Diffusion du zinc dans GaAlSb et application à la photodétection infrarouge

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Diffusion du zinc dans GaAlSb et application à la

photodétection infrarouge

A. Joullié, F. de Anda, P. Salsac, M. Mebarki

To cite this version:

Diffusion

du

zinc

dans

GaAlSb

et

_application

à

la

_{photodétection}

_infrarouge

A.

Joullié,

F. De

Anda,

P. Salsac

Equipe

de

_{Microoptoélectronique}

de

_Montpellier

_(EM2),

Université des Sciences et

_Techniques

du _Languedoc, 34060

_Montpellier

Cedex, France et M. Mebarki

Institut des Sciences Exactes, Université d’Oran,

Algérie

(Reçu le _{14 juin} 1983, révisé le 9 novembre, accepté le 12 novembre 1983)

Résumé. 2014 La diffusion du zinc a été effectuée dans les

_{alliages Ga1-xAlxSb}

de _type n, à x ~ 0,20, obtenus par

épitaxie

en _phase

_liquide

sur substrat GaSb _(111). Les

_{températures}

de diffusion ont été fixées à 510 _°C, 550 °C et 600 °C. La diffusion a été réalisée en tube fermé à

_partir

de la

_phase

_{vapeur. Les}

_profils

de diffusion ont été

déter-minés avec une microsonde

_ionique.

Le coefficient de diffusion effectif a été calculé. Il s’écrit _Deff =

_{D0 exp( 2014 E0/kT)}

avec _pour x = 0,17, D0 = 8 cm2 s-1 _et E0 = 1,92 eV. La solubilité limite ainsi que la vitesse de diffusion du zinc augmentent avec la teneur en aluminium de

_l’alliage.

Des

_photodiodes

_p+

n à

_géométrie

MESA _(~ = 300 03BCm)

ont été

_préparées.

Les

_jonctions

diffusées sont

_abruptes

avec des courants inverses _(autour de 10 _03BCA) attribués

à des courants de surface. L’étude de la

_{réponse spectrale}

des

_photodiodes

a été effectuée en fonction de la

compo-sition de

_l’alliage

et de la

_profondeur

de

_jonction.

Les meilleurs résultats ont été obtenus avec des _{jonctions peu}

diffusées _{(0,4 03BCm).} Ils montrent que les structures diffusées

_p+

n à

_{Ga0,85Al0,15Sb}

et

_{Ga0,96Al0,04Sb}

sont

_adaptées

à la

_{photodétection}

à 1,3 03BCm et _{1,55 03BCm.}

Abstract. 2014 Zinc diffusion _was

performed

into n _type

_Ga1

_{-xAlxSb alloys}

_{(x ~ 0.20) grown}

_{by liquid}

_phase

_epitaxy

onto ₍₁₁₁₎ GaSb substrates. The diffusion temperatures were _510°C, 550 °C and 600 °C. The diffusion was carried out in a closed _{system from zinc vapour} phase. The diffusion _profiles were determined with the

_help

of a ionic

microprobe.

The effective diffusion coefficient was calculated. It is

_expressed

as _Deff = _D0

exp(2014

E,0/kT)

where

D0 = 8 cm2 s-1 and _E0 = 1.92 eV for _x = 0.17. The zinc

solubility

limit and the zinc diffusion _rate increased with the aluminium concentration of the

_alloy.

MESA

_p+

n

_photodiodes

were _{prepared (~} = 300 _03BCm). Diffused

junctions

are

_abrupt,

with reverse currents _(about 10 _03BCA) due to surface _leakage. The

_spectral

_response was studied

as a function of the alloy

_composition

and junction

depth.

The best results were obtained with shallow

_junctions

(0,4 03BCm).

They

show that

_{Ga0.85Al0.15Sb}

and

_{Ga0.96Al0.04Sb}

diffused

_p+

n structures are

_adapted

to 1.3 03BCm and 1.55 03BCm

photodetection.

