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Polymer
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POLYIMIDE
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Silicone
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Molecule
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SEMI
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DES
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silicon oxide
(1)
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silicon nitride
(1)
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I-I
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hydrazine hydrate
(1)
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Gene Or Protein
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ETRE
(3)
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IOA
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Trou
(1)
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Est A
(1)
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Generic
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oxide
(1)
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nitride
(1)
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Chemical Role
(1/ 2)
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ADHESIVE
(2)
[25][_]
Physical
(2/ 2)
[26][_]
10-15 microns
(1)
[27][_]
200-400 microns
(1)
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2520935A1
Family ID 8113765
Probable Assignee Radiotechnique Compelec
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title PROCEDE POUR COUPLER UN ELEMENT D'OPTIQUE AVEC UN CORPS
SEMI-CONDUCTEUR PLAN PHOTOACTIF, ET DISPOSITIF SEMI-CONDUCTEUR
PHOTOACTIF OBTENU PAR CE PROCEDE
EN Title SEMICONDUCTORS WITH EXTERNAL TEMPLATES TO ANCHOR OPTICAL
COUPLINGS - INVOLVING RIGID CERAMIC LAYERS OR POLYIMIDE FILM SECURED
BY TRANSPARENT ADHESIVE
Abstract
_________________________________________________________________
PROCEDE DE FIXATION D'UN ELEMENT D'OPTIQUE, UNE LENTILLE SPHERIQUE PAR
EXEMPLE, SUR LA FACE PLANE D'UN CORPS SEMI-CONDUCTEUR.
IL EST FORME SUR LADITE FACE PLANE UNE COUCHE SOLIDE ET EPAISSE D'UN
MATERIAU ISOLANT QUI, LOCALEMENT GRAVEE, CONSTITUE UN GUIDE SUR LEQUEL
EST D'OPTIQUE.
APPLICATION AUX DIODES ELECTROLUMINESCENTES DESTINEES A ETRE COUPLEES
AVEC DES FIBRES OPTIQUES.
Precise location of an optical junction on to a flat surface of a
semiconductor is achieved using an external template with an opening
machined or etched into a solid insulating coating applied to the
surface of the semiconductor. Compared with a locating recess
machined/etched into the surface of the semiconductor itself, the
mounting is not limited by the depth of the active components beneath
the semiconductor surface, but can be of optimum depth and shape to
suit the surface profile of the connector. Pref. the coating is 10-15
microns thick, is a ceramic leaf of Si oxide or nitride or, pref. of
polyimide film such as PYPALIN 2450 (RTM) (typically to accept a rod
or spheric optical coupling of 200-400 microns diam). The coating may
be continuous or discontinuous. Once, located, the optical coupling
may be secured by a stripe of adhesive transparent resin which also
immersed the template.
Description
_________________________________________________________________
"PROCEDE POUR COUPLER UN ELEMENT D'OPTIQUE AVEC UN CORPS
SEMICONDUCTEUR PLAN PHOTOACTIF, ET DISPOSITIF SEMICONDUC
TEUR PHOTOACTIF OBTENU PAR CE PROCEDE"
L'invention concerne un procede permettant de coupler un element
d'optique avec une face plane d'un corps semiconducteur dans lequel a
ete creee une jonction photoactive a proximite de ladite face,
laquelle face est traversee par la lumiere.
L'invention concerne, plus particulierement mais non exclusivement, le
probleme du centrage d'une lentille en forme de sphere sur la region
emissive d'une diode electroluminescente.
On sait que le faisceau lumineux emis par une jonction semiconductrice
radiative est pludirectionnel. Pour canaliser et donner de la
directivite a ce faisceau dans le cas notamment, ou l'on desire
concentrer la lumiere afin de la faire entrer dans une fibre selon une
direction bien precise- il est connu de disposer une petite bille
transparente au contact du corps semiconducteur, sur le trajet dudit
faisceau. Cette optique spherique est d'autant plus efficace qu'elle
est mieux centree sur l'axe de la jonction radiative.A ce probleme de
mise en place precise d'une petite bille sur une aire determinee de la
surface d'un corps semiconducteur, il est generalement apporte la
solution suivante: on creuse une cavite a partir de la surface du
corps semiconducteur, ceci en regard de la jonction radiative et c'est
dans cette cavite qu'est deposee la bille ou elle est tenue en place a
l'aide de resine transparente. C'est une telle solution qui est
decrite dans la demande de brevet japonaise n0 51 - 78764 du 7 janvier
1976: la cavite creusee est circulaire et son bord constitue l'assise
de centrage de la bille qui repose par ailleurs tangentiellement sur
le fond de la cavite.
Le#centrage obtenu par la methode ci-dessus decrite peut etre correct.
Mais cette methode presente l'inconvenient d'obliger a une attaque
chimique speciale de la surface du corps semiconducteur afin de former
une cavite de centrage.
