L'invention concerne un dispositif de photodétection et notamment un photodétecteur infrarouge.

Un tel dispositif comporte une couche de semi-conducteur absorbant présentant une épaisseur déterminée.

On connaît déjà des photodétecteurs quantiques infrarouges. Ceux-ci doivent être refroidis bien en-dessous de la température ambiante, pour minimiser voire supprimer dans le semi-conducteur, le processus de génération de porteurs, ou courant d'obscurité, qui entre en compétition avec la photo-génération de porteurs libres, ou signal utile.

La diminution de la température du détecteur est donc le moyen courant dans l'état de l'art pour maximiser le rapport signal sur bruit.

Lorsque le semi-conducteur utilisé dans le photodétecteur est du tellurure de cadmium mercure, l'épaisseur de la couche de semi-conducteur est de plusieurs micromètres, ce qui assure une absorption maximale de la lumière infrarouge.

Une diminution du volume de semi-conducteur présent dans le photodétecteur permet également de réduire le courant d'obscurité. Diminuer l'épaisseur de la couche de semi-conducteur a d'autres avantages : réduire le coût des matériaux et augmenter la vitesse de détection.

Cependant, cette diminution d'épaisseur de la couche de semiconducteur entraîne une diminution de l'efficacité quantique du photodétecteur, ce qui n'est pas souhaitable, car cette diminution de rendement induit une diminution du rapport signal sur bruit.

C'est pourquoi, il est classique d'associer au photodétecteur une structure de concentration de photons, afin de compenser la perte de l'efficacité quantique du photodétecteur et donc, de pouvoir bénéficier de la diminution du courant d'obscurité pour obtenir le bon rapport signal sur bruit.

Cette structure peut notamment prendre la forme d'un miroir métallique structuré qui est placé sur la face arrière d'une couche semi- conductrice absorbante, de façon à obtenir un renforcement de l'absorption dans cette couche semi-conductrice.

Un tel miroir peut notamment être utilisé dans des détecteurs à puits quantiques, dans la gamme spectrale du moyen et lointain infrarouge. Référence est faite à l'article de K.W. Goossen et al, Appl. Phys. Lett. 53,

19 septembre 1988, 1027. Cet article décrit un détecteur comprenant un empilement de couches formant des puits quantiques. En incidence normale au détecteur, ce dernier n'est pas absorbant. Le miroir permet de réfléchir l'onde incidente avec un angle de façon à ce qu'elle soit absorbée par au moins un puits quantique. Un tel miroir a également été proposé pour l'amélioration du rendement de cellules solaires en couches minces de Si amorphe, dans le visible et proche infrarouge.

Dans tous les cas, un miroir métallique structuré permet de coupler par diffraction la radiation incidente à la couche absorbante de semi- conducteur.

Ainsi, le miroir métallique peut être structuré sous la forme d'un réseau bidimensionnel, notamment un réseau de plots dans des configurations diverses, par exemple plots carrés en réseau carré ou plots ronds en réseau carré ou hexagonal.

Les caractéristiques géométriques de ces réseaux ont fait l'objet d'optimisation, concernant l'efficacité du renforcement de l'absorption.

Ainsi, certaines références prévoient que la hauteur des plots ou des trous du miroir utilisé est de l'ordre d'un quart de la longueur d'onde d'utilisation, pour optimiser l'absorption des puits quantiques. On peut notamment citer le document WO 2005/081782 ou encore l'article de J.Y. Andersson et al, Appl. Phys. Lett. 59, 12 août 1991 , 857.

Ceci conduit à un miroir d'épaisseur importante, lorsque le photodétecteur est utilisé dans l'infrarouge.

Ainsi, avec un matériau enrobant les structurations du réseau dont l'indice est de 2,5, les structurations présenteront une profondeur d'environ 400 nm pour une longueur d'onde de 4 pm. Ceci conduit à des miroirs d'épaisseur de l'ordre de 500 nm, l'épaisseur étant comptée entre le fond du miroir et le sommet des structurations.

Cette épaisseur importante peut poser un certain nombre de difficultés technologiques de réalisation.

