FR3123145A1 - Method of manufacturing an optoelectronic device - Google Patents

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Abstract

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. 1JProcess for manufacturing an optoelectronic device The present description relates to a process for manufacturing an optoelectronic device, comprising the following steps: a) placing an active stack of photosensitive diodes (103) on a first substrate; b) transferring the active photosensitive diode stack (103) onto an integrated control circuit (151) formed beforehand in and onto a second semiconductor substrate, then removing the first substrate; c) disposing an active stack of LEDs (113) on a third substrate; and d) after steps b) and c), transfer the active LED stack (113) onto the active photosensitive diode stack (103), then remove the third substrate (111). Figure for the abstract: Fig. 1D

Description

Procédé de fabrication d'un dispositif optoélectroniqueMethod of manufacturing an optoelectronic device

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.The present description generally relates to the field of optoelectronic devices, and more particularly aims at a method of manufacturing an optoelectronic device combining a light emission function and an optical capture function.

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.Various applications are likely to benefit from an optoelectronic device combining a light emission function and an optical capture function. Such a device can for example be used to produce an interactive display screen.

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.An object of an embodiment is to overcome all or part of the drawbacks of known solutions for producing an optoelectronic device combining a light emission function and an optical capture function.

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.One embodiment provides a method for manufacturing an optoelectronic device, comprising the following steps:
a) arranging an active photosensitive diode stack on a first substrate;
b) transferring the active photosensitive diode stack onto an integrated control circuit previously formed in and onto a second semiconductor substrate, then removing the first substrate;
c) arranging an active stack of LEDs on a third substrate; And
d) after steps b) and c), transfer the active stack of LEDs onto the active stack of photosensitive diodes, then remove the third substrate.

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.According to one embodiment, the active stack of photosensitive diode comprises at least one inorganic semiconductor layer, for example made of a III-V material, and the active stack of LEDs comprises at least one inorganic semiconductor layer, for example made of a material 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.According to one embodiment, the active photosensitive diode stack comprises first, second and third semiconductor layers, the second layer being placed between the first and third layers.

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.According to one embodiment, the method comprises a step of P-type doping of localized portions of the first layer, said portions defining anode regions of photosensitive diodes of the device.

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).According to one embodiment, the step of P-type doping of the localized portions of the first layer is implemented after step b) and before step 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).According to one embodiment, the step of P-type doping of the localized portions of the first layer is implemented before step 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.According to one embodiment, the method further comprises a step of forming connection metallizations on and in contact with said localized portions of the first layer.

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.According to one embodiment, at the end of step b), the active photosensitive diode stack extends continuously over the entire surface of the integrated control circuit.

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.According to one embodiment, at the end of step d), the active stack of LEDs extends continuously over the entire surface of the integrated control circuit.

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.According to one embodiment, the method further comprises, after step b) and before step d), a step of forming conductive vias passing through the active photosensitive diode stack.

Selon un mode de réalisation, les vias conducteurs sont connectés électriquement à des plots métalliques de connexion du circuit intégré.According to one embodiment, the conductive vias are electrically connected to metal connection pads of the integrated circuit.

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.According to one embodiment, the method further comprises, after step d), a step of localized etching of the active stack of LEDs so as to form in the active stack of LEDs a plurality of blocks each defining an 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.According to one embodiment, the method includes forming color conversion elements above at least some of the LEDs.

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.According to one embodiment, at least one of the LEDs is surmounted by a photoluminescent conversion element suitable for converting the light emitted by the LED to a visible wavelength and at least one other of the LEDs is surmounted by a photoluminescent conversion element. photoluminescent conversion suitable for converting the light emitted by the LED into light radiation in the sensitivity wavelength range of the active photosensitive diode stack, preferably infrared radiation.

Selon un mode de réalisation, au moins une des LED n'est pas surmontée par un élément de conversion photoluminescent.According to one embodiment, at least one of the LEDs is not surmounted by a photoluminescent conversion element.

