Brevet FR2911008A1 — publié le 20080704

PUCE PHOTOELECTRIQUE MONOLITHIQUE AVEC DISPOSITIF SOLAIRE ET DISPOSITIF ELECTROLUMINESCENT ET SON PROCEDE DE FABRICATION La présente invention porte sur une puce photoélectrique monolithique, et, plus particulièrement, sur une puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire et un dispositif électroluminescent Les sources d'éclairage à l'état solide, telles que la diode électroluminescente (DEL) et la diode laser (DL), deviennent de plus en plus rentables à mesure que la technologie progresse. Les DEL et DL ont les avantages d'un petit volume, d'une économie d'électricité, d'une longue durée de vie, d'être exemptes de verre et d'être exemptes de gaz toxiques, etc. Il existe diverses DEL, qui comprennent les DEL rouges, les DEL bleues, les DEL vertes et les DEL blanches, qui peuvent être appliquées dans de nombreux domaines d'applications d'éclairage selon différents usages, tels que la décoration, la signalisation, l'affichage et l'illumination. La DL est elle largement appliquée comme source d'éclairage d'un pointeur à laser, d'un viseur à laser, d'un dispositif de visée à laser, d'un niveau à laser et un outil de mesure à laser, etc. Par ailleurs, les cellules solaires sont de plus en plus utilisées en tant que sources d'énergie propres parce que le pétrole vient de plus en plus à manquer et cher, et que l'énergie solaire est gratuite et n'est jamais épuisée. La puce solaire du type à concentration de lumière est habituellement à base d'un composé, tel qu'un composé à base de GaAs, à base de InGaAs, à base de CdTe, à base de AlGaAs ou à base de Culn(Ga)Se2, qui a l'avantage d'une efficacité photovoltaïque élevée. Par conséquent, elle devient de plus en plus populaire de nos jours. Un dispositif d'éclairage à énergie solaire utilisant la DEL en tant que dispositif électroluminescent dans la nuit est couramment utilisé pour de nombreuses applications, telles que le lampadaire de rue, le panneau d'avertissement et le panneau indicateur pour l'application routière. En outre, il est également utilisé en tant que lampe de décoration extérieure, lampe de cour, lampe de jardin et lampe d'éclairage publicitaire, etc. De façon classique, le dispositif d'éclairage à énergie solaire comprend normalement une puce DEL, une puce solaire, une batterie rechargeable et un contrôleur. La puce solaire reçoit la lumière du soleil pendant le jour et convertit l'énergie solaire en l'énergie électrique pour stocker dans la batterie rechargeable. Pendant la nuit, le contrôleur commande la batterie rechargeable pour décharger l'énergie électrique stockée pour amener la puce DEL à émettre de la lumière. En conséquence, le mérite de le dispositif d'éclairage à énergie solaire classique est qu'il n'a pas besoin de câbler une connexion avec un système électrique externe ou de recharger la batterie rechargeable à l'aide d'une source électrique externe. Le câblage est difficile, non pratique et coûteux, et le processus de recharge prend du temps, est confus, mal commode et coûteux. Cependant, la puce solaire et la puce DEL sont conditionnées séparément, de telle sorte que le dispositif d'éclairage à énergie solaire classique est complexe pour une intégration, volumineux et coûteux. Afin de résoudre le problème mentionné ci-dessus suivant lequel il est complexe, volumineux et coûteux pour le dispositif d'éclairage à énergie solaire classique que la puce solaire et la puce DEL soient conditionnées séparément, un objectif de la présente invention est de proposer une puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire et un dispositif électroluminescent et un procédé de fabrication de celle-ci. La puce photoélectrique monolithique de la présente invention a les avantages d'une structure simple, d'une compacité et d'une rentabilité de coût. Un objectif de la présente invention est de proposer un dispositif d'éclairage à énergie solaire, qui comprend : une puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire et un dispositif électroluminescent ; et une batterie rechargeable. Le dispositif d'éclairage à énergie solaire selon la présente invention ne nécessite pas une connexion câblée avec un système électrique externe ou de recharger une batterie rechargeable à l'aide d'une source électrique externe, de telle sorte qu'il a les avantages d'une petite dimension, d'une compacité, d'une intégration simple, d'une