case of a so-called "horizontal" technology (which is represented in FIG. 4B), the "getter" layer can be semi-insulating or insulating, indeed the conduction of the "getter" layer does not matter. The near surface area, for example of a thickness of 500 nm in which the concentration of impurities, for example lithium, will be greatly reduced, will then be p-type doped.
Dans cette approche, plus la zone de In this approach, the larger the area of
« gettering » est profonde plus la concentration d'éléments « getter » et la quantité de défauts induits par l'introduction de ces éléments sont élevées et plus la quantité d'impuretés, par exemple de lithium, piégées sera elle-aussi élevée. "Gettering" is deep plus the concentration of "getter" elements and the amount of defects induced by the introduction of these elements are high and the amount of impurities, for example lithium, trapped will itself be high.
La Figure 5 représente le principe du « gettering profond » pour piéger les impuretés extrinsèques résiduelles telles que le lithium et l'hydrogène d'un matériau de ZnO et/ou de ZnMgO et permettre le dopage de type p. La zone 1 (51) est constituée par du ZnO et/ou ZnMgO de type n  Figure 5 shows the principle of "deep gettering" for trapping residual extrinsic impurities such as lithium and hydrogen from a ZnO and / or ZnMgO material and allowing p-type doping. Zone 1 (51) consists of ZnO and / or ZnMgO of type n
Le ZnO et/ou le ZnMgO de type n de cette zone peut se présenter sous la forme d'une couche généralement d'une épaisseur de 100 nm à 1 ym par exemple de 500 nm, et/ou de multipuits quantiques ZnO/ZnMgO, par exemple de multipuits quantiques 10 x ZnO:5 nm/ZnMgO:20 nm.  ZnO and / or n-type ZnMgO in this zone may be in the form of a layer generally of a thickness of 100 nm to 1 μm, for example 500 nm, and / or ZnO / ZnMgO multiple quantum wells, for example multiple quantum well 10 x ZnO: 5 nm / ZnMgO: 20 nm.
La zone 2 (52) est une zone de ZnO et/ou de ZnMgO, qui est une zone « getter » de piégeage des impuretés extrinsèques résiduelles telles que le lithium et l'hydrogène, d'une épaisseur généralement de 100 à 500 nm, par exemple de 500 nm, dont la conductivité de type n est généralement nécessaire dans le cas d'une diode verticale p-n telle qu'elle est décrite sur la Figure 4A. La zone 3 (53) est une zone de ZnO et/ou de ZnMgO dopée de type p, d'une épaisseur généralement de 100 à 1000 nm, par exemple de 500 nm. Zone 2 (52) is a zone of ZnO and / or ZnMgO, which is a "getter" zone for trapping residual extrinsic impurities such as lithium and hydrogen, generally of a thickness of 100 to 500 nm, for example 500 nm, whose n-type conductivity is generally necessary in the case of a vertical diode pn as described in Figure 4A. Zone 3 (53) is a zone of p-type doped ZnO and / or ZnMgO with a thickness generally of 100 to 1000 nm, for example 500 nm.
La formation de cette structure nécessite généralement les trois étapes indissociables suivantes :  The formation of this structure generally requires the following three inseparable steps:
a) Formation d'une couche « getter profonde », de préférence conductrice, sur un matériau de ZnO et/ou de ZnMgO, par exemple par implantation ionique d'impuretés donneur ou accepteur pour le ZnO et/ou de ZnMgO comme respectivement l'aluminium ou le phosphore. L'avantage de l'implantation et de la multi- implantation (plusieurs énergies et doses associées) est d'introduire une concentration importante d'espèces réactives et de défauts pour piéger et/ou exo-diffuser une concentration importante d' impuretés telles que le lithium, et éventuellement former une phase chimique.  a) Formation of a "deep getter" layer, preferably conductive, on a ZnO material and / or ZnMgO, for example by ion implantation of donor or acceptor impurities for ZnO and / or ZnMgO as respectively the aluminum or phosphorus. The advantage of implantation and multi-implantation (several energies and associated doses) is to introduce a large concentration of reactive species and defects to trap and / or exo-diffuse a large concentration of impurities such as lithium, and possibly form a chemical phase.
b) Enlèvement éventuel de la proche surface pour éliminer les impuretés non complètement exo-diffusées au cours du recuit,  b) Possible removal of the near surface to remove the impurities not completely exo-diffused during the annealing,
c) Formation d'une couche de type p, par exemple sur une épaisseur d'environ 500 nm, par exemple par implantation ionique d'un élément accepteur dans ZnO et/ou ZnMgO, il s'agit de préférence d'un élément de la colonne V ou I de la classification périodique des éléments.  c) Formation of a p-type layer, for example over a thickness of about 500 nm, for example by ionic implantation of an acceptor element in ZnO and / or ZnMgO, it is preferably an element of column V or I of the periodic table of elements.
La première étape consiste à former une couche « getter profonde » conductrice de type n qui a pour objectif de : créer une zone dans laquelle les concentrations d' impuretés telles que le lithium et l'hydrogène sont fortement diminuées, à savoir généralement à des concentrations inférieures à 1013 atomes/cm3 à cause d'un phénomène de piégeage par les défauts et d' exo-diffusion, The first step is to form a conductive n-type "deep getter" layer that aims to: create a zone in which impurity concentrations such as lithium and hydrogen are greatly reduced, ie generally at concentrations below 10 13 atoms / cm 3 due to a phenomenon of trapping by defects and exo-diffusion,
purifier le ZnO et/ou le ZnMgO en volume de ses impuretés telles que le lithium par « gettering » par la formation d'une phase chimique entre les impuretés telles que le lithium et une espèce réactive donneur et/ou accepteur dans le ZnO et/ ou le ZnMgO introduite dans le ZnO et/ou le ZnMgO par implantation ionique ou pendant la croissance de couches fines ou épaisses,  purify ZnO and / or ZnMgO by volume of its impurities such as lithium by "gettering" by the formation of a chemical phase between impurities such as lithium and a donor reactive species and / or acceptor in ZnO and / or or ZnMgO introduced into ZnO and / or ZnMgO by ion implantation or during the growth of thin or thick layers,
- atteindre les deux premiers objectifs cités ci-dessus tout en conservant préférentiellement une conductivité non nulle dans la zone « getter », idéalement au moins égale à la conductivité du matériau de ZnO et/ou ZnMgO avant purification.  - To achieve the first two objectives mentioned above while retaining preferentially a non-zero conductivity in the "getter" zone, ideally at least equal to the conductivity of the ZnO material and / or ZnMgO before purification.
La seconde étape a pour seul objectif de doper de type p le ZnO et /ou le ZnMgO sur une épaisseur par exemple d'environ 500 nm. Dans la présente invention, quel que soit le mode de réalisation, l'espèce réactive est choisie de préférence parmi les impuretés extrinsèques résiduelles ou non du ZnO et/ou du ZnMgO, préférentiellement donneur du ZnO et/ou du ZnMgO (colonne III de la classification périodique des éléments) pour que la couche profonde reste conductrice de type n avec une conductivité idéalement au moins égale à la conductivité du matériau de ZnO et/ou du ZnMgO avant purification et éviter la formation d'une couche isolante électriquement. The second step has the sole objective of doping p-type ZnO and / or ZnMgO to a thickness for example of about 500 nm. In the present invention, whatever the embodiment, the reactive species is preferably chosen from extraneous residual impurities of ZnO and / or ZnMgO, preferentially donor of ZnO and / or ZnMgO (column III of FIG. periodic classification of the elements) so that the deep layer remains conductive n-type with a conductivity ideally at least equal to the conductivity of the ZnO material and / or ZnMgO before purification and avoid the formation of an electrically insulating layer.