Classification

Physics Abstracts 66.30J - 07.62

1. Introduction.

Le

_{développement}

des fibres

_optiques

avec des

carac-téristiques

d’atténuation et de

_dispersion

fortement améliorées dans le domaine des

_longueurs

d’ondes centré autour de

_1,3

_Ilm et

_1,55

_gm

_{[1, 2]}

a stimulé la

recherche de nouveaux matériaux _{pour composants}

d’extrémité. Parmi ceux-ci les

_systèmes

_GaAISb/GaSb

et

_{GaAlAsSb/GaSb paraissent}

très _prometteurs,

sur-tout _pour les

_{photodétecteurs}

_[3

à

_8].

Ces derniers ont été le

_plus

souvent réalisés à

_partir

de

_jonctions

du _type

_p+

n où la zone

p+

est obtenue _par

_épitaxie

en

_{phase liquide}

d’une couche

dopée

au

germa-nium

_{[3, 7],}

_par

_implantation

_ionique

de

_{béryllium [5, 8]}

ou _par diffusion de zinc

_[9].

Divers résultats ont été

_publiés

concernant la diffusion du zinc dans GaSb

_[9

à

_12]

et GaAlAsSb

_[9,

13J.

Fort _peu concernent le ternaire GaAlSb

_[14].

Dans cet

_article,

nous décrivons nos essais de

dif-fusion du

zinc,

à

_partir

de la

_phase

_vapeur, dans les

composés

ternaires

_{Ga 1 _ x Alx}

Sb de

_type

n élaborés

par

épitaxie

en

_{phase liquide,}

ainsi _que la

préparation,

pour la

première

fois,

de

photodiodes

MESA

diffu-sées

_{p +}

n à GaAlSb.

Les

_{propriétés photoélectriques}

de telles structures sont

_indiquées

ainsi _que le rôle de la

_composition

de

l’alliage

et de la

_profondeur

de

_jonction

sur la

_réponse

spectrale.

224

2. Diffusion du zinc dans GaAISb.

Z .1

_TECHNIQUE

OPÉRATOIRE. - Pour réaliser la

diffu-sion du zinc dans

GaAlSb,

nous avons utilisé la

méthode de diffusion à

partir

de la

phase

vapeur en

enceinte fermée. Cette méthode est couramment uti-lisée _pour diffuser du zinc dans les semi-conduc-teurs III-V

_{[15, 16].}

Sa

_technologie

est

_simple

et si elle

ne _{permet pas} de traiter un

_grand

nombre de

pla-quettes, comme cela est

_possible

avec les

_techniques

de diffusion en tube ouvert, elle _permet de s’affranchir des

_problèmes

de contrôle des

_pressions

_{de vapeur}

partielles,

tout en obtenant une bonne

reproductibi-lité des résultats.

Le matériau à diffuser est constitué _par des couches de GaSb et de

_Ga1-xAlxSb

_(x

_0,20)

obtenues _par

épitaxie

en

_{phase liquide.}

Celle-ci a été réalisée sur

substrat GaSb orienté

₍₁₁₁₎

B fortement

_dopé

au

tellure

₍₃

x

1018

cm-

₃₎

avec -

ou _pas - la

présence

d’une couche intermédiaire de GaSb

_également

très

dopée

avec du tellure

_(couche

_tampon).

Les couches

épitaxiées

sont

_plus

faiblement

_dopées

_(8-10

x

1016

_{cm - 3 ).}

La densité de dislocations de ces couches

est de 1 à 5 x

105

cm-2,

_{indépendante}

de la teneur en

aluminium.

_{Après épitaxie,}

les surfaces de

_dépôts

sont

_nettoyées

au brome méthanol

_(à

_{1 %) pendant}

une

dizaine de secondes.