installation aisée et d'une rentabilité de coût. En conséquence, le dispositif d'éclairage à énergie solaire comprenant une puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire et un dispositif électroluminescent selon la présente invention convient très bien pour des domaines d'application variés, tels que le domaine d'application des DL comprenant un pointeur à laser, un viseur à laser, un dispositif de visée à laser, un niveau à laser et un outil de mesure laser, etc ; ou le domaine d'application des DEL comprenant une lampe de décoration, une lampe de cour, une lampe de jardin et une lampe d'éclairage publicitaire, un lampadaire de rue, un panneau d'avertissement et un panneau indicateur pour l'application routière, etc. Pour atteindre les objectifs mentionnés ci-dessus, un mode de réalisation de la présente invention est de proposer une puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire et un dispositif électroluminescent qui comprend : un substrat ; le dispositif solaire formé sur le substrat ; et le dispositif électroluminescent formé sur le substrat et séparé du dispositif solaire d'une distance. Pour atteindre les objectifs mentionnés ci-dessus, un mode de réalisation de la présente invention est de proposer un dispositif d'éclairage à énergie solaire, qui comprend : une puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire et un dispositif électroluminescent et une batterie rechargeable. La batterie rechargeable est électriquement connectée au dispositif solaire et au dispositif électroluminescent, ladite batterie étant chargée par le dispositif solaire et fournissant la puissance au dispositif électroluminescent. Pour atteindre les objectifs mentionnés ci-dessus, un mode de réalisation de la présente invention est de proposer un procédé pour fabriquer une puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire et un dispositif électroluminescent, qui comprend les étapes de : une étape initiale pour se procurer un substrat ; une première étape de recouvrement pour appliquer en recouvrement une première couche d'isolation sur le substrat et former une première région exposée du substrat ; une première étape de formation de premier dispositif pour former le premier dispositif sur la première région exposée du substrat à l'aide d'une technique d'épitaxie et d'une technique de lithographie ; une première étape d'attaque pour retirer par attaque la première couche d'isolation ; une seconde étape de recouvrement pour appliquer en recouvrement une seconde couche d'isolation sur le substrat et des surfaces du premier dispositif et pour former une seconde région exposée du substrat ; une seconde étape de formation de dispositif pour former un second dispositif sur la seconde région exposée du substrat à l'aide de la technique d'épitaxie et de la technique de lithographie ; et une seconde étape d'attaque pour retirer par attaque la seconde couche d'isolation, le premier dispositif étant soit un dispositif solaire soit un dispositif électroluminescent, et le second dispositif étant, de façon correspondante, soit un dispositif électroluminescent soit un dispositif solaire.35 La présente invention a donc pour objet une puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire et un dispositif électroluminescent, caractérisée par le fait qu'elle comprend : - un substrat ; - ledit dispositif solaire formé sur ledit substrat ; et - ledit dispositif électroluminescent formé sur ledit substrat et séparé dudit dispositif solaire d'une distance. La matière dudit substrat peut être GaAs. Ledit dispositif solaire peut être une cellule solaire à une seule jonction ou une cellule solaire multijonctions. Ledit dispositif électroluminescent peut être une 15 diode laser (DL). Ladite DL peut être une DL émettant par la tranche ou un laser à cavité verticale émettant par la surface (vertical cavity surface emitting laser - VCSEL). Ledit dispositif électroluminescent peut être une 20 diode électroluminescente (DEL). Ladite DEL peut être choisie dans le groupe constitué par une DEL rouge, une DEL bleue, une DEL verte et une DEL blanche. La structure dudit dispositif électroluminescent 25 peut être choisie dans le groupe constitué par une hétérostructure simple, une hétérostructure double et un puits quantique. La présente invention a également pour objet un 30 dispositif d'éclairage à énergie solaire appliquant ladite puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire et un dispositif électroluminescent, telle que définie précédemment, caractérisé par le fait qu'il comprend : - ladite puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire et un dispositif électroluminescent ; et - une batterie rechargeable, connectée électriquement audit dispositif solaire et audit dispositif électroluminescent, ladite batterie rechargeable étant chargée par ledit dispositif solaire et alimentant ledit dispositif électroluminescent en puissance. La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire et un dispositif électroluminescent, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes consistant à : - se procurer un substrat ; - appliquer en recouvrement une première couche d'isolation sur ledit substrat et former une première région exposée dudit substrat ; - former un dispositif solaire sur ladite première région exposée dudit substrat à l'aide d'une technique d'épitaxie et d'une technique de lithographie ; - retirer par attaque ladite première couche d'isolation ; - appliquer en recouvrement une seconde couche d'isolation sur ledit substrat et des surfaces dudit dispositif solaire et former une seconde région exposée dudit substrat ; -former un dispositif électroluminescent sur ladite seconde région exposée dudit substrat à l'aide de ladite technique d'épitaxie et de ladite technique de lithographie ; et - retirer par attaque ladite seconde couche d'isolation. La matière dudit substrat peut être GaAs. La matière de ladite première couche d'isolation 35 peut être l'oxyde de silicium ou le nitrure de silicium. La matière de ladite seconde couche d'isolation peut être l'oxyde de silicium ou le nitrure de silicium. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire et un dispositif électroluminescent, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes consistant à : - se procurer un substrat ; - appliquer en recouvrement une première couche d'isolation sur ledit substrat et former une première région exposée dudit substrat ; - former un dispositif électroluminescent sur ladite première région exposée dudit substrat à l'aide d'une 15 technique d'épitaxie et d'une technique de lithographie ; - retirer par attaque ladite première couche d'isolation ; - appliquer en recouvrement une seconde couche 20 d'isolation sur ledit substrat et des surfaces dudit dispositif électroluminescent et former une seconde région exposée dudit substrat ; - former un dispositif solaire sur ladite seconde région exposée dudit substrat à l'aide de ladite technique 25 d'épitaxie et de ladite technique de lithographie ; et - retirer par attaque ladite seconde couche d'isolation. La matière dudit substrat peut être GaAs. La matière de ladite première couche d'isolation peut être l'oxyde de silicium ou le nitrure de silicium. 30 La matière de ladite seconde couche d'isolation est l'oxyde de silicium ou le nitrure de silicium. D'autres objectifs, contenus techniques, caractéristiques et avantages de la présente invention 35 ressortiront davantage à la lecture de la description suivante prise conjointement avec les dessins annexés dans lesquels sont établis, à titre d'illustration et d'exemple, certains modes de réalisation de la présente invention. Les aspects suivants et beaucoup des avantages qui les accompagnent de cette invention seront plus aisément appréciés à mesure qu'ils seront mieux compris par référence à la description détaillée suivante, prise conjointement avec les dessins annexés, sur lesquels : - la Figure 1 est un diagramme schématique en vue latérale pour illustrer la structure d'une puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire et un dispositif électroluminescent selon un mode de réalisation de la présente invention ; et - les Figures 2A à 2G sont des diagrammes schématiques en vue latérale pour illustrer les étapes d'un procédé de fabrication d'une puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire et un dispositif électroluminescent selon un mode de réalisation de la présente invention. L'explication détaillée de la présente invention est décrite comme suit. Les modes de réalisation préférés décrits sont présentés à des fins d'illustration et de description, et ils ne sont pas destinés à limiter la portée de la présente invention. La Figure 1 est un diagramme schématique en vue latérale pour illustrer la structure d'une puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire et un dispositif électroluminescent selon un mode de réalisation de la présente invention. Une puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire 20 et un dispositif électroluminescent 30 comprend : un substrat 10 ; le dispositif solaire 20 formé sur le substrat 10 ; et le dispositif électroluminescent 30 formé sur le substrat 10 et séparé du dispositif solaire 20 d'une distance. Dans un mode de réalisation, la matière du substrat peut être le GaAs. Le dispositif solaire 20 peut être une cellule solaire à une seule jonction ou une solaire multi-jonctions. Le dispositif électroluminescent 30 peut être une diode laser (DL), telle qu'une DL émettant par la tranche ou un laser à cavité verticale émettant par la surface (VCSEL). Le dispositif électroluminescent 30 peut être une diode électroluminescente (DEL), telle qu'une DEL rouge, une DEL bleue, une DEL verte et une DEL blanche. En outre, la structure du dispositif électroluminescent 30 peut être choisie dans le groupe constitué par une hétérostructure simple, une hétéro-structure double et un puits quantique. Les divers types et structures pour les dispositifs solaires et les dispositifs électroluminescents mentionnés ci-dessus sont bien connues de l'homme du métier, de telle sorte qu'ils ne seront pas décrits plus en détail ici. Ensuite, on se réfèrera aux Figures 2A à 2G, qui sont des diagrammes schématiques en vue latérale pour illustrer les étapes d'un procédé pour fabriquer une puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire et un dispositif électroluminescent selon un mode de réalisation de la présente invention. Le procédé comprend les étapes de : une étape initiale S1 pour se procurer un substrat 40 ; une première étape S2 de recouvrement pour appliquer en recouvrement une première couche d'isolation 42 sur le substrat 40 et pour former une première région exposée 44 du substrat 40 ; une première étape S3 de formation de dispositif pour former un premier dispositif 50 sur la première région exposée 44 du substrat 40 à l'aide d'une technique d'épitaxie et d'une technique de lithographie ; une première étape S4 d'attaque pour retirer par attaque la première couche d'isolation 42 ; une seconde étape S5 de recouvrement pour appliquer en recouvrement une seconde couche d'isolation 52 sur le substrat 40 et des surfaces du premier dispositif 50 et former une seconde région exposée 54 du substrat 40 ; une seconde étape S6 de formation de dispositif pour former un second dispositif 60 sur la seconde région exposée 54 du substrat 40 à l'aide de la technique d'épitaxie et de la technique de lithographie ; et une seconde étape d'attaque S7 pour retirer par attaque la seconde couche d'isolation 52, le premier dispositif 50 étant soit un dispositif solaire soit un dispositif électroluminescent, et le second dispositif 60 étant de façon correspondante soit un dispositif électroluminescent soit un dispositif solaire. Dans un mode de réalisation, la matière de la première couche d'isolation 42 et de la seconde couche d'isolation 52 est l'oxyde de silicium ou le nitrure de silicium. La matière du substrat 40, comme mentionné ci-dessus, peut être GaAs. De plus, les types et structures du premier dispositif 50 et du second dispositif 60 sont analogues au dispositif solaire 20 et au dispositif électroluminescent 30, de telle sorte qu'ils ne sont pas décrits plus en détail ici. En conséquence, une caractéristique de la présente invention est qu'une puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire et un dispositif électroluminescent peut être fabriquée à l'aide d'un procédé de croissance de surface sélective (Selective area growth - SAG), comme décrit dans les paragraphes précédents. Pour faire un bref résumé, conformément à la présente invention, il est proposé une puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire et un dispositif électroluminescent, qui a les avantages d'une structure simple, d'une compacité et d'une rentabilité en coût. De plus, elle peut être très pratique à intégrer avec une batterie rechargeable pour composer un dispositif d'éclairage à énergie solaire. Par exemple, un dispositif d'éclairage à énergie solaire selon un mode de réalisation de la présente invention comprend : une puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire et un dispositif électroluminescent de la présente invention ; et une batterie rechargeable