Brevet FR3132593A1 — publié le 20230811

Un procédé permet de créer une fenêtre de sortie (W) pour du rayonnement (R) qui est produit à l’intérieur d’un substrat (1) en carbure de silicium par un composant photoémetteur. Pour cela, un traitement thermique est appliqué au substrat, pour augmenter une rugosité de surface dudit substrat sélectivement dans la fenêtre de sortie. Un tel procédé est compatible avec une fabrication en série du composant photoémetteur, et procure une bonne reproductibilité des caractéristiques de sortie du rayonnement qui est produit par chaque composant. Figure d’abrégé : Figure 2 CREATION D’UNE FENETRE DE SORTIE DE RAYONNEMENT POUR UN COMPOSANT PHOTOEMETTEUR La présente description concerne la création d’une fenêtre de sortie de rayonnement pour un composant photoémetteur à base de carbure de silicium. Elle concerne aussi un composant photoémetteur qui est muni d’une fenêtre de sortie de rayonnement pouvant être créée de cette façon. L’utilisation de carbure de silicium (SiC) cristallin pour produire des composants émetteurs de rayonnement présente de nombreux avantages, qui proviennent en particulier des propriétés suivantes du matériau : son inertie chimique, sa stabilité thermique, sa conductivité thermique et sa large bande interdite («gap» en anglais), notamment en comparaison du silicium (Si) qui est le matériau semiconducteur le plus utilisé aujourd’hui en microélectronique. Le carbure de silicium permet en particulier de produire de façon contrôlée du rayonnement dans l’intervalle spectral de la lumière visible, et aussi autour de 1,5 µm (micromètre), par exemple pour des applications de télécommunication. L’efficacité d’extraction du rayonnement qui est produit à l’intérieur du composant en carbure de silicium, éventuellement dopé intentionnellement, vers l’extérieur de ce composant afin que le rayonnement puisse être utilisé pour l’application voulue, est alors un enjeu majeur. En effet, une extraction du rayonnement qui est plus efficace permet de réduire une consommation énergétique du composant à quantité égale de rayonnement qui est utilisable. En outre, il est essentiel de pouvoir produire en série des composants dont l’efficacité d’émission est contrôlée et reproductible. Problème technique Un but de la présente invention est donc d’améliorer l’efficacité de sortie du rayonnement qui est produit au sein d’un composant à base de carbure de silicium, vers l’extérieur de ce composant. En particulier, cette amélioration est recherchée de façon à pouvoir la mettre en œuvre de façon reproductible et contrôlée pour des séries importantes de composants fabriqués. Pour atteindre ce but ou un autre, un premier aspect de l’invention propose un procédé pour créer une fenêtre de sortie pour un rayonnement qui est produit à l’intérieur d’un substrat de carbure de silicium par un composant photoémetteur, ce procédé comprenant : /1/ former une couche carbonique sur une surface du substrat, sélectivement en dehors d’une portion limitée de cette surface qui est destinée à constituer, lors d’une utilisation du composant, la fenêtre de sortie vers l’extérieur du substrat pour le rayonnement produit à l’intérieur du substrat par le composant photoémetteur ; et /2/ appliquer un traitement thermique au substrat, ce traitement thermique produisant une augmentation d’une rugosité de la surface du substrat sélectivement à des endroits où la surface n’est pas recouverte par la couche carbonique ; puis /3/ retirer la couche carbonique en dehors de la portion de la surface du substrat qui est destinée à constituer la fenêtre de sortie du rayonnement. En effet, la rugosité de la surface du substrat qui est augmentée dans la fenêtre de sortie du rayonnement constitue, à l’intérieur de cette fenêtre, une couche superficielle qui présente une valeur moyenne d’indice de réfraction inférieure à celle qui est effective à l’intérieur du substrat. Cette couche à valeur réduite d’indice de réfraction produit un effet antireflet au moins partiel pour le rayonnement