L’échantillon,

une fois rincé à l’alcool

_puis

_séché,

est

_placé

dans un tube en _{quartz comportant} à son

extrémité un

_{logement qui}

contient une

_pastille

de zinc. Le

_poids

de ce zinc est très

_supérieur

à celui nécessaire _pour atteindre la

_pression

de saturation à la

_température

de diffusion. Le tube est ensuite vidé

jusqu’à

une

_pression

de 5 x

10- 6

torr. Le volume utile est de 10

cm’.

Le tube est alors

_{rapidement placé}

dans un four à

résistance

_régulé

_à

_0,5

OC. La

_température

de l’échantillon

_{(température}

de

_diffusion)

est

_supérieure

de 10 OC à celle du zinc

_(zone

_froide),

ceci afin d’éviter tout

_dépôt

de zinc sur l’échantillon.

Les diffusions ont été réalisées à trois

_{températures}

différentes :

510,

550 et

_{600 °C,}

_pendant

des durées variant de 10 min à 4 h.

2.2 RÉSULTATS EXPÉRIMENTAUX. - La surface

après

diffusion reste brillante mais son _type de conducti-vité est devenu _p. Le front de diffusion est

_plat.

Il est révélé _par

_attaque

_chimique

-

20 H2O/1

Kob/1

K3(FeCN)6 -

de

_clivages

_ou, dans le cas

des diffusions _peu

_profondes,

de biseaux. Sa

_position

vis-à-vis de la surface _permet de définir la

_profondeur

de diffusion _que nous avons assimilée à la

_profondeur

de

_jonction

_xj. Un

_exemple

_{d’homojonction}

à

_GaAlSb,

ainsi

obtenue _par diffusion de

zinc,

est

_présenté

figure

1.

La variation de la

_profondeur

de

_jonction

_Xj avec

la durée t de la diffusion est

_{présentée figure}

2 dans le cas des

_alliages

_{Ga0,83Al0,17Sb,}

_pour différentes

températures

de diffusion.

La

_figure

3

_indique

la variation de _Xj avec t _pour

Fig.

1. - Structure

avec couche tampon et zone diffusée

_p+.

Attaque chimique

20

_H20-1

KOH-1

_K3(FeCN)6

durée 2 s.

[Diffused

structure with a buffer _{layer (chemical} revelation 20

_H20-1

KOH-1

_{K3(FeCN)6 ;}

2

_s).]

Fig.

2. - Variation de la

profondeur

de

_jonction

_Xj avec la

durée t de la diffusion dans

_{Gao,83AI0,17Sb.}

[Variation of the

_{junction depth}

_Xj with the diffusion time t

for

_{GaO.83Alo.17Sb.]}

des

_alliages

de

_compositions

différentes dans le cas

des diffusions à 510 oc.

Sur la

_figure

_4,

nous _comparons nos résultats à ceux

_publiés

concernant la diffusion du zinc dans GaSb et

_{Gao,7oAlo,30Aso,o3Sbo,97}

à

_partir

de Zn-Sb et Zn-As

_[9],

ou de

_Zno,o7Gao,93

_[13].

Les

_profils

de diffusion du zinc ont été déterminés

avec un

_{analyseur ionique (Cameca).}

La zone

_décapée

par bombardement d’ions

O+2

est un carré de 900 _gm

de côté. Les ions Zn+ 64 émis normalement à la

sur-face

_(sur

un diamètre de 400

_gm)

sont

_recueillis,

une

partie

de ce faisceau

_(sur

un diamètre de 100

_pm)

Fig.

3. - Variation de la

profondeur

de

_jonction

_Xj avec la concentration en aluminium pour des diffusions à 510 °C.

[Variation of the

_{junction depth}

_xj with the aluminium concentration for diffusions

_performed

at _{510 °C.]}

Fig.

4. - Variation de la

profondeur

de

_jonction

_Xj avec t

pour différents

alliages.

[Variation of the

_junction

_depth

_xj with t for different

_alloys.]

La vitesse de

_décapage

a été déterminée en _mesurant, au

_Talysurf,

la

_{profondeur décapée}

au bout d’une

heure dans un échantillon témoin. La vitesse de

décapage

est de

_10,75

_Â/s.

