Brevet FR3126256A1 — publié le 20230224

Procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique La présente description concerne un procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique, comportant les étapes successives suivantes : reporter un empilement actif de diode photosensible inorganique (103) sur un circuit intégré de contrôle (151) préalablement formé dans et sur un premier substrat semiconducteur ; et former une pluralité de diodes électroluminescentes organiques (L1, L2, L3) sur l'empilement actif de diode photosensible. Figure pour l'abrégé : Fig. 1I 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. Pour cela, un mode de réalisation prévoit un procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique, comportant les étapes successives suivantes : a) reporter un empilement actif de diode photosensible inorganique sur un circuit intégré de contrôle préalablement formé dans et sur un premier substrat semiconducteur ; et b) former une pluralité de diodes électroluminescentes organiques sur l'empilement actif de diode photosensible. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend la formation d'une pluralité de diodes photosensibles dans l'empilement actif de diode photosensible. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend, après l'étape a) et avant l'étape b), la formation de vias conducteurs de reprise de contact traversant l'empilement actif de diode photosensible et débouchant sur des plots métalliques de connexion du circuit intégré de contrôle. Selon un mode de réalisation, à l'étape a), l'empilement actif de diode photosensible est fixé sur le circuit intégré de contrôle par collage direct d'une couche diélectrique préalablement déposée sur l'empilement actif de diode photosensible, avec une couche diélectrique préalablement déposée sur le circuit intégré de contrôle. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend, après l'étape b), la formation de filtres optiques ou d'éléments de conversion de couleur au-dessus des diodes électroluminescentes organiques. Selon un mode de réalisation, les diodes électroluminescentes organiques sont des diodes monochromatiques de même couleur, au moins une desdites diode électroluminescentes organiques étant surmontée d'un élément de conversion photoluminescent adapté à convertir la lumière émise par la diode vers une première longueur d'onde visible et au moins une autre desdites diode électroluminescentes organiques étant surmontée d'un élément de conversion photoluminescent adapté à convertir la lumière émise par la diode en un rayonnement lumineux dans la gamme de longueurs d'ondes détectée par ladite au moins une diode photosensible inorganique, de préférence un rayonnement infrarouge. Selon un mode de réalisation, au moins une desdites diodes électroluminescentes organiques n'est pas surmontée par un élément de conversion photoluminescent. Selon un mode de réalisation, les diodes électroluminescentes organiques sont adaptées à émettre majoritairement de la lumière bleue. 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, à l'issue de l'étape a), l'empilement actif de diode photosensible s'étend de façon continue sur toute la surface du circuit de contrôle. Selon un mode de réalisation, l'empilement actif de diode photosensible comprend au moins une couche semiconductrice 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, et la troisième couche étant disposée du côté du circuit intégré de contrôle à l'issue de l'étape a). 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, ladite étape de dopage de type P de portions localisées de la première couche est mise en oeuvre après l'étape a) et avant l'étape b). Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre, après ladite étape de dopage de type P de portions localisées de la première couche et avant l'étape b), 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, le procédé comprend, après l'étape b), une étape de fixation d'un substrat de support temporaire du côté d'une face du dispositif opposée au circuit intégré, suivie d'une étape de découpe de l'ensemble comportant le circuit intégré, l'empilement actif de diode photosensible et les diodes électroluminescentes organiques en une pluralité de puces élémentaires. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre une étape de transfert et de fixation desdites puces élémentaire sur un substrat de report du dispositif, puis une étape de retrait du substrat de support temporaire. Un mode de réalisation prévoit un dispositif optoélectronique comportant, dans l'ordre, un circuit intégré de contrôle formé dans et sur un substrat semiconducteur, un étage de photodétection comportant au moins une diode photosensible inorganique, et un étage d'émission comportant au moins une diode électroluminescente organique. Un mode de réalisation prévoit un dispositif comportant un substrat de report, et une pluralité de puces élémentaires fixées et connectées électriquement au substrat de report, chaque puce élémentaire comprenant un dispositif optoélectronique, le circuit intégré de contrôle étant disposé du côté du substrat de report. Un autre mode de réalisation prévoit un système comportant un dispositif optoélectronique tel que défini ci-dessus, et une source lumineuse adaptée à émettre un rayonnement lumineux dans la gamme de longueurs d'ondes détectée par la diode photosensible inorganique, 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 diode électroluminescente organique de l'étage d'émission du dispositif optoélectronique. 