WO2024133633A1 - Process for manufacturing an optoelectronic element, and optoelectronic element - Google Patents

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WO2024133633A1
WO2024133633A1 PCT/EP2023/087199 EP2023087199W WO2024133633A1 WO 2024133633 A1 WO2024133633 A1 WO 2024133633A1 EP 2023087199 W EP2023087199 W EP 2023087199W WO 2024133633 A1 WO2024133633 A1 WO 2024133633A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
mask
active region
deposition
contact electrode
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/087199
Other languages
French (fr)
Inventor
Clémentine SYMONDS
Alban Gassenq
Vincent TOANEN
Aristide Lemaitre
Joël BELLESSA
Original Assignee
Centre National De La Recherche Scientifique
Universite Claude Bernard Lyon 1
Universite Paris-Saclay
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Filing date
Publication date
Application filed by Centre National De La Recherche Scientifique, Universite Claude Bernard Lyon 1, Universite Paris-Saclay filed Critical Centre National De La Recherche Scientifique
Publication of WO2024133633A1 publication Critical patent/WO2024133633A1/en

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Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing an optoelectronic element.
  • the optoelectronic element comprises a semiconductor material comprising an active region located in the immediate vicinity of a surface of the semiconductor material.
  • the invention also relates to an optoelectronic element obtained by the manufacturing process.
  • the field of the invention is, in a non-limiting manner, that of microelectronics.
  • Optoelectronic components are components constituting an interface between electrical components and optical components. These are generally, but not exclusively, microelectronic components operating on the basis of semiconductors.
  • Emitters are semiconductor components that convert electrical charges into photons, such as lasers and light-emitting diodes.
  • Detectors are components that convert photons into electrical charges, such as photodiodes or solar cells.
  • An example of an emitter is a Tamm mode light source. It consists of a Bragg mirror (alternations of quarter-wave layers of materials with different refractive indices), containing emitters in its upper layers, for example quantum dots or quantum wells. A metal pellet is deposited directly on the layer upper part of the Bragg mirror. The pellet allows the formation and lateral confinement of an optical mode, called Tamm mode.
  • An example of such a source is described in FR. 2965665.
  • the optical mode is generated directly at the interface between the Bragg mirror and the metal patch. The quality and thickness of the upper layers of the Bragg mirror are therefore essential.
  • such optoelectronic components are manufactured by means of processes combining stages of epitaxy, lithography and etching.
  • the etching is not sufficiently selective, it can attack the layers adjacent to the etched layers and therefore damage them. Exposure to etching can therefore be problematic for layers or structures supporting interactions on micrometric dimensions. In particular, optical modes generated in such regions may be deteriorated. This applies in particular to Tamm mode light sources, but is also valid for other semiconductor components where the surface, and in particular the surface quality, plays a preponderant role.
  • the invention aims to resolve the disadvantages of the prior art described.
  • an optoelectronic element comprising a semiconductor material comprising an active region located under a surface of the semiconductor material, the method comprising the following steps: - deposition of a layer of electrical insulating material on the semiconductor material using a first mask placed directly on the active region, so that the layer of electrical insulating material has a recess at the level of the active region;
  • the term "active region” designates a region of the component in which a conversion of electrical energy into light energy, or vice versa, takes place. This involves, for example, the localization of an optical mode in which the emission takes place in response to an electric field applied to the component.
  • the active region is located on the surface, or in the immediate vicinity of the surface, that is to say, under the surface of the semiconductor material, inside it. In other words, the active region is located at the interface between the semiconductor material and a layer deposited on the surface thereof.
  • the active region can extend into the thickness of the semiconductor material from the surface, for example by a few hundred nanometers.
  • the manufacturing method according to the present invention makes it possible, by the step of depositing a layer of electrical insulating material on the surface of the semiconductor material using a mask, to protect this surface at the level of the region active.
  • the mask, placed directly on the active region, without an intermediate layer, and covering the surface at the active region makes it possible to make the recess in the electrical insulating layer without the need to use an etching technique.
  • the manufacturing process is thus distinguished from state-of-the-art processes by the effective protection of the semiconductor surface at the active region. This surface is never subjected to any engraving. The quality of the surface as well as the upper layers of semiconductor is therefore not altered by the manufacturing process. This is particularly important when the upper layer is made of a fragile material, such as gallium arsenide (GaAs).
  • GaAs gallium arsenide
  • the recess present in the electrical insulating layer makes it possible to naturally create an injection electrode when depositing the metal injection layer, without the need to carry out other technological steps.
  • the electrical insulator surrounding the injection electrode makes it possible to avoid any electrical contact with the semiconductor outside the recess, and therefore to inject the carriers only into the recess zone.
  • the injection electrode formed on the semiconductor surface of the active region that is to say in the recess of the electrical insulating layer, is also called “pad” in the present document.
  • optical element designates any optoelectronic component that can be implemented in an optoelectronic device or system, such as optical sensors, or that can operate alone, such as laser diodes.
  • the manufacturing method according to the invention may also comprise one or more steps allowing electrical contact of the optoelectronic element, in order to be able to power it electrically when it is implemented.
  • the method according to the invention may comprise, prior to deposition of the metallic injection layer, the creation of a contact electrode on the electrical insulating layer using a second mask , the second mask having a recess offset laterally with respect to the active region for the location of the contact electrode.
  • the contact electrode thus created allows easy contact, for example to carry out an electrical injection via the injection electrode.
  • An element thus provided with a contact electrode can be easily integrated into an integrated circuit for example.
  • Several such optoelectronic elements can thus be produced and integrated on the same semiconductor wafer.
  • the method according to the invention may further comprise, after deposition of the injection metal layer, creation of a contact electrode on the metal layer using a second mask photosensitive, the mask having a recess offset laterally from the active region for the location of the contact electrode.
  • the metallic injection layer, and therefore the pellet is made of silver.
  • the contact electrode is preferably made of gold.
  • Silver and gold have very high conductivity, making it possible to minimize losses.
  • metals can be used for the injection layer and the contact electrode, for example platinum or aluminum.
  • the metals used and their configurations are chosen in particular according to the desired emission (or detection) wavelength.
  • the creation of the contact electrode may comprise the following steps:
  • a metal layer called a contact layer
  • lift-off of the second mask the part of the metal layer, called the contact layer, remaining after the lift-off forming the contact electrode.
  • the contact electrode is created near the active region while protecting the semiconductor surface of the latter.
  • the semiconductor surface of the active region is not subjected to etching to create the contact electrode.
  • the method according to the invention can further comprise the lateral delimitation of the metallic injection layer so that it essentially covers the locations of the active region and of the contact electrode, using a third mask essentially covering the locations of the active region and the contact electrode.
  • This lateral delimitation of the metal injection layer makes it possible to spatially restrict the metal injection layer in order to form a metal pad extending at the level of the active region and the contact electrode.
  • This metal pad thus defines the extent of the optoelectronic element, for example on a semiconductor wafer comprising several of these optoelectronic elements.
  • the lateral delimitation of the metal injection layer may comprise the following steps:
  • the electrical insulating layer can be deposited by directional deposition.
  • Directional deposition is an anisotropic deposition of material which notably allows material to be deposited only on surfaces directly. exposed to the beam of the material to be deposited. Surfaces not directly exposed will not be covered by the deposited material. This subsequently makes it possible to carry out differentiated operations on the surfaces covered by the deposited material and those not covered, such as engraving or lift-off.
  • the semiconductor material may comprise a stack of semiconductor layers comprising, in a direction Z perpendicular to the surface of the semiconductor material, an alternation of layers of high and low refractive index to form an interference mirror.
  • Interference mirrors of this type can be implemented in different types of optoelectronic elements and devices.
  • a Tamm mode light source includes an interference mirror whose stacking is perfectly periodic (called a Bragg mirror in this case).
  • the layers of the stack are for example made of gallium arsenide (GaAs) and an alloy of gallium arsenide and aluminum arsenide (GaAlAs). These materials are suitable for the emission and/or detection of electromagnetic radiation in infrared wavelengths.
  • GaAs gallium arsenide
  • GaAlAs aluminum arsenide
  • GaN gallium nitride
  • Si silicon
  • SiC silicon
  • AIN aluminum nitride
  • AIGaN aluminum nitride
  • the active region may comprise at least one light emitter or detector.
  • the at least one light transmitter or detector may comprise a quantum well or a quantum dot.
