FR2687010A1 - Structure cristalline composite a couche epitaxiale des groupes ii-vi sur substrat de silicium et son procede d'obtention. - Google Patents

Structure cristalline composite a couche epitaxiale des groupes ii-vi sur substrat de silicium et son procede d'obtention. Download PDF

Info

Publication number
FR2687010A1
FR2687010A1 FR9300812A FR9300812A FR2687010A1 FR 2687010 A1 FR2687010 A1 FR 2687010A1 FR 9300812 A FR9300812 A FR 9300812A FR 9300812 A FR9300812 A FR 9300812A FR 2687010 A1 FR2687010 A1 FR 2687010A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
substrate
epitaxial layer
plane
silicon
orientation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR9300812A
Other languages
English (en)
Other versions
FR2687010B1 (fr
Inventor
Ebe Hiroji
Sawada Akira
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Publication of FR2687010A1 publication Critical patent/FR2687010A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR2687010B1 publication Critical patent/FR2687010B1/fr
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02551—Group 12/16 materials
    • H01L21/02562—Tellurides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/46—Sulfur-, selenium- or tellurium-containing compounds
    • C30B29/48—AIIBVI compounds wherein A is Zn, Cd or Hg, and B is S, Se or Te
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02381—Silicon, silicon germanium, germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02387—Group 13/15 materials
    • H01L21/02395—Arsenides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/02433—Crystal orientation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02609—Crystal orientation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S438/00—Semiconductor device manufacturing: process
    • Y10S438/973—Substrate orientation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

La présente invention concerne une structure cristalline composite constituée par une couche épitaxiale (5) des groupes II-VI formée par croissance, sur un substrat (4) choisi parmi le silicium, l'arséniure de gallium et l'arséniure de gallium (GaAs) sur silicium, caractérisée en ce que ledit substrat présente une orientation cristalline comportant un plan (111), ladite couche épitaxiale des groupes II-VI présente une orientation cristalline comportant un plan (111), et en ce qu'il existe un glissement par rotation dans le plan de 30degré entre les orientations cristallines dudit substrat et de ladite couche épitaxiale des groupes II-VI. La présente invention concerne également un procédé d'obtention d'une telle structure cristalline composite par un procédé MOCVD. L'invention est applicable notamment à la détection infrarouge.

