Brevet FR2670050A1 — publié le 19920605

DETECTEUR OPTOEI;ECTRONIQUE A SEMICONDUCTEURS L'invention concerne un détecteur optoélectronique à semiconducteurs et notamment un détecteur à puits quantique possédant une détectivité élevée permettant d'être moins sensible au bruit. Un détecteur optique utilise - la photoconduction ou l'effet photovoltaïque induit par une transition entre la bande de valence et la bande de conduction - ou la photoconduction induite par une transition d'un niveau localisé (associé à un puits dans une hétérostructure ou à un niveau localisé dans la bande interdite) vers la bande de conduction ou de valence. La bande d'énergie détectée est directement Iiée à l'énergie de la bande interdite dans le premier cas ou à la profondeur énergétique du niveau par rapport à la bande dans le deuxième cas. Une caractéristique essentielle d'un photodétecteur est sa capacité à distinguer une bande étroite du bruit. I1 est possible d'accroître cette capacité en modulant la position énergétique des niveaux ou des bandes. Par l'intermédiaire d'un système à détection synchrone, on obtient alors un signal proportionnel à la dérivée du spectre non modulé par rapport à l'énergie des photons. L'invention concerne donc un détecteur optoélectronique caractérisé en ce qu'il comprend un photodétecteur et un dispositif inducteur d'ondes élastiques couplés mécaniquement. Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description qui va suivre faite à titre d'exemple et dans les figures annexées qui représentent - la figure 1, un exemple de principe du dispositif de l'invention; - la figure 2, un premier exemple de réalisation du dispositif de l'invention l'invention; - la figure 3, une variante de réalisation du dispositif de la figure 2 - la figure 4, un autre exemple de réalisation du dispositif de l'invention; - la figure 5, un exemple de réalisation détaillée selon l'invention. Une modulation de la reponse d'un détecteur optoélectronique peut être obtenue en modulant la structure des bandes du matériau photodétecteur. Celle-ci peut se réaliser simplement selon l'invention en utilisant l'effet piézoélectrique. La piézomodulation consiste en l'application sur la structure du composant détecteur d'une contrainte à variation temporelle sinusoïdale. Toute la structure de bande oscille alors autour de sa position à contrainte nulle. En pratique cette piézomodulation s'obtient - en collant le détecteur sur un matériau piézoélectrique, - en utilisant le substrat sur lequel on a fait croître la structure du détecteur comme matériau piézoélectrique.Cela suppose que le semiconducteur utilisé comme substrat soit un bon semi-isolant (c'est le cas pour GaAs et InP) et ait un coefficient piézoélectrique suffisant (c'est le cas de GaAs). La contrainte est facilement appliquée dans le plan orthogonal (001) à l'axe de croissance de la structure. Pour un photodétecteur qui utilise la modulation de la structure des bandes, il est aussi possible d'ajuster le bord d'absorption par une contrainte continue. Dans le cas d'un photodétecteur utilisant un ou une série de puits, la modulation correspondant à la différence des modulations des bandes des puits et des barrières, est faible, mais on profite de la modulation de la largeur des puits. La figure 1 représente un exemple général d'un dispositif selon l'invention dans lequel le détecteur 1 est disposé sur un dispositif piézoélectrique 2. Le détecteur 1 est réalisé sur un substrat 12 et possède une partie active 14 située entre deux couches de confinement 13 et 15. Deux électrodes 10 et 11 sont situées de part et d'autre du dispositif. Selon l'exemple de la figure 1, l'électrode 11 est transparente de façon à ce qu'un flux lumineux F puisse atteindre la zone active du dispositif. Le dispositif piézoélectrique 2 possède deux électrodes 20 et 21 permettant d'appliquer une tension alternative d'excitation. Le dispositif 2 peut ainsi appliquer des contraintes au détecteur 1. Selon un exemple de réalisation représenté en figure 2, les électrodes 20 et 21 sont situées de part et d'autre du dispositif piézoélectrique 2. Selon une variante non représentée les électrodes 10 et 20 du détecteur 1 et du piézoélectrique peuvent être une seule et même électrode. L'électrode 20, par exemple, ntest alors pas réalisée. Sur la figure 2, le dispositif piézoélectrique 2 a été associé au substrat du détecteur 1. Selon une variante non représentée, le dispositif 2 peut être associé (par collage par