Il n'est cependant pas exclu d'implanter une espèce accepteur (colonne I et V de la classification périodique des éléments) et de conserver une conductivité de type n idéalement au moins égale à celle du matériau de ZnO et/ou du ZnMgO avant purification .  However, it is not excluded to implant an acceptor species (columns I and V of the periodic table of the elements) and to keep a conductivity of type n ideally at least equal to that of the ZnO material and / or ZnMgO before purification. .
Dans le mode de réalisation 2B, on effectue un « gettering de surface » ou piégeage de surface. In Embodiment 2B, a "surface gettering" or surface trapping is performed.
Le piégeage de surface a les mêmes objectifs que le piégeage profond mais sa réalisation est différente.  Surface trapping has the same objectives as deep trapping but its realization is different.
La formation de cette structure nécessite les trois étapes indissociables suivantes :  The formation of this structure requires the following three inseparable steps:
a) Formation d'une couche de type p profonde par exemple par implantation ionique d'un élément accepteur dans ZnO et/ou du ZnMgO. Cet élément accepteur est de préférence un élément de la colonne V ou de la colonne I de la classification périodique des éléments .  a) Formation of a deep p-type layer for example by ion implantation of an acceptor element in ZnO and / or ZnMgO. This acceptor element is preferably an element of column V or column I of the periodic table of elements.
b) Formation d'une couche en surface par exemple par implantation ionique d' impuretés donneur ou accepteur pour le ZnO et/ou ZnMgO comme par exemple et respectivement de l'aluminium et du phosphore. L'avantage de l'implantation et de la multi- implantation (plusieurs énergies et doses associées) est d' introduire une concentration importante d' espèces réactives et de défauts pour piéger et/ou exo-diffuser une concentration importante d'impuretés, par exemple de lithium, et éventuellement former une phase chimique . b) Formation of a layer on the surface, for example by ion implantation of donor or acceptor impurities for ZnO and / or ZnMgO, for example and respectively aluminum and phosphorus. The advantage of implantation and multi-implantation (several energies and associated doses) is to introduce a large concentration of species reactants and defects to trap and / or exo-diffuse a large concentration of impurities, for example lithium, and possibly form a chemical phase.
c) Enlèvement de la zone « getter » de surface .  c) Removal of the surface "getter" area.
La première étape de ce mode de réalisation 2B consiste à former une couche profonde de ZnO/ ZnMgO conductrice de type p sur une épaisseur d généralement supérieure ou égale à 500 nm. The first step of this embodiment 2B consists in forming a deep p-type ZnO / ZnMgO conductor layer over a thickness d generally greater than or equal to 500 nm.
La seconde étape consiste à créer une zone « getter » ou zone de piégeage en extrême surface de ladite couche profonde.  The second step consists in creating a "getter" zone or trapping zone at the extreme surface of said deep layer.
Par « extrême surface », on entend que la zone « getter » est créée sur une profondeur d inférieure à l'épaisseur de la couche profonde, de préférence sur une profondeur d inférieure à la moitié de l'épaisseur de la couche profonde de ZnO/ ZnMgO conductrice de type p pour :  "Extreme surface" means that the "getter" zone is created over a depth d less than the thickness of the deep layer, preferably over a depth of less than half the thickness of the deep ZnO layer. / P-type conductive ZnMgO for:
créer une zone dans laquelle les concentrations en impuretés extrinsèques résiduelles, par exemple en lithium et en hydrogène, sont fortement diminuées, à savoir généralement inférieure à 1013 atomes/cm3 par un phénomène d' exo-diffusion des impuretés préalablement piégées par les défauts, to create a zone in which the residual extrinsic impurity concentrations, for example lithium and hydrogen, are greatly reduced, namely generally less than 10 13 atoms / cm 3 by a phenomenon of exo-diffusion of the impurities previously trapped by the defects ,
purifier le ZnO et/ou le ZnMgO de ses impuretés extrinsèques résiduelles, par exemple de son lithium en volume mais surtout dans la région dopée de type p, par la formation éventuelle d'une phase chimique entre les impuretés telles que le lithium et une espèce réactive donneur et/ou accepteur introduite par implantation ionique ou pendant la croissance de couches fines ou épaisses. purify the ZnO and / or ZnMgO of its residual extrinsic impurities, for example its lithium by volume but especially in the p-type doped region, by the possible formation of a chemical phase between impurities such as lithium and a donor and / or acceptor reactive species introduced by ion implantation or during the growth of thin or thick layers.
La troisième étape permet d' ôter la zone « getter » qui contient les impuretés extrinsèques résiduelles piégées.  The third step makes it possible to remove the "getter" zone which contains residual extraneous trapped impurities.
La Figure 6 représente le principe du « gettering » de surface pour piéger les impuretés telles que le lithium et l'hydrogène d'un matériau de ZnO et/ou de ZnMgO et permettre le dopage de type p. FIG. 6 represents the principle of surface "gettering" for trapping impurities such as lithium and hydrogen from a ZnO and / or ZnMgO material and allowing p-type doping.
La zone 1 (61) est constituée par du ZnO et/ou du ZnMgO de type n.  Zone 1 (61) consists of ZnO and / or n-type ZnMgO.
Le ZnO et/ou le ZnMgO de type n de cette zone peut se présenter sous la forme d'une couche, généralement d'une épaisseur de 1 à 500 ym, par exemple de 1 ym, et/ou de multipuits quantiques ZnO/ZnMgO d'une épaisseur généralement de 10 à 100 nm, par exemple de 25 nm ou bien le ZnO et/ou le ZnMgO de cette zone peut se présenter sous une forme analogue à celle des couches (33) ou (51) des figures 3, 4A, 4B et 5.  The n-type ZnO and / or ZnMgO of this zone may be in the form of a layer, generally of a thickness of 1 to 500 μm, for example 1 μm, and / or of multiple quantum wells ZnO / ZnMgO of a thickness generally of 10 to 100 nm, for example 25 nm, or the ZnO and / or ZnMgO of this zone may be in a form similar to that of the layers (33) or (51) of FIG. 3, 4A, 4B and 5.
La zone 2 (62) est une zone de ZnO et/ou de ZnMgO dopé de type p, d'une épaisseur généralement de 100 à 1000 nm, par exemple de 500 nm.  Zone 2 (62) is a p-doped ZnO and / or ZnMgO zone of a thickness generally of 100 to 1000 nm, for example 500 nm.
La zone 3 (63) est une zone « getter » de Zone 3 (63) is a "getter" area of
ZnO et/ou de ZnMgO de piégeage des impuretés extrinsèques résiduelles telles que le lithium, dont la conductivité importe peu. Cette zone a généralement une épaisseur de 100 à 500 nm, par exemple de 500 nm. L' invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation préférés du procédé de l'invention, donnée à titre illustratif et non limitatif. ZnO and / or ZnMgO trapping residual extrinsic impurities such as lithium, the conductivity of which does not matter. This zone generally has a thickness of 100 to 500 nm, for example 500 nm. The invention will be better understood on reading the detailed description which follows of the preferred embodiments of the method of the invention, given by way of illustration and not limitation.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
La description détaillée est faite en référence aux dessins joints, dans lesquels :  The detailed description is made with reference to the accompanying drawings, in which:
La Figure 1 est un graphique qui donne le profil SIMS d'un substrat de ZnO implanté phosphore à Rp = 0,3 ym. La courbe A donne la concentration en phosphore implanté. La courbe B donne la concentration en lithium piégé dans l'échantillon implanté par du phosphore après un recuit post-implantation. La courbe C donne la concentration en lithium dans un échantillon, substrat de ZnO, brut c'est-à-dire non implanté et non recuit.  Figure 1 is a graph that gives the SIMS profile of a phosphor implanted ZnO substrate at Rp = 0.3 μm. Curve A gives the concentration of implanted phosphorus. Curve B gives the concentration of lithium trapped in the sample implanted with phosphorus after a post-implantation annealing. Curve C gives the concentration of lithium in a sample, ZnO substrate, crude, that is to say not implanted and not annealed.