qui provient de l’intérieur du substrat, notamment le rayonnement qui est produit par le composant et dont la direction d’émission traverse la surface du substrat dans la fenêtre de sortie. Grâce à cet effet antireflet, la sortie du rayonnement vers l’extérieur du composant est favorisée, si bien que le composant présente un rendement de sortie du rayonnement qui est amélioré. De cette façon, une consommation d’énergie par le composant est réduite, à quantité égale de rayonnement qui est utilisable. Un tel effet antireflet est effectif notamment lorsque la surface du substrat de carbure de silicium est exposée à l’air lors de l’utilisation du composant photoémetteur. Une autre explication de l’efficacité de la rugosité de la surface du substrat pour favoriser la sortie du rayonnement est que les variations d’incidence du rayonnement par rapport à la surface réelle du substrat, dues à la rugosité, réduisent les réflexions totales du rayonnement qui sont internes au substrat. En outre, grâce au fait que la fenêtre de sortie du rayonnement soit formée par le traitement thermique de l’étape /2/ en augmentant localement la rugosité de surface du substrat en tant qu’effet de ce traitement thermique, le procédé de l’invention est compatible avec une fabrication en série du composant photoémetteur, et il procure une bonne reproductibilité des caractéristiques de sortie du rayonnement qui est produit par chaque composant. Avantageusement, le traitement thermique de l’étape /2/ peut être réalisé à pression atmosphérique, sous argon (Ar), avec une température qui est comprise entre 1200°C (degré Celsius) et 1900°C, de préférence entre 1500°C et 1800°C, pendant une durée comprise entre 1 minute et 1 heure. Dans des modes particuliers de mise en œuvre de l’invention, l’étape /1/ peut comprendre les sous-étapes suivantes : /1-1/ déposer une couche continue d’une résine sur la surface du substrat ; /1-2/ appliquer un traitement de pyrolyse à la couche de résine, ce traitement de pyrolyse étant adapté pour transformer la couche de résine en la couche carbonique ; /1-3/ former un masque sur la couche carbonique, sélectivement en dehors de la portion de la surface du substrat qui est destinée à constituer la fenêtre de sortie du rayonnement ; /1-4/ graver la couche carbonique de sorte qu’elle soit retirée sélectivement à des endroits non-recouverts par le masque ; et /1-5/ optionnellement, retirer le masque. Le traitement de pyrolyse de la sous-étape /1-2/ peut comprendre de chauffer la couche de résine à une température qui est comprise entre 700°C et 800°C pendant une durée comprise entre 10 minutes et 1 heure, sous un flux d’azote (N 2 ) ou d’argon (Ar). La couche carbonique peut être gravée à la sous-étape /1-4/ en utilisant un procédé de gravure réactive par des ions d’oxygène (O). Possiblement, la sous-étape /1-3/ de formation du masque peut comprendre de déposer une couche d’un métal ou d’un alliage métallique sur la couche carbonique, puis de retirer cette couche du métal ou de l’alliage métallique sélectivement dans la portion de la surface du substrat qui est destinée à constituer la fenêtre de sortie du rayonnement. Dans ce cas, la sous-étape /1-5/ de retrait du masque peut être exécutée en utilisant un procédé de retrait adapté, tel qu’un procédé de gravure humide ou un procédé de gravure par plasma. Dans d’autres modes particuliers de mise en œuvre de l’invention, alternatifs aux précédents, l’étape /1/ peut comprendre les sous-étapes suivantes : /1-1/ par lithographie, déposer une couche d’une résine lithographique sur la surface du substrat sélectivement en dehors de la portion de cette surface du substrat qui est destinée à constituer la fenêtre de sortie du rayonnement ; et /1-2/ appliquer un traitement de pyrolyse à la couche de résine, ce traitement de pyrolyse étant adapté pour transformer la couche de résine en la couche carbonique. Pour ces autres modes de mise en œuvre de l’invention, la couche carbonique est directement formée sélectivement en dehors de la fenêtre de