Description

i La présente invention concerne la croissance d'une couche épitaxiale
des groupes II-VI sur un substrat, notamment un substrat de silicium Plus parti-
culièrement, la présente invention concerne la croissance d'une couche épitaxiale
de Cd Te ( 111) sur un substrat de silicium ( 111) Hg Cd Te est connu comme maté-
riau sensible pour la détection infrarouge, et la croissance hétéroépitaxiale de
Hg Cd Te sur un substrat de silicium constitue une technologie clé pour le déve-
loppement des détecteurs infrarouges monolithiques A cet effet, une couche intermédiaire de Cd Te est tout d'abord formée par croissance sur un substrat de silicium, après quoi une couche de Hg Cd Te est formée par croissance sur la couche
épitaxiale de Cd Te.
Un imageur infrarouge conventionnel de type hybride présente une structure telle qu'une multiplicité d'éléments détecteurs infrarouges en Hg Cd Te sont formés sur un substrat de Cd Te et qu'un agencement du traitement du signal, par exemple un CCD, est formé sur un substrat de silicium, puis les deux substrats sont reliés entre eux au moyen d'une multiplicité de bosses pour former l'imageur infrarouge. On a proposé un imageur infrarouge de type monolithique pour répondre aux exigences posées par un nombre accru d'éléments détecteurs dans le but d'améliorer la résolution de la détection des images Cet imageur infrarouge monolithique comporte une couche intermédiaire de Cd Te formée par croissance sur un substrat de silicium et une couche de Hg Cd Te formée par croissance sur la couche intermédiaire de Cd Te Un agencement de traitement du signal est formé dans le substrat de silicium et une multiplicité d'éléments détecteurs sont formés dans la couche de Hg Cd Te L'imageur infrarouge monolithique peut répondre aux exigences posées par le nombre accru d'éléments détecteurs, permet la mise en
oeuvre de procédés de fabrication plus simples et augmente la fiabilité mécanique.
Le problème fondamental posé par la production d'un imageur infra-
rouge monolithique est la croissance hétéro-épitaxiale de Cd Te sur un substrat de silicium On sait que la structure cristalline du silicium est de type diamant et que la structure cristalline de Cd Te est de type blende Ces deux types présentent des ressemblances concernant les structures réticulaires de sorte que, si les deux types d'atomes de type blende sont remplacés par des atomes de silicium, le cristal
présente la même structure que le silicium de type diamant.
Pour faire croître sur un substrat de silicium une couche épitaxiale de Cd Te on connaît les procédés suivants dans lesquels la couche de Cd Te a la même orientation cristalline que le substrat de silicium Lorsque l'on utilise un substrat de silicium comportant un plan ( 100), on fait croître sur ce substrat une couche épitaxiale de Cd Te qui comporte un plan ( 100) Lorsque l'on utilise un substrat de silicium comportant un plan ( 111), on fait croître sur ce substrat une couche épitaxiale de Cd Te qui comporte un plan ( 111) Dans les deux cas, la couche de Cd Te formée a la même direction dans le plan que la direction cristalline du substrat de silicium sous-jacent Un aspect de cette technologie est décrit dans le document "Growth of Cd Te films on silicon by molecular beam epitaxy" de H H.
Stadelmaier, J Appl Phys 54 ( 7), juillet 1983, pages 4238-4240.
Le principal problème posé par les procédés ci-dessus est qu'il n'est pas possible d'éviter une discordance réticulaire entre le silicium et Cd Te Dans le cas évoqué ci-dessus, la discordance réticulaire est d'environ 19 % On sait que Ga As a a la même structure de type blende que Cd Te et qu'il peut être utilisé
comme substrat ou comme couche intermédiaire sur un substrat de silicium.
Cependant, la discordance réticulaire entre Ga As et Cd Te n'est abaissée qu'à la
valeur de 14,6 %.
Cette discordance réticulaire importante provoque des défauts cris-
tallins tels que les défauts d'adaptation ("misfit") et les dislocations Bien que l'on ait tenté de mettre en oeuvre d'autres procédés pour faire croître une couche épitaxiale de Cd Te présentant une orientation cristalline différente de celle du
substrat il demeure un problème de discordance réticulaire.
Pour remédier à ce problème, la présente invention a pour but l'obten-
tion d'une couche épitaxiale des groupes II-VI sur un substrat, notamment de sili-
cium, et plus précisément l'obtention dune couche épitaxiale de Cd Te sur un substrat de silicium permettant de minimiser la discordance réticulaire entre Cd Te
et le silicium.
La présente invention a encore pour but de proposer un procédé pour la croissance d'une couche épitaxiale de Cd Te présentant une concordance réticulaire
avec le substrat de silicium sous-jacent.
Selon l'invention, ces buts peuvent être atteints grâce à l'utilisation d'un substrat de silicium ( 111) sur lequel une couche épitaxiale de Cd Te ( 111) est amenée à croître, la couche de Cd Te ainsi formée présentant un glissement par