  • the at least one light emitter or detector is located near the surface of the semiconductor material.
  • wells or quantum dots as light emitters are provided in the upper layers of the stack.
  • an optoelectronic element obtained by the manufacturing process according to the invention.
  • Figure 1 is a schematic representation of a non-limiting embodiment of a manufacturing process according to the invention.
  • Figure 2 is a schematic representation of a non-limiting embodiment of steps of the manufacturing process according to the invention.
  • Figure 3 is a schematic representation of an example of an optoelectronic component that can be obtained by the manufacturing process according to the invention
  • Figure 4 shows a top view of an optoelectronic element obtained by steps of the manufacturing process according to one embodiment of the invention.
  • Figure 5 shows a top view of optoelectronic elements obtained by other steps of the manufacturing process according to one embodiment of the invention.
  • Figures 1 and 2 are schematic representations of non-limiting embodiments of a manufacturing process according to the present invention.
  • Tamm mode light source Such a source is illustrated in Figure 3.
  • This Tamm mode source is an exemplary embodiment of an optoelectronic element obtained by the manufacturing process according to the invention.
  • the layers are stacked in a vertical direction z.
  • the stack 2 comprises light emitters 3, for example quantum boxes or wells, located in the upper layers of the stack 2.
  • the source also includes a metal contact 8 to power the metal pellet 7.
  • the active region is located immediately below the electrode 7 present in the opening of the insulating layer 4, at the location of the light emitters 3 near the interface formed by the upper layer of the stack and the electrode. It is in fact near this interface that the Tamm mode can be created.
  • the Tamm mode extends a few tens of nm in the metallic layer 7 and a few hundreds of nm in the stack, starting from the metal/semiconductor interface.
  • the beam M emerging from the pad 7 represents the coupling of the Tamm mode with laser waves when the optoelectronic element is implemented as a laser diode.
  • the Tamm mode is also confined in the lateral direction, orthogonal to the stacking direction.
  • the metal pellet 7 allows both the confinement and/or manipulation of the Tamm mode and to bring carriers to carry out the electrical injection (illustrated by the arrows e).
  • the metal pellet 7 can also be called an injection electrode.
  • the layers of stack 2 are for example made of gallium arsenide (GaAs) and an alloy of gallium arsenide and aluminum arsenide (GaAlAs), with the upper layer made of GaAs.
  • GaAs gallium arsenide
  • GaAlAs aluminum arsenide
  • other combinations of materials can be used for the layers to form an interference mirror.
  • the metal pellet 7 is preferably made of silver, and the insulating layer of yttrium(III) oxide (Y2O3) or silica (SiOz).
  • the substrate can also be GaAs.
  • the method 10, shown in Figure 1 comprises a phase 12 of creating an electrical insulating layer 4 with an opening 5 on a Bragg mirror 2, forming part of an optoelectronic element (not shown) as described below -above.
  • the upper layer of the Bragg mirror 2 is preferably made of GaAs.
  • Phase 12 of creating the electrical insulator comprises a step 22 of depositing a protective layer 13 on the Bragg mirror 2.
  • the protective layer 13 can in particular be a photosensitive resin.
  • the resin can be deposited by centrifugal spin coating).
  • the photosensitive resin is exposed to light irradiation using a mask to define the future location of the metal pellet.
  • Resin 13' outside of this location is soluble in developer.
  • the soluble part of the resin 13' as well as the upper layer 2' are etched.
  • the resin pad 14 placed on the upper layer of etched GaAs, persists.
  • the resin pad 14 has a longitudinal section in the shape of an isosceles trapezoid, with the short side towards the Bragg mirror 2. This shape is in fact important for the smooth running of the following steps of the method 10.
  • Phase 12 of creating the insulator then comprises a step 24 of depositing a layer of electrical insulator 4 over the entire etched surface of the upper GaAs layer and the pad 14 of resin.
  • the deposition is carried out by pulsed laser ablation (pulsed laser deposition, PLD) at room temperature.
  • the insulation can be, for example, SiOz or Y2O3.
  • the thickness of the insulating layer can be of the order of 100 nm. Thanks to the section in the shape of an “inverted isosceles trapezoid” of the resin pad 14 and a directional deposition of the insulator, the insulating layer does not cover the sides of the pad 14, but only its upper surface.
  • the pad 14 of resin covered with insulation is removed by a lift-off technique, using a solvent such as acetone. As the sides of the resin pad 14 are not covered by the insulation, the pad 14 is soluble in the solvent.
  • the Bragg mirror 2 is covered with the electrical insulating layer 4 with the exception of the future location of the metal pellet where the insulating layer has an opening 5.
  • the method 10 continues with a phase 14 of creating a contact electrode 8.
  • the phase 14 of depositing the contact electrode 8, as shown in Figure 1, comprises a step 31 of depositing a resin mask 9, by photolithography, on the electrical insulating layer 4 and its opening 5 .
  • THE resin mask 9 has a recess near the opening 5 of the insulating layer 5, but covers the opening 5 well. The GaAs layer in the opening 5 is thus well protected by the resin mask 9 to the next step.
  • the first metallic layer 15 is preferably made of gold. It can be supplemented by an intermediate layer 19, between the metallic contact layer 15 and the mask 9, serving as an adhesion layer, as illustrated in the embodiment of Figure 1.
  • the adhesion layer 19 can be, for example, chrome or titanium.
  • the first metal layer 15 is not in contact with the upper layer of the Bragg mirror 2 present in the opening 5 of the insulating layer 4.
  • the resin mask 9 is removed by a lift-off technique, using a solvent such as acetone. This results in a contact electrode 8 placed on the insulating layer 4, near the opening 5, the future location of the metal pellet.
  • the method 10 according to the invention further comprises a phase 16 of creating an injection electrode 7.
  • the phase 16 of deposition of the injection electrode 7, as shown in Figure 1, comprises a step 41 of deposition of a second metal layer 18, called injection, over essentially the entire surface of the element optoelectronic obtained during the previous phases of the process.
  • the metallic injection layer 18 is preferably made of silver.
  • Phase 16 of the method then comprises a step 43 of lateral delimitation, or structuring, of the metal injection layer 18, during which the lateral extent of the second metal layer 18 is defined.
  • This step can be carried out, for example, by attacking layer 18 using a solution of potassium iodide (Kl) and diodine (b) in water. The attacked locations 6' then become non-conductive.
  • Kl potassium iodide
  • b diodine
  • the resin mask 17 is then removed by a lift-off technique, using a solvent such as acetone.
  • the last step 43 defines a metal pad 6, for example made of silver, which covers the contact electrode 8 as well as the opening 5.
  • the part of the pad 6 covering the upper layer of the Bragg mirror constitutes the metal pad 7 previously mentioned , functioning as an injection electrode.
  • a Tamm mode can be generated and confined to the interface between the patch 7 and the upper layer of the Bragg mirror.
  • FIG. 5 An image (obtained by bright field optical microscopy) presenting a top view of four optoelectronic elements 1 obtained after phase 16 of the process is shown in Figure 5.
  • the pellets 7 in Figure 5 have different diameters, making it possible to have emitting regions of variable size.
  • the phases of creating a contact electrode 8 and creating an injection electrode 7 can be reversed. Indeed, it is possible to first create the injection electrode 7 and the metal pad 6 and then place the contact electrode 8 on the metal pad 6.
  • Figure 2 illustrates steps of phase 12 of creating an electrical insulating layer 4 and of phase 16 of creating an injection electrode 7.
  • Phase 12 of creating an insulating layer 4 with its opening 5 is identical to what has been detailed with reference to Figure 1.
  • the metallic layer injection 18 is deposited directly on the insulating layer 4 and its opening, in order to form the injection pellet 7 at the level of the opening 5.
  • the contact electrode can then be deposited on the injection layer 18.

Abstract

The invention relates to a process (10) for manufacturing an optoelectronic element (1), the optoelectronic element (1) comprising a semiconductor having an active region located below a surface of the semiconductor, depositing (12) a layer of electrical insulator (4) on the semiconductor using a first mask (14) placed directly on the active region, such that the layer of electrical insulator (4) contains a void (5) level with the active region; depositing (16) a metal layer (18), called the injection layer, on the assembly obtained in the preceding step, such that the metal injection layer (18) forms an electrode (7) on the surface of the semiconductor level with the active region. The invention also relates to an optoelectronic element (1) obtained using the manufacturing process (10).

