L'invention concerne un dispositif en matériaux semiconducteurs réalisé sur un substrat de paramètre différent de celui des matériaux semiconducteurs du dispositif .

L'étude des propriétés thermiques du diamant fait apparaî¬ tre que d'une part la conductivité thermique est 2 fois supé¬ rieure à celle du cuivre et que d'autre part, le coefficient de dilatation thermique est 5 fois moins important que celui du cui¬ vre.

Cela apparaît clairement dans le tableau ci- dessous ou les caractéristiques du diamant, du nitrure de borate T-CBN (Transparent Cubic Borate Nitrure) et du cuivre sont comparées .

On a récemment réussi à fabriquer du diamant dopé au Bore. Lorsque- la quantité de Bore est supérieure à 100 ppm, le diamant devient conducteur et pour une quantité inférieure à 100 ppm, il devient semiconducteur.

A l'heure actuelle, on utilise le diamant synthétique comme support pour les composants optoélectroniques .

Cependant l'utilisation du diamant ou du nitrure de bo¬ rate T-CBN pour implanter des composants à semiconducteurs n'éta.it pas pensable, le problème à résoudre étant un problème de désadaptation de mailles.

L'invention consiste à utiliser le diamant isolant ou semiconducteur comme un substrat et fabriquer les circuits inté¬ grés en utilisant les implantations ioniques, tel que l'on pro¬ cède actuellement sur le substrat Si.

D'autre part, l'invention consiste à utiliser le diamant semi- isolant ou conducteur comme substrat, à épitaxier directe¬ ment les matériaux semiconducteurs III- V ""ou II- VI (hétérojonction, super-réseaux) afin de fabriquer les composants optoélectroniques tels que laser, photodiode, photocathode, cel-

Iule solaire . . . et les composants hyperf réquences tels que diode

GUNN, diode IMPATT, transistor FET.

L'invention concerne donc un dispositif en matériaux semiconducteurs caractérisé en ce qu'il comporte :

- un substrat en diamant ; - au moins une couche de silicium déposée sur une face du substrat ;

- une série de couches de composés semiconducteurs for¬ mant un super-réseau d'adaptation déposées sur la couche de silicium et dont les couches les plus proches de la couche de silicium ont un premier paramètre de maille peu différent de celui de la couche de silicium et dont les couches les plus éloi¬ gnées ont un deuxième paramètre de maille ;

- un composant en matériau semiconducteur dont au moins la couche la plus proche du super-réseau à un paramètre de maille peu différent de celui du deuxième paramètre de maille .

L'invention concerne également un procédé de réalisation ^ d'un dispositif selon l'une quelconques des revendications précé¬ dentes caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :

- une première étape de réalisation par épitaxie à basse température d'une couche de silicium amorphe sur le substrat ;

- une deuxième étape de chauffage facilitant la distribu¬ ée tion des nucléations ;

- une troisième étape de réalisation par épitaxie d'une couche d'adaptation sur la couche de silicium amorphe ;

- une quatrième étape de réalisation par épitaxie d'un composant en matériau semiconducteur.

I - ⁵ Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront de façon plus détaillée dans la description qui va suivre faite à titre d'exemple en se reportant aux figures an¬ nexées qui représente :

- la figure 1, un exemple de réalisation d'un dispositif ™ selon l'invention ;

- la figure 2, un exemple de réalisation d'un laser semiconducteurs selon l'invention ;

- la figure 3, un exemple de réalisation d'une structure laser à réseau distribué (DFB) ;

2^ - la figure 4, un exemple de réalisation d'un laser de puissance à réseau distribué ;

- la figure 5, un exemple de réalisation d'un laser à réseau distribué comportant un miroir de renvoi.

Le diamant possède d'excellentes propriétés d'isolation 0 électrique et de conduction thermique .

En dopant le diamant avec du bore avec un dopage infé¬ rieur à 100 ppm on obtient un matériau semiconducteur de type p . En réalisant un dopage du diamant avec du bore supérieur à 100 ppm, le diamant devient conducteur .