rotation dans le plan de 30 par rapport à l'orientation cristalline du silicium sous-
jacent. La croissance de la couche épitaxiale est accomplie grâce à un procédé de dépôt chimique organo-métallique en phase vapeur (MOCVD) dans lequel on utilise comme sources de cadmium et de tellure le diméthylcadmium (DM Od) et le diéthyltellure (DE Te) Le substrat de silicium ( 111) est recuit à 1 OOOC en atmosphère d'hydrogène après quoi la température du substrat est abaissée à 400 C et le DM Cd et le DE Te gazeux sont introduits de manière que le rapport molaire
DE Te/DM Cd au cours de la croissance soit supérieur à 15.
Selon la présente invention, la surface du substrat de silicium ( 111)
présente de préférence un défaut d'orientation de 1 à 10 ' vers la direction < 11 O >.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux
dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés, donnés
uniquement à titre d'exemple, et dans lesquels: la figure 1 est une vue de dessus schématique d'une structure réticulaire à l'interface entre une couche épitaxiale de Cd Te et un substrat de silicium dans laquelle il existe un glissement par rotation dans le plan de 30 à l'interface, la figure 2 est une vue en perspective d'une structure cristalline
composite constituée par le substrat de silicium et la couche épitaxiale, qui repré-
sente schématiquement le glissement par rotation ci-dessus, les figures 3 (a) et 3 (b) représentent des coupes transversales du substrat de silicium montrant un défaut d'orientation du substrat de silicium ( 111), la figure 3 (a) correspondant au cas sans défaut d'orientation et la figure 3 (b) correspondant au cas o la direction < 111 > du substrat de silicium présente un défaut d'orientation vers sa direction < 11 O >, la figure 4 représente une méthode expérimentale pour mesurer l'ampleur du glissement par rotation de la structure cristalline composite, la figure 5 représente une caractéristique de largeur à mi-hauteur de la courbe oscillante des rayons X par rapport au plan ( 333) de la couche épitaxiale lorsque l'on fait varier le rapport d'alimentation entre les gaz du groupe VI et du groupe II, les figures 6 (a) à 6 (c) représentent l'intensité de réflexion des rayons X sur le plan ( 422) de la couche épitaxiale de Cd Te en fonction de l'angle de rotation du substrat, la valeur O étant attribuée à l'angle de réflexion sur le plan ( 422) du substrat de silicium, et la figure 7 est une figure qui complète la figure 3 (b) pour illustrer la plage admissible de la direction de défaut d'orientation < 110 > du substrat de
silicium ( 111).
Selon le concept de base de la présente invention, une couche épitaxiale semi-conductrice d'un composé des groupes II-VI comportant un plan
( 111) peut croître sur un substrat de silicium ( 111) avec une excellente concor-
dance réticulaire lorsqu'il existe un glissement par rotation dans le plan de 30 à l'interface entre la couche épitaxiale et le substrat de silicium sous-jacent Lorsque la couche épitaxiale est une couche de Cd Te, la discordance réticulaire est abaissée de 19 % selon l'état de la technique à 3,4 % Ceci est représenté schématiquement sur les figures 1 et 2.
La figure 1 est une vue de dessus schématique d'une structure réticu-
laire à l'interface entre la couche épitaxiale de Cd Te et le substrat de silicium Le plan ( 111) de la couche de Cd Te et le plan ( 111) du substrat de silicium sont parallèles au plan de la figure La direction < 11 O> du substrat de silicium et la direction < 110 > de la couche de Cd Te sont dans le plan ( 111) et forment un angle de 30 ' Les grands cercles 1 hachurés représentent des atomes de tellure ou de cadmium Sur la figure 1, seuls les atomes d'un premier type, par exemple des atomes de Te, sont présents dans le plan de la figure tandis que les atomes du second type (atomes de Cd) ne sont pas représentés par souci de clarté car ces atomes du second type sont situés dans un autre plan et occupent des positions qui ne sont pas situées sur des lignes qui coincident Les cercles clairs 2 représentent les atomes de silicium supérieurs et les cercles sombres 3 représentent les atomes
de silicium inférieurs.
Dans le cas de la croissance selon l'état de la technique dans laquelle la
direction < 110 > de Cd Te est parallèle à la direction < 110 > du silicium, l'écarte-
ment d Cd Te des atomes constitutifs de Cd Te et l'écartement dsi des atomes de silicium (figure 1) sont entre eux dans un rapport de 1,19 ce qui correspond à une discordance réticulaire de 19 % Cependant, lorsque l'on fait croître la couche de Cd Te avec le glissement par rotation dans le plan de 30 représenté sur la figure 1, d Cd Te doit être comparé avec l'écartement d'si ce qui donne un rapport de 1,034 si
bien que la discordance réticulaire est réduite à 3,4 %.
La figure 2 représente un produit composite formé selon la présente invention qui consiste en un substrat 4 de silicium ( 111) et en une couche épitaxiale 5 de Cd Te ( 111) formée sur le substrat, et dans lequel l'orientation du plan ( 111) de Cd Te présente un glissement par rotation dans le plan de 30 par