connectée électriquement au dispositif solaire et au dispositif électroluminescent, la batterie rechargeable étant chargée par le dispositif solaire et alimentant le dispositif électroluminescent en puissance. Le dispositif d'éclairage à énergie solaire adoptant la puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire et un dispositif électroluminescent de la présente invention n'a pas besoin d'une connexion câblée à un dispositif électrique externe ou de recharger une batterie rechargeable à l'aide d'une source électrique externe, ce qui a les avantages d'une petite dimension, d'une compacité, d'une intégration simple, d'une installation aisée et d'une rentabilité en coût. Par conséquent, il peut être largement appliqué dans de nombreux domaines, tels que le domaine d'application des DL comprenant un pointeur à laser, un viseur à laser, un dispositif de visée à laser, un niveau à laser et un outil de mesure laser, etc. ; ou le domaine d'application des DEL comprenant une lampe de décoration, une lampe de cour, une lampe de jardin et une lampe d'éclairage publicitaire, un lampadaire de rue, un panneau d'avertissement et un panneau indicateur pour l'application routière, etc. Les descriptions précédentes de modes de réalisation spécifiques de la présente invention ont été présentées à des fins d'illustrations et de description. Elles ne sont pas destinées à être exclusives ou à limiter l'invention aux formes précises décrites, et il va de soi que de nombreuses modifications et variantes sont possibles à la lumière de l'enseignement ci-dessus. Les modes de réalisation ont été choisis et décrits afin de mieux expliquer les principes de l'invention et son application pratique, pour permettre de cette façon à l'homme du métier de mieux utiliser l'invention et divers modes de réalisation avec diverses modifications telles qu'elles sont adaptées à une utilisation particulière envisagée. Il est entendu que la portée de l'invention soit définie par les revendications annexées ici et leurs équivalents. REVENDICATIONS 1 - Puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire (20) et un dispositif électroluminescent 5 (30), caractérisé par le fait qu'elle comprend : - un substrat (10) ; - ledit dispositif solaire (20) formé sur ledit substrat (10) ; et - ledit dispositif électroluminescent (30) formé sur 10 ledit substrat (10) et séparé dudit dispositif solaire (20) d'une distance. 2 - Puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire (20) et un dispositif électroluminescent (30), selon la revendication 1, caractérisée par le fait 15 que la matière dudit substrat (10) est GaAs. 3 - Puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire (20) et un dispositif électroluminescent (30), selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit dispositif solaire (20) est une cellule solaire à 20 une seule jonction ou une cellule solaire multi-jonctions. 4 - Puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire (20) et un dispositif électroluminescent (30), selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit dispositif électroluminescent (30) est une diode 25 laser (DL). - Puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire (20) et un dispositif électroluminescent (30), selon la revendication 4, caractérisée par le fait que ladite DL (30) est une DL émettant par la tranche ou un 30 laser à cavité verticale émettant par la surface (VCSEL). 6 - Puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire (20) et un dispositif électroluminescent (30), selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit dispositif électroluminescent (30) est une diode 35 électroluminescente (DEL).7 Puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire (20) et un dispositif électroluminescent (30), selon la revendication 6, caractérisée par le fait que ladite DEL est choisie dans le groupe constitué par une DEL rouge, une DEL bleue, une DEL verte et une DEL blanche. 8 - Puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire (20) et un dispositif électroluminescent (30), selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la structure dudit dispositif électroluminescent (30) est choisie dans le groupe constitué par une hétérostructure simple, une hétérostructure double et un puits quantique. 