Brevet FR2466866A1 — publié le 19810410

L'invention concerne un procédé de couplage entre une fibre optique et une diode photo-réceptrice ou photo-émettrice ainsi qu'une tête optoélectronique réalisée en utilisant un tel procédé. On sait qu'une tête opto-électronique constitue un point de transition entre une fibre optique et un composant, généralement à semiconducteur, constituant le terminal optique, à la réception ou à l'émission, d'une liaison de télécommunications. Dans une tête opto-électronique, la fibre optique présente un diamètre généralement très petit, parfois jusqu'à 50 microns; si le composant est une photodiode de réception, les dimensions de la surface photodétectrice sont également très petites. Dans une tête de type classique, la fibre optique est montée dans un porte-fibre dont elle émerge du côté diode, la photodiode étant montée sur une embase qui s'adapte au porte-fibre. Les position- nements respectifs de la fibre et de la diode doivent, en consé- quence, être extrêmement précis. Il en résulte que la fabrication de telles têtes est du domaine de la mécanique de précision et que leur coût de production est élevé. L'invention permet de simplifier le problème de positionne- ment relatif entre la fibre et le composant (photodiode par exem- ple) en fournissant un nouveau procédé de couplage. A cet effet la photodiode présente sur une face destinée à être couplée à la fibre optique, au moins une cavité en forme de cuvette, éventuellement hémisphérique, dans laquelle on logera l'extrémité de la fibre optique. Une telle cavité, présentant sur ses parois une jonction- semi- conductrice, est réalisable par attaque chimique suivie d'une diffusion d'impuretés dopantes dans une pastille semiconductrice, selon des conditions précisées par'le brevet français de la demanderesse publié sous le No 1.536.424, relatif aux "Perfection- nements aux diodes semiconductrices de structure planar pour hautes fréquences. La mise en place de l'extrémité de la fibre optique devient alors beaucoup plus facile qu'en l'absence d'une telle cavité. De plus on peut alors éliminer l'embase classique de la tête optoélectronique et la remplacer par une simple protection en matière plastique traversée par les connexions de raccordement de l'anode et de la cathode de la photodiode. En résumé, et de Façon plus générale: Le procédé de couplage selon l'invention est principalement caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: (a) réalisation d'une structure semiconductrice capable de constituer une diode opto-électronique par adjonction d'une couche semiconductrice dopée de façon à constituer avec le reste de la structure une jonction redresseuse; (b) formation d'une cavité par attaque chimique de la struc- ture sur une face plane destinée à être couplée à la fibre optique et à être le siège de la jonction redresseuse, l'attaque chimique étant localisée dans une zone délimitée par une couche de matériau résistant à l'attaque chimique; (c) formation de la jonction redresseuse par dopage du matériau semiconducteur constituant la paroi interne de la cavité; d) réalisation d'une tête opto-électronique par mise en place de l'extrémité d'une fibre optique dans la cavité de la structure. L'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques apparaitront, au moyen de la description qui suit, et des dessins qui l'accompagnent, parmi lesquel-s: les figures 1 à 4 représentent en coupe partielle diffgren- tes étapes de réalisation du procédé selon l'invention; les figures 5 et 6 représentent des variantes du.procédé; la figure 7 représente une tête opto-électronique réalisée en utilisant le procédé selon l'invention. Figure 1, on a représenté en coupe partielle une pastille semiconductrice comportant par exemple un substrat 1 dopé P, et une couche 2 dopée P+. L'épaisseur de substrat est largement supérieure au diamètre de la fibre optique destinée à être couplée à la structure semiconductrice après la réalisation, dans cette structure, d'une diode, par exemple photodétectrice. La réalisation d'une telle structure, par des moyens classiques, constitue l'étape (a) du procédé. Figure 2, on a représenté la même pastille après attaque chimique effectuée sur la face du substrat 1 opposée à la couche 2. Cette face avait été préalablement recouverte par une couche I de silice 3, déposée par exemple par pulvérisation cathodique, Une fenêtre 30 avait également été aménagée dans la couche 3 par un moyen classique tel qu'un dépôt de résine éliminé ensuite à l'aide d'un solvant. Ces étapes préliminaires de l'étape (b), du procédé selon l'invention ne sont pas représentées. Au cours de l'étape (b) proprement dite, l'attaque chimique est effectuée par exemple en utilisant un agent rapide, par exemple un mélange d'acide fluorhydrique-et d'acide nitrique dans le cas d'un substrat en silicium. On obtient alors une.cavité 4 en forme de calotte sphérique. Au cours de l'étape (c) du procédé, on effectue le dopage, par une impureté de type N, de la pastille semiconductrice préalablement protégée sur les faces autres que celle de la couche 3. Le dopage est poursuivi jusqu'à l'obtention d'un taux élevé (Nf) dans une couche 19 comme'il est classique dans les diodes photodétectrices du type de l'exemple considéré, et cela pour améliorer la qualité du contact de raccordement électrique de la diode. La couche 3 a été préalablement éliminée sur le bord de la cavité 4 de façon à aménager une zone dopée 101. Cette opération peut se faire par attaque chimique sélective après protection du reste de la couche 3. A l'étape (d) du procédé, on introduit l'extrémité 50 d'une fibre optique 5 dans la cavité 4 (figure 4). A titre d'exemple, pour améliorer le couplage optique entre.fibre et diode, on a préalablement arrondi la partie 50 par un des procédés maintenant classiques, telle qu'une fusion de l'extrémité de la fibre optique ou l'apport de verre en fusion. Dans la réalisation représenté à titre