Selon un mode de réalisation, les éléments de conversion photoluminescents sont réalisés à base de boîtes quantiques ou de matériaux pérovskites.According to one embodiment, the photoluminescent conversion elements are produced based on quantum dots or perovskite materials.

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.According to one embodiment, the method comprises, after step d), a step of fixing a temporary support substrate on the side of the active stack of LEDs opposite the integrated circuit, followed by a step of cutting the assembly comprising the integrated circuit, the active photosensitive diode stack and the active LED stack in a plurality of elementary chips.

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.According to one embodiment, the method further comprises a step of transferring and fixing the elementary chips on a transfer substrate of the device, then a step of removing the temporary support substrate.

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.Another embodiment provides an optoelectronic device comprising a transfer substrate and a plurality of elementary chips fixed and electrically connected to the transfer substrate, each elementary chip comprising a stack comprising, in order from the upper face of the substrate, transfer, an integrated control circuit formed in and on a semiconductor substrate, a photodetection stage comprising at least one photosensitive diode, and an emission stage comprising at least one 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.According to one embodiment, in each elementary chip, the photodetection stage is arranged between the integrated control circuit and the emission stage, and the photosensitive diode has an anode semiconductor layer arranged on the side of the stage transmission and a cathode semiconductor layer disposed on the side of the control integrated circuit.

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.Another embodiment provides a system comprising an optoelectronic device produced by a method as defined above, and a light source adapted to emit light radiation in the sensitivity wavelength range of the active diode stack photosensitive, preferably infrared radiation.

Selon un mode de réalisation, la source lumineuse est une source déportée.According to one embodiment, the light source is a remote source.

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.According to one embodiment, the light source is integrated into the optoelectronic device and comprises at least one LED formed in the active stack of LEDs.

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 :These characteristics and advantages, as well as others, will be set out in detail in the following description of particular embodiments given on a non-limiting basis in relation to the attached figures, among which:

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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 ;FIGS. 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G, 1H, 1I and 1J are cross-sectional views illustrating successive steps of an example of a method of manufacturing an optoelectronic device according to one embodiment ;

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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 ;FIGS. 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, and 2G are sectional views illustrating other successive steps of an example of a method for manufacturing an optoelectronic device according to one embodiment;

la représente de façon schématique un exemple d'un système comprenant un dispositif optoélectronique selon un mode de réalisation ;there schematically represents an example of a system comprising an optoelectronic device according to one embodiment;

la est une vue en coupe illustrant de façon schématique et partielle un autre exemple d'un dispositif optoélectronique selon un mode de réalisation ; etthere is a sectional view schematically and partially illustrating another example of an optoelectronic device according to one embodiment; And

la est une vue en coupe illustrant de façon schématique et partielle une variante de réalisation du dispositif de la .there is a sectional view schematically and partially illustrating an alternative embodiment of the device of the .

Claims (23)