9 - Dispositif d'éclairage à énergie solaire appliquant ladite puce photoélectrique monolithique avec un 15 dispositif solaire (20) et un dispositif électroluminescent (30), telle que définie à la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend : - ladite puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire (20) et un dispositif 20 électroluminescent (30) ; et - une batterie rechargeable, connectée électriquement audit dispositif solaire (20) et audit dispositif électroluminescent (30), ladite batterie rechargeable étant chargée par ledit dispositif solaire (20) et 25 alimentant ledit dispositif électroluminescent (30) en puissance. 10 -Procédé de fabrication d'une puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire (50) et un dispositif électroluminescent (60), caractérisé 30 par le fait qu'il comprend les étapes consistant à : - se procurer (Si) un substrat (40) ; - appliquer (S2) en recouvrement une première couche d'isolation (42) sur ledit substrat (40) et former une première région exposée (44) dudit substrat (40) ; 35 - former (S3) un dispositif solaire (50) sur ladite première région exposée (44) dudit substrat (40) àl'aide d'une technique d'épitaxie et d'une technique de lithographie ; - retirer (S4) par attaque ladite première couche d'isolation (42) ; - appliquer (S5) en recouvrement une seconde couche d'isolation (52) sur ledit substrat (40) et des surfaces dudit dispositif solaire (50) et former une seconde région exposée (54) dudit substrat (40) ; - former (S6) un dispositif électroluminescent (60) sur ladite seconde région exposée (54) dudit substrat (40) à l'aide de ladite technique d'épitaxie et de ladite technique de lithographie ; et - retirer (S7) par attaque ladite seconde couche d'isolation (52). 11 - Procédé de fabrication d'une puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire (50) et un dispositif électroluminescent (60), selon la revendication 10, caractérisé par le fait que la matière dudit substrat est GaAs. 12 - Procédé de fabrication d'une puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire (50) et un dispositif électroluminescent (60), selon la revendication 10, caractérisé par le fait que la matière de ladite première couche d'isolation (42) est l'oxyde de 25 silicium ou le nitrure de silicium. 13 - Procédé de fabrication d'une puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire (50) et un dispositif électroluminescent (60), selon la revendication 10, caractérisé par le fait que la matière de 30 ladite seconde couche d'isolation est l'oxyde de silicium ou le nitrure de silicium. 14 Procédé de fabrication d'une puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire (60) et un dispositif électroluminescent (50), caractérisé 35 par le fait qu'il comprend les étapes consistant à : - se procurer (Si) un substrat (40) ;- appliquer en recouvrement (S2) une première couche d'isolation (42) sur ledit substrat (40) et former une première région exposée (44) dudit substrat (40) ; - former (S3) un dispositif électroluminescent (50) sur ladite première région exposée (44) dudit substrat (40) à l'aide d'une technique d'épitaxie et d'une technique de lithographie ; - retirer (S4) par attaque ladite première couche d'isolation (42) ; - appliquer en recouvrement (S5) une seconde couche d'isolation (52) sur ledit substrat (40) et des surfaces dudit dispositif électroluminescent (50) et former une seconde région exposée (54) dudit substrat (40) ; - former (S6) un dispositif solaire (60) sur ladite seconde région exposée (54) dudit substrat (40) à l'aide de ladite technique d'épitaxie et de ladite technique de lithographie ; et - retirer (S7) par attaque ladite seconde couche d'isolation (52). 15 - Procédé de fabrication d'une puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire (60) et un dispositif électroluminescent (50), selon la revendication 14, caractérisé par le fait que la matière 25 dudit substrat est GaAs. 16 - Procédé de fabrication d'une puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire (60) et un dispositif électroluminescent (50), selon la revendication 14, caractérisé par le fait que la matière de 30 ladite première couche d'isolation (42) est l'oxyde de silicium ou le nitrure de silicium. 17 - Procédé de fabrication d'une puce photoélectrique monolithique avec un dispositif solaire (60) et un dispositif électroluminescent (50), selon la 35 revendication 14, caractérisé par le fait que la matière deladite seconde couche d'isolation (52) est l'oxyde de silicium ou le nitrure de silicium.