4.3. Caractérisation

La mobilité des trous a été mesurée dans chaque couche par effet Hall :

N° de couche Dopage effectif µh

G951016 10¹⁸ cm^-3 110 cm².V^-1.s^-1 G951017 1,5.10¹⁹ cm^-3 70 cm².V^-1.s^-1 G951018 10¹⁷ cm^-3 130 cm².V^-1.s^-1

Tableau VI-4.2 : caractérisation des couches par effet Hall.

Nous allons donner pour chaque couche les paramètres suivant : T la température de recuit flash (mesurée dans le four HEATPULSE 210 par un thermocouple), R_c la résistance de contact, ρ_c la résistance spécifique de contact, L_t la longueur de transfert, R la résistance carrée de la couche et r 2 le coefficient de corrélation.

• G951018 : dopage 1017 cm-3 G951018 T°C Rc (Ω.mm) ρc (Ω.cm²) Lt (µm) R (Ω) r ² n°1 390 143 1,06E-01 74 1 934 0,98 n°2 410 182 1,77E-01 96 1 881 0,98 n°3 430 175 1,68E-01 96 1 820 0,999 n°4 450 828 2,84E+00 343 2 413 0,96 n°5 470 625 4,07E+00 651 960 0,48 n°6 490 608 1,60E+00 262 2 318 0,8

Tableau VI-4.3 : résultats de la couche G951018.

Avant recuit la caractéristique I(V) est de type Schottky (contact redresseur). Le recuit flash permet d'obtenir une caractéristique ohmique jusque 30 µA, qui s’incurve au-delà. Des températures de recuit trop élevées induisent une forte dégradation des contacts. En conclusion, un tel dopage est insuffisant pour obtenir un contact ohmique sur InGaAs.

• G951016 : dopage 1018 cm-3 G951016 T°C _{Rc (}Ω.mm) ρc (Ω.cm²) Lt (µm) _{R (}Ω) r ² n°1 20 38,260 1,78E-02 46,580 821 0,980000 n°2 390 4,717 2,40E-04 4,958 953 0,996601 n°3 410 4,267 1,88E-04 4,414 967 0,999813 n°4 430 3,600 1,40E-04 3,875 929 0,999899 n°5 450 4,139 1,84E-04 4,425 936 0,999887

Tableau VI-4.4 : résultats de la couche G951016.

Avant recuit, la caractéristique I(V) est de type Schottky. Le recuit permet de la redresser : elle devient alors ohmique mais présente un point d'inflexion à l'origine. Le recuit flash a un effet très bénéfique : on gagne deux ordres de grandeurs sur la résistance spécifique de contact. La température optimale se situe vers 430°C. En augmentant le dopage d'un ordre de grandeur, nous avons donc gagné quatre à cinq ordres de grandeur sur ρc. Néanmoins il ne s'agit pas encore d'un bon contact ohmique.

• G951017 : dopage 1,5.1019 cm-3 G951017 T°C Rc (Ω.mm) ρc (Ω.cm²) Lt(µm) R (Ω) r ² n°1 20 3,250 5,54E-04 16,997 191 0,999796 n°2 390 0,144 1,04E-06 0,721 200 0,999984 n°3 410 0,139 9,53E-07 0,669 207 0,999978 n°4 430 0,121 7,34E-07 0,597 203 0,999984 n°5 450 0,156 1,19E-06 0,749 208 0,999924

Tableau VI-4.5 : résultats de la couche G951017.

Avant recuit, la caractéristique I(V) est déjà quasiment ohmique, à part une inflexion à l'origine. Le recuit flash permet de la rendre parfaitement ohmique. Le recuit flash a de nouveau un effet très bénéfique : on gagne trois ordres de grandeurs sur la résistance spécifique de contact. La température optimale se situe vers 430°C, de même que précédemment. En augmentant le dopage d'un ordre de grandeur, nous avons donc gagné encore deux ordres de grandeur sur ρc. Les contacts obtenus sont de bons contacts ohmiques puisque l'on atteint des valeurs de ρ=7,3.10-7 Ω.cm².