Les courbes

_présentées

figure

5 donnent les

_profils

de diffusion du zinc _pour des diffusions effectuées à 510

OC,

de 15

_min,

1 h et

2 h. Les courbes

_{présentées figures}

6 et 7 montrent les

profils

de diffusion obtenus à des

_{températures}

diffé-rentes avec les

_alliages

_{Ga0,83Al0,17Sb.}

Fig.

5. - Profils de concentration

en zinc pour des

diffu-sions à 510 °C.

[Zinc concentration

_profiles

for diffusions

_performed

at

510 °C.]

Fig.

6. - Profils de concentration _en

zinc pour des

diffu-sions dans

_{GaO,83Alo,17Sb.}

[Zinc concentration

_profiles

for diffusions into

226

Fig. 7. - Profil de concentration _en zinc

après

une diffu-sion de 2 heures à 600 °C dans

_{Gao,1,3AI,,,,Sb.}

[Zinc concentration

_profile

for a 2 hours 600 °C diffusion

into

_{GaO.83Alo.1 7Sb.]}

Ces

_profils

font

_apparaître

trois zones distinctes :

- Une

zone de

_quelques

fractions de micron où

il _y a une brutale

_augmentation

de la concentration en zinc. Ceci est

_probablement

le fait d’une exaltation du

_signal

due à la

_pollution

de surface

_(en

_particulier,

présence d’oxygène).

Une _attaque

_chimique

_par HCI

(réduction

de

_{l’oxygène)}

et une décontamination de la

surface

_{(vide prolongé)}

ont _pour effet de réduire

l’importance

de cette « _{queue »} de surface à ~

_0,15

_gm.

- Une

zone de décroissance lente et

_régulière

de la concentration en zinc. La

_longueur

de cette zone est directement liée à la durée de la diffusion.

- Une

zone où la concentration chute brutalement

et

_qui

se traduit _par l’existence d’un front de diffusion.

La mesure

quantitative

de la concentration en zinc a été effectuée à la microsonde

électronique

de

Castaing

sur deux couches témoins à

_{grande profondeur}

de

jonction, après

décapage

au brome-méthanol de la zone

superficielle

(1

ktm).

Il est alors

_possible

de se

fixer une échelle en ordonnées

exprimée

en

at/cm3.

Cette échelle montre _que la limite de la détection du zinc varie autour de 5 x

1017 at . cm - 3.

Le

_dopage

n des couches étant de l’ordre de

1017

cm-

_3,

la

_profondeur

de

_jonction

_peut

être éva-luée à

_partir

des

_profils

de diffusion par

extrapolation

des couches de concentration en

zinc,

jusqu’à

la valeur

1017

at . cm - 3.

Le tableau 1 montre _que les

profon-deurs ainsi déterminées sont

_comparables

à celles mesurées

_optiquement

à

_partir

du front de diffusion.

Tableau 1. -

Profondeurs

de

_diffusion

_xi du zinc dans

Gao,83Alo,17Sb

déterminées au

_{microscope optique}

après

révélation

_chimique

de la

_jonction

_p+

n,

compa-rées à celles obtenues _par

_{extrapolation}

des

_profils

de

concentration en zinc

_jusqu’à

la valeur

1017 at . cm- 3.

(Les

valeurs

_fournies

_par cette seconde méthode sont

très

_{approchées).}

[Junctions

depths

of zinc in

_{Gao.83Alo.17Sb}

deter-mined from the

_{optical microscope}

after chemical revelation of the

_p+

n

junction, compared

with values obtained

_{by extrapolation}

of the zinc concentration

profiles

until

10 17 at . cm- 3

_(those

last values are

approximatives

Z . 3 CARACTÉRISATION

ÉLECTRIQUE

DES COUCHES

DIF-FUSÉES. - Les couches diffusées ont

une

épaisseur

définie comme étant la

_profondeur

de

_jonction

_xi.