Description

DESCRIPTION DESCRIPTION
Titre Procédé de fabrication d'un élément optoélectronique, et élément optoélectronique Title Process for manufacturing an optoelectronic element, and optoelectronic element
Domaine technique Technical area
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un élément optoélectronique. L'élément optoélectronique comprend un matériau semi- conducteur comprenant une région active localisée à proximité immédiate d'une surface du matériau semi-conducteur. L'invention concerne également un élément optoélectronique obtenu par le procédé de fabrication. The present invention relates to a method of manufacturing an optoelectronic element. The optoelectronic element comprises a semiconductor material comprising an active region located in the immediate vicinity of a surface of the semiconductor material. The invention also relates to an optoelectronic element obtained by the manufacturing process.
Le domaine de l'invention est, de manière non limitative, celui de la microélectronique. The field of the invention is, in a non-limiting manner, that of microelectronics.
Etat de la technique State of the art
Les composants optoélectronique sont des composants constituant une interface entre les composants électriques et les composants optiques. Il s'agit généralement, mais pas exclusivement, de composants microélectroniques fonctionnant à base de semi-conducteurs. Optoelectronic components are components constituting an interface between electrical components and optical components. These are generally, but not exclusively, microelectronic components operating on the basis of semiconductors.
Parmi les composants optoélectroniques peuvent être distingués des émetteurs et des détecteurs. Les émetteurs sont des composants semi- conducteurs convertissant des charges électriques en photons, comme des lasers et des diodes électroluminescentes. Les détecteurs sont des composants convertissant des photons en charges électriques, comme des photodiodes ou cellules solaires. Among the optoelectronic components can be distinguished emitters and detectors. Emitters are semiconductor components that convert electrical charges into photons, such as lasers and light-emitting diodes. Detectors are components that convert photons into electrical charges, such as photodiodes or solar cells.
Un exemple d'un émetteur est une source lumineuse à mode Tamm. Elle consiste en un miroir de Bragg (alternances de couches quart d'onde de matériaux d'indices de réfraction différents), contenant dans ses couches supérieures des émetteurs, par exemple des boites quantiques ou puits quantiques. Une pastille métallique est déposée directement sur la couche supérieure du miroir de Bragg. La pastille permet la formation et le confinement latéral d'un mode optique, appelé mode de Tamm. Un exemple d'une telle source est décrit dans FR. 2965665. Le mode optique est généré directement à l'interface entre le miroir de Bragg et la pastille métallique. La qualité et l'épaisseur des couches supérieures du miroir de Bragg sont donc essentielles. An example of an emitter is a Tamm mode light source. It consists of a Bragg mirror (alternations of quarter-wave layers of materials with different refractive indices), containing emitters in its upper layers, for example quantum dots or quantum wells. A metal pellet is deposited directly on the layer upper part of the Bragg mirror. The pellet allows the formation and lateral confinement of an optical mode, called Tamm mode. An example of such a source is described in FR. 2965665. The optical mode is generated directly at the interface between the Bragg mirror and the metal patch. The quality and thickness of the upper layers of the Bragg mirror are therefore essential.
De manière générale, de tels composants optoélectroniques sont fabriqués au moyen de procédés enchainant des étapes d'épitaxie, de lithographie et de gravure. Lorsque la gravure n'est pas suffisamment sélective, celle-ci peut attaquer les couches adjacentes aux couches gravées et donc les endommager. L'exposition à la gravure peut donc être problématique pour des couches ou des structures supportant des interactions sur des dimensions micrométriques. En particulier, des modes optiques générés dans de telles régions peuvent être détériorés. Ceci s'applique notamment aux sources lumineuses à mode de Tamm, mais est également valable pour d'autres composants à semi-conducteurs où la surface, et notamment la qualité de surface, joue un rôle prépondérant. Generally speaking, such optoelectronic components are manufactured by means of processes combining stages of epitaxy, lithography and etching. When the etching is not sufficiently selective, it can attack the layers adjacent to the etched layers and therefore damage them. Exposure to etching can therefore be problematic for layers or structures supporting interactions on micrometric dimensions. In particular, optical modes generated in such regions may be deteriorated. This applies in particular to Tamm mode light sources, but is also valid for other semiconductor components where the surface, and in particular the surface quality, plays a preponderant role.
Exposé de l'invention Presentation of the invention
L'invention vise à résoudre les inconvénients de l'art antérieur décrits.The invention aims to resolve the disadvantages of the prior art described.
Il est notamment un but de l'invention de proposer un procédé de fabrication d'un élément optoélectronique permettant, lors de sa mise en œuvre, de protéger une région semi-conductrice active sensible pour qu'elle ne soit soumise à aucune détérioration physique ou chimique. It is in particular an aim of the invention to propose a method of manufacturing an optoelectronic element making it possible, during its implementation, to protect a sensitive active semiconductor region so that it is not subject to any physical deterioration or chemical.
Il est un autre but de la présente invention de proposer un procédé de fabrication d'un élément optoélectronique permettant de réaliser une large variété de tels éléments pouvant être mis en œuvre dans des applications variées. It is another aim of the present invention to propose a method of manufacturing an optoelectronic element making it possible to produce a wide variety of such elements which can be used in various applications.
Au moins un de ces buts est atteint avec un procédé de fabrication d'un élément optoélectronique, l'élément optoélectronique comprenant un matériau semi-conducteur comprenant une région active localisée sous une surface du matériau semi-conducteur, le procédé comprenant les étapes suivantes : - dépôt d'un couche d'isolant électrique sur le matériau semi- conducteur à l'aide d'un premier masque posé directement sur la région active, de sorte à ce que la couche d'isolant électrique présente un évidement au niveau de la région active ; At least one of these goals is achieved with a method of manufacturing an optoelectronic element, the optoelectronic element comprising a semiconductor material comprising an active region located under a surface of the semiconductor material, the method comprising the following steps: - deposition of a layer of electrical insulating material on the semiconductor material using a first mask placed directly on the active region, so that the layer of electrical insulating material has a recess at the level of the active region;
- dépôt d'une couche métallique d'injection sur l'ensemble obtenu à l'étape précédente, de sorte à ce que la couche métallique d'injection forme une électrode sur la surface du matériau semi- conducteur au niveau de la région active. - deposition of a metallic injection layer on the assembly obtained in the previous step, so that the metallic injection layer forms an electrode on the surface of the semiconductor material at the level of the active region.
Dans le présent document, le terme « région active » désigne une région du composant dans laquelle a lieu une conversion d'énergie électrique en énergie lumineuse, ou vice versa. Il s'agit par exemple de la localisation d'un mode optique dans lequel l'émission a lieu en réponse à un champ électrique appliqué au composant. La région active est localisée à la surface, ou à proximité immédiate de la surface, c'est-à-dire, sous la surface du matériau semi- conducteur, à l'intérieur de celui-ci. En d'autres termes, la région active se trouve à l'interface entre le matériau semi-conducteur et une couche déposée sur la surface de celui-ci. La région active peut s'étendre dans l'épaisseur du matériau semi-conducteur depuis la surface, par exemple de quelques centaines de nanomètres. In this document, the term "active region" designates a region of the component in which a conversion of electrical energy into light energy, or vice versa, takes place. This involves, for example, the localization of an optical mode in which the emission takes place in response to an electric field applied to the component. The active region is located on the surface, or in the immediate vicinity of the surface, that is to say, under the surface of the semiconductor material, inside it. In other words, the active region is located at the interface between the semiconductor material and a layer deposited on the surface thereof. The active region can extend into the thickness of the semiconductor material from the surface, for example by a few hundred nanometers.
Le procédé de fabrication selon la présente invention permet, par l'étape de dépôt d'une couche d'isolant électrique sur la surface du matériau semi- conducteur à l'aide d'un masque, de protéger cette surface au niveau de la région active. Le masque, posé directement sur la région active, sans couche intermédiaire, et couvrant la surface au niveau de la région active permet de réaliser l'évidement dans la couche d'isolant électrique sans avoir besoin d'utiliser une technique de gravure. The manufacturing method according to the present invention makes it possible, by the step of depositing a layer of electrical insulating material on the surface of the semiconductor material using a mask, to protect this surface at the level of the region active. The mask, placed directly on the active region, without an intermediate layer, and covering the surface at the active region makes it possible to make the recess in the electrical insulating layer without the need to use an etching technique.
