WO2023152433A1 - Creation d'une fenetre de sortie de rayonnement pour un composant photoemetteur - Google Patents

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WO2023152433A1
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radiation
light
layer
component
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PCT/FR2023/050090
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Inventor
Mihai Lazar
Dominique PLANSON
Hervé Morel
Gilles Lerondel
Komla Dunyo NOMENYO
Original Assignee
Centre National De La Recherche Scientifique
Institut National Des Sciences Appliquees De Lyon
Université de Technologie de Troyes
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    • H01L33/34—Materials of the light emitting region containing only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L33/343—Materials of the light emitting region containing only elements of Group IV of the Periodic Table characterised by the doping materials

Definitions

  • This description relates to the creation of a radiation output window for a light-emitting component based on silicon carbide. It also relates to a light-emitting component which is provided with a radiation exit window which can be created in this way.
  • SiC crystalline silicon carbide
  • SiC silicon carbide
  • advantages which come in particular from the following properties of the material: its chemical inertness, its thermal stability, its thermal conductivity and its wide forbidden band (“gap” in English), in particular in comparison with silicon (Si) which is the semiconductor material most used today in microelectronics.
  • Silicon carbide makes it possible in particular to produce radiation in a controlled manner in the spectral range of visible light, and also around 1.5 pm (micrometre), for example for telecommunication applications.
  • An object of the present invention is therefore to improve the output efficiency of the radiation which is produced within a component based on silicon carbide, towards outside of this component.
  • this improvement is sought so as to be able to implement it in a reproducible and controlled manner for large series of manufactured components.
  • a first aspect of the invention provides a method for creating an exit window for radiation which is produced inside a silicon carbide substrate by a light-emitting component, this process comprising:
  • the roughness of the surface of the substrate which is increased in the exit window of the radiation constitutes, inside this window, a surface layer which has an average refractive index value lower than that which is effective inside the substrate.
  • This layer with reduced refractive index value produces an at least partial antireflection effect for the radiation which comes from inside the substrate, in particular the radiation which is produced by the component and whose direction of emission crosses the surface of the substrate in the output window.
  • the exit of the radiation towards the exterior of the component is favoured, so that the component exhibits an output efficiency of the radiation which is improved. In this way, energy consumption by the component is reduced, for an equal amount of radiation that is usable.
  • Such an antireflection effect is effective in particular when the surface of the silicon carbide substrate is exposed to air during use of the light emitting component.
  • Another explanation for the effectiveness of surface roughness of the substrate to favor the exit of the radiation is that the variations of incidence of the radiation with respect to the real surface of the substrate, due to the roughness, reduce the total reflections of the radiation which are internal to the substrate.
  • the method of The invention is compatible with mass production of the light-emitting component, and it provides good reproducibility of the output characteristics of the radiation which is produced by each component.
  • the heat treatment of step 121 can be carried out at atmospheric pressure, under argon (Ar), with a temperature which is between 1200° C. (degrees Celsius) and 1900° C., preferably between 1500° C. C and 1800°C, for a period of between 1 minute and 1 hour.
  • argon Ar
  • step 71/ may comprise the following sub-steps:
  • the pyrolysis treatment of sub-step 71-2/ may comprise heating the resin layer to a temperature which is between 700° C. and 800° C. for a period of between 10 minutes and 1 hour, under a stream of nitrogen (N2) or argon (Ar).
  • the carbon layer can be etched in sub-step /1 -4/ using a reactive etching process using oxygen (O) ions.
  • the mask formation sub-step /1 -3/ may comprise depositing a layer of a metal or a metal alloy on the carbon layer, then removing this layer of the metal or metal alloy selectively in the portion of the surface of the substrate which is intended to constitute the exit window of the radiation.
  • the mask removal sub-step /1 -5/ can be performed using a suitable removal process, such as a wet etching process or a plasma etching process.
  • step /1/ may comprise the following sub-steps:
  • this pyrolysis treatment being suitable for transforming the resin layer into the carbon layer.
  • the carbon layer is directly formed selectively outside the radiation exit window.
  • the lithographic resin used can be photosensitive, that is to say of the UV lithography type, or else of the electron irradiation lithography type.
  • the pyrolysis treatment of sub-step 71-2/ may also comprise heating the resin layer to a temperature which is between 700° C. and 800° C. for a period of between 10 minutes and 1 hour, under a flow nitrogen or argon.