Elles sont fortement conductrices et les zones non

diffusées

_peuvent

être considérées comme isolantes

vis-à-vis des zones diffusées.

Des mesures de résistivité et d’effet Hall ont été effectuées sur des couches diffusées à

_grande

profon-deur de

_jonction

₍₂

à 3

_gm).

Les contacts

_ohmiques

ont été réalisés sur la surface _par

_évaporation

_d’or,

sans

recuit,

selon la méthode de Van der Paw.

Les

_{caractéristiques électriques}

des couches diffu-sées se sont avérées _peu liées à la

_température

de dif-fusion. La concentration en

_porteurs

est de l’ordre de

1020

_cm3,

avec une faible mobilité de Hall

(50

cm2 V-1

_{s-1 ).}

La conductivité est d’environ

zone n du

_dépôt

non diffusé de GaAsSb

_qui

est de l’ordre de 50

Q - 1

cm-1,

ce

_qui

valide les mesures

effectuées.

2.4 DIscussIoN. - La

profondeur

de

_jonction

varie linéairement avec

Vt

ainsi _que le

_prévoient

les théories

classiques

de la diffusion

_(source

constante, milieu

semi-infini),

dans GaSb comme dans GaAISb.

Les coefficients de diffusion

effectifs,

définis _par

Deff

=

xj I t,

sont, _pour

Gao,s7Alo,17Sb

et GaSb à

510 OC,

respectivement égaux

à

3,2

x

10-12 cm2 s-1

et

_1,9

x

10-12 cm2 s-1.

La variation de

_Deff

avec

la

_température

de diffusion est

_{exprimée figure}

8.

Elle est de la forme :

Ces résultats sont

_comparables

à ceux obtenus par T.

_Kagawa

et G.

_{Motosugi [9]}

concernant la diffusion de zinc dans GaSb et

_{Gao,7oAlo,30Aso,o3Sbo,77’}

Par

contre, ils sont très différents de ceux

publiés

_par

R. Chin et H. D. Law

_[13].

Ces derniers ont réalisé des diffusions de zinc en tube scellé sous vide à 520

_OC,

à

_partir

d’une source constituée _par 93

at°’°

de

gallium

et 7

ato/0

de

zinc,

et en

_présence

de _vapeurs d’antimoine.

Les vitesses de diffusion sont

_beaucoup

_{plus faibles,}

ce

qui

_peut être attribué à la diminution de la

pression

partielle

de zinc dans

_l’ampoule.

Ce résultat a

d’ail-leurs été mis en évidence _par A. I. Blashku et al.

_[11]

qui

ont étudié la diffusion de zinc dans GaSb forte-ment

_dopé.

Les

_{plus grandes profondeurs}

de

péné-tration ont été obtenues avec, comme _source, du

zinc _pur, donc dans le cas où la

_pression

de _vapeur de

zinc est la

_plus

forte.

Fig.

8. - Variation du coefficient de diffusion effectif du

zinc avec la

température.

[Variation of the effective diffusion coefficient of zinc with the

_{temperature.]}

Dans les couches

_{épitaxiées,}

le zinc diffuse moins vite dans GaSb _que dans GaAISb. Ce

_comportement

a été

_également

observé _{pour le} ternaire GaAlAs vis-à-vis du binaire GaAs

_[17].

Une

_{interprétation possible}

de ce résultat est basée

sur

l’hypothèse

de la réduction du nombre de lacunes

dans les

_alliages

ternaires - l’écart entre la

tempéra-ture de fusion de

_l’alliage

et la

_température

de diffusion étant

_{plus grand}

-

ce

_qui

réduit

_{l’importance}

du mécanisme de diffusion

_{substitutionnelle,}

au

_profit

de la diffusion par mécanisme d’insertion

[18, 19].