En ordonnée est portée la concentration (en at/cm3) , et en abscisse est portée la profondeur d'analyse d (par SIMS) de l'échantillon en ym. On the ordinate is the concentration (in at / cm 3 ), and the abscissa is the analysis depth d (by SIMS) of the sample in ym.
La Figure 2 est un graphique qui donne le profil SIMS d'un échantillon de ZnO implanté azote et recuit à 600°C pendant 15 minutes sous oxygène.  Figure 2 is a graph that gives the SIMS profile of a nitrogen implanted ZnO sample and annealed at 600 ° C for 15 minutes under oxygen.
La courbe A donne la concentration en azote implanté. La courbe B donne la concentration en hydrogène dans la zone implantée par de l'azote après un recuit post-implantation. La courbe C donne la concentration en lithium dans un échantillon, substrat de ZnO, brut c'est-à-dire non implanté et non recuit. En ordonnée est portée la concentration (en at/cm3) , et en abscisse est portée la profondeur d'analyse de l'échantillon d en ym. Curve A gives the implanted nitrogen concentration. Curve B gives the hydrogen concentration in the implanted zone by nitrogen after post-implantation annealing. Curve C gives the concentration of lithium in a sample, ZnO substrate, crude, that is to say not implanted and not annealed. On the ordinate is the concentration (in at / cm 3 ), and the abscissa is the depth of analysis of the sample d in ym.
La Figure 3 est une vue latérale en coupe d'un substrat dopé de type p obtenu par le procédé selon l'invention de préparation d'un substrat en ZnO et/ou en ZnMgO de type p selon le premier mode de réalisation de celui-ci.  FIG. 3 is a sectional side view of a p-type doped substrate obtained by the process according to the invention for preparing a p-type ZnO and / or ZnMgO substrate according to the first embodiment of this invention; this.
La Figure 4A est une vue latérale en coupe d'une jonction (homo-j onction ou hétéro-j onction) p n comportant une zone « getter », cette structure ayant été préparée par le procédé selon l'invention de préparation d'un substrat en ZnO et/ou en ZnMgO de type p selon le premier mode de réalisation de celui-ci. La figure 4A illustre une technologie dite « verticale ».  FIG. 4A is a sectional side view of a junction (homo-junction or hetero-junction) pn having a "getter" zone, this structure having been prepared by the method according to the invention for preparing a substrate in ZnO and / or p-type ZnMgO according to the first embodiment thereof. Figure 4A illustrates a so-called "vertical" technology.
La Figure 4B est une vue verticale en coupe d'une jonction (homo-j onction ou hétéro-j onction) p n comportant une zone « getter », cette structure ayant été préparée par le procédé selon l'invention de préparation d'un substrat en ZnO et/ou en ZnMgO de type p selon le premier mode de réalisation de celui-ci. La figure 4B illustre une technologie dite « horizontale ».  FIG. 4B is a vertical sectional view of a junction (homo-junction or hetero-junction) pn having a "getter" zone, this structure having been prepared by the method according to the invention for preparing a substrate in ZnO and / or p-type ZnMgO according to the first embodiment thereof. Figure 4B illustrates a so-called "horizontal" technology.
La Figure 5 est une vue latérale en coupe d'un substrat dopé de type p obtenu par le procédé selon l'invention de préparation d'un substrat en ZnO et/ou en ZnMgO de type p selon le mode de réalisation 2A de celui-ci.  FIG. 5 is a sectional side view of a p-type doped substrate obtained by the method according to the invention for preparing a p-type ZnO and / or ZnMgO substrate according to the embodiment 2A thereof. this.
La Figure 6 est une vue latérale en coupe d'un substrat dopé de type p obtenu par le procédé selon l'invention de préparation d'un substrat en ZnO et/ou en ZnMgO de type p selon le mode de réalisation 2B de celui-ci. FIG. 6 is a sectional side view of a p-type doped substrate obtained by the process according to the invention for the preparation of a substrate in ZnO and / or p-type ZnMgO according to Embodiment 2B thereof.
Les Figures 7A à 7F représentent les étapes successives du procédé selon l'invention de préparation d'un substrat en ZnO et/ou en ZnMgO de type p selon le premier mode de réalisation de celui-ci.  FIGS. 7A to 7F represent the successive steps of the method according to the invention for preparing a p-type ZnO and / or ZnMgO substrate according to the first embodiment thereof.
Les Figures 8A à 8D représentent les étapes successives du procédé selon l'invention, de préparation d'un substrat en ZnO et/ou en ZnMgO de type p, selon le mode de réalisation 2A de celui-ci.  Figures 8A-8D show the successive steps of the method according to the invention for preparing a p-type ZnO and / or ZnMgO substrate according to Embodiment 2A thereof.
Les Figures 9A à 9D représentent les étapes successives du procédé selon l'invention, de préparation d'un substrat en ZnO et/ou en ZnMgO de type p, selon le mode de réalisation 2B de celui-ci.  FIGS. 9A to 9D show the successive steps of the method according to the invention for preparing a ZnO and / or p-type ZnMgO substrate, according to embodiment 2B thereof.
II est à noter que dans toutes les figures, les épaisseurs et les tailles, et autres valeurs mentionnées ne le sont qu'à titre d'exemples, à titre indicatif ; et ne constituent en aucun cas une quelconque limitation.  It should be noted that in all the figures, the thicknesses and the sizes, and other values mentioned are only as examples, as an indication; and in no way constitute any limitation.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS DETAILED PRESENTATION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
Selon un premier mode de réalisation du procédé de préparation selon l'invention, on réalise la purification par « gettering » d'un substrat en ZnO ou en ZnMgO de type n. On réalise ensuite l'épitaxie ou le dépôt de couches de très grande pureté sur ce substrat purifié, et le dopage de type p de ces couches.  According to a first embodiment of the preparation process according to the invention, the "gettering" purification of a ZnO or n-type ZnMgO substrate is carried out. The epitaxy or the deposition of very high purity layers on this purified substrate is then carried out, and the p-type doping of these layers.
La Figure 7 décrit les différentes étapes possibles pour ce premier mode de réalisation du procédé de préparation : Étape 1 (Figure 7A) : Figure 7 describes the different possible steps for this first embodiment of the preparation process: Step 1 (Figure 7A):
Introduction par exemple par Implantation ionique dans un substrat de ZnO ou en ZnMgO de type n, d'une espèce ayant une forte affinité chimique avec les impuretés extrinsèques résiduelles, comme par exemple le lithium, pour former une zone appelée « zone getter ».  Introduction, for example, by ionic implantation in a ZnO substrate or n-type ZnMgO, of a species having a high chemical affinity with residual extrinsic impurities, such as for example lithium, to form an area called "getter zone".
