PT2050124E

PT2050124E - Método de fabrico de dispositivos semicondutores num substrato de grupo iv com caudas de difusão

Info

Publication number: PT2050124E
Application number: PT07763924T
Authority: PT
Inventors: Norbert Puetz; Simon Fafard; Joseph Rene Bruno Riel
Original assignee: Cyrium Technologies Inc
Priority date: 2006-08-11
Filing date: 2007-07-19
Publication date: 2012-05-28
Also published as: IL196477A; IL196477A0; CY1112913T1; EP2050124A4; ES2383872T3; CN101501819A; ATE546828T1; MX2009001151A; US20110073913A1; CN101501819B; AU2007283383B2; EP2050124A1; EP2050124B1; WO2008017143A1; BRPI0714267A2; AU2007283383A1; EP2428981A1; CA2657504A1; US8124958B2; US7872252B2

Description

ΡΕ2050124 1 DESCRIÇÃO " MÉTODO DE FABRICO DE DISPOSITIVOS SEMICONDUTORES NUM SUBSTRATO DE GRUPO IV COM CAUDAS DE DIFUSÃO "

CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se genericamente à deposição epitaxial de dispositivos electrónicos e optoelectrónicos. Mais particularmente, a presente invenção refere-se à deposição de estruturas de dispositivos electrónicos e optoelectrónicos III/V em substratos do grupo IV.

ANTECENDENTES DA INVENÇÃO A deposição de sequências de camadas de dispositivos eletrónicos e optoelectrónicos III/V, tais como células solares multijunçao, diodos emissores de luz (LEDs), em substratos do Grupo IV é conhecida. As propriedades eletrónicas e ópticas de tais dispositivos estão a ser estudadas exaustivamente e a correlação entre essas propriedades e as caracteristicas da interface substrato-filme está a receber grande atenção. A razão para a atenção dada à interface substrato-filme é que, na maior parte, o desempenho destes dispositivos é determinado pela qualidade desta interface. 2 ΡΕ2050124

Ao depositar um material III/V, por exemplo GaAs, epitaxialmente sobre um substrato do grupo IV, por exemplo Ge, a formação da sequência apropriada de camadas atómicas do grupo III e do grupo V não é facilmente estabelecida. As áreas do grupo IV (átomos de Ge) podem ligar-se a átomos do grupo III ou do grupo V. Na prática, algumas áreas do substrato do grupo IV ligar-se-ão a átomos do grupo III e outras áreas ligar-se-ão a átomos do grupo V. As regiões de fronteira destas diferentes áreas de criação dão origem a consideráveis defeitos estruturais, tais como domínios antifase, que afectam adversamente o desempenho do dispositivo.

Para reduzir alguns destes acontecimentos indesejados, os substratos do grupo IV são geralmente substratos vicinais com um ângulo variando entre 0-15°. Estes substratos vicinais oferecem partes planas e degraus às quais os átomos se podem ligar com diferentes configurações de ligação, proporcionando assim uma maior ordem ao processo de criação.