Le procédé de fabrication se distingue ainsi des procédés de l'état de l'art par la protection effective de la surface semi-conductrice au niveau de la région active. Cette surface n'est jamais soumise à aucune gravure. La qualité de la surface ainsi que des couches supérieures de semi-conducteur n'est donc pas altérée par le procédé de fabrication. Ceci est particulièrement important lorsque la couche supérieure est en un matériau fragile, tel que l'arséniure de gallium (GaAs). The manufacturing process is thus distinguished from state-of-the-art processes by the effective protection of the semiconductor surface at the active region. This surface is never subjected to any engraving. The quality of the surface as well as the upper layers of semiconductor is therefore not altered by the manufacturing process. This is particularly important when the upper layer is made of a fragile material, such as gallium arsenide (GaAs).
L'évidement présent dans la couche d'isolant électrique permet de créer naturellement une électrode d'injection lors du dépôt de la couche métallique d'injection, sans avoir besoin d'effectuer d'autres étapes technologiques. L'isolant électrique entourant l'électrode d'injection permet d'éviter tout contact électrique avec le semi-conducteur en dehors de l'évidement, et donc d'injecter les porteurs uniquement dans la zone d'évidement. The recess present in the electrical insulating layer makes it possible to naturally create an injection electrode when depositing the metal injection layer, without the need to carry out other technological steps. The electrical insulator surrounding the injection electrode makes it possible to avoid any electrical contact with the semiconductor outside the recess, and therefore to inject the carriers only into the recess zone.
L'électrode d'injection formée sur la surface semi-conductrice de la région active, c'est-à-dire dans l'évidement de la couche d'isolant électrique, est également appelée « pastille » dans le présent document. The injection electrode formed on the semiconductor surface of the active region, that is to say in the recess of the electrical insulating layer, is also called "pad" in the present document.
Le terme « élément optoélectronique » désigne tout composant optoélectronique pouvant être mis en œuvre dans un dispositif ou un système optoélectronique, tels que des capteurs optiques, ou pouvant fonctionner seul, tels que des diodes laser. The term “optoelectronic element” designates any optoelectronic component that can be implemented in an optoelectronic device or system, such as optical sensors, or that can operate alone, such as laser diodes.
Le procédé de fabrication selon l'invention peut également comprendre une ou plusieurs étapes permettant le contactage électrique de l'élément optoélectronique, afin de pouvoir l'alimenter électriquement lorsqu'il est mis en œuvre. The manufacturing method according to the invention may also comprise one or more steps allowing electrical contact of the optoelectronic element, in order to be able to power it electrically when it is implemented.
Selon un mode de réalisation, le procédé selon l'invention peut comprendre, préalablement au dépôt de la couche métallique d'injection, la création d'une électrode de contact sur la couche d'isolant électrique à l'aide d'un deuxième masque, le deuxième masque ayant un évidement décalé latéralement par rapport à la région active pour l'emplacement de l'électrode de contact. According to one embodiment, the method according to the invention may comprise, prior to deposition of the metallic injection layer, the creation of a contact electrode on the electrical insulating layer using a second mask , the second mask having a recess offset laterally with respect to the active region for the location of the contact electrode.
L'électrode de contact ainsi créée permet un contactage aisé, par exemple pour réaliser une injection électrique via l'électrode d'injection. The contact electrode thus created allows easy contact, for example to carry out an electrical injection via the injection electrode.
Un élément ainsi pourvu d'une électrode de contact peut être facilement intégré dans un circuit intégré par exemple. Plusieurs de tels éléments optoélectroniques peuvent ainsi être réalisés et intégrés sur une même plaquette semi-conductrice. An element thus provided with a contact electrode can be easily integrated into an integrated circuit for example. Several such optoelectronic elements can thus be produced and integrated on the same semiconductor wafer.
Alternativement, selon un mode de réalisation, le procédé selon l'invention peut comprendre en outre, après le dépôt de la couche métallique d'injection, création d'une électrode de contact sur la couche métallique à l'aide d'un deuxième masque photosensible, le masque ayant un évidement décalé latéralement par rapport à la région active pour l'emplacement de l'électrode de contact. Alternatively, according to one embodiment, the method according to the invention may further comprise, after deposition of the injection metal layer, creation of a contact electrode on the metal layer using a second mask photosensitive, the mask having a recess offset laterally from the active region for the location of the contact electrode.
Il est en effet possible d'inverser l'ordre des étapes de dépôt de la couche métallique d'injection et de la création de l'électrode de contact. It is in fact possible to reverse the order of the steps of deposition of the metal injection layer and the creation of the contact electrode.
L'ordre de ces étapes est notamment choisi en fonction du choix des métaux et de leur capacité d'adhérer l'un sur l'autre. The order of these steps is chosen in particular according to the choice of metals and their ability to adhere to one another.
De préférence, la couche métallique d'injection, et donc la pastille, est en argent. L'électrode de contact est, de préférence, en or. Preferably, the metallic injection layer, and therefore the pellet, is made of silver. The contact electrode is preferably made of gold.
L'argent et l'or présentent en effet une conductivité très élevée, permettant de minimiser les pertes. Silver and gold have very high conductivity, making it possible to minimize losses.
Bien entendu, d'autres métaux peuvent être utilisés pour la couche d'injection et l'électrode de contact, par exemple du platine ou de l'aluminium. Les métaux mis en œuvre et leurs configurations sont notamment choisis en fonction de la longueur d'onde d'émission (ou de détection) souhaitée. Of course, other metals can be used for the injection layer and the contact electrode, for example platinum or aluminum. The metals used and their configurations are chosen in particular according to the desired emission (or detection) wavelength.
Selon un mode de réalisation, la création de l'électrode de contact peut comprendre les étapes suivantes : According to one embodiment, the creation of the contact electrode may comprise the following steps:
- dépôt d'une résine photosensible sur l'ensemble obtenu à l'étape précédente, lithographie et gravure de la résine pour obtenir le deuxième masque ; - deposition of a photosensitive resin on the assembly obtained in the previous step, lithography and etching of the resin to obtain the second mask;
- dépôt directif d'une couche métallique, dite de contact, sur le deuxième masque ; et lift-off du deuxième masque, la partie de la couche métallique, dite de contact, restante après le lift-off formant l'électrode de contact. - directive deposition of a metal layer, called a contact layer, on the second mask; and lift-off of the second mask, the part of the metal layer, called the contact layer, remaining after the lift-off forming the contact electrode.
Grâce à la présence du deuxième masque, l'électrode de contact est créée à proximité de la région active tout en protégeant la surface semi-conductrice de cette dernière. En effet, la surface semi-conductrice de la région active n'est pas soumise à la gravure pour la création de l'électrode de contact. Thanks to the presence of the second mask, the contact electrode is created near the active region while protecting the semiconductor surface of the latter. In fact, the semiconductor surface of the active region is not subjected to etching to create the contact electrode.
Avantageusement, le procédé selon l'invention peut comprendre en outre la délimitation latérale de la couche métallique d'injection de sorte à ce qu'elle couvre essentiellement les emplacements de la région active et de l'électrode de contact, à l'aide d'un troisième masque couvrant essentiellement les emplacements de la région active et de l'électrode de contact. Advantageously, the method according to the invention can further comprise the lateral delimitation of the metallic injection layer so that it essentially covers the locations of the active region and of the contact electrode, using a third mask essentially covering the locations of the active region and the contact electrode.
Cette délimitation latérale de la couche métallique d'injection permet de restreindre spatialement la couche métallique d'injection afin de former un pad métallique s'étendant au niveau de la région active et de l'électrode de contact. Ce pad métallique définit ainsi l'étendue de l'élément optoélectronique, par exemple sur une plaquette semi-conductrice comportant plusieurs de ces éléments optoélectroniques. This lateral delimitation of the metal injection layer makes it possible to spatially restrict the metal injection layer in order to form a metal pad extending at the level of the active region and the contact electrode. This metal pad thus defines the extent of the optoelectronic element, for example on a semiconductor wafer comprising several of these optoelectronic elements.
