Brevet FR2365214A1 — publié le 19780414

L'invention concerne un dispositif à diodes à semiconducteur , notamment une rangée de diodes à semiconducteur , pour produire ou recevoir un rayonnement, comportant au moins une plaquette semiconductrice qui comporte une jonction pn photoémissive ou photosensible et qui est associée à une fenêtre pour l'entrée ou pour la sortie du rayonnement, la plaquette semiconductrice étant disposée sur un support et étant reliée par ses surfaces parallèles à la jonction pn, à des raccords extérieurs. destinées Des diodes à luminescence / à servir de diodes photoémissives sont constituées par une plaquette semiconductrice dans laquelle, lors de la recombinaison d'électrons avec des trous, 11 énergie libérée est émise sous forme de lumière. Les plaquettes semiconductrices comportent une jonction pn incorporée et sont munies d'électrodes, sur les surfaces extérieures parallèles à la jonction pn. L'émission spontanée de la recombinaison, génératrice de rayonnement, dans la région pn directement au niveau de la jonction, s'effectue dans toutes les directions de ltespace. Cependant on n'utilise fréquemment que la partie du rayonnement dans la région p , qui sort à travers une fenêtre plane de lté- lectrode disposée sur ladite région p. Dans le cas d'un dispositif à diodes à semiconucteur-, connu d'après la demande de brevet allemand mise à l'inspection publique sous le n0 1 262 448, pour produire ou pour recevoir un rayonnement, on utilise, en plus du rayonnement sortant essentiellement perpendiculairement à la jonction pn, également le rayonnement sortant radialement, parallèlement à la jonction pn.A cet effet il est prévu un réflecteur qui est disposé par rapport à la jonction pn de telle manière que le rayonnement sortant radialement est réfléchi et est également rayonné perpendiculairement à la jonction pn à travers l'ouverture du réflecteur, formant une fenêtre, Dans le cas de dispositifs à diodes à semiconducteur pour recevoir un rayonnement, la lumière reçue est refléchie et déviée de façon correspondante. L'utilisation de diodes à luminescence permet d'obtenir les avantages dans les appareils d'enregistrement et d'affichage tels que des oscilloscopes à faisceau lumineux, des enregistreurs universels, des imprimantes, des appareils de mesure et autres. La plupart du temps on peut remplacer un dispositif complexe à mécanique de précision par un dispositif purement électronique. Les possibilités techniques étendues, une-économie d'espace et de poids ainsi qu'une fiabilité et une commodité d'entretien accrues peuvent être d'autres avantages selon le cas d'utilisation. Cependant une condition préalable pour une telle utilisation consiste à avoir des rangées de diodes à luminescence comportant un pas de réseau qui correspond à la résolution élevée exigée de par exemple 0,5 mm. En outre de telles rangées de diodes à luminescence doivent permettre une utilisation avec peu de pertes de la lumière émise, pour l'enregistrement ou l'affichage. Dans le cas des rangées de diodes à luminescence connues jusqu'à présent, on ne peut réaliser cependant qu'un pas de réseau ou écartement réciproque de 2,5 mm. Cependant ce réseau est trop grossier pour la plupart des utilisations du type mentionné précédemment. La présente invention a donc pour but d'indiquer une rangée de diodes à luminescence disposée en un réseau très fin. Conformément à l'invention ce problème est résolu dans un dispositif à diodes à semiconducteur du type indiqué plus haut grâce au fait qu'il est prévu comme fenêtre une face frontale, située perpendiculairement à la jonction pn, de la plaquette semiconductrice. Pour la sortie ou pour l'entrée de la lumière, on n'utilise donc pas, comme c'était usuel jusqu'alors, la face supérieure, mais uniquement la face frontale relativement petite de la plaquette semiconductrice. De ce fait dans le cas d'une disposition en forme de rangées des plaquettes semiconductrices, le pas de réseau peut être réduit jusqu'à environ 0,1 mm. ~ En outre dans le cas d'une sortie de la lumière sur la face frontale, l'intensité lumineuse peut être utilisée directement au niveau de la plaquette semiconductrice génératrice de lumière.A l'opposé de la réalisation Jusqu'alors usuelle de sortie de la lumière par la face supérieure de la plaquette semiconductrice, la sortie de la lumière à travers la face frontale n'est pas perturbée par les électrodes, ni par un conducteur d'alimentation d'électrodes. De préférence la surface frontale, prévue en tant que fenêtre, de la plaquette semiconductrice