Em dispositivos tais como, por exemplo, células solares com compostos III/V epitaxialmente depositados num substrato do grupo IV, é muitas vezes desejável criar parte do próprio dispositivo no substrato do grupo IV por difusão, por exemplo, de uma espécie do grupo V no substrato do grupo IV. Como um exemplo para as células solares, se um elemento de grupo V é difundido num 3 ΡΕ2050124 substrato de Ge do tipo p, é formada uma região do tipo n, dando origem a uma junção p-n. Esta junção p-n torna-se fotoactiva e pode ser parte de uma célula solar única ou multijunção. No entanto, ao depositar composto III/V, a temperaturas de processo típicas (500 a 750 °C) no substrato de Ge, os elementos do grupo V do composto tendem a difundir, com pouco controlo, no substrato tornando assim difícil a formação de uma previsível junção p-n. Nos casos que envolvam substratos de Ge com uma junção p-n pré-existente, como poderia ser o caso da hetero-integração de optoelectrónicos III-V em Ge, SiGe e circuitos eletrónicos SiC, a deposição de uma sobreposição de composto III/V pode modificar o perfil de dopagem da junção p-n pré-existente, resultando em desempenho reduzido da junção p-n e do dispositivo. Consequentemente, as características eléctricas não são facilmente controláveis. Em tais situações, pode tornar-se bastante difícil, se não impossível, atingir e manter o perfil de dopagem desejado e as características eléctricas do substrato da junção p-n, tais caracteristicas eléctricas incluem, no caso de células solares, a tensão de circuito aberto (Voc) . Além disso, átomos do grupo IV difundir-se-ão a partir do substrato para camadas III/V epitaxialmente depositadas. Assim, as camadas nos 0,5 - 1 μιη iniciais da sequência de camadas III/V pode ser altamente dopada com o elemento do grupo IV, quando a difusão excessiva de átomos do grupo IV não é reduzida através da utilização de condições de nucleação e materiais adequados. Átomos do grupo IV como Si e Ge são, 4 ΡΕ2050124 em concentrações moderadas, tipicamente dopantes do tipo n no material semicondutor III/V. No entanto, devido à sua natureza anfotérica, estes átomos podem causar um grande grau de compensação (incorporação combinada de impurezas tipo n e tipo p) , quando incorporados em concentrações muito maiores do que 2xl018cm-3, muitas vezes conduzindo a uma forte deterioração das propriedades eléctricas e ópticas da camada semicondutora hospedeira.

A patente dos EUA No. 6.380.601 BI atribuída a Ermer et ai., de seguida referido como Ermer, ensina a deposição de GalnP sobre uma camada de interface n-dopada sobre um substrato de Ge do tipo p e deposição subsequente de um composto binário de GaAs na camada GalnP. O fósforo da camada GalnP tende a não se difundir no substrato de Ge tão profundamente como o arsénio de uma camada de GaAs faria. Assim, a dopagem de fósforo e deposição subsequente da camada GalnP permite um melhor controlo do perfil de dopagem da camada tipo n do substrato de Ge e, consequentemente, conduz a um melhor controlo das características eléctricas do junção p-n formada no substrato de Ge. No entanto, o problema de ter uma camada interfacial de GalnP na interface substrato de Ge é que a morfologia de dispositivos preparados sob condições típicas de processamento epitaxiais para estes materiais não é a ideal: defeitos abundam frequentemente. Afigura-se que condições de nucleação extremas (temperatura, taxa de deposição, sobrepressão do grupo V) da camada de GalnP 5 ΡΕ2050124 interfacial são necessárias a fim de obter dispositivos com morfologia adequada.

Na Applied Physics Letter, volume 61, no. 10, de 7 de Setembro de 1992, páginas 1216 a 1218, XP002540613 refere-se a uma investigação da interdifusão dos átomos de composição em hétero-interface entre uma camada epitaxial GaAs e um substrato de Ge(111) por espectroscopia de massa de iões secundária. Quando uma camada fina AlAs é aplicada inicialmente, a difusão de Ge na camada epitaxial GaAs foi suprimida de forma eficaz. Uma hétero-interface abrupta foi realizada com sucesso obtida com temperatura relativamente elevada. O processo de interdifusão na hétero-interface AlAs-Ge foi esclarecido em obtenção a altas temperaturas, que foi dominado pela segregação termicamente assistida de átomos de Ge durante a obtenção de AlAs em vez de difusão térmica. A difusão composicional de átomos de AI na camada epitaxial GaAs também foi observada, a qual foi melhorado pela segregação de Ge na estrutura do substrato de GaAs/Alas/Ge obtido a temperatura mais elevada. A publicação de pedido de patente EUA n ° 2002/040727 divulga um aparelho e método para optimizar a eficiência de junções de germânio em células solares multijunção. Numa concretização preferida, uma camada de nucleação de fosforeto de índio gálio (InGaP) é disposta entre o substrato de germânio (Ge) e a camada epitaliar de dupla junção sobrejacente para controlar a profundidade de 6 ΡΕ2050124 difusão da n-dopagem na junção de germânio.

