Brevet FR2640430A1 — publié le 19900615

La présente invention concerne les composants optoélectroniques, photo-émetteurs ou photodétecteurs. Un tel composant comprend généralement une structure complexe de domaines semi-conducteurs dans un cristal que l'on appelle couramment une "puce". Cette puce comprend une surface que l'on appellera "surface d'éclairement", par laquelle est transmis un flux lumineux. Elle comprend encore au moins deux surfaces de contact par lesquelles est transmis un courant électrique. La structure de la puce établit un couplage entre le flux lumineux et le courant (photodétecteur) ou un couplage inverse (photo-émetteur). Pour protéger la puce, il est d'usage de l'inclure dans un boitier constituant une enceinte étanche. Ce bottier est traversé par des électrodes repectivement connectées aux surfaces de contact. Le flux lumineux doit en outre être transféré à travers le bottier, entre la surface d'éclairement de la puce et un trajet lumineux externe. Un composant optoélectronique de ce type, décrit dans le brevet US - '1,355,321, comprend un bottier dans lequel est découpée une fenêtre, en face de la surface d'éclairement de la puce, cette fenêtre étant close de façon étanche par une paroi transparente au flux lumineux. Le trajet lumineux externe, matérialisé par une fibre optique, est agencé pour venir au plus près de la puce, c'està-dire jusque dans la fenêtre, au voisinage de la paroi transparente. Ce brevet US - 4,355,321 vise à améliorer le couplage optique entre la fibre optique et la surface d'éclairement de la puce, défavorablement affecté par la présence de la paroi transparente scellant la fenêtre. Il propose à cet effet de réaliser celle-ci dans un monocristal semi-conducteur, de préférence en GaP. Toutefois, la présence de la paroi transparente scellant la fenêtre, quelles que soient les améliorations qu'on lui apporte, maintient un espace relativement important entre le trajet lumineux externe et la surface d'éclairement de la puce, ce qui affecte défavorablement le couplage optique. L'invention vise à supprimer cet inconvénient. Le composant optoélectronique de l'invention est caractérisé en ce que la puce est plaquée contre l'extrémité interne de la fenêtre du bottier par sa face comprenant la surface d'éclairement, la surface d'éclairement ayant sensiblement les mêmes dimensions que l'extrémité interne de la fenêtre et la périphérie de cette face étant liée de manière étanche au bord interne de la fenêtre, de sorte que le boitier constitue, avec la puce, une enceinte étanche protégeant toutes les surfaces de la puce, en dehors de la surface d'éclairement et que la surface d'éclairement soit accessible dans la fenêtre du boitier. Avantageusement, la surface d'éclairement est revêtue d'une couche de passivation optiquement transparente. Avantageusement encore, cette couche est du type antireflet. Lorsque ladite périphérie de la face portant la surface d'éclairement est recouverte d'une couche conductrice liée de manière étanche au bord interne de la fenêtre, ladite couche de passivation sera de préférence jointe à ladite couche conductrice par un profil s'étendant aussi bien parallèlement que perpendiculairement au plan de la surface d'élairement, afin de mieux protéger le cristal sous-jacent. Dans une forme de réalisation la puce étant photodétectrice, la normale à la surface d'éclairement de la puce fait un angle avec l'axe d'accès optique du trajet lumineux externe, de sorte que la lumière réfléchie par la surface d'éclairement s'écarte dudit axe d'accès optique. Dans une autre forme de réalisation, la puce étant photo-émettrice, la surface d'éclairement de la puce fait un angle avec la surface d'accès du trajet lumineux externe, de sorte que la lumière réfléchie par ladite surface d'accès s'écarte de la normale à ladite surface d'éclairement. Le bottier comprenant une embase et un capot, la fenêtre est avantageusement pratiquée dans l'embase qui comprend aussi des moyens pour le