Le substrat en ZnO ou en ZnMgO de type n peut se présenter par exemple sous la forme d'une couche de ZnO ou de ZnMgO de type n d'une épaisseur généralement de 100 nm à 100 ym, de préférence de 50 ym (71) . Le substrat peut aussi se présenter sous la forme d'un substrat dit « massif » ayant généralement une épaisseur supérieure ou égale à 100 ym, voire à 500 ym, par exemple de 500 ym.  The n-type ZnO or ZnMgO substrate may be, for example, in the form of a n-type ZnO or ZnMgO layer with a thickness generally of 100 nm to 100 μm, preferably 50 μm (71). . The substrate may also be in the form of a so-called "solid" substrate generally having a thickness greater than or equal to 100 μm, or even 500 μm, for example 500 μm.
Cette espèce ayant une forte affinité chimique pour les impuretés résiduelles, comme par exemple le lithium, dite « espèce getter » peut être choisie, soit parmi les impuretés théoriquement donneur, préférentiellement de la colonne III de la classification périodique des éléments, soit parmi les impuretés théoriquement accepteur du ZnO ou du ZnMgO, préférentiellement de la colonne I ou V de la classification périodique des éléments.  This species having a high chemical affinity for residual impurities, such as for example lithium, called "getter species" may be chosen, either from the impurities theoretically donor, preferably from column III of the periodic table of elements, or from impurities theoretically acceptor of ZnO or ZnMgO, preferentially of column I or V of the periodic table of elements.
Par exemple, on peut réaliser une multi- implantation ionique de phosphore aux énergies de 700 keV, 300 keV et 80 keV avec une dose de le15 at/cm2 pour chaque énergie. Préférentiellement , la zone « getter » sera conductrice de type n avec une conductivité au moins égale à celle du substrat avant l'étape de purification. For example, an ion multiplication of phosphorus can be performed at energies of 700 keV, 300 keV and 80 keV with a dose of 1 e at 15 / cm 2 for each energy. Preferably, the "getter" zone will be n-conducting with a conductivity at least equal to that of the substrate before the purification step.
La « zone getter » constitue généralement une couche de ZnO et/ou de ZnMgO, généralement d'une épaisseur de 10 à 500 nm, par exemple de 500 nm (72) à la surface du substrat, ou de la couche épitaxiée fine ou épaisse.  The "getter zone" generally constitutes a layer of ZnO and / or ZnMgO, generally of a thickness of 10 to 500 nm, for example 500 nm (72) on the surface of the substrate, or of the thin or thick epitaxial layer. .
Étape 2 (Figure 7B) : Step 2 (Figure 7B):
Recuit de diffusion des impuretés telles que le lithium à haute température pour former la phase chimique éventuelle entre les impuretés telles que le lithium et l'espèce « getter » et exo-diffuser les impuretés (73) telles que le lithium et/ou l'hydrogène vers la zone « getter » (72) et la proche surface du matériau. Le recuit que l'on peut envisager est par exemple un recuit à 1100°C sous balayage d' O2 pendant 1 heure . Étape 3A (Figure 7C) :  Diffusion annealing of impurities such as lithium at high temperature to form the possible chemical phase between impurities such as lithium and the "getter" species and exo-diffuse impurities (73) such as lithium and / or hydrogen to the getter zone (72) and the near surface of the material. The annealing that can be envisaged is, for example, annealing at 1100 ° C. under O2 flushing for 1 hour. Step 3A (Figure 7C):
Croissance de couches fines ou épaisses respectivement et préférentiellement par MOCVD, MBE ou CVT et/ou réalisation d'hétéro-structures et/ou de nanofils sur la couche « getter » (72) .  Growth of thin or thick layers respectively and preferably by MOCVD, MBE or CVT and / or realization of hetero-structures and / or nanowires on the "getter" layer (72).
On pourra par exemple réaliser la croissance d'une couche de ZnO de type n d'une épaisseur généralement de 10 nm à 100 ym, de préférence d'une épaisseur de 1 à 2 ym ou de multipuits quantiques par exemple 10 x ZnO de 5 nm ou ZnMgO de 20 nm (74) .  For example, it is possible to carry out the growth of an n-type ZnO layer with a thickness generally of 10 nm to 100 μm, preferably of a thickness of 1 to 2 μm or of multiple quantum wells, for example 10 × ZnO of 5 μm. nm or ZnMgO of 20 nm (74).
Grâce à la couche « getter » (72), il n'y a pas ou très peu (c'est-à-dire une concentration inférieure à 10 at/cm ) de diffusion du lithium dans les couches épitaxiées ou déposées (74). Thanks to the "getter" layer (72), there is no or very little (that is to say a concentration less than 10 at / cm) of lithium diffusion in the epitaxial or deposited layers (74).
Étape 4 (Figure 7E) : Step 4 (Figure 7E):
Dopage de la couche (74) (en d'autres termes, introduction d'une espèce dopante en type p dans la couche) obtenue lors de l'étape 3, par exemple par implantation ionique (76) après la croissance (dopage ex-situ) d'azote aux énergies de 200keV, 120keV et 50keV avec les doses respectives de le15cm~2, 8e14 cm"2 et 4e14 cm"2. Doping of the layer (74) (in other words, introduction of a p-type dopant species into the layer) obtained in step 3, for example by ion implantation (76) after growth (exogenous doping). situ) nitrogen to energy 200keV, 120keV and 50 keV with the respective doses of e ~ 15cm 2, 8, 14 cm "2 and 4 e 14 cm" 2.
Il est aussi possible de réaliser un dopage in-situ en type p des couches préparées, par exemple épitaxiées ou déposées, lors de l'étape de croissance 3.  It is also possible to perform p-type in-situ doping of the layers prepared, for example epitaxially or deposited, during the growth step 3.
Ce dopage de type p, par exemple par implantation d'azote, est généralement réalisé sur une épaisseur (75) de 100 nm à 1 ym, par exemple de 500 nm de la couche de ZnO ou de ZnMgO (74) déposée lors de l'étape 3.  This p-type doping, for example by implantation of nitrogen, is generally carried out over a thickness (75) of 100 nm to 1 μm, for example 500 nm of the ZnO or ZnMgO layer (74) deposited during the reaction. step 3.
Étape 5 (Figure 7F) : Step 5 (Figure 7F):
Recuit post-implantation de guérison des défauts d'implantation et d' activation des dopants, accepteurs, par exemple à 900°C pendant 15 minutes sous un balayage d'02. Healing post-implantation annealing of implantation and activation defects of the dopants, acceptors, for example at 900 ° C. for 15 minutes under a scan of 0 2 .
Dans le cas d'un dopage in-situ, il est aussi envisageable de réaliser un recuit post¬ croissance ou in-situ pour activer les dopants. In the case of an in-situ doping, it is also conceivable to produce an annealing post ¬ growth or in-situ to activate the dopants.
Dans une variante de ce mode de réalisation, on peut rajouter une étape 2 bis (non représentée) consistant à enlever, éliminer la couche « getter » dans laquelle sont piégées des impuretés telles que le lithium et l'hydrogène. In a variant of this embodiment, it is possible to add a step 2 bis (no shown) of removing, removing the "getter" layer in which impurities such as lithium and hydrogen are trapped.
Cet étape 2 bis peut être réalisée par exemple par polissage mécano-chimique doux.  This step 2a can be carried out for example by gentle chemical mechanical polishing.
A l'issue de cette étape 2bis, on réalise une étape de croissance décrite à l'étape 3B (figure 7D) sur le substrat de ZnO ou de ZnMgO de type n, purifié du fait de l'action de la couche « getter ».  At the end of this step 2bis, a growth step described in step 3B (FIG. 7D) is carried out on the n-type ZnO or ZnMgO substrate, purified by virtue of the action of the "getter" layer. .