D'une part, une telle attaque, poursuivie jusqu'au voisinage de la
jonction, est indubitablement prejudiciable a la qualite du materiau
et au comportement dans le temps du dispositif. D'autre part, la
cavite, pour servir utilement de guide, doit avoir une profondeur
importante (au moins une dizaine de micrometres pour une bille dont le
diametre se situe entre 200 et 400 #m); l'utilisation de la methode
est donc obligatoirement limitee aux dispositifs dans lesquels la
jonction radiative est placee en profondeur dans le corps
semiconducteur.
Le procede de couplage objet de la presente invention permet d'eviter
ces deux inconvenients.
Selon l'invention, un procede permettant de coupler un element
d'optique avec une face plane d'un corps semiconducteur dans lequel a
ete creee une jonction photoactive a proximite de ladite face,
laquelle face est traversee par la lumiere, est notamment remarquable
en ce que l'on forme sur ladite face plane, a la peripherie de l'aire
en regard de laquelle se situe la jonction, une couche solide d'un
materiau isolant qui est localement gravee et qui constitue alors un
guide, guide sur lequel et en partie a l'interieur duquel est ensuite
depose ledit element d'optique.
Ce procede presente plusieurs avantages par comparaison avec la
technique anterieure. Tout d'abord, il permet d'eviter une attaque
chimique de la surface du corps semiconducteur afin dty creuser le
guide destine a retenir la lentille; ici le guide est cree en relief
sur ledit corps et non enclave a l'interieur de celui-ci. De plus,
suivant le procede de l'invention, l'epaisseur du guide est tout a
fait independante de la profondeur a laquelle se situe la jonction et
l'element d'optique est donc toujours place parfaitement en regard de
cette jonction.Par le guide est en creux dans le corps semiconducteur
il va de soi que sa profondeur est obligatoirement limitee; cette
profondeur peut devenir insuffisante pour garantir une mise en place
correcte de l'element d'optique lorsque le niveau de la jonction est
proche de celui de la surface du corps semiconducteur. Enfin, par le
procede selon l'invention on est certain de ne causer aucune
degradation du materiau semiconducteur en regard de la jonction, ce
qui ne peut etre evite dans le cas d'une attaque chimique de ce
materiau.
Pour constituer la couche solide dans laquelle est grave le guide, on
peut choisir differents materiaux isolants tels que par exemple,
l'silicon oxide et le silicon nitride, egalement une laque ou une
resine polymerisable. Toutefois, il est souhaitable que cette couche
solide puisse avoir une epaisseur assez importante (de l'ordre de 10 a
15 pm lorsque la lentille, en forme de bille spherique,a un diametre
qui se situe entre 200 et 400 pm).
Aussi est-il avantageux d'utiliser dans ce cas un materiau de type
polyimide, ceci dans des conditions qui sont precisees dans la partie
descriptive du present memoire.
Les dispositifs photoactifs qui mettent en jeu le procede de
l'invention font. Egalement partie de celle-ci. Ces dispositifs, qui
comportent une jonction photoactive situee au voisinage d'une face
plane d'un corps semiconducteur, face plane que traverse la lumiere et
sur laquelle est fixe un element d'optique place en regard de ladite
jonction, sont notamment remarquables en ce que ledit element
d'optique repose, au moins en partie, sur un guide constitue par une
couche epaisse d'un materiau isolant deposee sur ladite face plane.
Dans une ibere forme de mise en oeuvre la couche est continue et le
guide est monopiece.
Dans une 2eme forme de mise en oeuvre la couche est discontinue et le
guide est forme de plots separes.
La description qui va suivre en regard des dessins annexes fera mieux
comprendre en quoi consiste l'invention.
La figure 1 est une vue en coupe selon la ligne I-I de la figure
2,montrant une diode electroluminescente equipee d'une optique
spherique maintenue de la maniere que prevoit l'invention.
La figure 2 est une vue en plan de la diode de la figure 1. la diode
electroluminescente representee sur les figures a ete creee dans un
corps semiconducteur 10. Une jonction photoactive 11 est situee au
voisinage immediat de la face superieure 10A du corps 10; la face 10A
est plane et c'est par cette face que sort la lumiere.
Bien que l'invention ne soit pas liee specialement a une structure
determinee de diode electroluminescente et qu'il soit donc sans objet
d'apporter plus de details en ce qui concerne l'organisation interne
du corps 10, on peut supposer par exemple que la jonction 10 a ete
localisee par bombardement ionique et que, par consequent, les regions
du corps 10 voisines de la face 10A et qui entourent la jonction 11
sont des regions isolantes.
Une couche metallique 12, deposee sur la face lOA, vient prendre
contact par des dents 12A sur la zone active situee au-dessus de la
jonction 11. Cette couche 12 forme une ldre electrode de, la diode.
Une couche metallique 13, deposee sur la face arriere lOB du corps
forme la seconde Xlectrode de la diode.
Sur la face plane lOA, en regard de la jonction 11, il a ete place une
lentille 14 -en l'occurence une bille spherique- destinee a la
concentration du faisceau lumineux emis par la diode.