rapport à l'orientation du substrat de silicium ( 111) sous-jacent.
Le glissement par rotation ci-dessus peut être expliqué de la manière suivante La direction <il O> du substrat de silicium ( 111) 4 est prise comme direction de référence comme le montre la flèche A de la figure 2 Dans ce cas, la direction < 11 O> du substrat de silicium est comprise dans le plan ( 111) du silicium La direction < 110 > de la couche épitaxiale 5 de Cd Te ( 111) formée est représentée par la flèche B ou B' et forme un angle de plus ou moins 30 par rapport à la flèche A' qui est parallèle à la direction de référence représentée par la flèche A Comme la direction de référence A' coïncide avec la direction < 211 > ou
avec la direction < 121 > de la couche épitaxiale 5 de Cd Te ( 111) formée, la con-
dition ci-dessus peut être exprimée en disant que la direction < 211 > ou la direction < 121 > de la couche de Cd Te formée est parallèle à la direction < 11 0 >
du substrat de silicium.
En résumé, pour réduire la discordance réticulaire et pour obtenir une meilleure cristallinité, la couche épitaxiale 5 de Cd Te ( 111) formée par croissance sur le substrat de silicium ( 111) doit présenter une rotation de 30 de l'orientation
cristalline dans la direction avant ou arrière par rapport au substrat de silicium.
Les expériences faites par nous ont montré que le rapport molaire de DE Te (gaz contenant un élément du groupe VI) à DM Cd (gaz contenant un élément du groupe 1 I) au cours du procédé MOCVD joue un rôle important pour la croissance d'une couche épitaxiale de CD Te ( 111) présentant un glissement par rotation dans le plan de 30 sur un substrat de silicium ( 111) et que, de plus, un défaut d'orientation du substrat de silicium ( 111) vers la direction < 110 > est
préférable pour supprimer l'hémitropie de la couche épitaxiale de Cd Te.
Dans la suite on va donner des détails concernant différents essais.
Conditions de croissance dans le procédé MOCVD Un substrat de silicium est tout d'abord nettoyé et recuit à 1 000 C dans une atmosphère d'hydrogène ( 105 Pa: 760 Torr) Puis, la température est abaissée à 400 C et DM Cd et DE Te gazeux sont introduits tandis que la température du substrat est maintenue à 400 C, de manière à maintenir la pression partielle de DM Cd dans la plage de 1,333 Pa à 0,133 Pa ( 1 x 10-2 à 1 x 10-3 Torr) et la pression partielle de DE Te dans la plage de 1,333 x 102 à 1,333 Pa ( 1 à 1 x 10-2 Torr) On examine les effets du rapport molaire de DE Te/DM Cd en modifiant le rapport molaire pour lui donner les valeurs suivantes 1,5, 5, 15, 20, 30
et 60.
Défaut d'orientation du silicium ( 111) Le défaut d'orientation d'un substrat de silicium ( 111) est défini comme la surface du substrat dont la direction < 111 > est inclinée d'un petit angle vers une direction prédéterminée Ceci est représenté sur les figures 3 (a) et 3 (b) La figure 3 (a) montre une coupe transversale d'un substrat ( 111) normal dans lequel la direction < 111 > est perpendiculaire à la surface du substrat La figure 3 (b) montre une coupe transversale d'un substrat à défaut d'orientation dans lequel la direction cristalline < 111 > forme un angle O par rapport à la perpendiculaire à la surface du substrat Si l'on suppose que le substrat est incliné vers la direction < 11 O > (sur la figure, la direction < 11 O> du substrat est comprise dans le plan de la figure), le défaut d'orientation est exprimé de la manière suivante: substrat ( 111) à défaut
d'orientation O vers la direction < 110 >.
On a préparé et testé plusieurs types de substrats de silicium ( 111) qui présentent différents angles de défaut d'orientation (d'inclinaison) et différentes
directions de défaut d'orientation.
Méthodes d'essai La structure cristalline de la couche épitaxiale formée est évaluée par une méthode connue de mesure de la largeur à mi-hauteur (LMH) de la courbe
oscillante des rayons X par rapport au plan ( 333).
Pour déterminer si la couche épitaxiale formée présente un glissement par rotation dans le plan de 30 ' et si elle présente une hémitropie, on teste la direction cristalline de la couche épitaxiale formée en mesurant l'intensité de diffraction des rayons X On se référera à la figure 4 pour décrire brièvement cette méthode Il existe dans la couche épitaxiale de Cd Te et dans le substrat de silicium un plan ( 422) qui forme un angle 01 de 19,5 avec les plans ( 111) de la couche épitaxiale et du substrat Lorsque les rayons X incidents ont un angle d'incidence 02 de 35,61, les rayons X réfléchis présentent l'intensité maximale On détermine la projection et la détection des rayons X en fonction de cette condition Le substrat de silicium comportant la couche de Cd Te est disposé de manière à pouvoir tourner autour d'un axe du plan ( 111) Lorsque l'intensité maximale des rayons X réfléchis par le plan ( 422) du substrat de silicium est détectée, la position correspondante du substrat est prise comme référence et comme angle O Puis, le substrat est entraîné en rotation d'un angle déterminé depuis la position de