  • the light-emitting component may comprise a light-emitting diode which is located in the substrate, under its surface, so that during use of the component, the radiation is emitted by the light-emitting diode and passes through the output window.
  • a second aspect of the invention proposes a light-emitting component, comprising a silicon carbide substrate, this substrate having a surface which has a first roughness value, in particular arithmetic roughness, inside a portion of the surface which constitutes, during use of the component, an exit window towards the outside of the substrate for the radiation produced inside the substrate by the light-emitting component.
  • the surface of the substrate simultaneously has a second roughness value, also arithmetic roughness if applicable, outside the surface portion which constitutes the exit window of the radiation, the first roughness value being greater than the second value of roughness.
  • Such a light-emitting component can be manufactured using a method which is in accordance with the first aspect of the invention.
  • the first roughness value can be between 10 nm (nanometer) and 140 nm, in terms of arithmetic roughness
  • the second roughness value can be between 0.1 nm and 5 nm, also in terms of roughness. arithmetic.
  • the silicon carbide substrate can be monocrystalline, in particular according to one of the 3C, 4H or 6H polytypes.
  • the light-emitting component of the second aspect of the invention may likewise comprise a light-emitting diode which is located in the substrate, under its surface, so that during use of the component, the radiation is emitted by the light-emitting diode and passes through the output window.
  • FIG. 1a is a cross-sectional view of a substrate used to fabricate a light-emitting component applying the invention
  • FIG. 1b corresponds to [Fig. 1a] for a subsequent process step
  • FIG. 1c corresponds to [Fig. 1a] for an even later stage of the method
  • FIG. 1d corresponds to [Fig. 1a] for an even later stage of the method
  • FIG. 1e corresponds to [Fig. 1a] for an even later stage of the method
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a light-emitting diode component as obtained by applying the invention. Detailed description of the invention
  • a monocrystalline silicon carbide (SiC) substrate 1 for example of 4H or 6H polytype, has a surface S.
  • This surface S can have an initial arithmetic roughness value, denoted R a o , which is substantially equal to 1 nm, for example.
  • the surface S is covered with a layer of resin, for example with a photolithographic resin as commercially available.
  • the resin can be brought onto the surface S by a process of deposition by centrifugation, or “spin-coating” in English, as known to those skilled in the art.
  • the layer of resin which is thus obtained is hardened and then pyrolyzed.
  • the pyrolysis treatment used can be heating to approximately 750° C. for a period of several tens of minutes under a non-oxidizing atmosphere, for example under a stream of nitrogen or argon.
  • the resin layer is thus transformed into a carbon layer, which is designated by the reference 2 in the figure.
  • a mask 3 is then deposited on the carbon layer 2, for example using an evaporation process.
  • This mask 3 can be made of a metal such as aluminum (Al), nickel (Ni), chromium (Cr), or another metal alloy.
  • a continuous layer of the metal or metal alloy can first be deposited on the carbon layer 2, then an opening O3 is formed in the metal or metal alloy layer.
  • the opening O3 determines a radiation exit window W, provided by the invention for a light-emitting component which will be fabricated from the substrate 1.
  • the opening O3 can be produced using a known selective removal process, adapted to the material of the mask 3, such as a lithograph by direct wet etching. Alternatively, the mask 3 can be formed using a lift-off process. The configuration which is represented in [Fig. 1a] is then obtained.
  • the surface of the substrate 1 which thus bears the carbon layer 2 and the mask 3 is treated to remove the carbon layer 2 selectively through the opening O3.
  • a material removal process is selected which is capable of removing the carbonaceous material without significantly altering the metal or metal alloy of the mask 3.
  • the substrate 1 can be treated by a reactive ion etching process , commonly designated by RIE for "reactive ion etching" in English, for which the etching ions come from an oxygen plasma.
  • the carbon layer 2 is thus removed by oxidation in the opening O3 of the mask 3, whereas it remains at the places where it is covered by the mask 3, as shown by [FIG. 1b].
  • the mask 3 is then completely removed at this level of the process.
  • Such removal of the mask 3 can be carried out using wet etching, for example using an acid solution. The configuration of [Fig. 1c] is thus obtained.
  • the carbon layer 2 directly outside the window W, using a lithographic resin deposition process. It can be a UV or electronic lithography process.