forme une surface plane avec la surface frontale correspondante du support. Cette surface plane, qui peut être aisément traitée mécaniquement, permet par exemple dans le cas de diodes à luminescence une utilisation, présentant particulièrement peu de pertes, de la lumière rayonnée pour l'enregistrement ou l'affichage. Pour réaliser la protection mécanique de plaquettes semiconductrices, on peut déposer sur la surface plane une couche protectrice transparente à la lumière au moins dans la zone de la fenêtre. Si le dispositif à diodes à semiconducteur vient en contact avec des objets mobiles, il est prévu comme couche de protection de préférence une couche métallique résistant à l'usure, qui possède, au niveau de la fenêtre, un évidement rempli par un matériau transparent à la lumière. Ce dernier empêche une accumulation de saletés au niveau de l'évidement. Dans une forme de réalisation préférée du dispositif à diodes à semiconducteurs conforme à l'invention, la plaquette semiconductrice est insérée ou incorporée au moins en partie dans une matière plastique opaque à la lumière et électriquement isolante. La matière plastique opaque à la lumière permet, moyennant une faible dépense, une séparation optique sûre de plusieurs plaquettes semiconductrices. En outre la matière plastique peut être utilisée pour fournir une protection contre l'établissement d'un contact, par exemple un contact de fils. Dans une première forme de réalisation du dispositif à diodes à semiconducteur suivant une rangée, plusieurs plaquettes semiconductrices sont disposées sur un support électriquement conducteur, qui constitue un raccord extérieur commun, tandis que les autres raccords sont constitués sous la forme de plaquettes à circuit imprimé. Le support électriquement conducteur permet un montage simple du dispositif à diodes à semiconducteur et assure en outre une bonne évacuation de la chaleur lors du fonctionnement. Si les plaquettes semiconductrices sont reliées au moyen d'une colle conductrice au support, le montage est particulièrement simple. Dans une seconde forme de réalisation d'un dispositif à diodes à semiconducteur agencé sous la forme d'une rangée, il est prévu comme support une plaquette à circuit imprimé. Par la dénomination "plaquette à circuit imprimé",on doit comprendre ici également des circuits à couches et des cablages souples. Cette seconde forme de réalisation est particulièrement bon marché à réaliser en particulier dans le cas d'une fabrication en série. Dans le cas de dispositifs à diodes à semiconducteur comportant des diodes à luminescence, on utilise de préférence des plaquettes semiconductrices en phosphure de gallium. Dans le cas de semiconducteurs constitués par du phosphure de gallium (GaP), on obtient, par rapport à d'autres semiconducteurs transparents à la lumière et photoémetteurs de tous côtés, tels que du phosphure-arseniure de gallium (Ga g As, P 7 ), un rayonnement particulièrement intense parallèle à la jonction pn et par conséquent un rendement lumineux particulièrement élevé. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement aixdessins annexés plusieurs formes de réalisation de l'objet de l'invention. La figure 1 représente une vue en plan en coupe partielle d'une première forme de réalisation d'une rangée de diodes à luminescence. La figure 2 représente une coupe prise suivant la ligne Il-Il du dispositif de la figure 1. La figure 3 représente une vue en plan en coupe partielle d'une seconde forme de réalisation d'une rangée de diodes à luminescence. La figure 4 représente une coupe prise suivant la ligne IV-IV de la figure 3. La figure 5 est une élévation latérale à l'échelle 1 :-1 de l'ensemble représenté sur la figure 3. Dans le cas de la rangée de diodes à luminescence représentée respectivement suivant une vue en plan et une vue en coupe sur les figures 1 et 2, on utilise comme support des diodes à luminescence 1, disposées en étant juxtaposées suivant une rangée, une plaquette à circuit imprimé 2 qui est constituée par un substrat isolant 20, par une voie conductrice 21 pour un raccord extérieur commun ainsi que par des voies conductrices 22 pour des raccords extérieurs séparés des diodes à luminescence 1. La voie conductrice 21 se prolonge et se termine par une surface de raccordement 210 située sur la face frontale et sur laquelle les différentes diodes à luminescence 1 sont contactées par des surfaces parallèles à leurs jonctions pn 10 , au moyen d'une colle conductrice 3. Le contactage des autres surfaces des diodes à luminescence 1, s'étendant