Especificamente, actuando como uma barreira de difusão para o arsénio (As) contido nas camadas epitaliares sobre j acentes e como uma fonte de dopante tipo n para formar a junção de germânio, a camada de nucleação permite que o tempo e a temperatura de obtenção no processo do dispositivo de camada epitaliar sejam minimizados, sem comprometer a integridade da estrutura da camada epitaliar de dupla junção. Esta, por sua vez, permite que a difusão de arsénio no substrato de germânio seja optimamente controlada pela variação da espessura da camada de nucleação. Uma junção de germânio activo formada de acordo com a presente invenção tem uma profundidade de junção difusa típica de um quinto a meia das atingíveis em anterior dispositivos da arte. Além disso, as células solares de tripla junção que incorporem uma junção n-p de germânio rasa da presente invenção podem atingir eficiências de 1 sun AMO na ordem dos 26%. 0 documento WO 00/59045 divulga uma estrutura de semicondutor multicamada que inclui um substrato de germânio tendo uma primeira superfície. O substrato de germânio tem duas regiões, uma região tipo p de germânio, e uma região dopada a fósforo de tipo n de germânio adjacente à primeira superfície. Uma camada de um material fosforeto sobrepõe-se e contacta com a superfície do primeiro substrato de germânio. Uma camada de arsenieto de gálio 7 ΡΕ2050124 sobrepõe-se e contacta com a camada do material fosforeto e contactos eléctricos podem ser adicionados para formar uma célula solar. Junções fotovoltaicas adicionais podem ser adicionadas para formar células solares multijunção. As células solares podem ser montadas em conjunto para formar painéis solares. A Applied Physics Letter, volume 64, no. 6, de 7 de Fevereiro de 1994, páginas 733 a 735, refere-se a epitaxia de feixe molecular de GaAs numa superfície de Ge(001), inclinada em 6o para o plano [110]. A iniciação da obtenção de GaAs na superfície de Ge resulta em filmes de domínio único com morfologia da superfície excelente. O problema abordado por esta referência é a integração de dispositivos ópticos III-V em circuitos de silício. Esta referência investiga o problema acima mencionado através da obtenção de arsenieto de gálio em germânio relaxado formado em cima de silício, e aborda a importância de um pré-camada de gálio no germânio para obter arsenieto de gálio de elevada qualidade. É, portanto, desejável proporcionar um método para o fabrico de dispositivos semicondutores com um composto III/V epitaxialmente depositado sobre um substrato do grupo IV sob condições típicas de processo epitaxial, tendo os dispositivos uma morfologia adequada e permitindo o método um melhor controlo sobre as propriedades das interfaces óptica e eléctrica, bem como a camada de difusão 8 ΡΕ2050124 no substrato do grupo IV.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO É um objectivo da presente invenção prevenir ou atenuar, pelo menos uma desvantagem dos dispositivos anteriores que tenham camadas epitaxiais III/V num substrato do grupo IV. A presente invenção proporciona um dispositivo semicondutor, tal como especificado na reivindicação 1.

Outros aspectos e características dentro da presente invenção tornar-se-ão aparentes para aqueles com conhecimentos na arte após a revisão da seguinte descrição de concretizações especificas da invenção em conjunto com as figuras anexas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Concretizações da presente invenção serão agora descritas, a titulo de exemplo apenas, com referência às figuras anexas, em que: A Fig. 1 é uma vista lateral de uma concretização da presente invenção;