L'invention prévoit donc de mettre à profit les qualités de bonne conduction thermique du diamant pour l'utiliser comme substrat dans la réalisation de composants à semiconducteurs. Cependant l'implantation de matériaux à semiconducteurs sur le diamant pose des problèmes de désadaptation dus aux paramètres de mailles différents .

Pour résoudre ces problèmes l'invention prévoit comme cela est représenté en figure 1 de réaliser sur le diamant 1 une couche 2 de silicium amorphe. Cette couche de silicium amorphe aura après recuit sensiblement un même paramètre de maille que le diamant et facilitera la nucléation.

On procède donc ensuite à un échauffement à une tempéra¬ ture telle que 500 ou 600 °C, par exemple, pour avoir une distri¬ bution des nucléations sur le diamant. Cette couche de silicium peut être réalisée par épitaxie à très basse température, 300°C par exemple.

Sur la couche de silicium 2 est réalisé une couche d'adap¬ tation telle que cette couche d'adaptation soit adaptée-en paramè¬ tre de maille avec la couche de silicium et qu'une couche d'un matériau semiconducteur d'un composant C soit adaptée en para¬ mètre de maille sur cette couche d'adaptation.

Cette couche d'adaptation est réalisée sous forme d'un super-réseau .

Bien que cela ne soit pas toujours obligatoire dans tous les cas, on peut prévoir un recuit à ce stade du procédé.

A titre d'exemple, la couche de silicium amorphe peut faire environ 100 Angstroems d'épaisseur.

Sur la figure 2, le composant réalisé est un laser à semiconducteurs constitué d'une première couche de confinement 4 dopée n, d'une couche active 5, d'une deuxième couche- de confinement 6 dopée p et d'une couche de contact 7.

Le laser représenté est réalisé en matériau III-V de la classification périodique des éléments . A titre d'exemple, les couches de confinement sont en phosphure d'Indium InP et la couche active en phosphure d'arsenic, d'indium et de gallium.

Pour réaliser l'adaptation en mailles de ce laser, le super¬ réseau 3 est constitué de couches alternativement de couches différentes de telle façon que le paramètre de maille de la par¬ tie du super- réseau en contact avec la couche de silicium 2 à sensiblement le même paramètre de maille que le silicium tandis que la partie du super-réseau en contact avec la première cou¬ che de confinement 4 a sensiblement le même paramètre de maille que cette couche de confinement.

Le super-réseau est ainsi réalisé en matériau de type III- V et à titre d'exemple il est réalisé de couches GaAs et GalnP ou de couches de GaAs et GalnAs .

Tandis que la couche de silicium 2 a environ une épais¬ seur de 100 Angstroems, chaque couche du super-réseau 3 a une épaisseur d'environ 50 Angstroems . L'ensemble du super-réseau a une épaisseur de sensiblement 2000 Angstroems .

Le laser réalisé sur le super-réseau 3 peut également être réalisé en matériau semiconducteur de type II-VI et le su¬ per-réseau 3 est alors également réalisé en- matériau semiconducteur de type II-VI . Dans ce qui précède on a décrit des exemples de réalisa¬ tion dans lesquels le substrat est du diamant. L'invention est également applicable à un dispositif dans lequel le substrat est un matériau du type T-CBN (Transparent Cubic Niobate Borate Nitrure) . Un tel substrat reçoit une couche 2 de silicium amor- phe .

Un composant est ensuite réalisé sur la couche 2 de silicium amorphe comme, cela a été décrit précédemment. Notam¬ ment, on prévoit également un super-réseau d'adaptation 3.

Les matériaux semiconducteurs utilisés et les épaisseurs des différentes couches sont tels que décrits précédemment. De même, la réalisation des différentes couches peut se faire comme précédemment .

La présente invention concerne également un dispositif semiconducteur photo -émetteur de type laser de puissance élevée (1 à 10 W) à guidage par l'Indice, et utilisant un réseau distri-

bué DFB (Distributed Feedback) . Ces dispositifs suscitent de¬ puis quelques années un grand intérêt car ils fonctionnent pour une valeur de puissance considérablement élevée (1 à 10 W) . Ils permettent notamment la réalisation de lasers de puissance mono- modes fonctionnant à 0.8 μm, 1.3 μm ou 1.55 μm. On trouvera une description d'un laser du type laser DFB dans l'article "Low-Threshold Distributed Feedback Lasers Fabricated on Mate¬ rial Grown Completely by LP-MOCVD" de M. RAZEGHI et al pu¬ blié dans IEEE Journal of Quantum Electronics, Volumes QE-21, numéro 6 de juin 1985.