d'exemple, figure 4, la diode a été métallisée, après attaque chimique de la couche 3 pour mettre préalablement à nu le bord 41 de la cavité 4. Le dépôt métallique 6 est effectué en ménageant une épargne sur une partie au moins du bord 41. La figure 4 représente en outre partiellement une fibre optique 5 dont l'extrémité est recouverte d'une métal- lisation 7. Les métallisations 6 et 7 peuvent ensuite être raccordées électriquement en utilisant un cordon de soudure annu- laire 8. La polarisation de la diode peut alors être effectuée en se raccordant à la partie métallisée de la fibre optique, ce qui peut être avantageux pour certains modèles de tête 4l 2466866 opto-électronique. Dans une Dremière variante simplifiée de l'invention, représentée figure 5, on se contente de mettre en place une fibre optique 5 sans lui faire subir aucun traitement ayant pour but d'arrondir l'extrémité à coupler à la diode ou à métal- liser une partie de la fibre. Des connexions 51 et 52 sont soudées respectivement à des contacts Il et 21aménagés sur la zone 101 de. la couche N et sur-la couche P Dans une deuxième- variante simplifiée, représentée figure 6, 1o on utilise, pour créer la cavité 4, un agent chimique d'attaque lente. Dans ces conditions, on obtient une cavité à fond plat. Le couplage de la diode avec une fibre.optiaue terminée par une section droite, comme dans la première variante, est alors meilleur que dans le cas d'une cavité en calotte sphérique. Les connexions sont réalisées de la même façon que dans la première variante. Le procédé selon l'invention permet de réaliser une tête opto-électronique plus simple et de volume plus réduit que les têtes classiques. En prenant comme point de départ la réalisation représentée figure 4, il suffit, pour obtenir une telle tête, d'adjoindre au dispositif de départ un porte-fibre 71 et un enrobage 72 par exemple en résine synthétique. La connexion 51 (couche N) est reliée à la métallisation 7 de la fibre optique 5 grâce à l'ad- jonction d'une métallisation 73 sur la face de l'embase 712 du portefibre, côté diode. Un cordon de soudure 74 relie les métallisations 7 et 73. L'embout 711 du porte-fibre comporte une perforation centrale 75 assez large pour permettre l'immobi- lisation de la fibre optique par la colle ou de la résine. Il est à noter que, dans un but de clarification, le dessin de la figure 7 n'est pas à l'échelle. En effet, le diamètre de la fibre optique étant de l'ordre du dixième de millimètre, l'embbut 711 et l'embase 712 ont par exemple des diamètres respectifs de 3 et de 20 mm. Quant au contact avec la couche P+; il est raccordé par une connexion 52 qui traverse l'enrobage 72. L'invention est applicable aux diodes électroluminescentes comme aux diodes photodétectrices mises en places dans les équi- pements terminaux de liaisons optiques à petite et à moyenne distances. REyENDICATIONS 1. Procédé de couplage entre une fibre optique et une diode opto-électronique, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes': (a) réalisation d'une structure semiconductrice capable de constituer une diode opto-électronique par adjonction d'une cou- che semiconductrice dopée de façon.à constituer avec le reste de la structure une jonction redresseuse; (b) formation d'une cavité par attaque chimique de la structure sur une face plane destinée à être couplée à la fibre O10 optique et à être le siège de la jonction redresseuse, l'atta- que chimique étant localisée dans une zone délimitée par une couche de matériau résistant à l'attaque chimique; (c) formation de la jonction redresseuse par dopage du matériau semiconducteur constituant la paroi interne de la cavité; (d) réalisation d'une tête opto-électronique par mise en place de l'extrémité d'une fibre optique dans la cavité de la structure. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une étape supplémentaire, située entre les étapes (c) et (d) consistant à arrondir l'extrémité de la fibre optique destinée à être mise en place dans la cavité. 3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'à l'étape (b), l'attaque chimique est effectuée en utilisant-un agent à action rapide, de façon à obtenir une cavité en forme de calotte sphérique. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'à l'étape (b), l'attaque chimique est effectuée en utilisant un agent à action lente, de façon à obtenir une cavité à fond plat. 5. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 4, caracté- risé en ce qu'à l'étape (c), on agrandit la zone délimitée par la couche de matériau résistant à l'attaque chimique de l'étape précédente, en éliminant ce matériau en bordure de la cavité. 6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'une première métallisation est déposée au bord de la cavité, et une deuxième métallisation est déposée sur une partie de la fibre située-au voisinage du point de couplage avec la diode, en épargnant l'extrémité proprement dite de la Libres et en ce qu'on effectue une soudure raccordant les deux métallisations. 7. Tête opto-électronique obtenue par un procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que des connexions de raccordement électrique sont reliées à des contacts établis sur des zones semiconductrices de types opposés de conductivité appartenant à la diode. 8. Tête opto-électronique obtenue par un procédé suivant la revendication 6, caractérisée en ce qu'une première connexion électrique est reliée à la métallisation de la fibre optique, une seconde connexion électrique étant reliée à la diode. 9. Tête opto-électronique suivant la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comporte un porte-fibre et un enrobage entourant la diode. 10. Tête opto-électronique suivant la revendication 9, caractérisée en ce que le porte-fibre comporte une embase métalli- sée en contact avec la métallisation de la fibre optique, la première connexion électrique étant reliée à cette métallisation par l'intermédiaire de l'embase.