sortie du rayonnement. La résine lithographique utilisée peut être photosensible, c’est-à-dire du type lithographie UV, ou bien du type lithographie à irradiation électronique. Le traitement de pyrolyse de la sous-étape /1-2/ peut encore comprendre de chauffer la couche de résine à une température qui est comprise entre 700°C et 800°C pendant une durée comprise entre 10 minutes et 1 heure, sous un flux d’azote ou d’argon. Pour le procédé de l’invention, le composant photoémetteur peut comprendre une diode électroluminescente qui est située dans le substrat, sous sa surface, de sorte que lors de l’utilisation du composant, le rayonnement soit émis par la diode électroluminescente et traverse la fenêtre de sortie. Un second aspect de l’invention propose un composant photoémetteur, comprenant un substrat de carbure de silicium, ce substrat ayant une surface qui possède une première valeur de rugosité, notamment de rugosité arithmétique, à l’intérieur d’une portion de la surface qui constitue, lors d’une utilisation du composant, une fenêtre de sortie vers l’extérieur du substrat pour du rayonnement produit à l’intérieur du substrat par le composant photoémetteur. La surface du substrat possède simultanément une seconde valeur de rugosité, aussi de rugosité arithmétique le cas échéant, à l’extérieur de la portion de surface qui constitue la fenêtre de sortie du rayonnement, la première valeur de rugosité étant supérieure à la seconde valeur de rugosité. Un tel composant photoémetteur peut être fabriqué en utilisant un procédé qui est conforme au premier aspect de l’invention. La première valeur de rugosité peut être comprise entre 10 nm (nanomètre) et 140 nm, en termes de rugosité arithmétique, et la seconde valeur de rugosité peut être comprise entre 0,1 nm et 5 nm, aussi en termes de rugosité arithmétique. De façon générale pour l’invention, le substrat de carbure de silicium peut être monocristallin, notamment selon l’un des polytypes 3C, 4H ou 6H. Enfin, le composant photoémetteur du second aspect de l’invention peut comprendre de même une diode électroluminescente qui est située dans le substrat, sous sa surface, de sorte que lors de l’utilisation du composant, le rayonnement soit émis par la diode électroluminescente et traverse la fenêtre de sortie. Brève description des figures Les caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement dans la description détaillée ci-après d’exemples de réalisation non-limitatifs, en référence aux figures annexées parmi lesquelles : est une vue en coupe transversale d’un substrat utilisé pour fabriquer un composant photoémetteur en appliquant à l’invention ; correspond à pour une étape ultérieure du procédé ; correspond à pour une étape encore ultérieure du procédé ; correspond à pour une étape encore ultérieure du procédé ; correspond à pour une étape encore ultérieure du procédé ; et est une vue en coupe transversale d’un composant à diode électroluminescente tel qu’obtenu en appliquant l’invention. Procédé pour créer une fenêtre de sortie (W) pour un rayonnement (R) qui est produit à l’intérieur d’un substrat (1) de carbure de silicium par un composant photoémetteur, le procédé comprenant : /1/ former une couche carbonique (2) sur une surface (S) du substrat (1), sélectivement en dehors d’une portion limitée de ladite surface qui est destinée à constituer, lors d’une utilisation du composant, la fenêtre de sortie (W) vers l’extérieur du substrat pour le rayonnement (R) produit à l’intérieur dudit substrat par le composant photoémetteur ; /2/ appliquer un traitement thermique au substrat (1), ledit traitement thermique produisant une augmentation d’une rugosité de la surface (S) du substrat sélectivement à des endroits où ladite surface n’est pas recouverte par la couche carbonique (2) ; puis /3/ retirer la couche carbonique (2) en dehors de la portion de la surface (S) du substrat (1) qui est destinée à constituer la fenêtre de sortie (W) du rayonnement (R). Procédé selon la revendication 1, suivant lequel le traitement