Selon un exemple de mise en œuvre, la délimitation latérale de la couche métallique d'injection peut comprendre les étapes suivantes : According to an example of implementation, the lateral delimitation of the metal injection layer may comprise the following steps:
- dépôt d'une résine photosensible sur l'ensemble obtenu à l'étape précédente, lithographie et gravure de la résine pour obtenir le troisième masque ; - deposition of a photosensitive resin on the assembly obtained in the previous step, lithography and etching of the resin to obtain the third mask;
- attaque chimique des parties de la couche métallique d'injection non couvertes par le troisième masque ; et lift-off du troisième masque. - chemical attack on the parts of the metal injection layer not covered by the third mask; and lift-off of the third mask.
Avantageusement, la couche d'isolant électrique peut être déposée par dépôt directif. Advantageously, the electrical insulating layer can be deposited by directional deposition.
Le dépôt directif est un dépôt anisotrope de matériau qui permet notamment de ne déposer du matériau uniquement sur les surfaces directement exposées au faisceau du matériau à déposer. Les surfaces non exposées directement ne seront pas couvertes par le matériau déposé. Ceci permet par la suite de réaliser des opérations différentiées sur les surfaces couvertes par le matériau déposé et celles non couvertes, comme la gravure ou le lift-off. Directional deposition is an anisotropic deposition of material which notably allows material to be deposited only on surfaces directly. exposed to the beam of the material to be deposited. Surfaces not directly exposed will not be covered by the deposited material. This subsequently makes it possible to carry out differentiated operations on the surfaces covered by the deposited material and those not covered, such as engraving or lift-off.
Selon un mode de réalisation, le matériau semi-conducteur peut comprendre un empilement de couches semi-conductrices comprenant, selon une direction Z perpendiculaire à la surface du matériau semi-conducteur, une alternance de couches d'indice de réfraction élevé et faible pour former un miroir interférentiel. According to one embodiment, the semiconductor material may comprise a stack of semiconductor layers comprising, in a direction Z perpendicular to the surface of the semiconductor material, an alternation of layers of high and low refractive index to form an interference mirror.
Les miroirs interférentiels de ce type peuvent être mis en œuvre dans différents types d'éléments et dispositifs optoélectroniques. Interference mirrors of this type can be implemented in different types of optoelectronic elements and devices.
Par exemple, une source lumineuse à mode de Tamm comprend un miroir interférentiel dont l'empilement est parfaitement périodique (appelé miroir de Bragg dans ce cas). For example, a Tamm mode light source includes an interference mirror whose stacking is perfectly periodic (called a Bragg mirror in this case).
Les couches de l'empilement sont par exemple en arséniure de gallium (GaAs) et en alliage d'arséniure de gallium et d'arséniure d'aluminium (GaAlAs). Ces matériaux sont adaptés pour l'émission et/ou la détection d'un rayonnement électromagnétique dans les longueurs d'onde infrarouges. The layers of the stack are for example made of gallium arsenide (GaAs) and an alloy of gallium arsenide and aluminum arsenide (GaAlAs). These materials are suitable for the emission and/or detection of electromagnetic radiation in infrared wavelengths.
Bien entendu, d'autres combinaisons de matériaux peuvent être utilisées pour les couches de l'empilement. Par exemple, la combinaison du nitrure de gallium (GaN) avec différentes porosités peut être utilisée pour une émission dans le visible/proche ultra-violet, la combinaison de silicium (Si)/dioxyde de silicium (silice, SiC ) dans le visible/infrarouge, ou la combinaison du nitrure d'aluminium (AIN)/nitrure d'aluminium-gallium (AIGaN) dans l'ultraviolet. Of course, other combinations of materials can be used for the layers of the stack. For example, the combination of gallium nitride (GaN) with different porosities can be used for visible/near ultraviolet emission, the combination of silicon (Si)/silicon dioxide (silica, SiC) in the visible/ infrared, or the combination of aluminum nitride (AIN)/aluminum gallium nitride (AIGaN) in the ultraviolet.
Selon un mode de réalisation, la région active peut comprendre au moins un émetteur ou détecteur de lumière. According to one embodiment, the active region may comprise at least one light emitter or detector.
Selon des exemples, l'au moins un émetteur ou détecteur de lumière peut comprendre un puit quantique ou une boite quantique. According to examples, the at least one light transmitter or detector may comprise a quantum well or a quantum dot.
L'au moins un émetteur ou détecteur de lumière est localisé à proximité de la surface du matériau semi-conducteur. Par exemple, pour la fabrication d'une source lumineuse à mode de Tamm, des puits ou des boites quantiques en tant qu'émetteurs de lumière sont prévus dans les couches supérieures de l'empilement. The at least one light emitter or detector is located near the surface of the semiconductor material. For example, for the manufacture of a Tamm mode light source, wells or quantum dots as light emitters are provided in the upper layers of the stack.
Selon un autre aspect de la même invention, il est prévu un élément optoélectronique obtenu par le procédé de fabrication selon l'invention. According to another aspect of the same invention, there is provided an optoelectronic element obtained by the manufacturing process according to the invention.
Description des figures et modes de réalisation Description of the figures and embodiments
D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'exemples nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels : Other advantages and characteristics will appear on examination of the detailed description of non-limiting examples, and the appended drawings in which:
- [Fig.l] la Figure 1 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation non limitatif d'un procédé de fabrication selon l'invention ; - [Fig.l] Figure 1 is a schematic representation of a non-limiting embodiment of a manufacturing process according to the invention;
- [Fig.2] la Figure 2 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation non limitatif d'étapes du procédé de fabrication selon l'invention ; - [Fig.2] Figure 2 is a schematic representation of a non-limiting embodiment of steps of the manufacturing process according to the invention;
- [Fig.3] la Figure 3 est une représentation schématique d'un exemple de composant optoélectronique pouvant être obtenu par le procédé de fabrication selon l'invention ; - [Fig.3] Figure 3 is a schematic representation of an example of an optoelectronic component that can be obtained by the manufacturing process according to the invention;
- [Fig.4] la Figure 4 présente une vue de dessus d'un élément optoélectronique obtenu par des étapes du procédé de fabrication selon un mode de réalisation de l'invention ; et - [Fig.4] Figure 4 shows a top view of an optoelectronic element obtained by steps of the manufacturing process according to one embodiment of the invention; And
- [Fig.5] la Figure 5 présente une vue de dessus d'éléments optoélectroniques obtenu par d'autres étapes du procédé de fabrication selon un mode de réalisation de l'invention. - [Fig.5] Figure 5 shows a top view of optoelectronic elements obtained by other steps of the manufacturing process according to one embodiment of the invention.
Il est bien entendu que les modes de réalisation qui seront décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs. En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s'oppose à cette combinaison sur le plan technique. Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures peuvent conserver la même référence. It is understood that the embodiments which will be described below are in no way limiting. In particular, all the variants and all the embodiments described can be combined with each other if nothing opposes this combination on a technical level. In the figures, elements common to several figures can retain the same reference.
Les figures 1 et 2 sont des représentations schématiques de modes de réalisation non limitatifs d'un procédé de fabrication selon la présente invention. Figures 1 and 2 are schematic representations of non-limiting embodiments of a manufacturing process according to the present invention.
Le procédé selon l'invention sera décrit en prenant l'exemple d'une source lumineuse à mode de Tamm. Une telle source est illustrée sur la figure 3. Cette source à mode de Tamm est un exemple de réalisation d'un élément optoélectronique obtenu par le procédé de fabrication selon l'invention. The method according to the invention will be described by taking the example of a Tamm mode light source. Such a source is illustrated in Figure 3. This Tamm mode source is an exemplary embodiment of an optoelectronic element obtained by the manufacturing process according to the invention.