Selon un deuxième mode de réalisation du procédé de préparation selon l'invention dans une première variante, on réalise la purification et le dopage de type p d'un substrat en ZnO ou en ZnMgO, en mettant en œuvre une technique de « gettering » profond.  According to a second embodiment of the preparation process according to the invention in a first variant, the p-type purification and doping of a ZnO or ZnMgO substrate is carried out, using a deep "gettering" technique. .
La figure 8 décrit les différentes étapes de ce deuxième mode de réalisation du procédé :  FIG. 8 describes the different steps of this second embodiment of the method:
Étape 1 (Figure 8A) : Step 1 (Figure 8A):
Implantation ionique (83) dans un substrat de ZnO ou en ZnMgO de type n (81), d'une espèce ayant une forte affinité chimique avec les impuretés extrinsèques résiduelles, telles que le lithium, pour former, une zone appelée « zone getter » (82), généralement sous la forme d'une couche (82) .  Ionic implantation (83) in a ZnO substrate or in n-type ZnMgO (81), of a species having a high chemical affinity with residual extrinsic impurities, such as lithium, to form an area called "getter zone" (82), generally in the form of a layer (82).
Cette étape est généralement réalisée de manière analogue à l'étape 1 du premier mode de réalisation à la différence que la zone, généralement couche « getter » n'est pas une couche, mince, de surface, mais une couche « profonde ». Par couche « profonde », on entend généralement que cette couche a une épaisseur, profondeur supérieure ou égale à 500 nm, de préférence de 100 à 1000 nm, par exemple de 500 nm ou 1000 nm, par rapport à une surface principale du substrat, généralement par rapport à la surface supérieure du substrat. This step is generally carried out analogously to step 1 of the first embodiment, with the difference that the zone, generally a "getter" layer, is not a thin, surface layer, but a "deep" layer. By "deep" layer, it is generally understood that this layer has a thickness greater than or equal to 500 nm, preferably 100 to 1000 nm, for example 500 nm or 1000 nm, with respect to a main surface of the substrate, generally relative to the upper surface of the substrate.
Le substrat en ZnO ou en ZnMgO de type n (81) peut se présenter par exemple sous la forme d'une couche de ZnO ou de ZnMgO de type n d'une épaisseur de 100 nm à 100 ym, de préférence de 50 ym.  The n-type ZnO or ZnMgO substrate (81) may be, for example, in the form of a n-type ZnO or ZnMgO layer with a thickness of 100 nm to 100 μm, preferably 50 μm.
Le substrat peut aussi se présenter sous la forme d'un substrat dit « massif » ayant généralement une épaisseur supérieure ou égale à 100 ym, voire à 500 ym, par exemple de 500 ym.  The substrate may also be in the form of a so-called "solid" substrate generally having a thickness greater than or equal to 100 μm, or even 500 μm, for example 500 μm.
Cette espèce ayant une forte affinité chimique pour les impuretés extrinsèques résiduelles telles que le lithium, dite « espèce getter » peut être choisie, soit parmi les impuretés théoriquement donneur, préférentiellement de la colonne III de la classification périodique des éléments, soit parmi les impuretés théoriquement accepteur du ZnO ou du ZnMgO, préférentiellement de la colonne I ou V de la classification périodique des éléments.  This species having a high chemical affinity for residual extrinsic impurities such as lithium, called "getter species" can be chosen, either from the impurities theoretically donor, preferentially from column III of the periodic table of the elements, or from the impurities theoretically acceptor of ZnO or ZnMgO, preferentially from column I or V of the periodic table of elements.
Par exemple, on peut réaliser une multi- implantation ionique (83) de l'espèce « getter » telle que le phosphore aux énergies de 700 keV, 300 keV et 80 keV avec une dose de le15 at/cm2 pour chaque énergie. Préférentiellement , la zone « getter » sera conductrice de type n avec une conductivité au moins égale à celle du substrat avant l'étape de purification. For example, ionic multi-implantation (83) of the "getter" species such as phosphorus at energies of 700 keV, 300 keV and 80 keV can be carried out with a dose of l e 15 at / cm 2 for each energy. . Preferably, the "getter" zone will be n-type conductive with a conductivity at least equal to that of the substrate before the purification step.
La « zone getter » (82) constitue ainsi généralement une couche, généralement une épaisseur de 500 à 1000 nm, par exemple de 500 nm ou 1000 nm en profondeur, dans le substrat en ZnO ou ZnMgO de type n, par exemple dans la couche en ZnO ou en ZnMgO de type n . The "getter zone" (82) thus generally constitutes a layer, generally a thickness of 500 to 1000 nm, for example 500 nm or 1000 nm in depth, in the n-type ZnO or ZnMgO substrate, for example in the n-type ZnO or ZnMgO layer.
Étape 2 (Figure 8B) : Step 2 (Figure 8B):
Recuit de diffusion des impuretés à haute température pour former la phase chimique éventuelle entre les impuretés telles que le lithium et l'espèce « getter » et/ou exo-diffuser (84) les impuretés telles que le lithium et/ou l'hydrogène vers la surface de la zone « getter ». Le recuit que l'on peut envisager est par exemple un recuit à 1100°C sous balayage d' O2 pendant 1 heure .  Diffusion annealing impurities at high temperature to form the possible chemical phase between impurities such as lithium and the species "getter" and / or exo-diffuse (84) impurities such as lithium and / or hydrogen to the surface of the "getter" area. The annealing that can be envisaged is, for example, annealing at 1100 ° C. under O2 flushing for 1 hour.
On obtient ainsi, sous la couche « getter » We thus obtain under the getter layer
(82) un substrat (81) de ZnO ou de ZnMgO de type n purifié, sur toute son épaisseur dans lequel les impuretés ont été éliminées ou réduites grâce à la couche, zone « getter» (82) . Au niveau de la partie supérieure de la couche « getter » (82), on obtient de même une couche de surface (85) généralement d'une épaisseur de 10 à 100 nm, par exemple de 100 nm, en ZnO ou en ZnMgO de type n dans laquelle les impuretés, généralement le lithium et l'hydrogène, sont piégées et/ou leurs concentrations sont typiquement inférieures ou égales à environ 1013 à 1014 cm . (82) a purified n-type ZnO or ZnMgO substrate (81) over its entire thickness in which the impurities have been removed or reduced by the "getter" layer (82). At the level of the upper part of the "getter" layer (82), a surface layer (85), generally of a thickness of 10 to 100 nm, for example 100 nm, in ZnO or in ZnMgO of type n in which the impurities, generally lithium and hydrogen, are trapped and / or their concentrations are typically less than or equal to about 10 13 to 14 cm.
Étape 3 (Figure 8C) : Step 3 (Figure 8C):
Dopage en type p de la couche de surface (85) de la zone (82) obtenue lors de l'étape 2 (en d'autres termes, introduction d'une espèce dopante dans la couche), par exemple par implantation ionique (86) (dopage ex-situ) d'azote aux énergies de 200 keV, 120 keV et 50 keV avec les doses respectives de le15cm"2, 8e14 cm"2 et 4e14 cm"2. P-type doping of the surface layer (85) of the zone (82) obtained in step 2 (in other words, introduction of a dopant species into the layer), for example by ion implantation (86) (ex-situ doping) of nitrogen at energies of 200 keV, 120 keV and 50 keV with the respective doses of 1 e 15 cm "2 , 8 e 14 cm " 2 and 4 e 14 cm "2 .
