Brevet FR2520935A1 — publié le 19830805

"PROCèDE POUR COUPLER UN ELEMENT D'OPTIQUE AVEC UN CORPS SEMICONDUCTEUR PLAN PHOTOACTIF, ET DISPOSITIF SEMICONDUC TEUR PHOTOACTIF OBTENU PAR CE PROCEDE" L'invention concerne un procédé permettant de coupler un élément d'optique avec une face plane d'un corps semiconducteur dans lequel a été créée une jonction photoactive à proximité de ladite face, laquelle face est traversée par la lumière. L'invention concerne, plus particulièrement mais non exclusivement, le problème du centrage d'une lentille en forme de sphère sur la région émissive d'une diode électroluminescente. On sait que le faisceau lumineux émis par une jonction semiconductrice radiative est pludirectionnel. Pour canaliser et donner de la directivité à ce faisceau dans le cas notamment, où l'on désire concentrer la lumière afin de la faire entrer dans une fibre selon une direction bien précise- il est connu de disposer une petite bille transparente au contact du corps semiconducteur, sur le trajet dudit faisceau. Cette optique sphèrique est d'autant plus efficace qu'elle est mieux centrée sur l'axe de la jonction radiative.A ce problème de mise en place précise d'une petite bille sur une aire déterminée de la surface d'un corps semiconducteur, il est généralement apporté la solution suivante : on creuse une cavité à partir de la surface du corps semiconducteur, ceci en regard de la jonction radiative et c'est dans cette cavité qu'est déposée la bille où elle est tenue en place à l'aide de résine transparente. C'est une telle solution qui est décrite dans la demande de brevet japonaise n0 51 - 78764 du 7 janvier 1976: la cavité creusée est circulaire et son bord constitue l'assise de centrage de la bille qui repose par ailleurs tangentiellement sur le fond de la cavité. Le#centrage obtenu par la méthode ci-dessus décrite peut etre correct. Mais cette méthode présente l'inconvénient d'obliger à une attaque chimique spéciale de la surface du corps semiconducteur afin de former une cavité de centrage. D'une part, une telle attaque, poursuivie jusqu'au voisinage de la jonction, est indubitablement préjudiciable à la qualité du matériau et au comportement dans le temps du dispositif. D'autre part, la cavité, pour servir utilement de guide , doit avoir une profondeur importante (au moins une dizaine de micromètres pour une bille dont le diamètre se situe entre 200 et 400 #m) ; l'utilisation de la méthode est donc obligatoirement limitée aux dispositifs dans lesquels la jonction radiative est placée en profondeur dans le corps semiconducteur. Le procédé de couplage objet de la présente invention permet d'éviter ces deux inconvénients. Selon l'invention, un procédé permettant de coupler un élément d'optique avec une face plane d'un corps semiconducteur dans lequel a été créée une jonction photoactive à proximité de ladite face, laquelle face est traversée par la lumière, est notamment remarquable en ce que l'on forme sur ladite face plane, à la périphérie de l'aire en regard de laquelle se situe la jonction, une couche solide d'un matériau isolant qui est localement gravée et qui constitue alors un guide, guide sur lequel et en partie à l'intérieur duquel est ensuite déposé ledit élément d'optique. Ce procédé présente plusieurs avantages par comparaison avec la technique antérieure. Tout d'abord, il permet d'éviter une attaque chimique de la surface du corps semiconducteur afin dty creuser le guide destiné à retenir la lentille ; ici le guide est créé en relief sur ledit corps et non enclavé à l'intérieur de celui-ci. De plus, suivant le procédé de l'invention, l'épaisseur du guide est tout à fait indépendante de la profondeur à laquelle se situe la jonction et l'élément d'optique est donc toujours placé parfaitement en regard de cette jonction.Par le guide est en creux dans le corps semiconducteur il va de soi que sa profondeur est obligatoirement limitée ; cette profondeur peut devenir insuffisante pour garantir une mise en place correcte de l'élément d'optique lorsque le niveau de la jonction est proche de celui de la surface du corps semiconducteur. Enfin, par