Ce dernier mécanisme étant

_{plus rapide,}

il en résulte une

_augmentation

de la vitesse de diffusion. Cette

explication

nous semble _peu

_probable

dans le cas des

alliages

GaAlSb. En

_effet,

la réduction du nombre de lacunes par suite de la

présence

de l’aluminium devrait

s’accompagner

d’une diminution de la concentration

en défauts résiduels. Cette diminution n’est pas

observée avec le ternaire

_GaAISb,

cristallisé à la même

_température

_que GaSb. Les couches

_épitaxiées

à 550 °C

_possèdent

un

_dopage

résiduel

_{NA ~}

1,0

x

1017

cm-3,

indépendant

de la

_composition

de la couche.

Une autre

_explication

_peut

être avancée. Elle tient

compte des valeurs très élevées de la solubilité du zinc dans

_l’alliage.

On sait _{que pour} des concentrations

d’impuretés

élevées,

la diffusion induit des défauts dans le cristal - défauts

_{d’empilement,}

dislocations

-qui

accélèrent le _processus de diffusion

_[20].

Si la solubilité _augmente avec la teneur en aluminium de

l’alliage,

le nombre de défauts induits va croître et,

par

conséquent,

il en sera de même _pour la vitesse de diffusion. La solubilité limite

_peut

être évaluée dans notre cas en

_extrapolant

la

_partie

linéaire des

_profils

de diffusion

_{(Fig. 6) jusqu’à}

la surface. Les concentra-tions en zinc obtenues avec les

_alliages

_{Ga°,83A1°,l7Sb}

(~

102°

_{at/cm3 )}

sont effectivement

_supérieures

à celles mesurées dans GaSb

_(6-7

x

1019

at/cm3).

3. Caractérisation

_{photoélectrique}

des diodes diffusées. 3.1 RÉALISATION DES PHOTODIODES. - Des diodes à

structure MESA de diamètre _{300 gm} ont été

prépa-rées _par

_{photolithographie}

sur les

_plaquettes

diffusées.

L’attaque chimique

utilisée _pour réaliser la

gravure MESA est effectuée _par une solution

2

_{HCl/1 CH3COOH/2 H202}

_pendant

30 s ce

qui

assure une

_profondeur

_d’attaque

de 10 03BC.

La métallisation a été assurée _par

évaporation

d’or-zinc

_(avec

le _type

_{p + )}

et

_{d’or-germanium}

_(avec

le

type

n),

suivie d’un recuit à 350 OC de 2 min. La diode est ensuite montée sur un boîtier TO. 5. Le contact

sur la face

p+

est

_pris

_par

_collage

à

_l’argent.

La struc-ture définitive est schématisée

_figure

9.

3.2

CARACTÉRISTIQUES ÉLECTRIQUES.

- Les

mesures

de

_capacité

montrent _que les

_jonctions

_p+

n obtenues

228

Fig.

9. - Schéma d’une diode MESA

p+

n à GaAlSb avec

couche _tampon.

[Scheme

of the

_p+

n MESA GaAlSb diode with a buffer

layer.]

L’étude des

_{caractéristiques}

courant-tension montre

que le courant direct varie comme

exp(qV/nkT)

avéc n

2. Les diodes

_présentent

une résistance

série de 5 à 10

Q,

une résistance shunt de l’ordre de

20 kQ.

En

_polarisation

inverse,

le

_{claquage apparaît}

_pour des tensions de 2 à 5

V,

valeurs

_compatibles

avec le

dopage

n relativement élevé des couches

_épitaxiées

(1017 cm - 3 ).

Le courant inverse est de 10

_03BCA

à - 1

_V,

ce

_{qui correspond}

à une densité de courant de

10-’

_A/cm’.

La valeur élevée de ce courant est attri-buée à des courants de

_génération

à

_partir

de la

surface,

non

_passivée,

de la diode MESA. 3.3 RÉPONSE SPECTRALE. - Les

mesures de

_réponse

spectrale

ont été effectuées en focalisant la lumière

incidente,

provenant d’une

_lampe

à iode et filtrée _par

un

_{monochromateur,}

de

_façon

à obtenir un

_spot

de

5 à 10 gm de diamètre au niveau de la surface

p+

de la diode. La focalisation de la lumière incidente _permet de s’affranchir des

_problèmes

de bavures

_pendant

la

prise

de contact _par

_collage

et de faire des

comparai-sons

_{quantitatives}

entre différentes

_photodiodes.