  • the resin layer is formed by lithography on the surface S of the substrate 1, selectively outside the window W. Then it is transformed into the carbon layer 2 using the same pyrolysis treatment as before, again leading to the configuration of [Fig. 1 C],
  • a micro- or nanostructuring heat treatment is then applied to the substrate 1 for which the monocrystalline silicon carbide material is selectively covered with carbon material outside the window W.
  • This heat treatment is selected to cause a desired increase in the roughness of the surface S in the window W, whereas the roughness of the surface S is not significantly increased, or is increased to an extent which is clearly less, at the places where this surface S is covered by the carbonic material.
  • this micro- or nanostructuring heat treatment of the surface S by variation in roughness may consist in heating the substrate 1 to a temperature which is substantially equal to 1700° C. for half an hour, under argon. The configuration obtained at the end of this heat treatment is shown in [Fig. 1d].
  • the surface S consisting of the silicon carbide material, then has a roughness which is increased in the window W with respect to the outside of this window W.
  • the surface S has a arithmetic roughness value R a w in the window W, which is substantially equal to 60 nm.
  • the surface S covered with carbonic material has an arithmetic roughness value R ai which has remained close to its initial value R a o. This value R ai was determined to be substantially equal to 1 nm.
  • the values R a w and R ai have been called respectively first and second arithmetic roughness value in the general part of the present description. All the roughness values cited in the present description were measured using an atomic force microscope, or AFM for “Atomic Force Microscope” in English, or using a mechanical profilometer, for example from one of the brands DEKTAK® or TENCOR®.
  • the carbon layer 2 is then removed where it remains, that is to say outside the window W.
  • the substrate 1 without the mask 3 can be brought into contact with an oxygen plasma (O2) which is able to eliminate the carbonic material by oxidation, without altering the silicon carbide material.
  • O2 oxygen plasma
  • FIG. 2 shows a light-emitting diode which has been manufactured in the substrate 1 of silicon carbide, with its surface S which has been provided with a structuring by variation of roughness as has just been described.
  • the process for forming the light-emitting diode within the substrate 1, in particular by ion implantations to form doped zones, is not the subject of the invention, so that it is not necessary to describe it here. and reference may be made to documents already published on this subject.
  • the window W is preferably in line with the light-emitting diode, in a direction which is orthogonal to an average level of the surface S.
  • the light-emitting diode can comprise the following elements: a first zone Z1 which is internal to the substrate 1 and N-type doped, for example with nitrogen ions, a second zone Z2, which is also internal to the substrate 1, P-type doped for example with aluminum ions (Al), and contiguous to the zone Z1 being intermediate between the latter and the surface S, a third electrical connection zone, denoted Z3, which is P-type doped and which establishes an electrical connection between the zone Z2 and the surface S of the substrate 1, a rear electrode, referenced 4 and possibly in nickel (Ni), which is electrical contact with zone Z1, possibly through an intermediate zone not shown and doped with N type, and an upper electrode 5, which is possibly made of an alloy of aluminum (Al) and titanium (Ti), and which is carried by surface S so as to be in electrical contact with zone Z3.
  • a first zone Z1 which is internal to the substrate 1 and N-type doped, for example with nitrogen ions
  • a second zone Z2 which is also internal to the substrate 1
  • the upper electrode 5 occupies a central part of the window W while being smaller than the latter, so that the surface S of the substrate 1 remains uncovered in a sufficient part of the window W.
  • the upper electrode 5 can occupy a peripheral part of the window W leaving the surface S of the substrate 1 uncovered in a sufficient central part of the window W.
  • transparent or semi-transparent metal layers a few nanometers thick, can be used to constitute the upper electrode 5, in which case such layers can cover the window W.
  • Such a light-emitting diode produces radiation from the J junction between the zones Z1 and Z2, when it is supplied with electric current in the forward direction by the electrodes 4 and 5.
  • the substrate 1 of silicon carbide is of polytype 4H, this radiation belongs to the visible light range, being particularly blue in color.
  • substrate 1 is of the 6H polytype, the radiation produced is more blue/green in color. White light illumination can also be obtained.
  • FIG. 2 shows a first light ray R which comes from junction J by propagating towards window W. This ray R then crosses surface S to exit from substrate 1 . It can therefore be used outside the substrate 1 in accordance with the desired application for the light-emitting diode.
  • the ray R′ which also comes from the junction J but being directed outside the window W, is reflected internally to the substrate 1 .

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Abstract

Un procédé selon l'invention permet de créer une fenêtre de sortie (W) pour un 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 (RaW) 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 (R) qui est produit par chaque composant.