le procédé selon l'invention on est certain de ne causer aucune dégradation du matériau semiconducteur en regard de la jonction, ce qui ne peut être évité dans le cas d'une attaque chimique de ce matériau. Pour constituer la couche solide dans laquelle est gravé le guide, on peut choisir différents matériaux isolants tels que par exemple, l'oxyde de silicium et le nitrure de silicium, également une laque ou une résine polymérisable. Toutefois, il est souhaitable que cette couche solide puisse avoir une épaisseur assez importante (de l'ordre de 10 à 15 pm lorsque la lentille, en forme de bille sphérique,a un diamètre qui se situe entre 200 et 400 pm). Aussi est-il avantageux d'utiliser dans ce cas un matériau de type polyimide, ceci dans des conditions qui sont precisées dans la partie descriptive du présent mémoire. Les dispositifs photoactifs qui mettent en jeu le procédé de l'invention font. également partie de celle-ci. Ces dispositifs, qui comportent une jonction photoactive située au voisinage d'une face plane d'un corps semiconducteur, face plane que traverse la lumière et sur laquelle est fixé un élément d'optique place en regard de ladite jonction, sont notamment remarquables en ce que ledit élément d'optique repose, au moins en partie, sur un guide constitué par une couche épaisse d'un matériau isolant déposée sur ladite face plane. Dans une ibère forme de mise en oeuvre la couche est continue et le guide est monopièce. Dans une 2ème forme de mise en oeuvre la couche est discontinue et le guide est formé de plots séparés. La description qui va suivre en regard des dessins annexés fera mieux comprendre en quoi consiste l'invention. La figure 1 est une vue en coupe selon la ligne I-I de la figure 2,montrant une diode électroluminescente équipée d'une optique sphérique maintenue de la manière que prévoit l'invention. La figure 2 est une vue en plan de la diode de la figure 1. la diode électroluminescente représentée sur les figures a été créée dans un corps semiconducteur 10. Une jonction photoactive 11 est située au voisinage immédiat de la face supérieure 10A du corps 10 ; la face 10A est plane et c'est par cette face que sort la lumière. Bien que l'invention ne soit pas liée spécialement à une structure déterminée de diode électroluminescente et qu'il soit donc sans objet d'apporter plus de détails en ce qui concerne l'organisation interne du corps 10, on peut supposer par exemple que la jonction 10 a été localisée par bombardement ionique et que, par conséquent, les régions du corps 10 voisines de la face 10A et qui entourent la jonction 11 sont des régions isolantes. Une couche métallique 12, déposée sur la face lOA, vient prendre contact par des dents 12A sur la zone active située au-dessus de la jonction 11. Cette couche 12 forme une ldre électrode de, la diode. Une couche métallique 13, déposée sur la face arrière lOB du corps forme la seconde Xlectrode de la diode. Sur la face plane lOA, en regard de la jonction 11, il a été placé une lentille 14 -en l'occurence une bille sphérique- destinée à la concentration du faisceau lumineux émis par la diode. Selon l'invention et dans le but d'obtenir le couplage optique de la lentille 14 avec la face plane IOA du corps 10, il a été forme "sur ladite face plane lOA, à la périphérie de l'aire lIA en regard de laquelle se situe la jonction 11, une couche solide d'un matériau isolant qui a été localement gravée et qui constitue un guide 15, guide sur lequel et, en partie, à l'intérieur duquel a été ensuite disposée ladite lentille 14". La fixation mécanique définitive de la lentille 14 a été obtenue à l'aide d'un dépôt 16 d'une résine,polymé- risable transparente, ceci comme il est connu déjà de le faire selon l'art antérieur. Le guide 15 est réalisé, par exemple, en un matériau du type polyimide. La diode étant physiquement terminée, on dépose dans la partie centrale de la face 10A munie de l'é- lectrode i2 dont l'épaisseur est de l'ordre de 0,5 pm, une goutte de résine polyimide (la face ICA peut avoir été recouverte préalablement si besoin l'était d'un film très mince d'une substance organique