Étape 4 (Figure 8D) : Step 4 (Figure 8D):
Recuit post-implantation de guérison des défauts d'implantation et d' activation des dopants, accepteurs, par exemple à 900°C pendant 15 minutes sous un balayage d'02. Healing post-implantation annealing of implantation and activation defects of the dopants, acceptors, for example at 900 ° C. for 15 minutes under a scan of 0 2 .
Dans une autre variante de ce mode de réalisation, on peut rajouter une étape 2bis consistant à enlever, éliminer la couche « getter » des impuretés telles que le lithium et l'hydrogène avant l'étape 3.  In another variant of this embodiment, it is possible to add a step 2a consisting of removing, eliminating the "getter" layer of impurities such as lithium and hydrogen before step 3.
Cette étape 2bis peut être réalisée par exemple par polissage mécano-chimique doux.  This step 2a can be carried out for example by gentle chemical mechanical polishing.
Selon un deuxième mode de réalisation du procédé selon l'invention dans une seconde variante, on réalise la purification et le dopage de type p d'un substrat en ZnO ou en ZnMgO, en mettant en œuvre une technique de « gettering » de surface. According to a second embodiment of the method according to the invention in a second variant, the p-type purification and doping of a ZnO or ZnMgO substrate is carried out, using a surface "gettering" technique.
La Figure 9 décrit les différentes étapes de ce deuxième mode de réalisation du procédé selon cette seconde variante avec un « gettering » de surface .  FIG. 9 describes the different steps of this second embodiment of the method according to this second variant with a surface "gettering".
Étape 1 (Figure 9A) : Step 1 (Figure 9A):
Formation d'une couche profonde (92) de type p dans un substrat ou couche (91) en ZnO et/ou en ZnMgO tel que défini plus haut. Par couche « profonde », on entend que cette couche est réalisée sur une épaisseur importante, par exemple supérieure ou égale à 500 nm, par exemple de 500 nm à 1000 nm, par rapport à une surface principale du substrat, généralement par rapport à la surface supérieure du substrat. Formation of a p-type deep layer (92) in a substrate or layer (91) made of ZnO and / or ZnMgO as defined above. By "deep" layer is meant that this layer is made over a large thickness, for example greater than or equal to 500 nm, for example from 500 nm to 1000 nm, with respect to a main surface of the substrate, generally with respect to the upper surface of the substrate.
Cette couche peut être réalisée soit par implantation ionique (93) (dopage ex-situ) d'un élément accepteur dans le substrat en ZnO et/ou en ZnMgO de type n. De préférence, il s'agit d'un élément de la colonne V ou I de la classification périodique des éléments. Ou bien cette couche peut être réalisée par dopage in-situ c'est-à-dire que l'on fait croître par exemple par « MOCVD » une couche de ZnO et/ou de ZnMgO en introduisant des dopants potentiellement accepteurs lors de la croissance.  This layer may be made either by ion implantation (93) (ex-situ doping) of an acceptor element in the ZnO substrate and / or ZnMgO n-type. Preferably, it is an element of column V or I of the periodic table of elements. Or this layer can be made by in-situ doping, that is to say that is grown for example by "MOCVD" a layer of ZnO and / or ZnMgO by introducing potentially accepting dopants during growth .
Un exemple concret serait d'effectuer une multi-implantation d'azote aux énergies de 200 keV, 120 keV et 50 keV avec les doses respectives de le15 cm"2, 8e14 cm"2 et 4e14 cm"2. A concrete example would be to perform a multi-implantation of nitrogen at energies of 200 keV, 120 keV and 50 keV with the respective doses of 1 e 15 cm "2 , 8 e 14 cm " 2 and 4 e 14 cm "2 .
Étape 2 (Figure 9B) : Step 2 (Figure 9B):
Recuit de guérison des défauts d'implantation et d' activation des accepteurs, par exemple à 900°C, pendant 15 minutes sous un balayage d'oxygène, notamment dans le cas où l'accepteur est 1 ' azote .  Healing annealing of defects in implantation and activation of the acceptors, for example at 900 ° C., for 15 minutes under a purge of oxygen, especially in the case where the acceptor is nitrogen.
Étape 3 (Figure 9C) : Step 3 (Figure 9C):
On forme une couche « getter » dans la couche profonde de type p. La formation de cette couche peut être réalisée par exemple par implantation ionique (94) d'une espèce qui présente de préférence une forte affinité chimique pour les impuretés extrinsèques résiduelles telles que le lithium, dite « espèce getter ». A "getter" layer is formed in the deep p-type layer. The formation of this layer may be carried out for example by ion implantation (94) of a species that preferably has a high chemical affinity for residual extrinsic impurities such as lithium, called "getter species".
Cette espèce peut être choisie, soit parmi les impuretés théoriquement donneur pour le ZnO et/ou le ZnMgO, préférentiellement de la colonne III de la classification périodique des éléments, soit parmi les impuretés théoriquement accepteur du ZnO et/ou du ZnMgO, préférentiellement de la colonne I ou V de la classification périodique des éléments.  This species can be chosen either from the theoretically donor impurities for ZnO and / or ZnMgO, preferentially from column III of the periodic table of the elements, or from the theoretically accepting impurities of ZnO and / or ZnMgO, preferentially from column I or V of the periodic table of elements.
Par exemple, on peut réaliser une multi- implantation ionique de phosphore aux énergies de 700 keV, 300 keV et 80 keV avec une dose de 1.1015 at/cm2 pour chaque énergie, ou bien une implantation d'aluminium d'énergie égale à 80 keV avec une dose de 1.1015 at/cm2. For example, it is possible to carry out a multi-ion implantation of phosphorus at energies of 700 keV, 300 keV and 80 keV with a dose of 1.10 15 at / cm 2 for each energy, or an aluminum implantation of energy equal to 80 keV with a dose of 1.10 15 at / cm 2 .
Préférentiellement , et dans le cas d'une technologie « verticale », la zone « getter » (95) sera conductrice de type n avec une conductivité au moins égale à celle du substrat de ZnO initialement non implanté et non recuit.  Preferably, and in the case of a "vertical" technology, the "getter" zone (95) will be n-type conductive with a conductivity at least equal to that of the initially non-implanted and non-annealed ZnO substrate.
La « zone getter » (95) constitue généralement une couche, généralement d'une épaisseur de 10 à 500 nm, de préférence de 100 à 500 nm, par exemple de 100 nm ou 500 nm, depuis la surface de la couche dopée de type p.  The "getter zone" (95) generally constitutes a layer, generally of a thickness of 10 to 500 nm, preferably 100 to 500 nm, for example 100 nm or 500 nm, from the surface of the doped type layer. p.
Étape 4 (Figure 9D) : On réalise un recuit de diffusion des impuretés par exemple à 1100°C sous balayage d' O2 pendant 1 heure pour exo-diffuser les impuretés extrinsèques résiduelles telles que le lithium et/ou l'hydrogène piégé (s) sur les défauts et éventuellement former une phase chimique. Lors de cette étape, les impuretés telles que le lithium et l'hydrogène présents dans le volume du ZnO et /ou du ZnMgO et dans la zone du ZnO et/ou du ZnMgO de type p migrent et sont piégés dans la zone « getter » et/ou exo-diffusés vers la surface. La zone dopée de type p est ainsi purifiée par élimination de ses impuretés telles que son lithium et son hydrogène. Étape 5 (non représentée) : Step 4 (Figure 9D): Diffusion annealing of the impurities is carried out for example at 1100 ° C. under O2 flushing for 1 hour in order to exo-diffuse residual extrinsic impurities such as lithium and / or hydrogen trapped on the flaws and possibly form a chemical phase. During this step, the impurities such as lithium and hydrogen present in the volume of ZnO and / or ZnMgO and in the ZnO and / or ZnMgO p-type zone migrate and are trapped in the "getter" zone. and / or exo-diffused towards the surface. The p-type doped zone is thus purified by elimination of its impurities such as lithium and hydrogen. Step 5 (not shown):
On enlève éventuellement la zone « getter », par exemple par polissage mécano-chimique doux . En conclusion, le procédé de purification mis en œuvre selon la présente invention permet de purifier de manière efficace un matériau en ZnO et/ou en ZnMgO en diminuant la concentration d' impuretés extrinsèques fortement mobiles telles que le lithium et l'hydrogène.  The "getter" zone may be removed, for example by gentle chemical mechanical polishing. In conclusion, the purification method implemented according to the present invention makes it possible to effectively purify a ZnO and / or ZnMgO material by decreasing the concentration of highly mobile extrinsic impurities such as lithium and hydrogen.