Annexe B -178-

VI-5. Conclusion

1E+17 1E+18 1E+19 1E+20

Dopage en accepteurs ρρρρ c (ΩΩΩΩ .cm²) 20°C 390°C 410°C 430°C 450°C 1E-07 1E-06 1E-05 1E-04 1E-03 1E-02 1E-01 0 100 200 300 400

Température de recuit flash en °C

ρρρρ c ( ΩΩΩΩ .cm²) 1,5.10E19 10E18

Figure VI-5.2a : effet du dopage sur la résistance spécifique de contact, pour différentes températures de recuit flash.

Figure VI-5.2b : effet de la température de recuit sur la résistance spécifique de contact, pour deux dopages.

La réalisation d'un HPT ayant un contact de base nécessite une technologie pour les contacts ohmiques de type p sur InGaAs. Nous avons donc mené une étude sur les contacts ohmiques Pt/Ti/Pt/Au (100Å/400Å/100Å/3000Å) de type p sur InGaAs/InP. Trois dopages différents ont été utilisés : 1017cm-3, 1018cm-3 et 1,5.1019cm-3. Nous avons ainsi pu constater qu'un dopage supérieur à 1019cm-3 était nécessaire afin d'obtenir de bons résultats.

Le contact est d'autant meilleur que le dopage est élevé. Un dopage 1020 cm-3 permettrait d'atteindre

ρ_c <10-7 Ω.cm². Le recuit flash se révèle indispensable et l’optimum se situe à T_four≈430°C (pour t =40 s). Avec un dopage N=1,5.1019cm-3, nous avons obtenu ρ_c =7,3.10-7 Ω.cm² (toutes les valeurs de résistance présentées sont des moyennes). La meilleure valeur mesurée est ρ_c =1,7.10-7 Ω.cm².

Notons enfin qu'il est possible qu'un dépôt Pt/Ti/Pt/Au permette de réaliser des contacts ohmiques sur n-InP. La réalisation des trois contacts du HPT serait ainsi nettement simplifiée.

Annexe B

VI-6. Références

Les références sont classées alphabétiquement selon le nom du premier auteur.

1. Brousseau M., Physique du solide (Propriétés électroniques), Masson, 1992.

2. Chang T.Y., He Y., Sauer N.J., Westerwick E.H., Storz F.G. et Williams M.D., « Shallow p-type ohmic contact to Ga0.47In0.53As using Au/Ti/Mn/W »,

Electronics Letters, vol. 29, n°12, p. 1139-1140, 10 juin 1993.

3. Chen W.L., Cowles J.C., Haddad G.I., Munns G.O., Eisenbeiser K.W. et East J.R., « Ohmic contact study for quantum effect transis-tors and heterojonction bipolar transistors with In-GaAs contact layers »,

Journal of Vacuum Science and Technology B, vol. 10, n°6, nov./déc. 1992.

4. Chu S.N.G., Katz A., Boone T., Thomas P.M., Riggs V.G., Dautremont-Smith W.C. et Johnston Jr. W.D., « Interfacial microstructure and electrical properties of the Pt/Ti ohmic contact in p-In0.53Ga0.47As formed by rapid thermal processing », Journal of Applied Physics, vol. 67, n°8, p. 3754-3760, 15 avril 1990.

5. Gol’dberg Y.A., « Ohmic metal / III-V-semiconductor contacts: fabrication methods and properties (review) », Semiconductors, vol. 28, n°10, p. 935-943, octobre 1994.

6. Hamelin R., Etude et réalisa-tion d'émetteurs optiques intégrés sur matériaux III-V, Thèse de l’Université des Sciences et Technologies de Lille, 1995.

7. Katz A., Weir B.E., Maher D.M., Thomas P.M., Soler M., Dautremont-Smith W.C., Karlicek R.F., Jr., Wynn J.D. et Kimerling L.C., « Highly stable W/p-In0.53Ga0.47As ohmic contacts formed by rapid thermal processing », Applied Physics Letters, vol. 55, n°21, p. 2220-2222, 20 novembre 1989.