L'intérêt de la présente invention par rapport aux autres structures de lasers semiconducteur de puissance est que, la conductivité thermique du diamant est 2 fois plus importante que celle du cuivre. On peut utiliser ces dispositifs d'une part pour rempla¬ cer les lasers à gaz et d'autre part pour pomper les lasers YAG. La figure 3 représente une telle structure laser. On re¬ trouve, sur cette figure :

- le substrat 1 ; - la couche de silicium amorphe 2 ;

- le super-réseau d'adaptation 3 ; -

- la couche de confinement 4 ;

- la couche active 5.

En supplément, la couche active 5 est recouverte d'une couche de guidage 8 réalisée sous forme d'un réseau distribué permettant d'obtenir l'effet laser.

La couche de guidage 8 .est recouverte de la couche de confinement 6 et de la couche de contact 7.

La figure 4, représente un laser de puissance appliquant la structure de la figure 3.

Sur cette figure, on retrouve les mêmes couches que celles de la figure 3. En supplément, dans la couche active 3 et la couche de guidage 8 ont été gravés des rubans parallèles 9.

La gravure des rubans 9 a été faite de telle façon que leur direction soit perpendiculaire à la direction des sillons du

réseau distribué permettant d'obtenir l'effet laser. Ces diffé¬ rents rubans émettent des faisceaux en phase (phase locked) .

A titre d'exemple, chaque ruban a une largeur de 1 micro¬ mètre et la distance entre deux rubans est de deux à trois micro- mètres .

La figure 5, représente un laser, tel que décrit précédem¬ ment, comportant dans le substrat 1, à une extrémité du laser, un plan incliné 11, par exemple à 45°, par rapport au plan d'émission du laser. Ce plan incliné 11 est réfléchissant ce qui permet de diriger ^' aisément le faisceau laser émis vers des dispo¬ sitifs utilisateurs non représentés .

L'invention a également pour objet un procédé de fabrica¬ tion d'au moins un dispositif semiconducteur de type laser à double hétérojonction et à guidage par l'indice, à puissance élevée et monomode (DBF) . Le dispositif étant réalisé à partir d'un substrat diamant dopé Bore . Il comporte les étapes suivan¬ tes :

- une première étape de dépôt de couches épita_>dales sur le dit substrat diamant 1, comprenant successivement : - a) dépôt d'une couche de silicium amorphe 2 suivi d'un recuit ;

- b) dépôt d'une série de super-réseaux 3 à base des matériaux semiconducteurs III-V pour éliminer les dislocations dues aux désadaptations de maille cristalline entre le substrat diamant et le semiconducteur III-V utilisé pour la fabrication du laser qui peut également, sans que cela soit obligatoire, être également suivi d'un recuit ;

- c) dépôt d'une première couche de confinement 4 dopé n, une couche active 5, une couche guide d'onde 8 ; - une seconde étape consistant en l'élaboration d'un réseau de Bragg par holographie et gravure chimique dans la couche guide d'onde 8 ;

- une troisième étape constituée par élaboration de ru¬ bans 9 ;

- une quatrième étape constituée par épitaxie de la cou¬ che de confinement 6 dopée et de la couche contact 7 ;

- une cinquième étape comprenant le dépôt de contacts métalliques sur la couche de contact et sur la face du substrat.

Le procédé qui précède peut être suivi par une gravure à une extrémité du laser obtenu d'un plan réfléchissant 11 incli¬ né, à 45°, par exemple, par rapport au plan d'émission du laser.

Il est à noter que les différents dépôts précédants peu¬ vent être faits par épitaxie de couches monoatomiques.

Il est bien évident que la description qui précède n'a été faite qu'à titre d'exemple non limitatif. Les exemples numéri¬ ques, notamment, et les types de matériaux utilisables n'ont été indiquées que pour illustrer la description. D'autres variantes peuvent être envisagées sans sortir du cadre de l'invention.