II est par exemple difficile de structurer de telles épaisseurs d'un matériau métallique en raison, par exemple, de problèmes de dépôt sur les flancs de résine dans les procédés dits de lift off, de remplissage de cavités profondes, ou de gravure de métaux nobles tels que l'or, mettant en œuvre des procédés à base de plasma à hautes températures, typiquement des températures supérieures à 200° C.

Certaines références prévoient l'utilisation de structurations plus fines, avec des trous d'une profondeur de 200 nm pour une longueur d'onde de 10 μιη, cette structuration permettant de renforcer l'absorption dans un détecteur à puits quantiques. C'est le cas de l'article de K.W. Goossen précédemment cité et de l'article de Cui Dafu et al, Infrared Phys. 32 (1991 ) 53.

Cependant, l'efficacité quantique de ces photodétecteurs, comme celle des photodétecteurs mentionnés précédemment, dépend considérablement de l'angle de la lumière incidente sur le photodétecteur. Ainsi, le spectre d'absorption de la couche de semi-conducteur présente dans le photodétecteur révèle un pic de résonance de l'absorption qui est fonction de l'angle de la lumière incidente. On constate qu'avec les miroirs connus, la position et la forme du pic d'absorption varient de manière importante avec l'angle d'incidence de l'onde sur le détecteur.

Ainsi, l'article de Cui Dafu et al, précédemment cité, montre une dépendance angulaire de l'efficacité quantique qui est très marquée : elle est de l'ordre de 0.1° dans le substrat et de 0.3° dans le milieu incident (air). Par ailleurs, l'article de Andersson et al, J. Appl. Phys. 171 (1992) 3600 tend à montrer une réponse angulaire très large avec une insensibilité jusqu'à au moins 15°. Cependant, c'est l'efficacité quantique intégrée sur la gamme spectrale de 8 à 12 m qui est considérée, et non l'efficacité quantique à une longueur d'onde donnée en fonction de l'angle d'incidence. Or, cette dernière est plus difficile à obtenir. Elle est intéressante car elle permet d'envisager une détection hyperspectrale, c'est-à-dire la détection de plusieurs longueurs d'onde au sein d'une même gamme de détection (par exemple 4 « couleurs » différentes dans la même gamme 8-12 Mm) sans que les couleurs se mélangent lorsque la radiation arrive selon un angle d'incidence.

L'invention a pour objet de pallier les inconvénients des photodétecteurs de l'état de la technique en proposant un photodétecteur comprenant une couche mince de semi-conducteur et un miroir métallique structuré et qui présente une sensibilité réduite à l'angle d'incidence de la radiation lumineuse infrarouge utilisée, tout en maintenant l'efficacité quantique d'absorption de cette radiation lumineuse, mesurée par exemple comme le rapport entre la puissance lumineuse absorbée dans le semiconducteur et la puissance lumineuse incidente.

Ainsi, l'invention concerne un photodétecteur pour une radiation lumineuse de longueur d'onde donnée (λ) comprenant un empilement de couches avec :

- une couche d'un matériau semi-conducteur partiellement absorbant à ladite longueur d'onde,

- une couche d'espacement en un matériau transparent à ladite longueur d'onde, et

- un miroir métallique structuré, la distance (g) entre le sommet dudit miroir et ladite couche d'espacement étant inférieure à λ et ledit miroir présentant un réseau de trous définissant un réseau de reliefs métalliques, avec un pas P compris entre 0,5 λ/nSC et 1 ,5 λ/nSC où nSC est la partie réelle de l'indice de réfraction du matériau semi-conducteur, une largeur L de relief comprise entre 9P/10 et P/2 et une profondeur h de trou comprise entre λ/100 et λ/15.

Un tel photodétecteur présente une plus faible sensibilité angulaire et la largeur spectrale de la résonance est augmentée.

Par ailleurs, ce photodétecteur permet d'envisager la réalisation plus facile de matrices de pixels sensibles à des longueurs d'onde différentes (détection multispectrale). Ceci résulte notamment :

• d'une robustesse aux variations géométriques, notamment en ce qui concerne le facteur de remplissage du réseau, l'effet étant observé dans une large gamme de largeurs de plots,

· d'une structuration de hauteur faible, technologiquement facile à réaliser et dont la valeur optimale varie très peu avec la longueur d'onde,

• de la possibilité d'ajuster la longueur d'onde de résonance (ie de renforcement d'absorption) via une dimension latérale du réseau (ici le pas du réseau principalement) et non par l'épaisseur des couches.