Il s'agit d'une source semi-conductrice 1 comprenant un empilement 2 de couches quart d'onde diélectriques, ou semi-conductrices, d'indices de réfraction ni et n2, avec ni > n2, formant un miroir interférentiel, aussi appelé miroir de Bragg lorsque l'empilement 2 est parfaitement périodique. Il est également possible d'avoir des variations d'épaisseurs des couches. Les couches sont empilées selon une direction verticale z. L'empilement 2 comprend des émetteurs lumineux 3, par exemple des boîtes ou puits quantiques, localisés dans les couches supérieures de l'empilement 2. Une couche d'isolant électriqueThis is a semiconductor source 1 comprising a stack 2 of quarter-wave dielectric, or semiconductor, layers of refractive indices ni and n2, with ni > n2, forming an interference mirror, also called Bragg mirror when stack 2 is perfectly periodic. It is also possible to have variations in layer thickness. The layers are stacked in a vertical direction z. The stack 2 comprises light emitters 3, for example quantum boxes or wells, located in the upper layers of the stack 2. An electrical insulating layer
4 est déposée sur la couche supérieure de l'empilement 2, la couche d'isolant ayant une ouverture 5 à laquelle la couche supérieure n'est pas couverte d'isolant. Une couche métallique 6 est déposée sur la couche d'isolant 4, formant ainsi une pastille métallique 7 déposée sur la couche supérieure de l'empilement 2. La pastille 7 peut avoir une forme circulaire, elliptique ou encore toute autre forme. La dimension de l'ouverture 5 de la couche d'isolant 4, et donc de la pastille 7, définira la dimension latérale du mode de Tamm. La source comprend également un contact métallique 8 pour alimenter la pastille métallique 7. 4 is deposited on the upper layer of the stack 2, the insulating layer having an opening 5 at which the upper layer is not covered with insulation. A metal layer 6 is deposited on the insulating layer 4, thus forming a metal pellet 7 deposited on the upper layer of the stack 2. The pellet 7 can have a circular, elliptical shape or even any other shape. The dimension of the opening 5 of the insulating layer 4, and therefore of the pellet 7, will define the lateral dimension of the Tamm mode. The source also includes a metal contact 8 to power the metal pellet 7.
L'empilement 2 est posé sur un substrat semi-conducteur S, ce substratStack 2 is placed on a semiconductor substrate S, this substrate
5 étant posé sur une couche métallique CO constituant un contact ohmique. 5 being placed on a metallic layer CO constituting an ohmic contact.
Dans un tel dispositif, la région active se situe immédiatement en-dessous de l'électrode 7 présente dans l'ouverture de la couche d'isolant 4, au niveau de l'emplacement des émetteurs lumineux 3 près de l'interface formée par la couche supérieure de l'empilement et l'électrode. C'est en effet près de cette interface que le mode de Tamm peut être créé. A titre d'exemple, le mode de Tamm s'étend quelques dizaines de nm dans la couche métallique 7 et quelques centaines de nm dans l'empilement, en partant de l'interface métal/semi- conducteur. In such a device, the active region is located immediately below the electrode 7 present in the opening of the insulating layer 4, at the location of the light emitters 3 near the interface formed by the upper layer of the stack and the electrode. It is in fact near this interface that the Tamm mode can be created. For example, the Tamm mode extends a few tens of nm in the metallic layer 7 and a few hundreds of nm in the stack, starting from the metal/semiconductor interface.
Le faisceau M sortant de la pastille 7 représente le couplage du mode de Tamm avec des ondes laser lorsque l'élément optoélectronique est mis en œuvre en tant que diode laser. The beam M emerging from the pad 7 represents the coupling of the Tamm mode with laser waves when the optoelectronic element is implemented as a laser diode.
Par les dimensions latérales réduites de l'interface électrode - couche supérieure de l'empilement, le mode de Tamm est également confiné dans la direction latérale, orthogonalement à la direction d'empilement. La pastille métallique 7 permet à la fois le confinement et/ou la manipulation du mode de Tamm et d'amener des porteurs pour réaliser l'injection électrique (illustrée par les flèches e ). La pastille métallique 7 peut être également appelée électrode d'injection. By the reduced lateral dimensions of the electrode - upper layer interface of the stack, the Tamm mode is also confined in the lateral direction, orthogonal to the stacking direction. The metal pellet 7 allows both the confinement and/or manipulation of the Tamm mode and to bring carriers to carry out the electrical injection (illustrated by the arrows e). The metal pellet 7 can also be called an injection electrode.
Les couches de l'empilement 2 sont par exemple en arséniure de gallium (GaAs) et en alliage d'arséniure de gallium et d'arséniure d'aluminium (GaAlAs), avec la couche supérieure en GaAs. Bien entendu, d'autres combinaisons de matériaux peuvent être utilisées pour les couches afin de former un miroir interférentiel. The layers of stack 2 are for example made of gallium arsenide (GaAs) and an alloy of gallium arsenide and aluminum arsenide (GaAlAs), with the upper layer made of GaAs. Of course, other combinations of materials can be used for the layers to form an interference mirror.
La pastille métallique 7 est de préférence en argent, et la couche d'isolant en oxyde d'yttri um(III) (Y2O3) ou en silice (SiOz). Le substrat peut également être en GaAs. The metal pellet 7 is preferably made of silver, and the insulating layer of yttrium(III) oxide (Y2O3) or silica (SiOz). The substrate can also be GaAs.
Le procédé 10, représenté sur la figure 1, comprend une phase 12 de création d'une couche d'isolant électrique 4 avec une ouverture 5 sur un miroir de Bragg 2, faisant partie d'un élément optoélectronique (non représenté) comme décrit ci-dessus. The method 10, shown in Figure 1, comprises a phase 12 of creating an electrical insulating layer 4 with an opening 5 on a Bragg mirror 2, forming part of an optoelectronic element (not shown) as described below -above.
La couche supérieure du miroir de Bragg 2 est de préférence en GaAs.The upper layer of the Bragg mirror 2 is preferably made of GaAs.
La phase 12 de création de l'isolant électrique comprend une étape 22 de dépôt d'une couche protectrice 13 sur le miroir de Bragg 2. La couche protectrice 13 peut notamment être une résine photosensible. La résine peut être déposée par enduction centrifuge spin coating). Phase 12 of creating the electrical insulator comprises a step 22 of depositing a protective layer 13 on the Bragg mirror 2. The protective layer 13 can in particular be a photosensitive resin. The resin can be deposited by centrifugal spin coating).
Ensuite, lors d'une étape 23 de photolithographie, la résine photosensible est exposée à une irradiation lumineuse à l'aide d'un masque pour définir l'emplacement futur de la pastille métallique. La résine 13' en dehors de cet emplacement est soluble dans un développeur. Lors du développement, la partie soluble de la résine 13' ainsi que la couche supérieure 2' sont gravées. La partie non soluble de la résine, en forme de plot 14, protège le futur emplacement de la pastille métallique du développeur. Then, during a photolithography step 23, the photosensitive resin is exposed to light irradiation using a mask to define the future location of the metal pellet. Resin 13' outside of this location is soluble in developer. During development, the soluble part of the resin 13' as well as the upper layer 2' are etched. The non-soluble part of the resin, in the shape of a pad 14, protects the future location of the metal developer pellet.
Comme illustré sur la figure 1, après le développement, le plot 14 de résine, posé sur la couche supérieure de GaAs gravée, persiste. Le plot 14 de résine a une section longitudinale de la forme d'un trapèze isocèle, avec le côté court vers le miroir de Bragg 2. Cette forme est en effet importante pour le bon déroulement des étapes suivantes du procédé 10. As illustrated in Figure 1, after development, the resin pad 14, placed on the upper layer of etched GaAs, persists. The resin pad 14 has a longitudinal section in the shape of an isosceles trapezoid, with the short side towards the Bragg mirror 2. This shape is in fact important for the smooth running of the following steps of the method 10.
La phase 12 de création de l'isolant comprend ensuite une étape 24 de dépôt d'une couche d'isolant électrique 4 sur l'ensemble de la surface gravée de la couche supérieure en GaAs et le plot 14 de résine. Le dépôt est effectué par ablation laser pulsé pulsed laser deposition, PLD) à température ambiante. L'isolant peut être, par exemple, du SiOz ou Y2O3. L'épaisseur de la couche d'isolant peut être de l'ordre de 100 nm. Grâce à la section en forme de « trapèze isocèle inversé » du plot 14 de résine et un dépôt directif de l'isolant, la couche d'isolant ne couvre pas les côtés du plot 14, mais seulement sa surface supérieure. Phase 12 of creating the insulator then comprises a step 24 of depositing a layer of electrical insulator 4 over the entire etched surface of the upper GaAs layer and the pad 14 of resin. The deposition is carried out by pulsed laser ablation (pulsed laser deposition, PLD) at room temperature. The insulation can be, for example, SiOz or Y2O3. The thickness of the insulating layer can be of the order of 100 nm. Thanks to the section in the shape of an “inverted isosceles trapezoid” of the resin pad 14 and a directional deposition of the insulator, the insulating layer does not cover the sides of the pad 14, but only its upper surface.