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 et 1I 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 ; et la est une vue en coupe illustrant de façon schématique et partielle un autre exemple d'un dispositif optoélectronique selon un mode de réalisation. Procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique, comportant les étapes successives suivantes : a) reporter un empilement actif de diode photosensible inorganique (103) sur un circuit intégré de contrôle (151) préalablement formé dans et sur un premier substrat semiconducteur ; et b) former une pluralité de diodes électroluminescentes organiques (L1, L2, L3 ; L4) sur l'empilement actif de diode photosensible. Procédé selon la revendication 1, comprenant la formation d'une pluralité de diodes photosensibles (D1) dans l'empilement actif de diode photosensible (103). Procédé selon la revendication 1 ou 2, comprenant, après l'étape a) et avant l'étape b), la formation de vias conducteurs de reprise de contact (127(a), 127(b), 127(c), 127(d)) traversant l'empilement actif de diode photosensible (103) et débouchant sur des plots métalliques de connexion (153) du circuit intégré de contrôle (151). Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel, à l'étape a), l'empilement actif de diode photosensible (103) est fixé sur le circuit intégré de contrôle (151) par collage direct d'une couche diélectrique (105) préalablement déposée sur l'empilement actif de diode photosensible (103), avec une couche diélectrique (155) préalablement déposée sur le circuit intégré de contrôle (151). Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant, après l'étape b), la formation de filtres optiques ou d'éléments de conversion de couleur (165-1, 165-2, 165-3) au-dessus des diodes électroluminescentes organiques (L1, L2, L3 ; L4). Procédé selon la revendication 5 dans son rattachement à la revendication 2, dans lequel lesdites diodes électroluminescentes organiques (L1, L2, L3, L4) sont des diodes monochromatiques de même couleur, au moins une (L1, L2) desdites diode électroluminescentes organiques étant surmontée d'un élément de conversion photoluminescent (165-1, 165-2) adapté à convertir la lumière émise par la diode vers une longueur d'onde visible et au moins une autre (L4) desdites diode électroluminescentes organiques (L4) étant surmontée d'un élément de conversion photoluminescent (167) adapté à convertir la lumière émise par la diode en un rayonnement lumineux dans la gamme de longueurs d'ondes détectée par lesdites diodes photosensibles (D1), de préférence un rayonnement infrarouge. Procédé selon la revendication 6, dans lequel au moins une (L3) desdites diodes électroluminescentes organiques n'est pas surmontée par un élément de conversion photoluminescent. Procédé selon la revendication 5 ou 6, dans lequel lesdites diodes électroluminescentes organiques (L1, L2, L3, L4) sont adaptées à émettre majoritairement de la lumière bleue. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel lesdits éléments de conversion photoluminescents (165-1, 165-2, 167) sont réalisés à base de boîtes quantiques ou de matériaux pérovskites. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel, à l'issue de l'étape a), l'empilement actif de diode photosensible (103) s'étend de façon continue sur toute la surface du circuit de contrôle (151). Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel l'empilement actif de diode photosensible (103) comprend au moins une couche semiconductrice en un matériau III-V. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, 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, et la troisième couche (103c) étant disposée du côté du circuit intégré de contrôle (151) à l'issue de l'étape a). Procédé selon la revendication 12, comprenant une étape de dopage de type P de portions localisées (113) de la première couche (103a), lesdites portions définissant des régions d'anode de diodes photosensibles (D1) du dispositif. Procédé selon la revendication 13, dans lequel ladite étape de dopage de type P de portions localisées (113) de la première couche (103a) est mise en oeuvre après l'étape a) et avant l'étape b). Procédé selon la revendication 14, comprenant en outre, après ladite étape de dopage de type P de portions localisées (113) de la première couche (103a) et avant l'étape b), une étape de formation de métallisations de connexion (115) sur et en contact avec lesdites portions localisées (113) de la première couche (103a). Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, comportant, après l'étape b), une étape de fixation d'un substrat de support temporaire (210) du côté d'une face du dispositif opposée 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 les diodes électroluminescentes organiques (L1, L2, L3 ; L4) en une pluralité de puces élémentaires (232). Procédé selon la revendication 16, comportant en outre une étape de transfert et de fixation desdites puces élémentaire (232) sur un substrat de report (250) du dispositif, puis une étape de retrait du substrat de support temporaire (210). Dispositif optoélectronique comportant, dans l'ordre, un circuit intégré de contrôle (151) formé dans et sur un substrat semiconducteur, un étage de photodétection (201) comportant au moins une diode photosensible inorganique (D1), et un étage d'émission (203) comportant au moins une diode électroluminescente organique (L1, L2, L3 ; L4). 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) comprenant un dispositif selon la revendication 18, le circuit intégré de contrôle (151) étant disposé du côté du substrat de report (250). Système comportant un dispositif optoélectronique (300) selon la revendication 19, et une source lumineuse adaptée à émettre un rayonnement lumineux dans la gamme de longueurs d'ondes détectée par lesdites diodes photosensibles inorganiques (D1), de préférence un rayonnement infrarouge. Système selon la revendication 20, dans lequel la source lumineuse est une source déportée (310). Système selon la revendication 20, dans lequel la source lumineuse est intégrée au dispositif optoélectronique (300) et comprend au moins une diode électroluminescente organique (L4) de l'étage d'émission du dispositif optoélectronique (300).