exemple) à la face supérieure du détecteur. Le substrat ou le dispositif piézoélectrique doivent être transparents. Il est également possible, selon une technique connu, d'enlever le substrat. Selon l'exemple de réalisation de la figure 3, le détecteur 1 est réalisé sur un substrat 2 en matériau piézoélectrique (de l'AsGa par exemple). Pour cela, le substrat 2 possède deux électrodes 10 et 21. Le détecteur 1 est réalisé sur l'électrode 10 après dépôt d'une couche de contact ohmique et de tout autre couche d'adaptation nécessaire technologiquement. Une plage de prise de contact 22 est prévue sur l'électrode 10 du substrat 2. Le détecteur a une structure similaire à celle décrite précédemment. L'électrode 11 a été prévue avec une ouverture pour permettre le passage du flux lumineux F à détecter. Selon exemple de réalisation de la figure 4, une face du détecteur 1 possède des électrodes interdigitées 25 et 26 connectables à la source d'énergie électrique alternative et permettant d'induire dans le détecteur des ondes élastiques. Selon l'exemple de la figure 4, ces electrodes 25 et 26 sont réalisées sur la face arrière du substrat. Le détecteur peut détecter une onde dirigée aussi bien selon F1 que selon F2. Dans ce qui précède on a donné des exemples de réalisation de dispositifs inducteurs d'ondes élastiques dans un photodétecteur. Mais ces dispositifs pourraient prendre d'autres formes. L'essentiel est d'associer à un photodétecteur un dispositif capable d'induire, sous l'effet d'une excitation, une ou des contraintes dans le photodétecteur. 1l convient également de préciser que le photodétecteur peut être soit collé, soit réalisé (par épitaxie par exemple) sur le dispositif inducteur de contraintes. La figure 5 représente un exemple de réalisation détaillée du dispositif selon l'invention. Ce dispositif comporte - un substrat 2 muni, sur une face 22, d'un dispositif 26 inducteur d'ondes élastiques, - un détecteur DET disposé sur la face 22 du substrat, - un transistor FET de commande du détecteur DET disposé également sur la face 22 et comportant une source, une grille et un drain ainsi que des connexions OX1 et OXO. La connexion OX1 est évidemment isolée du détecteur DET par un isolant ISO. Il est bien évident que la description qui précède n'a été faite qutà titre d'exemple et que d'autres variantes peuvent être envisagées sans sortir du cadre de l'invention. Notamment, l'association du dispositif inducteur de contraintes au photodétecteur peut prendre d'autres formes que celles indiquées. REVENDICATIONS 1. Détecteur optoélectronique, caractérisé en ce qu'il comprend un photodétecteur (1) et un dispositif inducteur de contraintes couplés mécaniquement. 2. Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le photodétecteur comprend au moins un puits quantique situés sur un substrat et un transducteur piézoélectrique couplé à I'une des faces du dispositif. 3. Détecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le transducteur piézoélectrique est couplé à une face du substrat opposée à celle portant le photodétecteur. 4. Détecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le substrat est en matériau piézoélectrique et constitue l'élément principal du transducteur piézoélectrique. 5. Détecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte une électrode commune entre le transducteur piézoélectrique et le photodétecteur. 6. Détecteur selon revendication 2 dans lequel le photodétecteur comporte une première et une deuxième couche de confinement enserrant un ensemble de couches de puits quantiques, la première couche de confinement étant située sur le substrat, caractérisé en ce que le transducteur piézoélectrique étant situé sur la deuxième couche de confinement. 7. Détecteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le substrat est transparent et le détecteur reçoit le rayonnement à détecter à travers le substrat. 8. Détecteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le transducteur piézoélectrique présente une ouverture permettant au rayonnement à détecter d'atteindre directement la deuxième couche de confinement. 9. Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif inducteur d'ondes élastiques comporte des électrodes situées sur une face du dispositif et permettant d'induire dans le dispositif au moins une onde élastique sous la commande d'un générateur électrique alternatif. 10. Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les électrodes sont des électrodes interdigitées.