As Figs. 2A e 2B são fotografias de concretizações da presente invenção com diferentes espessuras de camadas de nucleação AlAs; A Fig. 3 é uma medição da dispersão da concretização da Fig. 1 como função da espessura ΡΕ2050124 9 da camada de nucleação AlAs; A Fig. 4 é uma representação do processo de deposição de AlAs num substrato de Ge vicinal; A Fig. 5 é um gráfico de dados de SIMS (Secondary Ion Mass Spectroscopy - Espectroscopia de Massa de Iões Secundária) para diferentes espécies atómicas da estrutura da concretização da Fig. 1 quando a espessura da camada de AlAs é nula; A Fig. 6 é um gráfico de dados SIMS para diferentes espécies atómicas da estrutura da concretização da Fig. 1 quando a espessura da camada AlAs é de 11,6 Â (1Á = 0,1 nm); A Fig. 7 é um fluxograma de um método da presente invenção; A Fig. 8 é um gráfico de dados SIMS para o Fósforo como função da espessura de AlAs para a estrutura da concretização da Fig. 1; A Fig. 9 é um gráfico de dados SIMS para o arsénio como função da espessura de AlAs para a estrutura da concretização da Fig. 1; A Fig. 10 é um gráfico de dados SIMS para Ge como função da espessura de AlAs para a estrutura da concretização da Fig. 1; A Fig. 11 mostra a concentração de fósforo como função da profundidade de amostra para quatro diferentes espessuras de AlAs para a estrutura da concretização da Fig. 1; A Fig. 12 mostra a concentração de arsénio como 10 ΡΕ2050124 função da profundidade de amostra para quatro diferentes espessuras de AlAs para a estrutura da concretização da Fig. 1; A Fig. 13 mostra a concentração de Ge como função da profundidade de amostra para quatro diferentes espessuras de AlAs para a estrutura da concretização da Fig. 1; A Fig. 14 é um gráfico de corrente versus tensão de uma célula fotovoltaica tendo uma estrutura semelhante à mostrada na concretização da Fig. 1; e A Fig. 15 é uma série de curvas de corrente versus tensão para as células fotovoltaicas fabricadas sem uma camada de nucleação AlAs e células fotovoltaicas fabricadas com uma camada de nucleação AlAs.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Geralmente, a presente invenção proporciona um método para o fabrico de dispositivos electrónicos ou optoelectrónico possuindo um substrato do grupo IV no qual é depositada uma estrutura de camada III/V. O método permite o fabrico de dispositivos com morfologia melhorada e perfis de dopagem controlados de constituintes do grupo V no substrato do grupo IV e constituintes do grupo IV nas camadas III/V. A Fig. 1 mostra um exemplo de estrutura de 11 ΡΕ2050124 semicondutor de junção tripla 18, que concretiza a presente invenção. Tal estrutura pode ser usada em células solares multijunção, por exemplo, células solares de três junções. Além disso, como será facilmente compreendido por um trabalhador especializado na arte, estruturas semelhantes podem ser utilizadas em diodos emissores de luz (LEDs) e outros dispositivos electrónicos e/ou optoelectrónicos. Uma camada de AlAs 22 de espessura ti é depositada em cima de um substrato de Ge vicinal 20. Como será entendido por um trabalhador com conhecimentos na arte, o termo "vicinal" refere-se aqui a um plano de cristal que é orientado perto de um plano fundamental. O ângulo do substrato de Ge vicinal pode variar de 0o até 20°; a orientação do cristal do substrato de Ge pode ser, por exemplo, 6o para o plano mais próximo <111>, ou qualquer outra orientação adequada. No topo da camada de AlAs 22 estão uma camada GalnP 24 tendo uma espessura t2 e uma camada de GaAs 26 tendo uma espessura t3. A deposição da camada de AlAs 22, a camada de GalnP 24 e a camada de GaAs 26 pode ser conseguida através de quaisquer meios adequados, tais como: deposição de vapor químico orgânico de metal (MOCVD-Metal Organic Chemical Vapor Deposition), epitaxia de feixe químico (CBE-Chemical Beam Epitaxy), epitaxia de feixe molecular (BEM-Molecular Beam Epitaxy), epitaxia de fase sólida (SPE-Solid Phase Epitaxy), epitaxia de fase de vapor hidreto ou por outros sistemas híbridos semelhantes ou combinações dos mesmos. Embora um substrato de Ge 20 seja mostrado, qualquer outro grupo adequado de substratos IV, tais como, por exemplo, 12 ΡΕ2050124 substratos Si, SiGe ou SiC, podem também ser usados. Além disso, como será entendido pelo trabalhador especializado, o mencionado acima também se aplica aos casos em que, em vez de um substrato do grupo IV, um dispositivo que requer a transição de um material do grupo IV a um composto III-V é utilizado. Do mesmo modo, a camada de AlAs pode ser substituída, sem se afastar do âmbito da presente invenção, com outras ligas semicondutoras de compostos III-V com uma elevada concentração de Al, tais como, por exemplo, A1N, AISb ou Al(Ga)As.