8. Katz A., Weir B.E., Chu S.N.G., Thomas P.M., Soler M., Boone T. et Dautremont-Smith W.C., « Pt/Ti/n-InP nonalloyed ohmic contacts formed by

rapid thermal processing », Journal of Applied Physics, vol. 67, n°8, p. 3872-3875, 15 avril 1990.

9. Katz A., Indium Phosphide and Related Mate-rials: Processing, Technology, and Devices, Artech House, 1992. 10. Leech P.W., Reeves G.K. et Kibel M.H., «

Pd/Zn/Pd/Au ohmic contacts to p-type In0.47Ga0.53As/InP », Journal of Applied Physics, vol. 76, n°8, p. 4713-4718, 15 octobre 1994.

11. Leech P.W. et Reeves G.K., « Electrical characteristics and thermal stability of ohmic con-tacts to p-type In0.53Ga0.47/As/InP », Journal of Applied Physics, vol. 77, n°8, p. 3908-3912, 15 avril 1995.

12. Okada H., Shikata S. et Hayashi H., « Electrical Characteristics and Reliability of Pt/Ti/Pt/Au Ohmic Contacts to p-Type GaAs », Japanese Journal of Applied Physics, vol 30, n°4A, p. L558-L560, avril 1991.

13. Shen T.C., Gao G.B. et Morkoc H., « Recent developments in ohmic contacts for III-V com-pound semiconductors », Journal of Vacuum Science and Technology B, vol. 10, n°5, p. 2113-2132, sept./oct. 1992.

14. Stareev G., Kûnzel H. et Dortmann G., « A controllable mechanism of forming extremely low-resistance nonalloyed ohmic contacts to group III-V compound semiconductors », Journal of Applied Physics, vol. 74, n°12, 15 décembre 1993a.

15. Stareev G. et Kûnzel H., « Tunneling behavior of extremely low resistance nonalloyed Ti/Pt/Au contacts to n(p) InGaAs and n-InAs/InGaAs »,

Journal of Applied Physics, vol. 74, n°12, 15 décembre 1993b.

16. Sze S.M., Physics of Semiconductors Devices, second edition, John Wiley and Sons, New-York, 1981.

Annexe C

Modélisation de HPT InP/InGaAs du CNET

Nous présentons une analyse théorique de PhotoTransistors à Hétérojonction InP/InGaAs fabriqués au CNET. Cette étude a été réalisée dans le cadre du contrat européen ACTS/FRANS (voir Annexe D). Nous présenterons d’abord les composants étudiés, puis les études optique et électrique.

VII-1. Les composants

Nous avons modélisé deux types de structures épitaxiales : le Type I avec une base dopée p 8.1018 cm-3 d’épaisseur 1000 Å (plaque 80274) et le Type II avec une base dopée p 3.1019 cm-3

d’épaisseur 560 Å (plaque CNSB003).

Couches Matériau Dopage (cm^-3) Epaisseur (Å)

Couche de contact InGaAs n :10¹⁹ 1000

InP n :10¹⁹ 500 Emetteur InP n :10¹⁷ 1500 Base InGaAs p : 8.10¹⁸ 1000 Collecteur InGaAs n :10¹⁶ 5000 Sous-collecteur InGaAs n :10¹⁹ 5000 Substrat InP SI

Tableau VII-1.1 : Type I (plaque 80274).

Couches Matériau Dopage (cm^-3) Epaisseur (Å)

Couche de contact InGaAs n :10¹⁹ 1000

InP n :10¹⁹ 500 Emetteur InP n :2.10¹⁷ 1500 Espaceur InGaAs Base InGaAs p : 3.10¹⁹ 560 Espaceur InGaAs Collecteur InGaAs n :10¹⁶ 4000 Sous-collecteur InGaAs n :10¹⁹ 5700 Substrat InP SI

Tableau VII-1.2 : Type II (plaque CNSB003).

Ces structures ont été fabriquées au CNET en deux topologies : la première optimisée pour une illumination par le dessus (PV4) et la seconde optimisée pour le couplage par la tranche (PT51030). La topologie est prise en compte dans le modèle optique mais pas dans le modèle électrique qui est unidimensionnel.

Annexe C

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