Description

Description
Titre : CREATION D’UNE FENETRE DE SORTIE DE RAYONNEMENT POUR UN COMPOSANT PHOTOEMETTEUR
Domaine technique
[0001] 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.
Technique antérieure
[0002] 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 pm (micromètre), par exemple pour des applications de télécommunication.
[0003] 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
[0004] 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.
Résumé de l’invention
[0005] 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.
[0006] 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.
[0007] En outre, grâce au fait que la fenêtre de sortie du rayonnement soit formée par le traitement thermique de l’étape 121 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.
[0008] Avantageusement, le traitement thermique de l’étape 121 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.
[0009] Dans des modes particuliers de mise en œuvre de l’invention, l’étape 71/ peut comprendre les sous-étapes suivantes :
/1 -1 / déposer une couche continue d’une résine sur la surface du substrat ;
71-2/ 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.
[0010] Le traitement de pyrolyse de la sous-étape 71-2/ 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 (N2) ou d’argon (Ar).
[0011] 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). [0012] 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.
[0013] 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
71-2/ 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 71-2/ 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.
[0014] 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.
[0015] 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.
[0016] Un tel composant photoémetteur peut être fabriqué en utilisant un procédé qui est conforme au premier aspect de l’invention.
[0017] 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.
[0018] 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.
[0019] 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
[0020] 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 :
[0021] [Fig. 1a] est une vue en coupe transversale d’un substrat utilisé pour fabriquer un composant photoémetteur en appliquant à l’invention ;
[0022] [Fig. 1 b] correspond à [Fig. 1a] pour une étape ultérieure du procédé ;
[0023] [Fig. 1c] correspond à [Fig. 1a] pour une étape encore ultérieure du procédé ;
[0024] [Fig. 1d] correspond à [Fig. 1a] pour une étape encore ultérieure du procédé ;
[0025] [Fig. 1e] correspond à [Fig. 1a] pour une étape encore ultérieure du procédé ; et
[0026] [Fig. 2] est une vue en coupe transversale d’un composant à diode électroluminescente tel qu’obtenu en appliquant l’invention. Description détaillée de l’invention
[0027] Pour raison de clarté, les dimensions des éléments qui sont représentés dans ces figures ne correspondent ni à des dimensions réelles, ni à des rapports de dimensions réels. En outre, des références identiques qui sont indiquées dans des figures différentes désignent des éléments identiques ou qui ont des fonctions identiques.
[0028] Conformément à [Fig.1a], un substrat 1 de carbure de silicium (SiC) monocristallin, par exemple de polytype 4H ou 6H, possède une surface S. Cette surface S peut posséder une valeur initiale de rugosité arithmétique, notée Rao, qui est sensiblement égale à 1 nm, par exemple. La surface S est recouverte d’une couche de résine, par exemple d’une résine photolithographique telle que disponible commercialement. La résine peut être apportée sur la surface S par un procédé de dépôt par centrifugation, ou «spin-coating» en anglais, tel que connu de l’Homme du métier. La couche de résine qui est ainsi obtenue est durcie, puis pyrolysée. Le traitement de pyrolyse utilisé peut être un chauffage à environ 750°C pendant une durée de quelques dizaines de minutes sous atmosphère non-oxydante, par exemple sous un flux d’azote ou d’argon. La couche de résine est ainsi transformée en une couche carbonique, qui est désignée par la référence 2 dans la figure.
[0029] Un masque 3 est ensuite déposé sur la couche carbonique 2, par exemple en utilisant un procédé d’évaporation. Ce masque 3 peut être composé d’un métal tel que de l’aluminium (Al), du nickel (Ni), du chrome (Cr), ou d’un autre alliage métallique. Pour cela, une couche continue du métal ou de l’alliage métallique peut d’abord être déposée sur la couche carbonique 2, puis une ouverture O3 est formée dans la couche de métal ou d’alliage métallique. L’ouverture O3 détermine une fenêtre W de sortie de rayonnement, fournie par l’invention pour un composant photoémetteur qui sera fabriqué à partir du substrat 1. L’ouverture O3 peut être réalisée en utilisant un procédé de retrait sélectif connu, adapté au matériau du masque 3, tel qu’une lithographie par gravure humide directe. Alternativement, le masque 3 peut être formé en utilisant un procédé de lift-off. La configuration qui est représentée dans [Fig. 1a] est alors obtenue.