thermique de l’étape /2/ est réalisé à pression atmosphérique, sous argon, avec une température comprise entre 1200°C et 1900°C, de préférence entre 1500°C et 1800°C, pendant une durée comprise entre 1 minute et 1 heure. Procédé selon la revendication 1 ou 2, suivant lequel l’étape /1/ comprend les sous-étapes suivantes : /1-1/ déposer une couche continue d’une résine sur la surface (S) du substrat (1) ; /1-2/ appliquer un traitement de pyrolyse à la couche de résine, ledit traitement de pyrolyse étant adapté pour transformer la couche de résine en la couche carbonique (2) ; /1-3/ former un masque (3) sur la couche carbonique (2), sélectivement en dehors de la portion de la surface (S) du substrat (1) qui est destinée à constituer la fenêtre de sortie (W) du rayonnement (R) ; /1-4/ graver la couche carbonique (2) de sorte que ladite couche carbonique soit retirée sélectivement à des endroits non-recouverts par le masque (3) ; et /1-5/ optionnellement, retirer le masque (3). Procédé selon la revendication 3, suivant lequel la couche carbonique (2) est gravée à la sous-étape /1-4/ en utilisant un procédé de gravure réactive par des ions d’oxygène. Procédé selon la revendication 3 ou 4, suivant lequel : la sous-étape /1-3/ comprend de déposer une couche d’un métal ou d’un alliage métallique sur la couche carbonique (2), puis de retirer ladite couche du métal ou de l’alliage métallique sélectivement dans la portion de la surface (S) du substrat (1) qui est destinée à constituer la fenêtre de sortie (W) du rayonnement (R). Procédé selon la revendication 1 ou 2, suivant lequel l’étape /1/ comprend les sous-étapes suivantes : /1-1/ par lithographie, déposer une couche d’une résine lithographique sur la surface (S) du substrat (1) sélectivement en dehors de la portion de ladite surface du substrat qui est destinée à constituer la fenêtre de sortie (W) du rayonnement (R) ; et /1-2/ appliquer un traitement de pyrolyse à la couche de résine, ledit traitement de pyrolyse étant adapté pour transformer la couche de résine en la couche carbonique (2). Procédé selon l’une quelconque des revendications 3 à 6, suivant lequel le traitement de pyrolyse de la sous-étape /1-2/ comprend de chauffer la couche de résine à une température comprise entre 700°C et 800°C pendant une durée comprise entre 10 minutes et 1 heure, sous un flux d’azote ou d’argon. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, suivant lequel le composant photoémetteur comprend une diode électroluminescente qui est située dans le substrat (1), sous la surface (S) dudit substrat, de sorte que lors de l’utilisation dudit composant, le rayonnement (R) soit émis par la diode électroluminescente et traverse la fenêtre de sortie (W). Composant photoémetteur, comprenant un substrat (1) de carbure de silicium, ledit substrat ayant une surface (S) qui possède une première valeur de rugosité à l’intérieur d’une portion de ladite surface qui constitue, lors d’une utilisation du composant, une fenêtre de sortie (W) vers l’extérieur du substrat pour du rayonnement (R) produit à l’intérieur dudit substrat par le composant photoémetteur, et qui possède une seconde valeur de rugosité à l’extérieur de ladite portion de surface qui constitue la fenêtre de sortie du rayonnement, la première valeur de rugosité étant supérieure à la seconde valeur de rugosité. Composant selon la revendication 9, dans lequel la première valeur de rugosité est comprise entre 10 nm et 140 nm, en termes de rugosité arithmétique, et la seconde valeur de rugosité est comprise entre 0,1 nm et 5 nm, aussi en termes de rugosité arithmétique. Composant selon la revendication 9 ou 10, dans lequel le substrat (1) de carbure de silicium est monocristallin. Composant selon l’une quelconque des revendications 9 à 11, comprenant une diode électroluminescente située dans le substrat (1), sous la surface (S) dudit substrat, de sorte que lors de l’utilisation dudit composant, le rayonnement (R) soit émis par la diode électroluminescente et traverse la fenêtre de sortie (W).