montage du trajet lumineux externe. Dans un mode d'application de l'invention, ces moyens constituent un élément de connecteur de fibre optique. On va maintenant décrire un exemple de réalisation de l'invention en se référant aux figures annexées qui représentent - la figure 1, à titre indicatif, une puce connue de composant optoélectronique, - la figure 2, un mode de réalisation du composant optoélectronique de l'invention, - la figure 2A, une variante du mode de réalisation de la figure 2, - la figure 2B, une vue agrandie d'un détail du composant optoélectronique de la figure 2, - la figure 3, un mode d'application du composant optoélectronique de la figure 2. La figure 1 représente, à titre indicatif une puce optoélectronique connue. Il stagit en l'espèce d'un photodétecteur 1 composé de couches et zones semi-conductrices 2 à 5 dont les compositions sont indiquées sur la figure. La face supérieure 6 de la puce 1 est plane et, dans sa partie centrale 7, elle est recouverte d'une couche de passivation 8 transpArente à un flux lumineux à détecter 9. Avantageusement, cette couche de passivation est du type antireflet. Cette partie centrale 7 est la surface d'éclairement de la puce 1. A la périphérie de cette surface d'éclairement 7, la face 6 comprend une surface de contact 10 recouverte d'une couche d'alliage conducteur de l'électricité 11, plus épaisse que la couche de passivation 8. La face inférieure 12 de la puce 1 est pourvue d'une surface de contact 13 portant une couche métallique de contact 14 à laquelle est soudé un conducteur de liaison électrique 15. La zone périphérique 16 de la surface 12 est recouverte d'une double couche de passivation électriquement isolante 17, 18. Cette double couche de passivation 17, 18 et la couche de passivation 8 peuvent être composées, par exemple, de nitrures de silicium. Le flux lumineux 9 couplé à la surface d'éclairement 7 influence un courant circulant entre les couches de contact it et 14. La figure 2 représente un composant optoélectronique conforme à la présente invention et incorporant, par exemple, la puce de la figure 1. La puce 1 est logée dans un boitier 28 dans lequel est découpée une fenêtre 22 pour le transfert d'un flux lumineux avec un trajet lumineux externe. La fenêtre 22 est pratiquée au centre d'une embase 21 du boiter 28 et son extrémité interne ctest-à- dire celle tournée vers l'intérieur du boîtier a sensiblement les mêmes dimensions que la surface d'éclairement 7 de la puce 1. Celle-ci est brasée à la face interne 20 de l'embase 21, de manière que la surface d'éclairement 7 soit plaquée contre l'extrémité interne de la fenêtre 22, venant ainsi fermer cette fenêtre, et soit sensiblement parallèle à la face externe 20' de l'embase.Avantageusement, une préforme de brasure 23 peut avoir été prévue sur l'embase 21, autour du bord interne de la fenêtre 22, pour faciliter le brasage. La couche de contact 11 de la puce 1, compte tenu de ce qu'elle est plus épaisse que la couche de passivation 8, s'applique contre la préforme 23 par laquelle elle est liée de façon étanche à l'embase 21. La face interne 20 porte des conducteurs imprimés 24, 25 prolongés par des pattes de raccordement 26, 27. La préforme 23 est prévue sur le conducteur 24 et est ainsi connectée électriquement à ce conducteur 24, tandis que le conducteur de liaison 15 est connecté électriquement au conducteur imprimé 25. Le boîtier 28 comprend encore un capot formé d'un cloisonnement 29 et d'une plaque 30, scellés l'un à l'autre et scellés ensemble à l'embase 21, sur les conducteurs 24, 25. Une enceinte étanche est ainsi réalisée par l'embase 21, le capot 29, 30 et la puce 1. Cette enceinte étanche sera avantageusement remplie d'un gaz inerte tel que l'azote. Elle protège toutes les surfaces de la puce 1, en dehors de la surface d'éclairement 7, ce qui leur accorde la même protection que le boîtier classique. La surface d'éclairement 7, quant à elle, est accessible dans la fenêtre 22 et le trajet d'un flux