Nas Figs. 2A e 2B, a morfologia da estrutura 18 é comparada para duas espessuras diferentes ti da camada de AlAs 22. Nas Figs. 2A e 2B, uma estrutura de teste 28 corresponde à estrutura 18 com ti=0 e uma estrutura de teste 30 corresponde à estrutura de teste 18 com ti=4 monocamadas de AlAs. As Figs. 2A e 2B mostram fotografias de microscópio da superfície de topo das estruturas de testes 28 e 30, onde, em cada caso t2=0, 025μm e t3=0,2μm. As estruturas de teste 28 e 30 foram fabricadas pelo método MOCVD a temperaturas que variam entre 650 e 730°C com as taxas de deposição de GaAs, GalnP e AlAs sendo respectivamente 4μιη/1ιη, 0,8μιη/1η: e 0,7 a 0,42μιη/ϊιη.

Como se vê na Fig. 2A (GalnP em Ge), o número de defeitos, mostrado como manchas brancas, é muito maior do que na Fig. 2B (AlAs em Ge) . A densidade de defeitos é da ordem dos milhares por cm2 na Fig. 2A e, essencialmente, 0 13 ΡΕ2050124 na Fig. 2B. Este tipo de defeito está totalmente ausente na Fig. 2B. A grande mancha na região central da Fig. 2B é devida a uma partícula estranha na estrutura de teste 30, que não é inerente ao processo de nucleação. A Fig. 3 mostra um gráfico de dispersão para as estruturas 18 como função de ti, a espessura da camada de AlAs 22. A medição foi realizada com um aparelho de medição de dispersão Surfscan™ fabricado pela KLA-Tencor da Califórnia. É muito claro, a partir do gráfico de dispersão, que a adição de apenas uma fracção de uma monocamada de AlAs melhora consideravelmente a morfologia da superfície da estrutura 18. A razão para esta melhoria na morfologia dos compostos III/V depositado em substratos de Ge vicinais com uma camada intermédia 22 de AlAs entre os compostos III/V subsequentes é atribuível ao seguinte. Como mostrado nas Figs. 4A e 4B, os átomos de AI são relativamente pequenos em relação aos átomos As. Como tal, os átomos de AI têm um potencial electroquímico que favorece o seu posicionamento nos degraus 40 presentes no substrato de Ge vicinal 20. Assim, introduzindo Al e As na câmara de criação e permitindo que passe tempo suficiente os degraus 40 vão ser predominantemente ocupados por átomos de Al, desde que a energia de superfície seja suficientemente alta para permitir a reconfiguração da superfície devido à temperatura do substrato. Isto permite o estabelecimento de 14 ΡΕ2050124 uma sequência de criação homogénea, o que leva a amostras morfologicamente sãs, tal como mostrado na Fig. 2B, em que a sequência de nucleação foi adequadamente estabelecida e, portanto, os defeitos de domínio anti-fase foram grandemente reduzidos. Este processo é conhecido como um processo de nucleação e, no caso representado nas Figs. 4A e 4B, pode ocorrer a temperaturas típicas de deposição de camadas epitaxiais AlAs (por exemplo, 650 a 730 °C). A Fig. 5 mostra uma medição de espectroscopia de massa de iões secundária (SIMS-Secondary Ion Mass Spectroscopy), realizada numa estrutura de teste semelhante ao da estrutura de teste 28 da Fig. 2A, ou seja, a estrutura 18 com ti=0. A linha 50 indica a fronteira entre o substrato de Ge 20 e do composto III/V. Como observado no gráfico SIMS da Fig. 5, massas atómicas 72 (GE), 75 (As), 31 (P), 27 (Al), 69 (Ga) e 115 (In) são medidas como função do tempo de exposição a um feixe de átomos de Cs acelerado por uma tensão de 3 kV. É mostrada uma escala de profundidade relacionando o tempo de exposição à profundidade sondada pelo feixe de SIMS. É de notar que o isótopo de germânio 72 é medido em vez do germânio prevalente 74. Isto é feito a fim de evitar qualquer interferência com a medição do As, que tem uma massa atómica de 75.