référence et l'intensité des rayons X réfléchis par le plan ( 422) de la couche épi-
taxiale de Cd Te est mesurée Cette opération est répétée en modifiant progressivement l'angle de rotation ce qui permet de tracer une courbe de
l'intensité des rayons X en fonction de l'angle de rotation.
Résultats des essais La figure 5 représente des résultats typiques d'essais concernant la cristallinité de la couche épitaxiale de Cd Te obtenus en modifiant le rapport molaire de DE Te/DM Cd La valeur de la largeur à mi-hauteur décroît (amélioration de la cristallinité) lorsque le rapport DE Te/DM Cd augmente On
préfère un rapport molaire supérieur à 15.
Les figures 6 (a) à 6 (c) représentent des résultats typiques d'essais
concernant la réflexion depuis le plan ( 422).
Les données de la figure 6 (a) sont obtenues dans des conditions dans lesquelles la croissance épitaxiale de Cd Te est accomplie en maintenant le rapport molaire DE Te/DM Cd à une valeur constante de 30, le silicium ( 111) présentant un défaut d'orientation vers la direction < 211 > La courbe présente deux pics pour des angles de rotation de + 30- Ceci signifie qu'il existe un glissement par rotation de entre la couche épitaxiale de Cd Te et le substrat de silicium Cependant, la
couche épitaxiale présente une hémitropie.
Les données de la figure 6 (b) sont obtenues dans des conditions dans lesquelles la croissance épitaxiale de Cd Te est accomplie en maintenant le rapport molaire DE Te/DM Cd à une valeur constante de 15 tandis que le silicium ( 111) présente encore un défaut d'orientation vers la direction < 211 > comme dans le cas de la figure 6 (a) La courbe présente deux pics d'angle de rotation à + 60 ' Du fait de la structure symétrique des cristaux de type blende, ceci signifie que la couche épitaxiale de Cd Te formée présente la même orientation cristalline que la couche de Cd Te formée par le procédé de l'état de la technique et qu'elle présente la même
discordance réticulaire par rapport au substrat de silicium.
Les données de la figure 6 (c) sont obtenues dans des conditions dans lesquelles la croissance épitaxiale de Cd Te est accomplie en maintenant le rapport molaire DE Te/DM Cd à une valeur constante de 30 tandis que le silicium ( 111) présente un défaut d'orientation de 8 vers la direction < 11 O> La courbe comporte un seul pic d'angle de rotation à + 30 ' Ceci signifie qu'il existe un glissement par rotation de 30 entre la couche épitaxiale de Cd Te et le substrat de silicium et que la couche épitaxiale ne présente pas d'hémitropie Dans ce cas, on obtient donc des
résultats satisfaisants.
D'autres essais sont menés en modifiant le rapport molaire, la direction de défaut d'orientation du plan ( 111) du silicium et l'angle de défaut d'orientation O En résumant tous les résultats obtenus, pour d'obtenir un glissement par rotation dans le plan de 30 pour la couche épitaxiale de Cd Te ( 111) sur le substrat de silicium ( 111), il est nécessaire que le rapport molaire DE Te/DM Cd soit supérieur à 15 et que le substrat de silicium ( 111) présente un défaut d'orientation vers la
direction < 110 > d'un angle de 1 à 10 '.
La direction < 11 O > de défaut d'orientation évoquée ci-dessus peut avoir une plage angulaire admissible de + 15 dans le plan ( 111) Cette plage est représentée schématiquement sur la figure 7 La direction < 111 > du substrat de silicium peut être inclinée vers la flèche A ou vers la flèche B, l'angle formé par la
direction < 11 O > et la flèche A ou la flèche B, étant limité à 15-.
Autres perfectionnements Dans les modes de réalisation ci-dessus, une couche épitaxiale de Cd Te ( 111) est formée par croissance sur un substrat de silicium ( 111) Lorsque du zinc est présent dans la couche épitaxiale de Cd Te, c'est-à-dire lorsque Cdjix Znx Te est amené à croître sur le substrat de silicium ( 111), la discordance réticulaire est réduite encore et, dans le cas idéal o x = 0,55, la discordance réticulaire est réduite à O % On peut y parvenir en ajoutant du diéthylzinc (DE Zn) gazeux au cours de la croissance par MOCVD décrite précédemment On amène la pression partielle du diéthylzinc gazeux à une valeur choisie, comprise dans la plage de 1,333 à 1,333 x 10-2 Pa ( 10-2 à 10-4 Torr) de manière à obtenir le
rapport de mélange x de 0,55.
Il est possible également de former sur la couche épitaxiale présente
sur le substrat une couche de tellurure de cadmium et de mercure (Hg Cd Te).
De plus, il est possible de remplacer le substrat de silicium par un
substrat d'arséniure de gallium Ga As dont la structure cristalline est de type blende.
En outre, il est possible d'utiliser comme substrat secondaire une structure com-
posite constituée par du silicium et Ga As, Ga As étant formé par croissance
épitaxiale sur le substrat de silicium.