[0030] La surface du substrat 1 qui porte ainsi la couche carbonique 2 et le masque 3 est traitée pour retirer la couche carbonique 2 sélectivement à travers l’ouverture O3. Pour cela, un procédé de retrait de matériau est sélectionné, qui est capable d’éliminer le matériau carbonique sans altérer significativement le métal ou l’alliage métallique du masque 3. Par exemple, le substrat 1 peut être traité par un procédé de gravure ionique réactive, couramment désignée par RIE pour «reactive ion etching» en anglais, pour lequel les ions de gravure sont issus d’un plasma d’oxygène. La couche carbonique 2 est ainsi retirée par oxydation dans l’ouverture O3 du masque 3, alors qu’elle reste aux endroits où elle est recouverte par le masque 3, comme montré par [Fig. 1b]. Le masque 3 est alors retiré complètement à ce niveau du procédé. Un tel retrait du masque 3 peut être effectué en utilisant une gravure humide, par exemple en utilisant une solution acide. La configuration de [Fig. 1c] est obtenue ainsi.
[0031] Alternativement, il est possible de réaliser directement la couche carbonique 2 en dehors de la fenêtre W, en utilisant un procédé lithographique de dépôt de résine. Ce peut être un procédé de lithographie UV ou électronique. Ainsi, la couche de résine est formée par lithographie sur la surface S du substrat 1 , sélectivement en dehors de la fenêtre W. Puis elle est transformée en couche carbonique 2 en utilisant le même traitement de pyrolyse que précédemment, conduisant de nouveau à la configuration de [Fig. 1c],
[0032] Un traitement thermique de micro- ou nanostructuration est alors appliqué au substrat 1 pour lequel le matériau de carbure de silicium monocristallin est sélectivement recouvert de matériau carbonique en dehors de la fenêtre W. Ce traitement thermique est sélectionné pour provoquer une augmentation désirée de la rugosité de la surface S dans la fenêtre W, alors que la rugosité de la surface S n’est pas significativement augmentée, ou est augmentée dans une mesure qui est nettement inférieure, aux endroits où cette surface S est recouverte par le matériau carbonique. Par exemple, ce traitement thermique de micro- ou nanostructuration de la surface S par variation de rugosité peut consister à chauffer le substrat 1 à une température qui est sensiblement égale à 1700°C pendant une demi-heure, sous argon. La configuration obtenue à l’issue de ce traitement thermique est représentée dans [Fig. 1d]. La surface S, constituée par le matériau de carbure de silicium, possède alors une rugosité qui est accrue dans la fenêtre W par rapport à l’extérieur de cette fenêtre W. Pour les paramètres du traitement thermique de structuration par la rugosité qui ont été cités précédemment, la surface S possède une valeur de rugosité arithmétique Raw dans la fenêtre W, qui est sensiblement égale à 60 nm. En dehors de la fenêtre W, la surface S recouverte de matériau carbonique possède une valeur de rugosité arithmétique Rai qui est restée proche de sa valeur initiale Rao. Cette valeur Rai a été déterminée comme étant sensiblement égale à 1 nm. Les valeurs Raw et Rai ont été appelées respectivement première et seconde valeur de rugosité arithmétique dans la partie générale de la présente description. Toutes les valeurs de rugosité citées dans la présente description ont été mesurées en utilisant un microscope à force atomique, ou AFM pour «Atomic Force Microscope» en anglais, ou en utilisant un profilomètre mécanique, par exemple de l’une des marques DEKTAK® ou TENCOR®.
[0033] La couche carbonique 2 est ensuite retirée là où elle subsiste, c’est-à-dire en dehors de la fenêtre W. Par exemple, le substrat 1 dépourvu du masque 3 peut être mis en contact avec un plasma d’oxygène (O2) qui est capable d’éliminer le matériau carbonique par oxydation, sans altérer le matériau de carbure de silicium. La configuration montrée dans [Fig. 1 e] est alors obtenue.