lumineux externe peut aboutir contre cette surface, avec un espace minimal, c'est-à-dire dans des conditions de couplage optique optimales. Le fait que la surface d'éclairement 7 ne soit pas protégée par le boîtier 28, contrairement à ce que l'on pourrait penser, n'est finalement pas préjudiciable. En effet, toute influence nuisible du milieu externe agit, dans les composants connus, sur la paroi transparente incluse dans le boîtier et, par dégradation de cette paroi, nuit au couplage optique. Avec le composant optoélectronique de l'invention, une influence nuisible du milieu externe agit sur la surface d'éclairement de la puce seulement. Comme cette surface d'éclairement présente les mêmes caractéristiques physico-chimiques qu'une paroi transparente, les effets néfastes résultants ne sont pas accrus. Par surcrort, le rapprochement rendu possible par l'invention entre l!extrémité du trajet lumineux externe et la surface d'éclairement de la puce du composant optoélectronique permet, sans l'adjonction de moyens optiques, d'obtenir des avantages considérables, aussi bien lorsque le composant optoélectronique est un composant photodétecteur que dans le cas d'un photo-émetteur. Ainsi, dans le premier cas, cela permet de prévoir une surface d'éclairement de dimensions relativement petites et ainsi une amélioration des performances de transmission en termes de bruit et de bande passante. Dans le cas d'un photo-émetteur, le rapprochement mentionné améliore le niveau de la puissance optique injectée dans le trajet lumineux externe. Par ailleurs, comme les dimensions transversales de la fenêtre sont sensiblement égales aux dimensions de la surface d'éclairement, il s'ensuit que cette surface apparaît comme au fond d'un puits, ctest-à-dire mieux protégée contre les agressions mécaniques que dans le cas des composants connus où la fenêtre à des dimensions transversales plus grandes que les dimensions de la surface d'éclairement. Dans une autre forme de réalisation, illustrée à la figure 2A, dont tous les éléments sont par ailleurs identiques à ceux de la figure 2 et portent les mêmes références, l'embase 21 a sa face externe 20' dans un plan faisant un angle avec celui de sa face interne 20, de sorte que, si l'axe d'accès optique d'un trajet lumineux associé à cette face externe 20' et conduisant dans la fenêtre 22 est perpendiculaire à la face 20', il ne le soit pas à la surface d'éclairement 7 de la puce 1, et que la lumière réfléchie par la surface d'éclairement 7 s'écarte dudit axe d'accès optique. Ce qui précède concerne le cas d'un composant photodétecteur, comme indiqué plus haut. Dans le cas d'un composant photo-émetteur, la surface d'éclairement de la puce fait un angle avec la surface d'accès du trajet lumineux externe, de sorte que la lumière réfléchie par ladite surface d'accès s'écarte de la normale à ladite surface d'éclairement. La figure 2B est une vue agrandie d'un détail du composant de la figure 2. On y retrouve la puce 1, avec la surface d'éclairement 7 recouverte par la couche de passivation 8 et avec la surface de contact 10 recouverte par la couche conductrice 11, laquelle est brasée à la préforme 23 portée par le conducteur 24 de l'embase 21. Comme l'interface entre la couche de passivation 8 et la couche conductrice 11 atteint le milieu externe dans la fenêtre 22, on pourrait craindre qu'elle ne permette un accès plus facile d'influences nuisibles (par poussières, gaz, ions...) en direction du cristal semi-conducteur.La figure 2B illustre une solution à ce problème qui consiste à aménager une interface 11-8 s'étendant parallèlement aussi bien que perpendiculairement au plan de la surface d'éclairement la périphérie de la couche de passivation 8 s'étend ainsi sous une avancée de la couche conductrice 11 et se termine par une surface inclinée, il est aussi possible de prévoir que la périphérie de la couche de passivation s'étende au-dessus de la couche conductrice 11, formant ainsi une marche, la brasure de la