destinée à promouvoir ou renforcer l'adhérence de la résine polyimide). On emploie, par exemple, la résine désignée commercialement sous l'appellation de "PYFALIN 2540", et fabriquée par la firme "Du Pont de Nemours".La goutte de résine est convertie en une couche d'une épaisseur de 10 à 15 pm par pelliculage sur une tournette lancée a une vitesse de rotation choisie, ceci de façon bien connue de l'homme de l'art. On procède ensuite a un recuit de pclymérisation a une température de 1500 durant environ 1 heure. L'étape suivante consiste en la gravure de la couche de polyimide de manière a y découper ce qui sera le guide 15 ; à l'aide d'une laque photosensible, on constitue sur la couche de polyimide un masque aligné avec la surface photoactive et la gravure du polyimide est faite comme on sait a l'aide d'hydrate d'hydrazine a la température de 250 C, la durée de l'opération pour une couche de 10 pm étant de 15 mn. La pente des marches de gravure est d'environ 400.Après cette gravure, il est procédé a un recuit de consolidation à la température de 2000 C pendant environ 1 heure. Sur la figure 2, il apparait que le guide a une forme d'anneau octogonal t c'est une forme possible parmi d'autres. La diode peut alors recevoir sa lentille 14 qui, trempée préalablement dans une résine de type silicone, est ensuite déposée sur le trou central du guide 15. On procède enfin a un recuit de consolidation de la résine, de préférence à la température de 1500C pendant 15 a 16 heures. Il est a remarquer qu'il n'est pas nécessaire d'éliminer le masque de laque qui a servi à la gravure de la couche de polyimide. Il va de soi que les diodes sont réalisées à plusieurs centaines d'exemplaires sur une même plaquette de matériau semiconducteur. Les guides 15 sont formés simultanément pour toutes les diodes de la plaquette. Celle-ci est ensuite découpée en cristaux individuels sur lesquels sont déposées les lentilles. On pourrait envisager de fixer les lentilles avant la découpe en cristaux individuels, mais il faudrait alors exclure un traitement chimique des faces latérales des cristaux qui risquerait d'endommager le dépit 16 de résine de fixation. Suivant la forme de réalisation du guide en anneau qui correspond à la figure 2, la couche de résine polyimide qui le constitue est continue et le guide est monopièce. La bille 14 y repose en huit points de son volume sur les huit côtés de la couronne intérieure octogonale de l'anneau. Suivant une autre forme de réalisation non représentée, on pourrait façonner ladite couche en ilôts de manière à obtenir des plots séparés, régulièrement répartis autour de l'aire lIA. - REVENDICATIONS 1. Procédé permettant de coupler un élément d'optique avec une face plane d'un corps semiconducteur dans lequel a été créée une jonction photoactive a proximité de ladite face laquelle face est traversée par la lumière, caractérisé en ce que l'on forme sur ladite face plane , à la périphérie de l'aire en regard de laquelle se situe la jonction une couche solide d'un matériau isolant qui est localement gravée et constitue alors un guide sur lequel et, en partie, à l'intérieur duquel est ensuite déposé ledit élément d'optique 2. Procédé selon la revendication il caractérisé en ce que, ladite couche a une épaisseur de l'ordre de 10 à l5Xum. 3. Procédé selon l'ensemble des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite couche est faite en un matériau de type polyimide. 4. Dispositif semiconducteur comportant une jonction photoactive située au voisinage d'une face plane d'un corps semiconducteur face plane que traverse la lumière et sur laquelle est fixé un élément d'optique placé en regard de ladite jonction , caractérisé en ce que ledit élément d'optique repose, au moins en partie, sur un guide constitué par une couche épaisse d'un matériau isolant déposée sur ladite face plane 5. Dispositif semiconducteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la couche est continue et le guide est monopièce. 6. Dispositif semiconducteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la couche est discontinue et le guide est formé de plots séparés.