On montre sur la

_figure

10 les

_{réponses spectrales}

en courant de

_plusieurs

_types

de diodes. Ces

_réponses

sont

_identiques

à

_polarisation

nulle et à

_polarisation

de - 1 V. Sur cette

_figure,

sont

_{également reportés}

les rendements

quantiques

externes.

Le front de montée des courbes de

_{réponse spectrale}

est

_abrupt.

Ce résultat est dû à

_{l’augmentation rapide}

du coefficient

_{d’absorption}

avec la

_longueur

_d’onde,

typique

d’un matériau à _gap direct. La

_légère

diminu-tion du

_signal

observée immédiatement

_après

le

maxi-mum est attribuée au

phénomène

de recombinaison en surface.

Fig.

10. -

Réponse spectrale

(A.W. -1 )

et _rendement

quan-tique

de diverses diodes MESA diffusées à

_Ga1-xAlxSb.

[Spectral

response (A.W.

-1 )

and quantum efficience of

Gai -xAlxSb

diffused MESA diodes :

La

_position

du maximum de sensibilité est fonction de la

_composition

de la

couche,

c’est-à-dire de son

énergie

de transition de bande interdite

_Eo

et se situe

à une

_longueur

d’onde

_{Amax légèrement}

inférieure à la

_longueur

d’onde de _coupure définie _par

Ac (J.1m)

=

1,24/Eo

(eV). Ainsi,

la

_réponse

maximale est obtenue

_{pour À}

=

1,3

J.1m et

_1,55

_gm avec des

échantillons de

_Gal-xAlxSb

à x =

0,15

et

0,04

donc à

_largeur

de bande interdite

_Eo

=

0,90 eV

_et

0,77

eV

_[21].

La

_figure

11 montre les valeurs du rendement

quantique

maximum _pour des

_photodiodes

_à compo-sition et

_{dopages équivalents}

_(x

=

0,15

à

0,17

_et

ND - NA -

1,0

x

1017

cm - 3 ),

mais à

_profondeurs

de

_jonctions

différentes. On constate une très nette

augmentation

des rendements

_quantiques

_pour des

jonctions

peu

profondes. Malgré

la

dispersion

des

résultats,

on _peut voir _que la loi de variation

_r¡(Xj)

est

_{exponentielle.}

3.4 INTERPRÉTATION DES RÉSULTATS. - Le

photo-courant recueilli est la somme de trois

_composantes

(Fig. 12) :

-

un

_photocourant

_J,

dû à

_{l’absorption}

de

photons

dans la couche

_p+

de

_profondeur

_xj.

Ce

coeffi-Fig.

11. - Relation entre la

réponse

maximale de diodes

p+

n à

_{Gao, 8.3AI0, 1 7Sb}

et la

_profondeur

de

_jonction.

[Relation between the maximum

_spectral

_{response of}

_{p +}

n

GaO.83Alo.17Sb

diodes and the

_{junction depth.]}

cient

_{d’absorption}

a est _{donnée par}

_{[22] :}

Dans cette

_expression,

_{00 représente}

le flux de

photons monochromatiques

incidents, R

le coefficient de

_réflexion,

_Sn

la vitesse de recombinaison des élec-trons à la

surface,

L.

la

_longueur

de diffusion des élec-trons dans la zone

diffusée,

Dn le

coefficient de diffusion

de ces électrons.