Claims (9)

REVENDICATIONS
1 Structure cristalline composite constituée par une couche épitaxiale ( 5) des groupes II-VI formée par croissance sur un substrat ( 4) choisi parmi le silicium, l'arséniure de gallium et l'arséniure de gallium (Ga As) sur silicium, caractérisée en ce que ledit substrat présente une orientation cristalline comportant un plan ( 111), ladite couche épitaxiale des groupes II-VI présente une orientation cristalline comportant un plan ( 111), et en ce qu'il existe un glissement par rotation dans le plan de 30 entre les orientations cristallines dudit substrat et de ladite
couche épitaxiale des groupes II-VI.
2 Structure cristalline composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit plan ( 111) du substrat ( 4) présente un défaut d'orientation vers une
direction < 110 > dudit substrat.
3 Structure cristalline composite selon la revendication 2, caractérisée
en ce que l'angle de défaut d'orientation est compris dans la plage de 1 ' à 10 .
4 Structure cristalline composite selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite direction de défaut d'orientation < 110 > comprend une plage
admissible de + 15 dans ledit plan ( 111) du substrat.
Structure cristalline composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite couche épitaxiale des groupes II-VI est constituée par du tellurure
de cadmium (Cd Te).
6 Structure cristalline composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite couche épitaxiale des groupes II-VI est constituée par du tellurure
de cadmium et de zinc (Cd Zn Te).
7 Structure cristalline composite selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit tellurure de cadmium et de zinc (Cd Zn Te) présente la composition
Cd 0,45 Zn 0,55 Te.
8 Structure cristalline composite selon l'une quelconque des
revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une couche de
tellurure de cadmium et de mercure (Hg Cd Te) formée par croissance sur ladite
couche épitaxiale présente sur le substrat.
9 Procédé pour faire croître une couche épitaxiale ( 5) des groupes II-
VI sur un substrat ( 4) par un procédé MOCVD, dans lequel le substrat est choisi parmi le silicium, l'arséniure de gallium et l'arséniure de gallium (Ga As) sur silicium et présente un plan ( 111), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à prévoir une multiplicité de gaz organo-métalliques comprenant chaque élément de ladite couche épitaxiale des groupes II-VI, à faire circuler un gaz vecteur et ladite multiplicité des gaz organo-métalliques et à chauffer ledit substrat par le procédé MOCVD, le rapport molaire entre les quantités des gaz organo- métalliques fournis au substrat, défini par (quantité de gaz du groupe VI/quantité de gaz du groupe 11), étant supérieur à 15. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit plan ( 111) du substrat présente un défaut d'orientation vers une direction < 11 O> dudit substrat. 11 Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'angle de
défaut d'orientation est compris dans la plage de l à 10 '.
12 Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite direction de défaut d'orientation < 11 O> comprend une plage admissible de + 15 '
dans ledit plan ( 111) du substrat.
FR9300812A 1992-01-31 1993-01-27 Structure cristalline composite a couche epitaxiale des groupes ii-vi sur substrat de silicium et son procede d'obtention. Granted FR2687010A1 (fr)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP01666392A JP3263964B2 (ja) 1992-01-31 1992-01-31 半導体装置形成用結晶とその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR2687010A1 true FR2687010A1 (fr) 1993-08-06
FR2687010B1 FR2687010B1 (fr) 1995-05-12