Le principal avantage du procédé de préparation d'un substrat en ZnO et/ou en ZnMgO dopé de type p comprenant au moins une étape de purification d'un substrat en ZnO et/ou en ZnMgO de type n mis en œuvre selon l'invention, est l'obtention de jonctions de ZnO et/ ou de ZnMgO grâce à un dopage de type p du matériau de ZnO et/ou de ZnMgO. Le procédé selon l'invention assure le contrôle de ce dopage, c'est-à- dire sa reproductibilité et l'obtention d'un signal d' électroluminescence intense dans l'UV. The main advantage of the process for preparing a ZnO and / or p-type doped ZnMgO substrate comprising at least one step of purifying a ZnO and / or ZnMgO n-type substrate implemented according to the invention , is the obtaining of ZnO and / or ZnMgO junctions by virtue of a p-type doping of ZnO material and / or ZnMgO. The method according to the invention ensures the control of this doping, that is to say its reproducibility and the obtaining of an intense electroluminescence signal in the UV.
La qualité du dopage de type p, démontrée par des densités de porteurs et des mobilités élevées, est assurée par la diminution importante de la concentration en impuretés telles que le lithium et l'hydrogène (préférentiellement donneurs dans le ZnO et/ou le ZnMgO) dans la zone de type p des substrats commerciaux de ZnO et/ou des couches épitaxiées ou déposées de ZnO et/ou de ZnMgO sur des substrats de ZnO et/ou de ZnMgO.  The quality of p-type doping, demonstrated by high carrier densities and mobilities, is ensured by the significant reduction in the concentration of impurities such as lithium and hydrogen (preferentially donors in ZnO and / or ZnMgO). in the p-type region of commercial ZnO substrates and / or epitaxial or deposited layers of ZnO and / or ZnMgO on ZnO and / or ZnMgO substrates.
Un dispositif comprenant un substrat et/ou une couche épitaxiée mince ou épaisse au moins en partie dopé (e) de type p obtenu (e) par le procédé selon l'invention aussi bien dans son premier mode de réalisation (Figures 4A ou 4B) que dans son second mode de réalisation, pourra être utilisé en opto- électronique pour la réalisation de jonctions p-n notamment pour la fabrication de diodes électroluminescentes (« DEL » ou « LED » en anglais) . Ces diodes électroluminescentes peuvent servir, par exemple, à l'éclairage avec une basse consommation en énergie. RÉFÉRENCES A device comprising a substrate and / or a thin or thick epitaxial layer at least partly doped p-type obtained by the method according to the invention both in its first embodiment (Figures 4A or 4B) that in its second embodiment, may be used in optoelectronics for the realization of pn junctions including the manufacture of light emitting diodes ("LED" or "LED" in English). These light-emitting diodes can be used, for example, for lighting with low energy consumption. REFERENCES
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Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de purification d'un substrat en ZnO et/ou en ZnMgO de type n pour réduire ou éliminer les impuretés extrinsèques résiduelles du substrat en vue du dopage de type p d' au moins une partie du substrat, dans lequel on introduit dans au moins une zone du substrat une espèce réactive ayant une forte affinité chimique avec au moins une des impuretés extrinsèques résiduelles, et/ou étant capable de créer des défauts cristallins, ladite espèce réactive étant du P, et l'on crée ainsi dans le substrat au moins une zone dite zone « getter » capable de piéger lesdites impuretés extrinsèques résiduelles et/ou dans laquelle les impuretés extrinsèques résiduelles sont piégées ; puis on réalise un recuit du substrat pour faire diffuser les impuretés extrinsèques résiduelles vers la zone « getter », et/ou hors de la zone « getter », de préférence vers au moins une surface du substrat. A method for purifying a n-type ZnO and / or ZnMgO substrate to reduce or eliminate residual extrinsic impurities from the substrate for pd doping at least a portion of the substrate, into which at least one zone of the substrate a reactive species having a high chemical affinity with at least one residual extrinsic impurity, and / or being capable of creating crystalline defects, said reactive species being P, and thus creating in the substrate at at least one so-called "getter zone" capable of trapping said residual extrinsic impurities and / or in which residual extrinsic impurities are trapped; then the substrate is annealed to diffuse residual extrinsic impurities to the "getter" zone, and / or out of the "getter" zone, preferably to at least one surface of the substrate.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les impuretés extrinsèques résiduelles appartiennent au groupe constitué par les métaux et 1 ' hydrogène . 2. The process according to claim 1, wherein the residual extrinsic impurities belong to the group consisting of metals and hydrogen.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel lesdites impuretés extrinsèques résiduelles appartiennent au groupe constitué par le lithium et 1 ' hydrogène . 3. The process according to claim 2, wherein said residual extrinsic impurities belong to the group consisting of lithium and hydrogen.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la zone « getter » est conductrice de type n ou p, ou semi- isolante ou isolante. 4. Method according to any one of the preceding claims, wherein the "getter" zone is n-type or p-conductive, or semi-insulating or insulating.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la ou les espèce (s) réactive (s) est (sont) introduite ( s ) dans au moins une zone du substrat par implantation ionique, de préférence par multi-implantation ionique, à chaud ou à froid . 5. Method according to any one of the preceding claims, wherein the reactive species is (are) introduced into at least one area of the substrate by ion implantation, preferably by multi-implantation. ionic, hot or cold.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la zoneThe method of any one of the preceding claims, wherein the area
« getter » se présente sous la forme d'une couche. "Getter" is in the form of a layer.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la zone « getter » est créée à une surface du substrat. The method of any of the preceding claims, wherein the "getter" zone is created at a surface of the substrate.
8. Procédé de préparation d'un substrat en ZnO et/ou en ZnMgO dopé de type p comprenant au moins une étape de purification d'un substrat en ZnO et/ou en ZnMgO de type n pour réduire ou éliminer les impuretés extrinsèques résiduelles du substrat en vue du dopage de type p d'au moins une partie du substrat, ladite étape de purification étant réalisée par un procédé de purification, dans lequel on introduit dans au moins une zone du substrat au moins une espèce réactive ayant une forte affinité chimique avec au moins une des impuretés extrinsèques résiduelles, et/ou étant capable de créer des défauts cristallins, et l'on crée ainsi dans le substrat au moins une zone dite zone « getter » capable de piéger lesdites impuretés extrinsèques résiduelles et/ou dans laquelle les impuretés extrinsèques résiduelles sont piégées ; puis on réalise un recuit du substrat pour faire diffuser les impuretés extrinsèques résiduelles vers la zone « getter », et/ou hors de la zone « getter », de préférence vers au moins une surface du substrat. A process for preparing a p-type doped ZnO and / or ZnMgO substrate comprising at least one step of purifying a ZnO and / or ZnMgO n-type substrate to reduce or eliminate the residual extrinsic impurities of the substrate for the p-type doping of at least a portion of the substrate, said purification step being carried out by a purification process, in which at least one reactive species having a high chemical affinity is introduced into at least one zone of the substrate with at least one residual extrinsic impurity, and / or being capable of to create crystalline defects, and thus creates in the substrate at least one so-called "getter" zone capable of trapping said residual extrinsic impurities and / or in which residual extrinsic impurities are trapped; then the substrate is annealed to diffuse residual extrinsic impurities to the "getter" zone, and / or out of the "getter" zone, preferably to at least one surface of the substrate.