Lors d'une étape 25, le plot 14 de résine couvert d'isolant est enlevé par une technique de lift-off, à l'aide d'un solvant tel que de l'acétone. Comme les côtés du plot 14 de résine ne sont pas couverts par l'isolant, le plot 14 est soluble dans le solvant. During a step 25, the pad 14 of resin covered with insulation is removed by a lift-off technique, using a solvent such as acetone. As the sides of the resin pad 14 are not covered by the insulation, the pad 14 is soluble in the solvent.
A la fin de la phase 12 de dépôt de la couche d'isolant électrique 4, le miroir de Bragg 2 est recouvert de la couche d'isolant électrique 4 à l'exception du futur emplacement de la pastille métallique où la couche d'isolant présente une ouverture 5. At the end of phase 12 of deposition of the electrical insulating layer 4, the Bragg mirror 2 is covered with the electrical insulating layer 4 with the exception of the future location of the metal pellet where the insulating layer has an opening 5.
Le procédé 10, tel que représenté dans le mode de réalisation de la figure 1, se poursuit avec une phase 14 de création d'une électrode 8 de contact. The method 10, as represented in the embodiment of Figure 1, continues with a phase 14 of creating a contact electrode 8.
La phase 14 de dépôt de l'électrode 8 de contact, telle que représentée sur la figure 1, comprend une étape 31 de dépôt d'un masque de résine 9, par photolithographie, sur la couche d'isolant électrique 4 et son ouverture 5. Le masque de résine 9 présente un évidement à proximité de l'ouverture 5 de la couche d'isolant 5, mais couvre bien l'ouverture 5. La couche de GaAs dans l'ouverture 5 est ainsi bien protégée par le masque 9 de résine pour l'étape suivante. The phase 14 of depositing the contact electrode 8, as shown in Figure 1, comprises a step 31 of depositing a resin mask 9, by photolithography, on the electrical insulating layer 4 and its opening 5 . THE resin mask 9 has a recess near the opening 5 of the insulating layer 5, but covers the opening 5 well. The GaAs layer in the opening 5 is thus well protected by the resin mask 9 to the next step.
Lors d'une étape 32, une première couche métallique 15, dite de contact, est déposée sur le masque de résine 9 par évaporation. La première couche métallique 15 est de préférence en or. Elle peut être complétée par une couche intermédiaire 19, entre la couche métallique de contact 15 et le masque 9, servant de couche d'accroche, tel qu'illustré dans le mode de réalisation de la figure 1. La couche d'accroche 19 peut être, par exemple, en chrome ou en titane. La première couche métallique 15 n'est pas en contact avec la couche supérieure du miroir de Bragg 2 présente dans l'ouverture 5 de la couche d'isolant 4. During a step 32, a first metal layer 15, called contact layer, is deposited on the resin mask 9 by evaporation. The first metallic layer 15 is preferably made of gold. It can be supplemented by an intermediate layer 19, between the metallic contact layer 15 and the mask 9, serving as an adhesion layer, as illustrated in the embodiment of Figure 1. The adhesion layer 19 can be, for example, chrome or titanium. The first metal layer 15 is not in contact with the upper layer of the Bragg mirror 2 present in the opening 5 of the insulating layer 4.
Ensuite, lors d'une étape 33, le masque de résine 9 est enlevé par une technique de lift-off, à l'aide d'un solvant tel que de l'acétone. Il en résulte une électrode 8 de contact placée sur la couche d'isolant 4, à proximité de l'ouverture 5, futur emplacement de la pastille métallique. Then, during a step 33, the resin mask 9 is removed by a lift-off technique, using a solvent such as acetone. This results in a contact electrode 8 placed on the insulating layer 4, near the opening 5, the future location of the metal pellet.
Une image (obtenue par microscopie optique en champ clair) présentant une vue de dessus de l'élément optoélectronique obtenu à ce stade est montrée sur la figure 4. On y voit le dessus de l'électrode de contact 8. An image (obtained by bright field optical microscopy) presenting a top view of the optoelectronic element obtained at this stage is shown in Figure 4. We see the top of the contact electrode 8.
Le procédé 10 selon l'invention comprend en outre une phase 16 de création d'une électrode 7 d'injection. The method 10 according to the invention further comprises a phase 16 of creating an injection electrode 7.
La phase 16 de dépôt de l'électrode 7 d'injection, telle que représentée sur la figure 1, comprend une étape 41 de dépôt d'une deuxième couche métallique 18, dite d'injection, sur essentiellement toute la surface de l'élément optoélectronique obtenu lors des phases précédentes du procédé. La couche métallique d'injection 18 est de préférence en argent. The phase 16 of deposition of the injection electrode 7, as shown in Figure 1, comprises a step 41 of deposition of a second metal layer 18, called injection, over essentially the entire surface of the element optoelectronic obtained during the previous phases of the process. The metallic injection layer 18 is preferably made of silver.
Lors d'une étape 42 du procédé 10, un masque de résine 17, réalisé par photolithographie, est déposé sur la deuxième couche métallique 18. Le masque 17 couvre la deuxième couche métallique 18 au niveau de l'ouverture 5 dans la couche d'isolant 4 ainsi que de l'électrode 8 de contact. La phase 16 du procédé comprend ensuite une étape 43 de délimitation, ou structuration, latérale de la couche métallique d'injection 18, lors de laquelle l'étendue latérale de la deuxième couche métallique 18 est définie. Cette étape peut être réalisée, par exemple, par une attaque de la couche 18 à l'aide d'une solution d'iodure de potassium (Kl) et de diiode (b) dans de l'eau. Les endroits attaqués 6' deviennent alors non-conducteurs. Lorsque la couche d'injection 18 est en argent, les endroits exposés se transforment alors en de l'iodure d'argent (Agi). During a step 42 of the method 10, a resin mask 17, produced by photolithography, is deposited on the second metal layer 18. The mask 17 covers the second metal layer 18 at the level of the opening 5 in the layer of insulator 4 as well as the contact electrode 8. Phase 16 of the method then comprises a step 43 of lateral delimitation, or structuring, of the metal injection layer 18, during which the lateral extent of the second metal layer 18 is defined. This step can be carried out, for example, by attacking layer 18 using a solution of potassium iodide (Kl) and diodine (b) in water. The attacked locations 6' then become non-conductive. When the injection layer 18 is made of silver, the exposed places then transform into silver iodide (Agi).
Le masque de résine 17 est ensuite enlevé par une technique de lift-off, à l'aide d'un solvant tel que de l'acétone. The resin mask 17 is then removed by a lift-off technique, using a solvent such as acetone.
La dernière étape 43 définit un pad métallique 6, par exemple en argent, qui couvre l'électrode 8 de contact ainsi que l'ouverture 5. La partie du pad 6 couvrant la couche supérieure du miroir de Bragg constitue la pastille métallique 7 précédemment mentionnée, fonctionnant en tant qu'électrode d'injection. Un mode de Tamm peut être généré et confiné à l'interface entre la pastille 7 et la couche supérieure du miroir de Bragg. The last step 43 defines a metal pad 6, for example made of silver, which covers the contact electrode 8 as well as the opening 5. The part of the pad 6 covering the upper layer of the Bragg mirror constitutes the metal pad 7 previously mentioned , functioning as an injection electrode. A Tamm mode can be generated and confined to the interface between the patch 7 and the upper layer of the Bragg mirror.
Une image (obtenue par microscopie optique en champ clair) présentant une vue de dessus de quatre éléments optoélectroniques 1 obtenu après la phase 16 du procédé est montrée sur la figure 5. On y distingue les pads métalliques 6 et les pastilles 7, les pads métalliques 6 recouvrant les électrodes de contact, respectivement. Les pastilles 7 dans la figure 5 ont des diamètres différents, permettant de disposer de régions émettrices de taille variable. An image (obtained by bright field optical microscopy) presenting a top view of four optoelectronic elements 1 obtained after phase 16 of the process is shown in Figure 5. We can distinguish the metal pads 6 and the pellets 7, the metal pads 6 covering the contact electrodes, respectively. The pellets 7 in Figure 5 have different diameters, making it possible to have emitting regions of variable size.