parallèlement aux jonctions pn 10, s'effectue au mo yen de fils minces de raccordement 4, constitués par exemple par de l'or et qui réalisent la liaison avec les voies conductrices 22. Le contactage des diodes à luminescence 1 d'une part et des voies conductrices associées 22 d'autre part par des fils de raccordement 4 peut être réalisé par exemple à l'aide dvun pro cédé de thermocompression. Pour réaliser la protection du con tactage des fils et pour réaliser la séparation optique des dif férentes diodes à luminescence 1, l'ensemble du dispositif est scellé dans une résine synthétique électriquement isolante et opaque à la lumière, telle que par exemple une résine époxy colorée.L'enveloppe 5 formée par la résine synthétique laisse libres ou à nu les faces frontales 11, perpendiculaires aux jonc tions pn 10, des diodes à luminescence 1 ainsi que les surfaces de raccordement non représentées sur le dessin, au niveau des quelles se terminent les voies conductrices 21 et 22. Lors du fonctionnement de la rangée de diodes à luminescence, la lumière produite dans les différentes diodes à luminescence 1 sort ex clusivement par les surfaces frontales 11, comme ceci est repé ré par les flèches 6. Selon le cas de l'utilisation, la surface frontale terminale de la rangée de diodes à luminescence peut être une face diminuant l'usure ou bien résistant à l'usure. Dans le cas représenté, on a déposé par voie galvanique ou bien collé sur la surface frontale une plaque protectrice 7 consti tuée en un métal dur résistant à l'usure, tel que par exemple du chrome dur, la plaque protectrice 7 comportant, dans la région de la surface frontale 11, des évidements remplis d'une matière plastique transparente à la lumière 8, telle par exemple qu'une résine époxy. Les figures 3 et 4 représentent respectivement suivant une vue en plan et suivant une vue en coupe une seconde forme de réalisation d'une rangée de diodes à luminescence, dans la quelle une rangée de diodes à luminescence au GaP 30 est disposée suivant un réseau avec un pas de répartition de 0,5 mm sur une plaque de support 31 en cuivre. Les différentes diodes à lumi nescence au GaP 30 sont ici collées par leurs surfaces parallèles à leurs jonctions pn 300 , par l'intermédiaire d'une couche 32 de colle conductrice, sur la plaque de support 31 servant de cathode commune. Pour réaliser le contactage des autres raccords extérieurs, les surfaces de raccordement 301 formées par un alliage d'or et de zinc sont déposées sur les surfaces des diodes à luminescence au GaP 30, opposées à la couche de colle conductrice 32.Ces surfaces de raccordement 301, qui peuvent être réalisées par exemple par dépôt par vaporisation et par renforcement galvanique ultérieur, sont reliées par l'intermédiaire de fils minces d'aluminium 33 aux voies conductrices 340 associées d'une plaquette à circuit imprimé 34. Le contactage des surfaces de raccordement 301 et des voies conductrices 340 par les fils d'aluminium 34 peut être réalisé par exemple par des soudures aux ultrasons. La plaquette à circuit imprimé 34 jouxte directement la rangée des différentes diodes à luminescence GaP 30 et est reliée à la plaque de support 31 par son substrat isolant, moyennant la présence d'une feuille adhésive 35, active sur ses deux faces, intercalée.Sur la face de la plaquette à circuit imprimé 34, située à l'opposé de la plaque de support 31, est disposée une plaque de couverture 36 qui est constituée également en cuivre pour obtenir une bonne évacuation de la chaleur. Afin qu'aucun court-circuit ne soit provoqué par la plaque de couverture 36, cette plaque de couverture est munie d'un évidement 360 au niveau des contactages des fils et est séparée partout ailleurs des voies conductrices 340 par l'insertion d'une couche adhésive intercalaire 37 agissant sur ses deux faces et électriquement isolante. Dans l'évidement 360 de la plaque de couverture 36, on coule une résine synthétique 38 opaque à la lumière et électriquement isolante, en vue de réaliser la séparation optique des différentes diodes à luminescence GaP 30 et pour assurer la protection mécanique des contactages des fils. Grâce au coulage de la résine synthétique 38, les différentes diodes à luminescence au GaP 30 sont enveloppées entièrement, hormis sur leurs surfaces frontales 302 situées perpendiculairement aux jonctions pn 300, par un matériau opaque à la lumière, en sorte que l'ensemble de la lumière produite dans les différentes diodes à luminescence GaP 30 sort exclusivement par les surfaces frontales 302, comme ceci est indiqué