Enfin, aucune structuration de la couche de semi-conducteur n'est nécessaire.

De façon préférée, l'épaisseur e de la couche de matériau semi- λ

conducteur satisfait à la relation e≤o,7 x - — - ; où kSC est la partie

2 x π x kSC

imaginaire de l'indice de réfraction dudit matériau semi-conducteur.

Pour un photodétecteur comportant un miroir structuré en deux dimensions, le pas P est de préférence compris entre 3P/4 et 9P/10.

Dans une première variante, le réseau dudit miroir présente un faisceau de lignes en creux.

Dans une autre variante, ce réseau présente deux faisceaux croisés de lignes en creux parallèles. Elles peuvent également être parallèles ou non aux bords du photodétecteur.

De façon préférée, le matériau semi-conducteur est choisi parmi Si, Ge, SiGe, InAs, InSb, GaSb, PbS, PbSe, PbTe ou Cd _x Hg _-x Te (avec x<0,9), des alliages ternaires comme InGaAs, AlInAs, AlInSb, InAsSb ou InGaSb, des alliages quaternaires comme InGaAsP ou InGaAsSb et des alliages quinaires comme GalnAsSb ou GalnAsSbP, ou encore un superréseau de type II, par exemple InAs/InSb sur GaSb.

Par ailleurs, le matériau de la couche d'espacement est choisi parmi l'air, ZnS, CdTe, S1O2 ou des matériaux lll-V.

II sera choisi de manière à être non absorbant et tel que la partie réelle de son indice soit inférieure à la partie réelle de l'indice du semi- conducteur absorbant. Des matériaux à gap plus grand que celui du semiconducteur absorbant satisferont généralement à ces conditions.

De façon avantageuse, la couche d'espacement présente une épaisseur d'au moins 10 nm, pour pouvoir remplir une fonction de barrière de diffusion.

De préférence, la distance g est inférieure à λ/50.

Enfin, le photodétecteur peut comporter sur ladite couche de matériau semi-conducteur, un substrat transparent à ladite longueur d'onde.

Ce substrat pourra par exemple être le substrat de croissance de la couche de semi-conducteur absorbante, par exemple un substrat de CdZnTe dans le cas où l'on veut faire croître une couche de CdHgTe. Le substrat pourra aussi contribuer à la cohésion mécanique du photodétecteur final.

De façon préférée, ce substrat transparent est réalisé dans un matériau dont l'indice est supérieur à celui de l'air.

L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit et qui est faite au regard des dessins annexés, sur lesquels :

- la figure 1 est une vue en coupe d'un exemple de photodétecteur selon l'invention,

- la figure 2 est une courbe montrant, dans un exemple de photodétecteur à une dimension selon l'invention, l'efficacité quantique du photodétecteur en fonction de la longueur d'onde pour une lumière incidente perpendiculaire au photodétecteur,

- la figure 3 présente un réseau de courbes similaires à celles de la figure 2 correspondant à différents angles d'incidence,

- la figure 4 présente quatre courbes représentant l'efficacité quantique d'un photodétecteur selon l'invention, en fonction de l'angle d'incidence, pour différentes valeurs du paramètre g. - la figure 5 illustre un autre exemple de réalisation du photodétecteur selon l'invention,

- la figure 6 présente un réseau de courbes montrant, en fonction de la longueur d'onde et pour plusieurs angles d'incidence de la lumière incidente, l'efficacité quantique d'un autre exemple de photodétecteur à une dimension comportant un substrat transparent,

- la figure 7 présente un réseau de courbes similaires à celles de la figure 6 et pour un photodétecteur ne comportant pas de substrat transparent,

- les figures 8a et 8b sont chacune une courbe montrant, en fonction de la longueur d'onde, l'efficacité quantique de deux photodétecteurs selon l'invention comportant un miroir structuré en deux dimensions et pour une lumière incidente perpendiculaire au photodétecteur, et

- la figure 9 comporte cinq courbes représentant l'efficacité quantique d'un photodétecteur selon l'angle d'incidence, pour différentes valeurs de la largeur L des reliefs et de la profondeur h de trou.

La figure 1 illustre un exemple d'un photodétecteur 1 selon l'invention.