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).Method for manufacturing an optoelectronic device, comprising the following steps:
a) disposing an active photosensitive diode stack (103) on a first substrate (101);
b) transferring the active photosensitive diode stack (103) onto an integrated control circuit (151) formed beforehand in and onto a second semiconductor substrate, then removing the first substrate (101);
c) disposing an active stack of LEDs (113) on a third substrate (111); And
d) after steps b) and c), transfer the active LED stack (113) onto the active photosensitive diode stack (103), then remove the third substrate (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.Method according to claim 1, in which the active stack of photosensitive diodes (103) comprises at least one inorganic semiconductor layer, for example of a III-V material, and in which the active stack of LEDs (113) comprises at least an inorganic semiconductor layer, for example made of a III-V material. 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.A method according to claim 1 or 2, wherein the active photosensitive diode stack (103) comprises first (103a), second (103b) and third (103c) semiconductor layers, the second layer (103b) being disposed between the first (103a) and third (103c) layers. 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.Method according to claim 3, comprising a step of p-type doping of localized portions (125) of the first layer (103a), said portions defining anode regions of photosensitive diodes (171) of the device. 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).Method according to claim 4, wherein said step of p-type doping of the localized portions (125) of the first layer (103a) is carried out after step b) and before step 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).A method according to claim 4, wherein said step of p-type doping of the localized portions (125) of the first layer (103a) is carried out before step 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).A method according to any of claims 4 to 6, further comprising the step of forming bond metallizations (127) on and in contact with said localized portions (125) of the first layer (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).Method according to any one of Claims 1 to 7, in which, at the end of step b), the active photosensitive diode stack (103) extends continuously over the entire surface of the integrated circuit of control (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).Method according to any one of Claims 1 to 8, in which, at the end of step d), the active stack of LEDs (113) extends continuously over the entire surface of the integrated control circuit (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).Method according to any one of claims 1 to 9, further comprising, after step b) and before step d), a step of forming conductive vias (129) passing through the active photosensitive diode stack (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).Method according to claim 10, in which the conductive vias (129) are electrically connected to metal connection pads (153) of the integrated circuit (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.Method according to any one of claims 1 to 11, further comprising, after step d), a step of localized etching of the active stack of LEDs (113) so as to form in the active stack of LEDs a plurality of tiles (161) each defining an 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).A method according to claim 12, comprising forming color conversion elements (181(a), 181(b)) above at least some of the LEDs (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.A method according to claim 13, wherein at least one (161(a)) of said LEDs is surmounted by a photoluminescent conversion element (181(a)) adapted to convert the light emitted by the LED to a visible wavelength and at least another (161(b)) of said LEDs is surmounted by a photoluminescent conversion element (181(b)) suitable for converting the light emitted by the LED into light radiation in the wavelength range of sensitivity of the active photosensitive diode stack, preferably infrared radiation. Procédé selon la revendication 14, dans lequel au moins une desdites LED (161) n'est pas surmontée par un élément de conversion photoluminescent.A method according to claim 14, wherein at least one of said LEDs (161) is not surmounted by a photoluminescent conversion element. 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.A method according to claim 14 or 15, wherein said photoluminescent conversion elements (181(a), 181(b)) are made from quantum dots or perovskite materials. 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).Method according to any one of Claims 1 to 12, comprising, after step d), a step of attaching a temporary support substrate (210) to the side of the active stack of LEDs (113) opposite the circuit integrated circuit (151), followed by a step of cutting the assembly comprising the integrated circuit (151), the active photosensitive diode stack (103) and the active LED stack (113) into a plurality of elementary chips (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).Method according to claim 17, further comprising a step of transferring and fixing said elementary chips (232) on a transfer substrate (250) of the device, then a step of removing the temporary support substrate (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).Optoelectronic device comprising a transfer substrate (250) and a plurality of elementary chips (232) fixed and electrically connected to the transfer substrate (250), each elementary chip (232) comprising a stack comprising, in order from the upper face of the transfer substrate (250), an integrated control circuit (151) formed in and on a semiconductor substrate, a photodetection stage (201) comprising at least one photosensitive diode (171), and an emission stage ( 203) comprising at least one 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).Device according to Claim 19, in which, in each elementary chip, the photodetection stage (201) is arranged between the integrated control circuit (151) and the emission stage (203), and in which the said at least a photosensitive diode (171) has an anode semiconductor layer (103a) disposed on the emission stage (203) side and a cathode semiconductor layer (103c) disposed on the control IC (151) side. 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.System comprising an optoelectronic device (300) produced by a method according to any one of Claims 1 to 18, and a light source adapted to emit light radiation in the sensitivity wavelength range of the active diode stack photosensitive (103), preferably infrared radiation. Système selon la revendication 21, dans lequel la source lumineuse est une source déportée (310).System according to claim 21, in which the light source is a remote source (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).A system according to claim 21, wherein the light source is integrated with the optoelectronic device (300) and comprises at least one LED (161(b)) formed in the active LED stack (113).
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