couche conductrice 11 sur la préforme étant aménagée en conséquence. On peut encore envisager de recouvrir l'affleurement de l'interface 11-8 dans la fenêtre 22 par une couche protectrice en forme de cadre. La figure 3 illustre un mode d'application du composant de la figure 2. Le boîtier 28 contenant la puce 1 et portant les pattes de raccordement 26, 27 est fixé par une pièce d'adaptation 31 à un élément de connecteur de fibre optique connu 32. Cet élément ou demi-connecteur 32 comprend des oreilles de fixation 33 à un support non représenté et un double fût 34, 35. Le fût 34 est extérieurement fileté et s'assemble par vissage avec un fût complémentaire d'un autre demi-connecteur, non représenté, destiné à coopérer avec le demi-connecteur 32. Le fût 35 est un cylindre creux prévu pour guider axialement une virole 36 contenue dans l'autre demi-connecteur et qui présente, en sa face extrême 37, l'extrémité d'une fibre optique ou composant similaire 38. Le dimensionnement des différentes pièces est tel que la fibre optique 38 est amenée au voisinage immédiat de la surface d'éclairement de la puce 1, dans la fenêtre du boîtier 28. On peut ainsi réaliser un couplage optimal entre une ligne à fibre optique et un composant optoélectronique. REVENDICATIONS 1/ Composant optoélectronique comprenant une puce comportant une surface d'éclairement et un boîtier dans lequel est découpée une fenêtre permettant le transfert d'un flux lumineux avec un trajet lumineux externe, caractérisé en ce que la puce (1) est plaquée contre l'extrémité interne de la fenêtre (22) du boîtier (28) par sa face (6) comprenant la surface d'éclairement (7), la surface d'éclairement (7) ayant sensiblement les mêmes dimensions que l'extré- mité interne de la fenêtre (22) et la périphérie (10) de cette face (6) étant liée de manière étanche au bord interne de la fenêtre, de sorte que le boîtier constitue, avec la puce, une enceinte étanche protégeant toutes les surfaces de la puce, en dehors de la surface d'éclairement et que la surface d'éclairement soit accessible dans la fenêtre du boîtier. 2/ Composant optoélectronique conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la surface d'éclairement (7) est revêtue d'une couche de passivation (8) optiquement transparente. 3/ Composant optoélectronique conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que ladite couche (8) est du type anti-reflet. 4/ Composant optoélectronique conforme à la revendication 3 et dans lequel ladite périphérie (10) de la face (6) portant la surface d'éclairement est recouverte d'une couche conductrice (11) liée de manière étanche au bord interne de la fenêtre, caractérisé en ce que ladite couche (8) se joint à ladite couche conductrice (11) par un profil s'étendant aussi bien parallèlement que perpendiculairement au plan de la surface d'éclairement. 5/ Composant optoélectronique conforme à l'une des revendications 1 à 4 et dans lequel la puce est photodétectrice, caractérisé en ce que la normale à la surface d'éclairement (7) de la puce fait un angle avec l'axe d'accès optique dudit trajet lumineux externe, de sorte que la lumière réfléchie par la surface d'éclairement s'écarte dudit axe d'accès optique. 6/ Composant optoélectronique conforme à l'une des revendications 1 à 4 et dans lequel la puce est photo-émettrice, caractérisé en ce que la surface d'éclairement (7) de la puce fait un angle avec la surface d'accès du trajet lumineux externe, de sorte que la lumière réfléchie par ladite surface d'accès s'écarte de la normale à ladite surface d'éclairement. 7/ Composant optoélectronique conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le boîtier comprenant une embase (21) et un capot (29, 30), la fenêtre (22) est pratiquée dans l'embase (21) à laquelle sont associés des moyens pour le montage dudit trajet lumineux externe. 8/ Composant optoélectronique conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens (32) constituent un élément de connecteur de fibre optique.