Ce photodétecteur comporte un empilement de couches, illustré en coupe sur la figure 1 avec tout d'abord un substrat 10 qui est transparent à la longueur d'onde λ de la radiation lumineuse utilisée.

Les flèches F illustrent la propagation de la radiation lumineuse incidente au niveau de la face avant 100 du photodétecteur.

La radiation lumineuse se propage à l'intérieur du substrat 10, en subissant un phénomène de réfraction au passage de l'interface air-substrat, induisant une modification de son angle d'incidence selon la loi de Snell- Descartes. Le substrat étant d'indice supérieur à celui de l'air, l'angle d'incidence dans le substrat sera plus faible que l'angle d'incidence dans l'air. Ce substrat jouera le rôle de substrat de croissance du semi-conducteur, ou bien d'élément assurant la cohésion mécanique du photodétecteur.

Ce substrat transparent peut être réalisé en CdZnTe.

En contact avec le substrat transparent 10, est prévue une couche 11 d'un matériau semi-conducteur.

Ce substrat transparent peut être omis dans d'autres modes de réalisation du photodétecteur selon l'invention.

Dans ce cas, le fait que la couche de semi-conducteur soit à nu diminue la durée de vie du dispositif photodétecteur, ou bien encore induit une forte recombinaison des porteurs photogénérés à la surface de cette couche et donc une diminution de rendement de collection des charges photogénérées.

Pour pallier ce problème, une couche de passivation électrique pourra alors être prévue sur la couche 11. Cette couche devra être suffisamment fine pour ne pas influer sur les caractéristiques optiques du dispositif (typiquement on la choisira petite devant la longueur d'onde). Il peut, par exemple, s'agir d'une couche de CdTe recouverte d'une couche de ZnS, toutes deux présentant une épaisseur d'environ 100 nm.

Le matériau semi-conducteur ainsi que son épaisseur sont choisis pour qu'il soit partiellement absorbant.

L'épaisseur e de cette couche de matériau semi-conducteur est choisie de telle sorte que la couche 11 de semi-conducteur n'est pas totalement absorbante. Elle pourra avantageusement répondre à la relation (1) suivante :

e≤0,7x (1 ) où kSC est la partie imaginaire de l'indice de réfraction du matériau semi-conducteur.

Ce matériau pourra être choisi parmi les matériaux suivants : Si, Ge, SiGe, InAs, InSb, GaSb, PbS, PbSe, PbTe ou Cd _x Hg _-x Te (avec x<0,9), des alliages ternaires comme InGaAs, AlInAs, AlInSb, InAsSb ou InGaSb, des alliages quaternaires comme InGaAsP ou InGaAsSb et des alliages quinaires comme GalnAsSb ou GalnAsSbP, ou encore un superréseau de type II, par exemple InAs/InSb sur GaSb.

Il convient de noter que le type de dopage et sa concentration sont indifférents dans le cadre de l'invention. En effet, l'aspect photonique de génération des porteurs est indépendant de la collection de ces porteurs. On pourra donc utiliser tout système de collection classique de l'art antérieur.

L'empilement comporte encore un miroir métallique 13 et, entre la couche de semi-conducteur 11 et le miroir 13, une couche d'espacement 12.

Dans l'exemple illustré sur la figure 1 , le miroir comporte, sur sa surface 130, en contact avec la couche d'espacement 12, une série de reliefs 131. Dans ce cas, le sommet du miroir 13 correspond au sommet du relief 131 le plus élevé.

Ainsi, la distance g entre le sommet du miroir 13 et la couche de semi-conducteur 11 est choisie inférieure à la longueur d'onde λ de la radiation lumineuse utilisée.

La structuration du miroir 13 induit un mode guidé parallèle à la couche 11 de semi-conducteur avec un champ électrique évanescent qui est maximal au sommet du miroir et qui décroit vers le substrat 10. Dans une configuration dite de champ proche, la couche absorbante 11 est placée suffisamment proche du miroir pour être dans cette région de renforcement du champ électromagnétique. Ceci correspond à une distance g de la surface du miroir inférieure à λ.

Il sera également montré dans la suite de la description quelle est l'influence de la valeur de cette distance g sur la sensibilité angulaire du photodétecteur.