Tal como indicado pela região 52 do gráfico, a difusão de P ocorre no substrato de Ge e domina toda a 15 ΡΕ2050124 difusão de outras espécies. Isto conduz a elevados níveis de condutividade tipo n no substrato de Ge, que não são sempre desejáveis. A presença de tais níveis de P no substrato de Ge pode levar a baixas tensões de rotura inversa, que não são toleráveis. Em tais estruturas, a difusão de P no substrato de Ge só pode ser controlado através da temperatura e da espessura (tempo de obtenção) da camada de nucleação GalnP no substrato de Ge. Isto faz com que se torne muito difícil o controlo dos parâmetros da junção p-n no substrato de Ge.

Por conseguinte, as estruturas, tais como mostrado na Fig. 2A onde ti=0, isto é, estruturas com GalnP depositado directamente sobre um substrato de Ge a uma temperatura variando de 650 a 730 °C a uma taxa de criação de 0,8 μιη/hr, não só exibem pobres qualidades morfológicas, mas também têm uma dopagem tipo n de profundidade no substrato de Ge essencialmente incontrolável. Nos casos em que o perfil de dopagem é aceitável, a pobre morfologia de dispositivos resultante normalmente resulta em menor desempenho optoelectrónico. A Fig. 6 mostra as medições SIMS realizadas na estrutura de teste 30 da Fig. 2B, isto é, a amostra com ti=4 monocamadas (de AlAs) em cima do substrato de Ge 20. A linha 50 indica a fronteira entre o substrato de Ge 20 e o composto III/V. Como visto nas marcações SIMS da Fig. 6, massas atómicas 72(Ge), 75(AS), 31+31+31(triplo ião P) , 16 ΡΕ2050124 69(Ga) e 115(In) são medidas como função do tempo de exposição a um feixe de átomos de Cs acelerados por uma tensão de 3kV.

Claramente, a difusão de P no substrato de Ge é muito menor do que o mostrado na Fig. 5. A profundidade de difusão de P no substrato de Ge é de aproximadamente 0,02μιη e a difusão de As no substrato de Ge é de aproximadamente Ο,ΙΟμιη. Assim, quando se fabricam estruturas semelhantes à estrutura 18 para células solares, LEDs ou outros dispositivos optoelectrónicos ou electrónicos, é muito mais fácil controlar o perfil de dopagem no substrato de Ge quando uma liga contendo alto teor de Al, tal como AlAs, é usada para a nuclear a camada. A Fig. 7 representa os passos de processamento para as estruturas, tais como a estrutura 18 da Fig. 1. No passo 60, uma camada de nucleação contendo AlAs é formada num substrato do grupo IV de tipo p. No passo 62, a deposição epitaxial de uma camada III/V contendo fósforo é realizada em conjunto com a formação de uma junção p-n perto da superfície do substrato. Isto é seguido pelo passo 64, onde a deposição epitaxial de materiais semicondutores adicionais é realizada conforme necessário.