Selon l'invention et dans le but d'obtenir le couplage optique de la
lentille 14 avec la face plane IOA du corps 10, il a ete forme "sur
ladite face plane lOA, a la peripherie de l'aire lIA en regard de
laquelle se situe la jonction 11, une couche solide d'un materiau
isolant qui a ete localement gravee et qui constitue un guide 15,
guide sur lequel et, en partie, a l'interieur duquel a ete ensuite
disposee ladite lentille 14".
La fixation mecanique definitive de la lentille 14 a ete obtenue a
l'aide d'un depot 16 d'une resine,polyme- risable transparente, ceci
comme il est connu deja de le faire selon l'art anterieur.
Le guide 15 est realise, par exemple, en un materiau du type
polyimide. La diode etant physiquement terminee, on depose dans la
partie centrale de la face 10A munie de l'e- lectrode i2 dont
l'epaisseur est de l'ordre de 0,5 pm, une goutte de resine polyimide
(la face ICA peut avoir ete recouverte prealablement si besoin l'etait
d'un film tres mince d'une substance organique destinee a promouvoir
ou renforcer l'adherence de la resine polyimide). On emploie, par
exemple, la resine designee commercialement sous l'appellation de
"PYFALIN 2540", et fabriquee par la firme "Du Pont de Nemours".La
goutte de resine est convertie en une couche d'une epaisseur de 10 a
15 pm par pelliculage sur une tournette lancee a une vitesse de
rotation choisie, ceci de facon bien connue de l'homme de l'art. On
procede ensuite a un recuit de pclymerisation a une temperature de
1500 durant environ 1 heure. L'etape suivante consiste en la gravure
de la couche de polyimide de manierpolyimide a y decouper ce qui sera
le guide 15; a l'aide d'une laque photosensible, on constitue sur la
couche de polyimide un masque aligne avec la surface photoactive et la
gravure du polyimide est faite comme on sait a l'aide d'hydrazine
hydrate a la temperature de 250 C, la duree de l'operation pour une
couche de 10 pm etant de 15 mn. La pente des marches de gravure est
d'environ 400.Apres cette gravure, il est procede a un recuit de
consolidation a la temperature de 2000 C pendant environ 1 heure. Sur
la figure 2, il apparait que le guide a une forme d'anneau octogonal t
c'est une forme possible parmi d'autres.
La diode peut alors recevoir sa lentille 14 qui, trempee prealablement
dans une resine de type silicone, est ensuite deposee sur le trou
central du guide 15.
On procede enfin a un recuit de consolidation de la resine, de
preference a la temperature de 1500C pendant 15 a 16 heures.
Il est a remarquer qu'il n'est pas necessaire d'eliminer le masque de
laque qui a servi a la gravure de la couche de polyimide. Il va de soi
que les diodes sont realisees a plusieurs centaines d'exemplaires sur
une meme plaquette de materiau semiconducteur. Les guides 15 sont
formes simultanement pour toutes les diodes de la plaquette. Celle-ci
est ensuite decoupee en cristaux individuels sur lesquels sont
deposees les lentilles. On pourrait envisager de fixer les lentilles
avant la decoupe en cristaux individuels, mais il faudrait alors
exclure un traitement chimique des faces laterales des cristaux qui
risquerait d'endommager le depit 16 de resine de fixation.
Suivant la forme de realisation du guide en anneau qui correspond a la
figure 2, la couche de resine polyimide qui le constitue est continue
et le guide est monopiece.
La bille 14 y repose en huit points de son volume sur les huit cotes
de la couronne interieure octogonale de l'anneau.
Suivant une autre forme de realisation non representee, on pourrait
faconner ladite couche en ilots de maniere a obtenir des plots
separes, regulierement repartis autour de l'aire lIA.
Claims
_________________________________________________________________
- REVENDICATIONS
1. Procede permettant de coupler un element d'optique avec une face
plane d'un corps semiconducteur dans lequel a ete creee une jonction
photoactivea proximite de ladite face laquelle face est traversee par
la lumiere, caracterise en ce que l'on forme sur ladite face plane, a
la peripherie de l'aire en regard de laquelle se situe la jonction une
couche solide d'un materiau isolant qui est localement gravee et
constitue alors un guide sur lequel et, en partie, a l'interieur
duquel est ensuite depose ledit element d'optique
2. Procede selon la revendication il caracterise en ce que, ladite
couche a une epaisseur de l'ordre de 10 a l5Xum.
3. Procede selon l'ensemble des revendications 1 et 2, caracterise en
ce que ladite couche est faite en un materiau de type polyimide.
4. Dispositif semiconducteur comportant une jonction photoactive
situee au voisinage d'une face plane d'un corps semiconducteur face
plane que traverse la lumiere et sur laquelle est fixe un element
d'optique place en regard de ladite jonction, caracterise en ce que
ledit element d'optique repose, au moins en partie, sur un guide
constitue par une couche epaisse d'un materiau isolant deposee sur
ladite face plane
5. Dispositif semiconducteur selon la revendication 4, caracterise en
ce que la couche est continue et le guideest monopiece.
6. Dispositif semiconducteur selon la revendication 4, caracterise en
ce que la couche est discontinue et le guide est forme de plots
separes.
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