[0034] [Fig. 2] montre une diode électroluminescente qui a été fabriquée dans le substrat 1 de carbure de silicium, avec sa surface S qui a été munie d’une structuration par variation de rugosité comme cela vient d’être décrit. Le procédé de formation de la diode électroluminescente au sein du substrat 1 , notamment par implantations ioniques pour constituer des zones dopées, n’est pas l’objet de l’invention, si bien qu’il n’est pas nécessaire de le décrire ici et on pourra se reporter à des documents déjà publiés à ce sujet. La fenêtre W est de préférence en ligne avec la diode électroluminescente, selon une direction qui est orthogonale à un niveau moyen de la surface S. De façon connue, la diode électroluminescente peut comprendre les éléments suivants : une première zone Z1 qui est interne au substrat 1 et dopée de type N, par exemple avec des ions d’azote, une deuxième zone Z2, qui est aussi interne au substrat 1 , dopée de type P par exemple avec des ions d’aluminium (Al), et contigüe à la zone Z1 en étant intermédiaire entre cette dernière et la surface S, une troisième zone de connexion électrique, notée Z3, qui est dopée de type P et qui établit une liaison électrique entre la zone Z2 et la surface S du substrat 1 , une électrode arrière, référencée 4 et possiblement en nickel (Ni), qui est en contact électrique avec la zone Z1 , possiblement à travers une zone intermédiaire non- représentée et dopée de type N, et une électrode supérieure 5, qui est possiblement en un alliage d’aluminium (Al) et de titane (Ti), et qui est portée par la surface S de façon à être en contact électrique avec la zone Z3.
[0035] Dans [Fig. 2], l’électrode supérieure 5 occupe une partie centrale de la fenêtre W en étant plus petite que cette dernière, si bien que la surface S du substrat 1 reste découverte dans une partie suffisante de la fenêtre W. Alternativement, l’électrode supérieure 5 peut occuper une partie périphérique de la fenêtre W en laissant la surface S du substrat 1 découverte dans une partie centrale suffisante de la fenêtre W. Alternativement encore, des couches métalliques transparentes ou semi-transparentes, de quelques nanomètres d’épaisseur, peuvent être utilisées pour constituer l’électrode supérieure 5, auxquels cas de telles couches peuvent recouvrir la fenêtre W.
[0036] Une telle diode électroluminescente produit du rayonnement à partir de la jonction J entre les zones Z1 et Z2, lorsqu’elle est alimentée en courant électrique dans le sens direct par les électrodes 4 et 5. Lorsque le substrat 1 de carbure de silicium est de polytype 4H, ce rayonnement appartient au domaine de la lumière visible en étant particulièrement de couleur bleue. Lorsque le substrat 1 est du polytype 6H, le rayonnement produit est davantage de couleur bleue/verte. Un éclairage à lumière blanche peut également être obtenu.
[0037] La rugosité accrue qui a été créée selon l’invention dans la fenêtre W constitue une couche à effet antireflet. Cet effet antireflet peut n’être que partiel, mais il favorise une sortie à travers la surface S, du rayonnement qui est produit par la diode électroluminescente au sein du substrat 1 . A titre d’illustration de l’efficacité de l’invention, [Fig. 2] montre un premier rayon lumineux R qui provient de la jonction J en se propageant vers la fenêtre W. Ce rayon R traverse alors la surface S pour sortir du substrat 1 . Il peut donc être utilisé à l’extérieur du substrat 1 conformément à l’application désirée pour la diode électroluminescente. Le rayon R’, qui provient aussi de la jonction J mais en étant dirigé en dehors de la fenêtre W, est réfléchi de façon interne au substrat 1 . [0038] Il est entendu que l’invention peut être reproduite en modifiant des aspects secondaires des modes de mise en œuvre qui ont été décrits en détail ci-dessus, tout en conservant certains au moins des avantages mentionnés. Notamment, toutes les valeurs numériques qui ont été citées ne l’ont été qu’à titre d’exemple, et peuvent être changées en fonction de l’application considérée.

Claims

Revendications
[Revendication 1] 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).
[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1 , suivant lequel le traitement thermique de l’étape 121 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.
[Revendication 3] 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).
[Revendication 4] 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.
[Revendication 5] Procédé selon la revendication 3 ou 4, suivant lequel : la sous-étape 71-3/ 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).
[Revendication 6] Procédé selon la revendication 1 ou 2, suivant lequel l’étape 71/ comprend les sous-étapes suivantes :
71-1/ 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
71-2/ 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).
[Revendication 7] Procédé selon l’une quelconque des revendications 3 à 6, suivant lequel le traitement de pyrolyse de la sous-étape 71-2/ 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.
[Revendication 8] 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).
[Revendication 9] 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.
[Revendication 10] 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.
[Revendication 11] Composant selon la revendication 9 ou 10, dans lequel le substrat (1) de carbure de silicium est monocristallin.
[Revendication 12] 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).
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