As Figs. 8 a 10 mostram dados adicionais SIMS tirados em estruturas semelhantes à estrutura 18 para quatro espessuras diferentes ti da camada de AlAs 22. A 17 ΡΕ2050124

Fig. 8 é um perfil de P mostrando quão reduzida é a difusão de fósforo no substrato de Ge com uma espessura de AlAs de apenas 1,4Â. A Fig. 9 é um perfil de As mostrando muito pouca difusão de As no substrato de Ge. A Fig. 10 é um perfil de Ge mostrando que a presença da camada AlAs reduz significativamente a difusão aberta de Ge para dentro da parte inferior das camadas III/V. O Ge é tipicamente um dopante tipo n em materiais III/V. Difusão aberta reforçada de Ge irá impedir a colocação de uma junção p-n perto da camada de nucleação. Cada uma das Figs. 8 a 10 mostram uma linha de perfil de massa AlAs para identificar a localização da interface para a estrutura depositada de ti=l,4Â a ti=5,6Á. No caso da estrutura 18 depositada com ti=0, não há, obviamente, AI detectado na interface, mas a sua localização dentro do semicondutor pode ser aproximada a partir do perfil 72Ge ou 31P. As Figs. 11 a 13 mostram o mesmo conjunto de dados, mas desta vez analisado em relação a padrões de materiais que permitem a conversão de tempo de pulverização catódica para profundidade do perfil e taxas de contagens para concentração atómica (corrigida para abundância relativa de isótopos amostrados). Como nas Figs. 8 a 10 estas mostram o efeito da espessura da camada AlAs sobre a concentração atómica de P, Ge e As, respectivamente, como função da profundidade da amostra. Uma linha vertical pontilhada marca a fronteira entre a camada III-V e o substrato de Ge. A Fig. 11 mostra como a difusão de P no substrato de Ge é reduzida com um aumento na espessura da camada de AlAs. A Fig. 12 mostra como a 18 ΡΕ2050124 difusão de As no substrato de Ge pode ser adaptada, escolhendo uma espessura apropriada da camada de AlAs. A Fig. 13 mostra como a difusão de Ge na camada III-V é reduzida com um aumento da espessura da camada de AlAs. Uma monocamada de AlAs é suficiente para que a concentração atómica de Ge baixe para, ou mesmo menos de, lxl017cirT3 dentro de 150nm a partir da interface com o substrato de Ge. A Fig. 14 mostra a corrente representada graficamente como função da tensão para uma célula solar de Ge com uma estrutura semelhante a 18. Esta célula solar de Ge tem uma tensão de circuito aberto (Voc) de 0,247 mV, uma resistência em Voc de 7,2 ohms, uma densidade de corrente de curto circuito (JSc_short Circuit current) de -36 mA/cm2, uma resistência em série de 2 ohms e um factor de enchimento de 60,5%, o factor de enchimento sendo uma medida da perpendicularidade do gráfico corrente/tensão. Estes parâmetros são indicativos de que um diodo de Ge tem um bom desempenho. A Fig. 15 mostra uma série de curvas de corrente como função da tensão para as células solares de Ge fabricadas com e sem uma camada de nucleação AlAs. Duas curvas de corrente/tensão de células solares sem uma nucleação AlAs são indicadas pela seta. Para estas células, a VOc=280 mV, JSc=-36 mA/cm2, a resistência em série é de 2 ohms e o factor de enchimento é de 63%. Indicativo também 19 ΡΕ2050124 de um bom desempenho díodo em polarização directa, mas, como indicado pela seta, a tensão de rotura inversa é muito pobre (aproximadamente -0,2 V) . As curvas de corrente/tensão de células solares com uma camada de nucleação AlAs são as que não apresentam uma tensão de rotura, demonstrando que a nucleação com o AlAs proporciona um desempenho díodo global superior. Ainda mais importante é a morfologia mais suave obtida no caso em que a camada de nucleação AlAs é usada, como esta será tipicamente crítica para o desempenho dos outros elementos activos a serem criados em cima desta junção p/n, como é tipicamente feito, por exemplo, em células solares.