Family

ID=11922573

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR9300812A Granted FR2687010A1 (fr) 1992-01-31 1993-01-27 Structure cristalline composite a couche epitaxiale des groupes ii-vi sur substrat de silicium et son procede d'obtention.

Country Status (4)

Country Link
US (2) US5302232A (fr)
JP (1) JP3263964B2 (fr)
FR (1) FR2687010A1 (fr)
GB (1) GB2263708B (fr)

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5449927A (en) * 1994-05-16 1995-09-12 Santa Barbara Research Center Multilayer buffer structure including II-VI compounds on a silicon substrate
JPH08107068A (ja) * 1994-10-03 1996-04-23 Nec Corp ＭＢＥ法によるＳｉ基板上ＣｄＴｅ成長方法
JP2570646B2 (ja) * 1994-12-13 1997-01-08 日本電気株式会社 Ｓｉベ−ス半導体結晶基板及びその製造方法
GB2302209A (en) * 1994-12-20 1997-01-08 Mitsubishi Electric Corp Method of growing compound semiconductor layer
US5833749A (en) * 1995-01-19 1998-11-10 Nippon Steel Corporation Compound semiconductor substrate and process of producing same
US5998809A (en) * 1995-10-06 1999-12-07 Raytheon Company Room temperature 3-5 micrometer wavelength HgCdTe heterojunction emitter
US6045614A (en) * 1996-03-14 2000-04-04 Raytheon Company Method for epitaxial growth of twin-free, (111)-oriented II-VI alloy films on silicon substrates
US5861626A (en) * 1996-04-04 1999-01-19 Raytheon Ti System, Inc. Mercury cadmium telluride infrared filters and detectors and methods of fabrication
US6036770A (en) * 1996-04-04 2000-03-14 Raytheon Company Method of fabricating a laterally continuously graded mercury cadmium telluride layer
US6091127A (en) * 1997-04-02 2000-07-18 Raytheon Company Integrated infrared detection system
US5998235A (en) 1997-06-26 1999-12-07 Lockheed Martin Corporation Method of fabrication for mercury-based quaternary alloys of infrared sensitive materials
DE19938631A1 (de) * 1999-08-14 2001-02-22 Hatto Schick Verfahren zur Herstellung dünner einkristalliner Schichten
US6872252B2 (en) 2002-03-06 2005-03-29 Agilent Technologies, Inc. Lead-based perovskite buffer for forming indium phosphide on silicon
US7541105B2 (en) * 2006-09-25 2009-06-02 Seagate Technology Llc Epitaxial ferroelectric and magnetic recording structures including graded lattice matching layers
US7769135B2 (en) * 2007-10-18 2010-08-03 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration X-ray diffraction wafer mapping method for rhombohedral super-hetero-epitaxy
GB2489924A (en) * 2011-04-06 2012-10-17 Isis Innovation Integrating III-V or II-VI devices with high resistivity silicon or germanium substrates
CN102888584B (zh) * 2012-09-17 2014-05-14 上海大学 一种基于金刚石薄膜上沉积CdTe薄膜的方法
US8823146B1 (en) * 2013-02-19 2014-09-02 Raytheon Company Semiconductor structure having silicon devices, column III-nitride devices, and column III-non-nitride or column II-VI devices
US9614026B2 (en) 2013-03-13 2017-04-04 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration High mobility transport layer structures for rhombohedral Si/Ge/SiGe devices
CN106883419B (zh) * 2017-01-19 2020-07-03 湖北大学 一种钴基金属-有机骨架材料的快速合成方法及其应用
EP3586374B1 (fr) 2017-02-24 2022-12-28 First Solar, Inc. Méthode de préparation et de traitement de couches semi-conductrices photovoltaïques de type p