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel les impuretés extrinsèques résiduelles appartiennent au groupe constitué par les métaux et 1 ' hydrogène . 9. The process according to claim 8, wherein the residual extrinsic impurities belong to the group consisting of metals and hydrogen.
10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel lesdites impuretés extrinsèques résiduelles appartiennent au groupe constitué par le lithium et 1 ' hydrogène . The method of claim 9, wherein said residual extrinsic impurities belong to the group consisting of lithium and hydrogen.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, dans lequel la ou les espèce (s) réactive (s) est (sont) choisie (s) parmi les espèces réactives donneur et/ou accepteur et la zone « getter » est conductrice de type n ou p, ou semi-isolante ou isolante . 11. Process according to any one of claims 8 to 10, in which the reactive species is (are) chosen from the reactive species donor and / or acceptor and the zone "getter" is conductive of the n or p type, or semi-insulating or insulating.
12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel la ou les espèce (s) réactive (s) est (sont) choisie (s) parmi les éléments des colonnes I, III, ou V de la classification périodique des éléments. 12. The method of claim 11, wherein the reactive species is (s) selected from the elements of columns I, III, or V of the periodic table of elements.
13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel la ou les espèce (s) réactive (s) est (sont) choisie (s) parmi le phosphore et l'aluminium. 13. The method of claim 12, wherein the reactive species (s) is (are) selected from phosphorus and aluminum.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 13, dans lequel la ou les espèce (s) réactive (s) est (sont) introduite ( s ) dans au moins une zone du substrat par implantation ionique, de préférence par multi-implantation ionique, à chaud ou à froid . 14. Process according to any one of claims 8 to 13, in which the reactive species or species is (are) introduced into at least one zone of the substrate by ion implantation, preferably by multi -Ithic implantation, hot or cold.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 14, dans lequel la zone « getter » se présente sous la forme d'une couche. 15. A method according to any one of claims 8 to 14, wherein the "getter" zone is in the form of a layer.
16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 15, dans lequel la zone « getter » est créée à une surface du substrat. The method of any one of claims 8 to 15, wherein the "getter" zone is created at a surface of the substrate.
17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 16, dans lequel on réalise les étapes successives suivantes : 17. The method according to any one of claims 8 to 16, wherein the following successive steps are carried out:
a) on crée dans un substrat plan en ZnO et/ou en ZnMgO de type n, à partir de la surface supérieure du substrat, une couche « getter », par exemple par implantation ionique ;  a) a "getter" layer is created in a n-type ZnO and / or ZnMgO substrate from the upper surface of the substrate, for example by ion implantation;
b) on réalise un recuit du substrat pour faire diffuser les impuretés extrinsèques résiduelles qui se trouvent dans le substrat sous la couche « getter », vers la couche « getter » ; c) on enlève éventuellement la coucheb) the substrate is annealed to diffuse residual extrinsic impurities in the substrate beneath the getter layer to the getter layer; c) the layer is eventually removed
« getter » ; "Getter";
d) on dépose, par exemple par épitaxie, sur la couche « getter » ou sur le substrat duquel a été enlevée la zone « getter » du ZnO et/ou du ZnMgO de type n ou de type p;  d) depositing, for example by epitaxy, on the "getter" layer or on the substrate from which has been removed the "getter" zone of ZnO and / or ZnMgO of n-type or p-type;
e) éventuellement, dans le cas où lors de l'étape d) on a déposé du ZnO et/ou du ZnMgO de type n, on réalise le dopage de type p, par exemple par implantation ionique ou par diffusion, du ZnO et/ou du ZnMgO de type n déposé;  e) optionally, in the case where in step d) n-type ZnO and / or ZnMgO has been deposited, the p-type doping is carried out, for example by ion implantation or by diffusion, of ZnO and / or or n-type ZnMgO deposited;
f) on effectue éventuellement un recuit de guérison des défauts d'implantation, et d' activation des dopants de type p du ZnO et/ou du ZnMgO.  f) a healing annealing of implantation defects, and activation of p-type dopants of ZnO and / or ZnMgO is optionally carried out.
18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 16, dans lequel on réalise les étapes successives suivantes : 18. A method according to any one of claims 8 to 16, wherein the following successive steps are carried out:
a) on crée dans un substrat plan en ZnO et/ou en ZnMgO de type n, à partir de la surface supérieure d'un substrat, une couche « getter profonde », d'une épaisseur supérieure ou égale à 500 nm ;  a) in a n-type ZnO and / or n-type ZnMgO substrate, from the upper surface of a substrate, a "deep getter" layer with a thickness greater than or equal to 500 nm is created;
b) on réalise un recuit du substrat pour d'une part faire diffuser les impuretés extrinsèques résiduelles qui se trouvent dans le substrat sous la couche « getter » vers la couche « getter », et d'autre part, diminuer la concentration en impuretés extrinsèques résiduelles dans la partie supérieure de la couche « getter », près de sa surface supérieure ; c) on introduit au moins un dopant de type p dans la partie supérieure de la couche « getter » ; b) the substrate is annealed so as to diffuse residual extrinsic impurities in the substrate under the "getter" layer to the "getter" layer, and on the other hand, to reduce the concentration of extrinsic impurities; residuals in the upper part of the getter layer, near its upper surface; c) at least one p-type dopant is introduced into the upper part of the "getter"layer;
d) on effectue éventuellement un recuit de guérison des défauts d'implantation, et d' activation des dopants de type p du substrat.  d) a healing annealing of implantation defects and activation of the p-type dopants of the substrate is optionally carried out.
19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 16, dans lequel on réalise les étapes successives suivantes : 19. A method according to any one of claims 8 to 16, wherein the following successive steps are carried out:
a) on crée dans un substrat plan en ZnO et/ou en ZnMgO de type n, à partir de la surface supérieure du substrat, une couche de type p profonde d'une épaisseur supérieure ou égale à 500 nm ;  a) in a n-type ZnO and / or n-type ZnMgO substrate, from the upper surface of the substrate, a deep p-type layer having a thickness greater than or equal to 500 nm is created;
b) on effectue éventuellement un recuit de guérison des défauts d'implantation et d' activation des dopants de type p du substrat ;  b) optionally performing a healing annealing of implantation and activation defects of the p-type dopants of the substrate;
c) on crée dans la couche de type p, à partir de la surface supérieure de la couche de type p, une couche « getter » ;  c) creating in the p-type layer, from the upper surface of the p-type layer, a "getter" layer;
d) on réalise un recuit du substrat pour faire diffuser les impuretés extrinsèques résiduelles qui se trouvent dans le substrat et dans la couche de type p vers la couche « getter » et piéger les impuretés extrinsèques résiduelles dans la couche « getter » ;  d) the substrate is annealed to diffuse the residual extrinsic impurities present in the substrate and in the p-type layer to the getter layer and trap residual extrinsic impurities in the getter layer;
e) éventuellement, on enlève la couche e) eventually, the layer is removed
« getter ». "Getter".
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