Selon un autre mode de réalisation du procédé selon l'invention, les phases de création d'une électrode 8 de contact et de création d'une électrode 7 d'injection peuvent être inversées. En effet, il est possible de créer d'abord l'électrode 7 d'injection et le pad métallique 6 et poser ensuite l'électrode 8 de contact sur le pad métallique 6. According to another embodiment of the method according to the invention, the phases of creating a contact electrode 8 and creating an injection electrode 7 can be reversed. Indeed, it is possible to first create the injection electrode 7 and the metal pad 6 and then place the contact electrode 8 on the metal pad 6.
La figure 2 illustre des étapes de la phase 12 de création d'une couche d'isolant électrique 4 et de la phase 16 de création d'une électrode 7 d'injection. La phase 12 de création d'une couche d'isolant 4 avec son ouverture 5 est identique à ce qui a été détaillé en référence à la figure 1. Lors de la phase 16 de création de l'électrode d'injection, la couche métallique d'injection 18 est déposée directement sur la couche d'isolant 4 et son ouverture, afin de former la pastille d'injection 7 au niveau de l'ouverture 5. L'électrode de contact pourra ensuite être déposée sur la couche d'injection 18. Figure 2 illustrates steps of phase 12 of creating an electrical insulating layer 4 and of phase 16 of creating an injection electrode 7. Phase 12 of creating an insulating layer 4 with its opening 5 is identical to what has been detailed with reference to Figure 1. During phase 16 of creating the injection electrode, the metallic layer injection 18 is deposited directly on the insulating layer 4 and its opening, in order to form the injection pellet 7 at the level of the opening 5. The contact electrode can then be deposited on the injection layer 18.
Le choix de l'ordre de la réalisation de ces étapes dépend des matériaux utilisés. Il est par exemple plus aisé de faire adhérer de l'argent sur de l'or, que vice versa. The choice of the order of carrying out these steps depends on the materials used. For example, it is easier to bond silver to gold than vice versa.
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. Of course, the invention is not limited to the examples which have just been described and numerous adjustments can be made to these examples without departing from the scope of the invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé (10) de fabrication d'un élément optoélectronique (1), l'élément optoélectronique (1) comprenant un matériau semi-conducteur (2) comprenant une région active localisée sous une surface du matériau semi-conducteur, le procédé (10) comprenant les étapes suivantes : 1. Method (10) for manufacturing an optoelectronic element (1), the optoelectronic element (1) comprising a semiconductor material (2) comprising an active region located under a surface of the semiconductor material, the method ( 10) comprising the following steps:
- dépôt (12) d'un couche d'isolant électrique (4) sur le matériau semi- conducteur à l'aide d'un premier masque (14) posé directement sur la région active, de sorte à ce que la couche d'isolant électrique (4) présente un évidement (5) au niveau de la région active ; - deposition (12) of an electrical insulating layer (4) on the semiconductor material using a first mask (14) placed directly on the active region, so that the layer of electrical insulator (4) has a recess (5) at the active region;
- dépôt (16) d'une couche métallique (18), dite d'injection, sur l'ensemble obtenu à l'étape précédente, de sorte à ce que la couche métallique d'injection (18) forme une électrode (7) sur la surface du matériau semi- conducteur au niveau de la région active. - deposition (16) of a metal layer (18), called an injection layer, on the assembly obtained in the previous step, so that the metal injection layer (18) forms an electrode (7) on the surface of the semiconductor material at the active region.
2. Procédé (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend en outre : 2. Method (10) according to the preceding claim, characterized in that it further comprises:
- préalablement au dépôt (16) de la couche métallique d'injection (18), création (14) d'une électrode de contact (8) sur la couche d'isolant électrique (4) à l'aide d'un deuxième masque (9), le deuxième masque (9) ayant un évidement décalé latéralement par rapport à la région active pour l'emplacement de l'électrode de contact (8). - prior to deposition (16) of the metallic injection layer (18), creation (14) of a contact electrode (8) on the electrical insulating layer (4) using a second mask (9), the second mask (9) having a recess offset laterally with respect to the active region for the location of the contact electrode (8).
3. Procédé (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre : 3. Method (10) according to claim 1, characterized in that it further comprises:
- après le dépôt (16) de la couche métallique d'injection (18), création d'une électrode de contact sur la couche métallique à l'aide d'un deuxième masque photosensible, le masque ayant un évidement décalé latéralement par rapport à la région active pour l'emplacement de l'électrode de contact. - after deposition (16) of the injection metal layer (18), creation of a contact electrode on the metal layer using a second photosensitive mask, the mask having a recess offset laterally relative to the active region for the location of the contact electrode.
4. Procédé (10) selon l'une quelconque des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que la création (14) de l'électrode de contact (8) comprend les étapes suivantes : - dépôt d'une résine photosensible sur l'ensemble obtenu à l'étape précédente, lithographie et gravure de la résine pour obtenir le deuxième masque (9) ; 4. Method (10) according to any one of claims 2 to 3, characterized in that the creation (14) of the contact electrode (8) comprises the following steps: - deposition of a photosensitive resin on the assembly obtained in the previous step, lithography and etching of the resin to obtain the second mask (9);
- dépôt (32) directif d'une couche métallique (15), dite de contact, sur le deuxième masque (9) ; et - directive deposition (32) of a metal layer (15), called contact layer, on the second mask (9); And
- lift-off (33) du deuxième masque (9) ; la partie de la couche métallique de contact (15) restante après le lift-off formant l'électrode de contact (8). - lift-off (33) of the second mask (9); the part of the metallic contact layer (15) remaining after the lift-off forming the contact electrode (8).
5. Procédé (10) de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend en outre : 5. Manufacturing method (10) according to the preceding claim, characterized in that it further comprises:
- délimitation latérale (43) de la couche métallique d'injection (18) de sorte à ce qu'elle couvre essentiellement les emplacements de la région active et de l'électrode de contact (8), à l'aide d'un troisième masque (17) couvrant essentiellement les emplacements de la région active et de l'électrode de contact. - lateral delimitation (43) of the metallic injection layer (18) so that it essentially covers the locations of the active region and the contact electrode (8), using a third mask (17) essentially covering the locations of the active region and the contact electrode.
6. Procédé (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la délimitation latérale (43) de la couche métallique d'injection (18) comprend les étapes suivantes : 6. Method (10) according to the preceding claim, characterized in that the lateral delimitation (43) of the metal injection layer (18) comprises the following steps:
- dépôt d'une résine photosensible sur l'ensemble obtenu à l'étape précédente, lithographie et gravure de la résine pour obtenir le troisième masque (17) ; - deposition of a photosensitive resin on the assembly obtained in the previous step, lithography and etching of the resin to obtain the third mask (17);
- attaque chimique des parties de la couche métallique d'injection non couvertes par le troisième masque (17) ; et - chemical attack on the parts of the metal injection layer not covered by the third mask (17); And
- lift-off du troisième masque (17). - lift-off of the third mask (17).
7. Procédé (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche d'isolant électrique (4) est déposée par dépôt directif. 7. Method (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the electrical insulating layer (4) is deposited by directional deposition.
8. Procédé (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau semi-conducteur comprend un empilement (2) de couches semi-conductrices comprenant, selon une direction Z perpendiculaire à la surface du matériau semi-conducteur, une alternance de couches d'indice de réfraction élevé et faible pour former un miroir interférentiel. 8. Method (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the semiconductor material comprises a stack (2) semiconductor layers comprising, in a direction Z perpendicular to the surface of the semiconductor material, an alternation of layers of high and low refractive index to form an interference mirror.
9. Procédé (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la région active comprend au moins un émetteur (3) ou détecteur de lumière. 9. Method (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the active region comprises at least one emitter (3) or light detector.
10. Procédé (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'au moins un émetteur ou détecteur de lumière comprend un puit quantique (3) ou une boite quantique (3). 10. Method (10) according to the preceding claim, characterized in that the at least one light emitter or detector comprises a quantum well (3) or a quantum dot (3).
11. Procédé (10) selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que l'au moins un émetteur (3) ou détecteur de lumière est localisé à proximité de la surface du matériau semi-conducteur. 11. Method (10) according to claim 9 or 10, characterized in that the at least one emitter (3) or light detector is located near the surface of the semiconductor material.
12. Élément optoélectronique (1) obtenu par le procédé (10) de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes. 12. Optoelectronic element (1) obtained by the manufacturing method (10) according to any one of the preceding claims.
PCT/EP2023/087199 2022-12-21 2023-12-21 Process for manufacturing an optoelectronic element, and optoelectronic element WO2024133633A1 (en)

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