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2078695B (en) * 1980-05-27 1984-06-20 Secr Defence Cadmium mercury telluride deposition
DE3379059D1 (en) * 1982-10-19 1989-03-02 Secr Defence Brit Organometallic chemical vapour deposition of films
GB2156857B (en) * 1983-11-30 1987-01-14 Philips Electronic Associated Method of manufacturing a semiconductor device
JPS61274313A (ja) * 1985-05-29 1986-12-04 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
JPS61276313A (ja) * 1985-05-31 1986-12-06 Oki Electric Ind Co Ltd 半導体装置の製造方法
US4828938A (en) * 1986-04-11 1989-05-09 Hughes Aircraft Company Method for depositing materials containing tellurium and product
JPS63194322A (ja) * 1987-02-09 1988-08-11 Sharp Corp 化合物半導体基板
JP2563937B2 (ja) * 1987-08-24 1996-12-18 日本電信電話株式会社 ▲ｉｉｉ▼−▲ｖ▼族化合物半導体結晶基板
JPH01231331A (ja) * 1988-03-11 1989-09-14 Seisan Gijutsu Shinko Kyokai 半導体単結晶製造方法
JP2687445B2 (ja) * 1988-06-11 1997-12-08 ソニー株式会社 ヘテロエピタキシャル成長方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. NOUHI ET AL.: "Molecular beam epitaxy and metalorganic chemical vapor deposition growth of epitaxial CdTe on (100) GaAs/Si and (111) GaAs/Si substrates", APPLIED PHYSICS LETTERS., vol. 52, no. 24, 13 June 1988 (1988-06-13), NEW YORK US, pages 2228 - 2230 *
G.S. TOMPA: "Multiwafer growth of CdTe on GaAs by metalorganic chemical vapor deposition in a vertical, high-speed, rotating disk reactor", APPLIED PHYSICS LETTERS., vol. 55, no. 1, 3 July 1989 (1989-07-03), NEW YORK US *
H. EBE ET AL.: "CdTe rotation growth on silicon substrates by metallo-organic chemical vapour deposition", EUROPEAN MATERIALS RESEARCH SOCIETY 1992 SPRING MEETING, SYMPOSIUM F, 2 June 1992 (1992-06-02), STRASBOURG, FRANCE *
I. LIAW ET AL.: "X-RAY DOUBLE-CRYSTAL DIFFRACTION STUDIES OF CdTe/GaAs HETEROEPITAXIAL LAYERS", JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH., vol. 100, no. 3, March 1990 (1990-03-01), AMSTERDAM NL, pages 508 - 514 *
L.M. SMITH ET AL.: "The growth of CdHgTe on GaAs and fabrication of high-quality photodiodes", JOURNAL OF VACUUM SCIENCE AND TECHNOLOGY: PART A., vol. 8, no. 2, March 1990 (1990-03-01), NEW YORK US, pages 1078 - 1085 *
M.P. HALSALL ET AL.: "Growth and assessment of CdS and CdSe layers produced on GaAs by metalorganic chemical vapor deposition", JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH., vol. 91, no. 1/2, August 1988 (1988-08-01), AMSTERDAM NL, pages 135 - 140 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP3263964B2 (ja) 2002-03-11
GB9301489D0 (en) 1993-03-17
GB2263708B (en) 1995-01-18
GB2263708A (en) 1993-08-04
JPH05217890A (ja) 1993-08-27
US5394826A (en) 1995-03-07
US5302232A (en) 1994-04-12
FR2687010B1 (fr) 1995-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FR2687010A1 (fr) Structure cristalline composite a couche epitaxiale des groupes ii-vi sur substrat de silicium et son procede d&#39;obtention.
EP1290721B1 (fr) Procede de preparation d&#39;une couche de nitrure de gallium
Cheung et al. Recent progress on LADA growth of HgCdTe and CdTe epitaxial layers
TWI442455B (zh) Iii-v族半導體結構及其形成方法
FR2769924A1 (fr) Procede de realisation d&#39;une couche epitaxiale de nitrure de gallium, couche epitaxiale de nitrure de gallium et composant optoelectronique muni d&#39;une telle couche
EP3514841B1 (fr) Dispositif optoélectronique et son procédé de fabrication
WO2004012227A2 (fr) Procede de realisation par epitaxie en phase vapeur d&#39;un film de nitrure de gallium a faible densite de defaut
FR2607322A1 (fr) Procede de croissance epitaxiale d&#39;un compose semi-conducteur
EP1178522A1 (fr) Formation de boítes quantiques
WO2015177220A1 (fr) Procede de fabrication d&#39;un materiau semi-conducteur incluant une couche de nitrure d&#39;element iii semi-polaire
EP3248213A1 (fr) Fabrication d&#39;un support semi-conducteur à base de nitrures d&#39;éléments iii
EP2939277B1 (fr) Dispositif optoelectronique a microfils ou nanofils
WO2018002497A1 (fr) Structure de nucleation adaptee a la croissance epitaxiale d&#39;elements semiconducteurs tridimensionnels
FR2765400A1 (fr) Procede pour fabriquer une structure en materiau semi-conducteur et structure en materiau semi-conducteur absorbant les infrarouges, a bande interdite variable
FR2853141A1 (fr) Appareil a semi-conducteur, procede pour faire croitre un semi-conducteur a nitrure et procede de production d&#39;un appareil a semi-conducteur
FR2728103A1 (fr) Substrat de base en si recouvert d&#39;une couche de cdte ou de cdznte riche en cd et procede pour sa production
EP0480804B1 (fr) Procédé de croissance de couches hétéroépitaxiales
EP3809450A1 (fr) Procede d&#39;hetero-integration d&#39;un materiau semi-conducteur d&#39;interet sur un substrat de silicium
EP3248212B1 (fr) Procédé de fabrication d&#39;une structure semi-conductrice à base de nitrures d&#39;éléments iii passivée et une telle structure
EP3652365A1 (fr) Procede de realisation d&#39;une couche cristalline en un compose iii-n par epitaxie van der waals a partir de graphene
FR2921200A1 (fr) Heterostructures semi-conductrices monolithiques epitaxiees et leur procede de fabrication
EP0083540B1 (fr) Procédé de depôt par épitaxie en phase liquide d&#39;un composé ternaire
WO2020127603A1 (fr) Substrat semi-conducteur avec couche intermediaire dopee n
WO2017144429A1 (fr) Procédé permettant d&#39;obtenir sur un substrat cristallin une couche semi-polaire de nitrure
EP3900017B1 (fr) Procede de fabrication d&#39;un substrat de croissance

Legal Events

Date Code Title Description
ST Notification of lapse