par les flèches 39. Les surfaces frontales 301 des diodes à luminescence au GaP 30 ainsi que les surfaces voisines de la feuille de support 31, de la feuille de couverture 36 et de la résine synthétique 38 sont rectifiées et, en vue de leur protection mécanique, sont recouvertes d'une couche mince non représentée sur la figure, d'un vernis de protection transparent. Pour donner une idée en grandeur nature de la rangée de diodes à luminescence représentée sur les figures 3 et 4, on a représenté cet ensemble sur la figure 5 suivant une vue en élévation latérale à l'échelle 1 : 1. En outre il est visible d'après la figure 5 que la plaque de support 31 servant de cathode commune est coudée. Par suite de cette forme coudée de la plaque de support 31, le montage de la rangée de diodes à luminescence dans des appareils enregistreurs ou dans des appareils d'affichage est facilité. Le dispositif à diodes à semiconducteur conforme à l'invention peut être utilisé, outre avec les diodes à luminescence décrites dans les exemples de réalisation précédents, également pour des diodes individuelles ou pour des poutres lumineuses commandables dans des dispositif d'affichage à diodes à luminescence. La disposition suivant un réseau formé de lignes et de colonnes est également possible. De même, dans les dispositifs à diodes à semiconducteur décrits, on peut installer également, à la place des diodes à luminescence, des plaquettes semiconductrices pour la réception du rayonnement, tout en conservant la constitution de l'ensemble. De tels dispositifs à diodes à semiconducteur prévus pour la réception d'un rayonnement pellvent être utilisés par exemple dans le domaine de la transmission optique d'informations. De même le contactage des plaquettes semiconductrices n'a pas nécessairement à être réalisé au moyen de fils, mais on peut également utiliser ici les contactages sur deux faces par adhésif ou par soudure ainsi que des liaisons par application par pression. REVENDICATIONS 1 - Dispositif à diodes à semiconducteur , notamment rangée de diodes à semiconducteurs, pour produire ou recevoir un rayonnement, comportant au moins une plaquette semiconductrice qui comporte une jonction pn photoémissive ou photo sensible et qui est associée à une fenêtre pour l'entrée ou pour la sortie du rayonnement, la plaquette semiconductrice étant disposée sur un support et étant reliée par ses surfaces parallèles à la jonction pn, à des raccords extérieurs , caractérisé par le fait qu'il est prévu, comme fenêtre, une surface frontale (11, 302), perpendiculaire à la jonction pn (10, 300), de la plaquette semiconductrice (1, 30). 2 - Dispositif à diodes à semiconducteur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la surface frontale (11, 302), prévue en tant que fenêtre, de la plaquette semicon ductrice (1, 30) forme une face plane avec la surface frontale correspondante du support (2, 31). 3 - Dispositif à diodes à semiconducteur suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que sur ladite face plane est déposée une couche protectrice transparente à la lumière au moins au niveau de la fenêtre. 4 - Dispositif à diodes à semiconducteur suivant la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il est prévu comme couche protectrice une couche métallique (7) résistant à l'usure et qui possède, au niveau de la fenêtre, un évidement rempli par un matériau (8) transparent à la lumière. 5 - Dispositif à diodes à semiconducteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la plaquette semiconductrice (1, 30) est insérée au moins par endroits dans une matière plastique (5, 38) opaque à la lumière et électriquement isolante. 6 - Dispositif à diodes à semiconducteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que plusieurs plaquettes semiconductrices (30) sont disposées sur un support électriquement isolant (31), qui forme un contact extérieur commun, et que les autres contacts extérieurs sont réalisés sous la forme d'une plaquette à circuit imprimé (34). 7 - Dispositif à diodes à semiconducteur suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que les plaquettes semiconductrices (30) sont reliées au moyen d'une colle conductrice(32) au support (31). 8 - Dispositif à diodes à semiconducteur suivant l'une quelconque des revendications la 5, caractérisé par le fait qu'il est prévu comme support une plaquette à circuit imprimé (2). 9 - Dispositif à diodes à semiconducteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que la plaquette semiconductrice (30) est constituée par du phosphure de gallium.