Cette couche d'espacement 12 est réalisée dans un matériau transparent à la longueur d'onde de la radiation lumineuse utilisée.

Ce matériau peut être de l'air ou encore : ZnS, CdTe, des matériaux lll-V suivant le groupe auquel appartient le semi-conducteur absorbant. On peut également envisager du SiO ₂ , si le matériau semiconducteur utilisé est du Ge ou du SiGe. De préférence, la distance g est inférieure à λ/ne, où λ est la longueur d'onde de la radiation lumineuse utilisée et où ne est l'indice optique du matériau de la couche d'espacement 12.

Comme l'illustre la figure 5, cette distance g peut être sensiblement nulle.

On va maintenant s'intéresser à la structuration du miroir 13, sur sa surface 130.

Tout d'abord, cette structuration peut être réalisée en une ou deux dimension(s).

Dans le cas d'une structuration en une dimension, les reliefs 131 s'étendent, sur la surface 130, selon des lignes sensiblement parallèles. En d'autres termes, le réseau du miroir est défini par un faisceau de lignes en creux ou en relief.

Pour un miroir de ce type, la résonance de l'absorption sera donc générée uniquement en polarisation TM, c'est-à-dire pour un champ magnétique de la radiation lumineuse incidente parallèle aux lignes du réseau.

La structuration peut également être prévue en deux dimensions, de façon à rendre le photodétecteur indépendant de la polarisation.

La structuration consiste alors en un réseau de reliefs en forme de plots, par exemple un réseau carré de plots ronds ou carrés, ou encore un réseau hexagonal de plots ronds.

De façon générale, ce réseau présente alors deux faisceaux croisés de lignes parallèles, en creux.

Par ailleurs, ces lignes peuvent être parallèles ou non aux bords du photodétecteur.

Un autre mode de réalisation, dans lequel la structuration ne consiste pas en des plots en relief sur la surface 130 mais en des trous formés à partir de cette surface, ne convient pas dans le cadre de l'invention.

Les matériaux pouvant être utilisés pour réaliser le miroir 13 sont les métaux nobles tels que l'or, l'aluminium et le cuivre ainsi que tous les métaux dans la mesure où leur conductivité n'est pas plus de vingt fois inférieure à celle de l'or.

Les structurations pourront inclure une couche mince de métal servant à assurer l'accroche du métal précédent sur la couche d'espacement 12, par exemple du titane Ti.

Il a été mis en évidence que, pour obtenir un photodétecteur présentant une faible sensibilité angulaire, il convenait également de choisir de façon adaptée le pas P du miroir, c'est-à-dire la distance entre deux reliefs 131 consécutifs, ainsi que la largeur latérale L et la hauteur h des reliefs.

En effet, un autre couplage en jeu est le couplage de la lumière incidente avec la paire de modes couplés et guidés parallèlement au plan de la couche de semi-conducteur, obtenu grâce au réseau formé sur le miroir. La force de ce dernier couplage sera quant à elle déterminée par la forme du réseau (période ou pas P, facteur de remplissage L/P et profondeur h des structurations). Il est préférable pour l'invention que ce couplage par réseau soit fort, afin d'obtenir une forte efficacité quantique de détection. La période du réseau fixe le couple (longueur d'onde, angle d'incidence) du pic de résonance.

Le pas ou la période P de la structuration permet d'ajuster la longueur d'onde de résonance A _rs , suivant la relation (2) approchée : A _rs =nSC.P,

où nSC est la partie réelle de l'indice de réfraction du matériau semi-conducteur absorbant.

Ainsi, le pas P sera choisi compris dans la gamme 0,5A/nSC et

1 ,5A/nSC, où λ est la longueur d'onde de résonnance souhaitée.

De plus, la largeur L des reliefs sera choisie entre 9P/10 et P/2. Enfin, la profondeur de la structuration du miroir, c'est-à-dire la hauteur h des reliefs 131 ou encore la profondeur des trous, sera comprise entre λ/15 et λ/100 et elle sera choisie typiquement sensiblement égale à λ/50. De façon générale, cette hauteur h sera ajustée en fonction de l'épaisseur e de la couche 11 du semi-conducteur et de l'indice optique de la couche d'espacement 12.