- Un

photocourant J2

dû à

_{l’absorption}

des

photons

dans la zone

_déplétée

W. L’existence d’un

champ électrique

intense dans cette zone fait _que toute

absorption

d’un _rayonnement

_{d’énergie supérieure}

au

gap se _{traduit par} un rendement

_{quantique proche}

de

1 et un courant :

_J2

=

q4>d[1 -

exp(-

ocW)]

_{avec :}

Wd = flux de

photons

_entrant dans la _zone

déplétée

tel _que

où R est le

_pouvoir

réflecteur de la surface

_{p +}

Po

le flux de

_photons

incidents.

- Un

photocourant J3

dû à la diffusion des trous

photogénérés

au-delà de la zone de

_{charge d’espace}

et diffusant en direction de la

jonction polarisée

en

inverse. On montre

_[23]

_par résolution de

_{l’équation}

de

_diffusion,

en se

plaçant

dans le cas semi-infini

(Po

=

Pno

pour x =

oo ),

que :

Fig. 12. -

Absorption

du _{rayonnement lumineux par} une structure

_{p + n}

_polarisée

en inverse.

_{p + :}

zone _diffusée;

i : zone

_{déplétée ;}

n : couche

_épitaxiée

non diffusée.

[Absorption

of the

_{light by}

a

p+

n structure in reverse bias.

p + :

diffused zone ; i :

depleted

zone ; n : non diffused

epilayer.]

où

_{Pno représente}

la concentration

d’équilibre

en

trous dans la zone n.

Dp

et

_Lp

sont le coefficient de diffusion et la

_longueur

de diffusion des trous.

On

_peut

montrer _que dans notre cas le second terme de cette

_expression

est

_{négligeable.}

Les

_{photocourants J2 et}

_J3

sont

_{proportionnels}

à

exp ( -

_ccx,),

ce

_qui

_{n’est pas le} cas de

_Ji.

La

_figure

11

montre _que le rendement

_quantique

externe

q _

(Jl

₊

JZ

+

J 3)/ql/Jo

varie

expérimentalement

d’une manière

_{exponentielle}

avec

_xj.

On

_peut

en

déduire _que la zone frontale diffusée

participe

_peu à

la valeur maximum de la

_{réponse spectrale.}

La _pente

de la droite fournit alors le coefficient

d’absorption

(pour À -

1,3

gm) :

4. Conclusion.

Le coefficient de diffusion du zinc dans

_{Gal _ xAlxSb}

entre 510° C et 600 °C est

_donné

_par

_Deff

=

Do exp( - E°/k T ),

avec x =

0,17,

Eo

=

1,92

eV _et

Do

=

8 cm2 s-1.

Les

profondeurs

de

jonction

obte-nues sont

_supérieures

ou

égales

à

0,4

_{gm. Les} fronts de

diffusion sont

_plats.

La zone

p+

est très

_dopée

(>

102° at.cm-3).

Le zinc diffuse

_{plus rapidement}

dans

_l’alliage

ter-naire GaAlSb que dans GaSb. Ce résultat est attribué

au

_{plus grand}

nombre de défauts induits créés en cours de diffusion _par les valeurs très élevées de la

230

Des

_photodiodes

à

_géométrie

MESA ont été

prépa-rées _par

_photogravure

à

_partira

de structures

_p+

n

diffusées.

L’étude de la

_{réponse spectrale}

de ces diodes montre

que le maximum de sensibilité est à

_1,3

_{ktm pour} les échantillons à x =

0,15

(0,90 eV)

et à

1,55

_{gm pour} les

échantillons à x =

0,04

(0,77

eV).

Les rendements

quantiques

les

_plus

élevés

₍₃₀

_%)

sont obtenus avec

les

_jonctions

_peu

_{profondes (0,4 ym).}

Cette étude a

permis

d’évaluer le coefficient

d’ab-sorption

de GaAlSb

_(à

1,3

lim) :

a =

1,1

x

104

cm-1

Remerciements.

Nous tenons à remercier Monsieur Claude Armand

pour

les

_analyses

en sonde

_{ionique qu’il}

a effectuées

à l’INSA de Toulouse.

Ce travail a été soutenu _par la convention DAII no 81-35039007909 245 BCV.

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