Brevet FR2531814A1 — publié le 19840217

ASSOCIATION MONOLITHIQUE DE DIODES ELECTROLUMINESCENTES ET DE LENTILLES. La présente invention se rapporte aux diodes électroluminescentes ayant une optique monolithique de sortie du type hémisphérique O La puissance optique fournie par ces diodes électroluminescentes est généralement couplée dans une fibre optique, qui propage des signaux optiques Il est connu ainsi de coupler une puissance optique de 200 ui W à une fibre optique de grande ouverture numérique, ayant un diamètre de 200 prm. On obtient ainsi une bande passante de l'ordre de 50 M Hz pour les signaux propages. Pour ces diodes électroluminescentes il y a avantage à réaliser une lentille de sortie, pour réduire les pertes par réflexion totale se produisant à l'interface semiconducteur-air Il est connu de rapporter une lentille, mais cette technique est délicate. On prend généralement une lentille de type hémisphérique de rayon R et le rendement d'une telle lentille est bonne à condition de se limiter à une zone émissive de dimension linéaire Di inférieure à R/2, placée à une certaine distance optimale d de la lentille. La présente invention à l'avantage par rapport à l'Art Antérieur de permettre, grâce à une localisation des couches actives émettrices, de réaliser les lentilles par une méthode d'intégration De plus l'invention permet de placer les couches actives à la distance optimale des lentilles. Brièvement c'est une diode électroluminescente comprenant, un subs- trat semiconducteur, une première couche de confinement, une couche active, une deuxième couche de confinement, une couche de contact sur laquelle est déposée une couche métallique caractérisée par le fait que des moyens permettant de localiser N zones émettrices de diamètre Di sur la couche active, qu'à chacune des ces zones est associée une lentille de type hémisphérique et que ces lentilles sont réalisées dans la couche de contact. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre, illustrée par les figures qui représentent: figure 1, une vue schématique d'un élément, comprenant une zone émettrice et une lentille; figure 2, une vue d'ensemble des éléments composant la diode électroluminescente. La figure I montre un élément de la diode électroluminescente muni d'une lentille L, suivant l'invention, réalisée à titre d'exemple sur un substrat 10, en Ga As(p) Sur le substrat on fait croitre par épitaxie une couche de dopage inverse 1 i, en Ga As(n) comportant une ouverture centrale de diamètre Di Une première couche de confinement 12 est placée sur la couche de dopage inverse 11 et se trouve au contact du substrat 10, dans l'ouverture centrale. Sur cette première couche de confinement 12 on fait croître successi- vement: la couche active 13, la deuxième couche de confinement 14 et finalement une couche de contact 15 qui est métallisé sur les bords 16. Pour l'exemple choisie les formules pour les couches sont les suivantes: 1) 1 ère couche de confinement: Ga O 65 As O 35 As(p) 2) couche active Ga 0,94 A 10,06 As(p) 3) 2 e couche de confinement: Ga 0,65 A 10 35 As(n) 4 s) couche de contact: Ga 0,85 AI 0,15 As(n). Pour un substrat In P (n) la couche 11 sera du type In P (p). La lentille du type hémisphérique de rayon R est réalisée directement dans la couche de contact La couche active 13 émet dans une portion circulaire de diamètre Di, limitée par la couche de dopage inverse 11. Les épaisseurs des couches sont choisies, pour que la valeur de la distance d de la couche active à lentille ait une valeur prédéterminée. Cette valeur dépend des valeurs de Di, de R, de l'ouverture numérique et du diamètre de la fibre, dans laquelle on couple la lumière Ce choix de la distance d permet l'optimisation de la directivité du faisceau lumineux, issu de la demi-sphère Sur la figure on a placé un rayon r I issu d'un point de la couche active 13, qui après réfraction se propage en r 2 dans la lentille et sort de la lentille suivant r 3, faisant un angle a avec la normale z aux couches. Pour obtenir une lentille par usinage ionique on prend R façon monolithique l'ensemble de microlentilles montrée par la figure 2. 25318 1 4 Cette ensemble peut comporter à titré d'exemple 7 lentilles: Ll, L 2, L 3, L 4, L 5 L 6 et L 7 On a figuré schématiquement les zones actives El, E 2, E 3, E 4, E 5, E 6 et E 7 Le cercle circonscrit D délimite la surface émissive effective La zone 16 montre la couche métallique Cet ensemble de la figure 2 est réalisé de façon monolithique A titre d'exemple, la réalisation de la diode électroluminescente est obtenue par les opérations suivantes: Sur le subtrat 10 on fait croître la couche de dopage inverse, suivi de la réalisation d'une ouverture par photolithographie ou d'une implantation de dopage localisée sur le diamètre Di Dans ce dernier cas on prend un substrat Ga As (p+) Après croissance par épitaxie des couches successives, on réalise sur la couche de contact 15 par photolithographie et usinage ionique, des différentes lentilles Ll, L 2, L 3, L 4, L 5, L 6 et L 7. En conclusion on a décrit une diode électroluminescente à haut rendement lumineux comportant un certain nombre d'éléments émetteurs, munis chacun d'une microlentille, l'ensemble étant réalisé de façon monoli- thique. 25318 1 4 REVENDICATIONS 1 Diode électrci-ninescente comprenant, un substrat ( 10), une pre- mière couche de confinement ( 11), une couche active ( 13), une deuxième couche de confinement ( 14), une couche de -contact ( 15) sur laquelle est déposée une couche métallique ( 16) caractérisée par le fait que des moyens permettent de localiser N zones émettrices de diamètre Di sur la couche active, qu'à chacune de ces zones est associée une lentille du type hémisphérique et que ces lentilles sont réalisées dans la couche de contact ( 15). 2 Diode électroluminescente suivant la revendication l caractérisé par le fait que le substrat ( 10) est en Ga As(p) et que la localisation de l'émission est obtenu par une couche en Ga As(n) ayant une ouverture de diamètre Di et que la première couche de confinement ( 12) réalisée par épitaxie, se trouve au contact du substrat ( 10) dans cette ouverture. 3 Diode électroluminescente suivant la revendication l caractérisé par le fait que le substrat est en Ga As(p+) et que la localisation est obtenue par dopage dans la zone de diamètre D 4 Diode électroluminescente suivant les revendications 2 ou 3 caracté risé par le fait que les deux couches de confinement ( 12,14) la couche active ( 13) et la couche de contact ( 15) sont en Ga As avec substitution d'aluminium. Diode électroluminescente suivant la revendication l caractérisé par le fait que le substrat est en In P(n) ayant une ouverture de diamètre Di dans une couche In P(p). 6 Procédé de réalisation d'un ensemble d'éléments composant une diode électroluminescente suivant les revendications 1 à 5 caractérisé par le fait que les différents éléments avec leurs lentilles associés sont réalisés simultanément par des méthodes d'épitaxie, de photolithographie et d'usi- nage ionique. 7 Diode électroluminescente suivant la revendication 6 caractérisé par le fait que les lentilles (LI, L 2, L 3, L 4, L 5, L 6, L 7) réalisées dans la couche de contact sont obtenues par photolithographie, suivie d'usinage ionique.