Ces gammes du pas P, de la largeur latérale L des reliefs et de la profondeur h des trous permettent de réduire la sensibilité angulaire du photodétecteur. Ceci sera illustré en référence à la figure 9.

Un exemple particulier de réalisation d'un photodétecteur tel qu'illustré à la figure 1 va maintenant être décrit.

L'influence des différents paramètres mentionnés ci-dessus va être mise en évidence avec cet exemple particulier, comportant un miroir structuré en une dimension.

Ainsi, le photodétecteur considéré comporte une couche de substrat transparent en CdZnTe et une couche de semi-conducteur du type tellurure cadmium mercure (MCT), de formule générale Hg _x Cdi _-x Te, avec x=0.3.

La longueur d'onde λ de la radiation lumineuse incidente est comprise entre 3 et 5 μιτι. Par ailleurs, la partie imaginaire de l'indice de réfraction du matériau semi-conducteur est de l'ordre de 0,2 pour une longueur d'onde de 4 pm. Ainsi, la relation (1 ) conduit à une épaisseur de la couche de semi-conducteur inférieure à environ 2 μιτι.

Dans cet exemple particulier, l'épaisseur de la couche de semiconducteur sera choisie égale à 400 nm.

La couche de matériau d'espacement est réalisée en ZnS.

Le miroir métallique est réalisé en or et la distance g entre le miroir métallique et la couche d'espacement est égale à 50 nm. Elle est donc comprise entre λ/100 et λ/60, pour la gamme de longueur d'onde retenue.

Par ailleurs, l'épaisseur entre la surface 130, correspondant au fond des structurations, et le fond du miroir, correspondant à la surface 132 opposée à la surface 130, est au moins égale à l'épaisseur de peau à la longueur d'onde considérée. Cette dernière sera de l'ordre de 25 nm pour un miroir en or à une longueur d'onde de 4 pm. Le pas du réseau est choisi égal à 1450 nm et la largeur L des lignes métalliques est choisie égale à 800 nm. Ainsi, P est bien situé dans la gamme 0,5A/nSC et 1 ,δλ/nSC, pour la gamme de longueur d'onde retenue. D'autre part, L est choisie sensiblement égale à 0,55 P.

Enfin, la profondeur de la structuration du miroir, c'est-à-dire la hauteur h, est de 125 nm. Elle est donc comprise entre Λ/40 et λ/24 pour la gamme de longueur d'onde considérée.

La figure 2 illustre pour, cet exemple de photodétecteur, l'efficacité quantique du photodétecteur (c'est-à-dire le rapport entre la puissance absorbée et la puissance incidente ou encore le rapport entre le nombre de paires électron-trou effectivement générées par absorption dans la couche de semi-conducteur et le nombre de photons incidents) en fonction de la longueur d'onde (exprimée en nm), pour une lumière incidente perpendiculaire au photodétecteur de polarisation TM et pour une température de fonctionnement de 77 K.

Cette couche d'absorption fait apparaître un pic de résonance, fonction de l'angle d'incidence et de la longueur d'onde de résonance, qui est ici d'environ 4,44 μιη.

Cette courbe montre que l'absorption optique dans la couche de semi-conducteur est d'environ 70 % de la puissance incidente pour la longueur d'onde de résonance.

En l'absence de structuration du miroir, cette absorption serait seulement de 25 % de la puissance incidente.

Il convient de noter que la valeur du pas P permet de régler la longueur d'onde de résonance. Ainsi, dans l'exemple considéré, une variation de P comprise entre 1 ,015 μιτι et 1 ,6 μιη permet de faire varier la longueur d'onde de résonance entre 3,6 et 4,8 pm.

En pratique, la longueur d'onde de résonance est ajustée grâce aux paramètres géométriques de la structure, tels que la nature et les épaisseurs des matériaux mis en contact avec la couche de semi-conducteur, le métal constituant le miroir structuré, l'épaisseur de la couche de semiconducteur ou la valeur de g. Cependant, les variations de ces paramètres sont du deuxième ordre sur l'ajustement de la longueur d'onde de résonance, par rapport au choix de P.

La figure 9 permet d'illustrer l'influence de la largeur latérale L des reliefs et de la profondeur de trou h sur la sensibilité angulaire du photodétecteur.

