Brevet FR3123145A1 — publié le 20221125

Procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique La présente description concerne un procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique, comportant les étapes suivantes : a) disposer un empilement actif de diode photosensible (103) sur un premier substrat ; b) reporter l'empilement actif de diode photosensible (103) sur un circuit intégré de contrôle (151) préalablement formé dans et sur un deuxième substrat semiconducteur, puis retirer le premier substrat ; c) disposer un empilement actif de LED (113) sur un troisième substrat ; et d) après les étapes b) et c), reporter l'empilement actif de LED (113) sur l'empilement actif de diode photosensible (103), puis retirer le troisième substrat (111). Figure pour l'abrégé : Fig. 1J Procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique La présente description concerne de façon générale le domaine des dispositifs optoélectroniques, et vise plus particulièrement un procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique combinant une fonction d'émission lumineuse et une fonction de capture optique. Diverses applications sont susceptibles de tirer profit d'un dispositif optoélectronique combinant une fonction d'émission lumineuse et une fonction de capture optique. Un tel dispositif peut par exemple être utilisé pour réaliser un écran d'affichage interactif. Un objet d'un mode de réalisation est de pallier tout ou partie des inconvénients des solutions connues pour réaliser un dispositif optoélectronique combinant une fonction d'émission lumineuse et une fonction de capture optique. Un mode de réalisation prévoit un procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique, comportant les étapes suivantes : a) disposer un empilement actif de diode photosensible sur un premier substrat ; b) reporter l'empilement actif de diode photosensible sur un circuit intégré de contrôle préalablement formé dans et sur un deuxième substrat semiconducteur, puis retirer le premier substrat ; c) disposer un empilement actif de LED sur un troisième substrat ; et d) après les étapes b) et c), reporter l'empilement actif de LED sur l'empilement actif de diode photosensible, puis retirer le troisième substrat. Selon un mode de réalisation, l'empilement actif de diode photosensible comprend au moins une couche semiconductrice inorganique, par exemple en un matériau III-V, et l'empilement actif de LED comprend au moins une couche semiconductrice inorganique, par exemple en un matériau III-V. Selon un mode de réalisation, l'empilement actif de diode photosensible comprend des première, deuxième et troisième couches semiconductrices, la deuxième couche étant disposée entre les première et troisième couches. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape de dopage de type P de portions localisées de la première couche, lesdites portions définissant des régions d'anode de diodes photosensibles du dispositif. Selon un mode de réalisation, l'étape de dopage de type P des portions localisées de la première couche est mise en oeuvre après l'étape b) et avant l'étape d). Selon un mode de réalisation, l'étape de dopage de type P des portions localisées de la première couche est mise en oeuvre avant l'étape b). Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre une étape de formation de métallisations de connexion sur et en contact avec lesdites portions localisées de la première couche. Selon un mode de réalisation, à l'issue de l'étape b), l'empilement actif de diode photosensible s'étend de façon continue sur toute la surface du circuit intégré de contrôle. Selon un mode de réalisation, à l'issue de l'étape d), l'empilement actif de LED s'étend de façon continue sur toute la surface du circuit intégré de contrôle. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre, après l'étape b) et avant l'étape d), une étape de formation de vias conducteurs traversant l'empilement actif de diode photosensible. Selon un mode de réalisation, les vias conducteurs sont connectés électriquement à des plots métalliques de connexion du circuit intégré. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre, après l'étape d), une étape de gravure localisée de l'empilement actif de LED de façon à former dans l'empilement actif de LED une pluralité de pavés définissant chacun une LED. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend la formation d'éléments de conversion de couleur au-dessus d'au moins certaines des LED. Selon un mode de réalisation, au moins une des LED est surmontée d'un élément de conversion photoluminescent adapté à convertir la lumière émise par la LED vers une longueur d'onde visible et au moins une autre des LED est surmontée d'un élément de conversion photoluminescent adapté à convertir la lumière émise par la LED en un rayonnement lumineux dans la gamme de longueurs d'ondes de sensibilité de l'empilement actif de diode photosensible, de préférence un rayonnement infrarouge. Selon un mode de réalisation, au moins une des LED n'est pas surmontée par un élément de conversion photoluminescent. Selon un mode de réalisation, les éléments de conversion photoluminescents sont réalisés à base de boîtes quantiques ou de matériaux pérovskites. Selon un mode de réalisation, le procédé comporte, après l'étape d), une étape de fixation d'un substrat de support temporaire du côté de l'empilement actif de LED opposé au circuit intégré, suivie d'une étape de découpe de l'ensemble comportant le circuit intégré, l'empilement actif de diode photosensible et l'empilement actif de LED en une pluralité de puces élémentaires. Selon un mode de réalisation, le procédé comporte en outre une étape de transfert et de fixation des puces élémentaires sur un substrat de report du dispositif, puis une étape de retrait du substrat de support temporaire. Un autre mode de réalisation prévoit un dispositif optoélectronique comportant un substrat de report et une pluralité de puces élémentaires fixées et connectées électriquement au substrat de report, chaque puce élémentaire comportant un empilement comportant, dans l'ordre à partir de la face supérieure du substrat de report, un circuit intégré de contrôle formé dans et sur un substrat semiconducteur, un étage de photodétection comportant au moins une diode photosensible, et un étage d'émission comportant au moins une LED. Selon un mode de réalisation, dans chaque puce élémentaire, l'étage de photodétection est disposé entre le circuit intégré de contrôle et l'étage d'émission, et la diode photosensible a une couche semiconductrice d'anode disposée du côté de l'étage d'émission et une couche semiconductrice de cathode disposée du côté du circuit intégré de contrôle. Un autre mode de réalisation prévoit un système comportant un dispositif optoélectronique réalisé par un procédé tel que défini ci-dessus, et une source lumineuse adaptée à émettre un rayonnement lumineux dans la gamme de longueurs d'ondes de sensibilité de l'empilement actif de diode photosensible, de préférence un rayonnement infrarouge. Selon un mode de réalisation, la source lumineuse est une source déportée. Selon un mode de réalisation, la source lumineuse est intégrée au dispositif optoélectronique et comprend au moins une LED formée dans l'empilement actif de LED. Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; les figures 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G, 1H, 1I et 1J sont des vues en coupe illustrant des étapes successives d'un exemple d'un procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique selon un mode de réalisation ; ; ; ; ; ; ; ; les figures 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, et 2G sont des vues en coupe illustrant d'autres étapes successives d'un exemple d'un procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique selon un mode de réalisation ; la représente de façon schématique un exemple d'un système comprenant un dispositif optoélectronique selon un mode de réalisation ; la est une vue en coupe illustrant de façon schématique et partielle un autre exemple d'un dispositif optoélectronique selon un mode de réalisation ; et la est une vue en coupe illustrant de façon schématique et partielle une variante de réalisation du dispositif de la . Procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique, comportant les étapes suivantes : a) disposer un empilement actif de diode photosensible (103) sur un premier substrat (101) ; b) reporter l'empilement actif de diode photosensible (103) sur un circuit intégré de contrôle (151) préalablement formé dans et sur un deuxième substrat semiconducteur, puis retirer le premier substrat (101) ; c) disposer un empilement actif de LED (113) sur un troisième substrat (111) ; et d) après les étapes b) et c), reporter l'empilement actif de LED (113) sur l'empilement actif de diode photosensible (103), puis retirer le troisième substrat (111). Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'empilement actif de diode photosensible (103) comprend au moins une couche semiconductrice inorganique, par exemple en un matériau III-V, et dans lequel l'empilement actif de LED (113) comprend au moins une couche semiconductrice inorganique, par exemple en un matériau III-V. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'empilement actif de diode photosensible (103) comprend des première (103a), deuxième (103b) et troisième (103c) couches semiconductrices, la deuxième couche (103b) étant disposée entre les première (103a) et troisième (103c) couches. Procédé selon la revendication 3, comprenant une étape de dopage de type P de portions localisées (125) de la première couche (103a), lesdites portions définissant des régions d'anode de diodes photosensibles (171) du dispositif. Procédé selon la revendication 4, dans lequel ladite étape de dopage de type P des portions localisées (125) de la première couche (103a) est mise en oeuvre après l'étape b) et avant l'étape d). Procédé selon la revendication 4, dans lequel ladite étape de dopage de type P des portions localisées (125) de la première couche (103a) est mise en oeuvre avant l'étape b). Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, comprenant en outre une étape de formation de métallisations de connexion (127) sur et en contact avec lesdites portions localisées (125) de la première couche (103a). Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel, à l'issue de l'étape b), l'empilement actif de diode photosensible (103) s'étend de façon continue sur toute la surface du circuit intégré de contrôle (151). Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel, à l'issue de l'étape d), l'empilement actif de LED (113) s'étend de façon continue sur toute la surface du circuit intégré de contrôle (151). Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant en outre, après l'étape b) et avant l'étape d), une étape de formation de vias conducteurs (129) traversant l'empilement actif de diode photosensible (103). Procédé selon la revendication 10, dans lequel les vias conducteurs (129) sont connectés électriquement à des plots métalliques de connexion (153) du circuit intégré (151). Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, comprenant en outre, après l'étape d), une étape de gravure localisée de l'empilement actif de LED (113) de façon à former dans l'empilement actif de LED une pluralité de pavés (161) définissant chacun une LED. Procédé selon la revendication 12, comprenant la formation d'éléments de conversion de couleur (181(a), 181(b)) au-dessus d'au moins certaines des LED (161). Procédé selon la revendication 13, dans lequel au moins une (161(a)) desdites LED est surmontée d'un élément de conversion photoluminescent (181(a)) adapté à convertir la lumière émise par la LED vers une longueur d'onde visible et au moins une autre (161(b)) desdites LED est surmontée d'un élément de conversion photoluminescent (181(b)) adapté à convertir la lumière émise par la LED en un rayonnement lumineux dans la gamme de longueurs d'ondes de sensibilité de l'empilement actif de diode photosensible, de préférence un rayonnement infrarouge. Procédé selon la revendication 14, dans lequel au moins une desdites LED (161) n'est pas surmontée par un élément de conversion photoluminescent. Procédé selon la revendication 14 ou 15, dans lequel lesdits éléments de conversion photoluminescents (181(a), 181(b)) sont réalisés à base de boîtes quantiques ou de matériaux pérovskites. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, comportant, après l'étape d), une étape de fixation d'un substrat de support temporaire (210) du côté de l'empilement actif de LED (113) opposé au circuit intégré (151), suivie d'une étape de découpe de l'ensemble comportant le circuit intégré (151), l'empilement actif de diode photosensible (103) et l'empilement actif de LED (113) en une pluralité de puces élémentaires (232). Procédé selon la revendication 17, comportant en outre une étape de transfert et de fixation desdites puces élémentaires (232) sur un substrat de report (250) du dispositif, puis une étape de retrait du substrat de support temporaire (210). Dispositif optoélectronique comportant un substrat de report (250) et une pluralité de puces élémentaires (232) fixées et connectées électriquement au substrat de report (250), chaque puce élémentaire (232) comportant un empilement comportant, dans l'ordre à partir de la face supérieure du substrat de report (250), un circuit intégré de contrôle (151) formé dans et sur un substrat semiconducteur, un étage de photodétection (201) comportant au moins une diode photosensible (171), et un étage d'émission (203) comportant au moins une LED (161). Dispositif selon la revendication 19, dans lequel, dans chaque puce élémentaire, l'étage de photodétection (201) est disposé entre le circuit intégré de contrôle (151) et l'étage d'émission (203), et dans lequel ladite au moins une diode photosensible (171) a une couche semiconductrice d'anode (103a) disposée du côté de l'étage d'émission (203) et une couche semiconductrice de cathode (103c) disposée du côté du circuit intégré de contrôle (151). Système comportant un dispositif optoélectronique (300) réalisé par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, et une source lumineuse adaptée à émettre un rayonnement lumineux dans la gamme de longueurs d'ondes de sensibilité de l'empilement actif de diode photosensible (103), de préférence un rayonnement infrarouge. Système selon la revendication 21, dans lequel la source lumineuse est une source déportée (310). Système selon la revendication 21, dans lequel la source lumineuse est intégrée au dispositif optoélectronique (300) et comprend au moins une LED (161(b)) formée dans l'empilement actif de LED (113).