Como será entendido por um trabalhador com conhecimentos na arte, a presente invenção é igualmente aplicável ao fabrico de dispositivos com ou sem a inclusão de uma junção p-n. Além disso, como será entendido pelo trabalhador especializado, outras combinações de compostos III-V poderiam substituir a AlAs quando existe uma diferença significativa no tamanho, ou potencial electroquímico para a ligação de superfície, entre os átomos do grupo III e do grupo V. Tais compostos III-V incluem, por exemplo, A1N, AISb, ou, BAs, BSb, GaN, GaSb, InN, ou InAs. A presente invenção proporciona um método para o fabrico de dispositivos electrónicos ou optoelectrónico possuindo um substrato do grupo IV no qual é depositada uma 20 ΡΕ2050124 estrutura de camada III/V. O método permite o fabrico de dispositivos com morfologia melhorada e perfis de dopagem controlados de constituintes do grupo V no substrato do grupo IV e constituintes do grupo IV nas camadas III/V. Dispositivos fabricados de acordo com a presente invenção têm muito boas caracteristicas de tensão de rotura inversa, bem como excelentes caracteristicas de polarização directa, para além de uma morfologia suave que é ideal para a epitaxia de camadas adicionais activas em cima da junção p/n produzida, ou não, durante a sequencia de nucleação.

As concretizações acima descritas da presente invenção destinam-se a ser apenas exemplos. Os especialistas na arte podem efectuar alterações, modificações e variações das concretizações particulares sem se afastarem do âmbito da invenção, que é definido apenas pelas reivindicações anexas.

Lisboa, 18 de Maio de 2012

Claims

1 ΡΕ2050124 REIVINDICAÇÕES 1. Um dispositivo semicondutor compreendendo: uma camada tipo p de germânio (20); uma camada de nucleação (22) na camada tipo p de germânio (20), incluindo a camada de nucleação um composto binário III-V selecionado a partir do grupo constituído por AlAs, AlSb, AlN, BAs, BSb, GaN, GaSb, InN e InAs; e uma primeira camada de composto III-V (24) incluindo pelo menos um entre GalnP, AlInP e AlGalnP; onde a camada tipo p de germânio (20) inclui átomos de fósforo difundidos a partir da primeira camada de composto III-V (24), uma concentração de átomos de fósforo na camada tipo p de germânio (20) sendo função de uma espessura da camada de nucleação (22); e onde a primeira camada de composto III-V inclui átomos de germânio difundidos a partir da camada tipo p de germânio (20), uma concentração de átomos de germânio na primeira camada de composto III-V sendo também função da espessura da camada de nucleação (22); e onde a espessura da camada de nucleação (22) varia de 1 a 20 monocamadas. 2. 0 dispositivo da reivindicação 1 onde a concentração de átomos de germânio na primeira camada de composto III-V é inferior a lxlO18 cm-3 a uma distância de 150 nm, a partir da camada de nucleação. 2 ΡΕ2050124 3. 0 dispositivo da reivindicação 1 onde a concentração de átomos de fósforo na camada tipo p de germânio (20) é menor que, ou igual a, lxlO18 cirT3 a uma distância de 300 nm a partir da camada de nucleação.

4. O dispositivo da reivindicação 1 compreendendo ainda uma segunda camada de composto III-V (26) formada sobre a primeira camada de composto III/V (24) .

5. O dispositivo da reivindicação 4 em que a segunda camada de composto III-V (26) inclui GaAs.

6. O dispositivo da reivindicação 1, em que a camada tipo p de germânio (20) inclui uma junção p-n.

7. O dispositivo da reivindicação 1, em que o dispositivo é um dispositivo electrónico.

8. O dispositivo da reivindicação 7, em que o dispositivo electrónico é uma célula solar ou um diodo emissor de luz.

9. O dispositivo da reivindicação 1, em que a camada tipo p de germânio (20) é um substrato de germânio tipo p.

10. O dispositivo da reivindicação 9, em que o 3 ΡΕ2050124 substrato tipo p de germânio (20) é um substrato vicinal. 11. 0 dispositivo da reivindicação 10, em que o substrato vicinal tem um ângulo que varia de 0o a 20°. Lisboa, 18 de Maio de 2012