Les différentes courbes R-i à R ₅ donnent l'efficacité quantique du photodétecteur en fonction de l'angle d'incidence sur la couche de semiconducteur.

La courbe f¾ correspond au photodétecteur pris en référence pour les figures 2 et 3. Le rapport L/P est égal à 0,55 et h est égale à 125 nm. Ces deux valeurs sont dans les gammes retenues.

Les autres courbes correspondent à un photodétecteur présentant les mêmes caractéristiques, sauf celle concernant la largeur L et éventuellement la hauteur h.

Ainsi, la courbe Ri correspond à un photodétecteur pour lequel L est égale à 1000 nm et h est égale à 125 nm. Le rapport L/P est de 0,69. Il est bien situé dans la gamme retenue, comme h.

On constate que la sensibilité angulaire de ce photodétecteur est sensiblement identique à celle du photodétecteur correspondant à la courbe R ₂ .

La courbe R3 correspond à un photodétecteur pour lequel L est égale à 600 nm et h est égale à 170 nm. Le rapport L/P est de 0,41 et n'est pas dans la gamme retenue, contrairement à h.

La courbe R ₄ correspond à un photodétecteur pour lequel L est égale à 350 nm et h est égale à 600 nm. Le rapport L/P est de 0,24. Ce rapport, comme h, ne sont pas dans les gammes retenues.

Enfin, la courbe R ₅ correspond à un photodétecteur pour lequel L est égale à 700 nm et h est égale à 700 nm. Le rapport L/P est de 0,48. Ce rapport et h ne sont pas non plus dans les gammes retenues.

Ainsi, pour toutes les courbes R3 à R ₅ , le rapport L/P n'est pas dans la gamme retenue 9P/10 - P/2 et, pour les courbes R ₄ et R _5l h n'est pas non plus dans la gamme retenue λ/100 - λ/15. La comparaison entre les courbes Ri et F¾ d'une part, et R3, R ₄ et R ₅ d'autre part, montre que l'efficacité quantique du photodétecteur est invariante pour une gamme de l'angle d'incidence qui diminue de manière très importante lorsque le rapport L/P est inférieur à 0,5 et/ou que la valeur de h est supérieure à λ/15.

Il est maintenant fait référence à la figure 3 qui illustre un réseau de courbes similaires à celle de la figure 2 et correspondant à des angles d'incidence variant entre 0 et 4°. Ces courbes ont été obtenues avec un photodétecteur identique à l'exemple décrit ci-dessus et correspondant à la figure 2.

Ainsi, la courbe Ci en trait plein correspond à la courbe illustrée à la figure 2. La radiation lumineuse est donc perpendiculaire à la surface du photodétecteur.

La courbe C2 correspond également à une courbe montrant l'efficacité quantique du photodétecteur en fonction de la longueur d'onde, mais pour une lumière incidente sur la couche 11 faisant un angle de 1° par rapport à la normale.

De même, la courbe C3 correspond à une variation de l'angle d'incidence de 2°, la courbe C ₄ à une variation de 3° et la courbe C ₅ à une variation de 4°.

Ce faisceau de courbes montre que l'efficacité quantique du photodétecteur ne varie pas en fonction de l'angle d'incidence, si cette variation est de ± 1 ,5° dans le substrat transparent 10, ce qui correspond à une variation de ± 4° dans l'air.

Suivant un autre critère de la sensibilité à l'angle d'incidence pour une longueur d'onde donnée, par exemple 4,4 μητι, la réponse du détecteur est divisée sensiblement par deux pour une variation de l'angle d'incidence supérieure à ± 4° dans le substrat 10, soit ± 10° dans l'air.

En référence aux figures 6 et 7, vont maintenant être comparées les sensibilités angulaires d'un photodétecteur comportant un substrat transparent 10 en CdZnTe (figure 6) et d'un photodétecteur ne comportant pas de substrat transparent (figure 7). Dans les deux cas, les photodétecteurs sont à une dimension et comportent une couche de semi-conducteur MCT dont l'épaisseur est de 400 nm.

Le miroir métallique est réalisé en or, la hauteur des reliefs est de 125 nm pour le photodétecteur comportant un substrat de CdZnTe et de 225 nm pour celui qui n'en comporte pas.

Par ailleurs, l'épaisseur entre le fond des structurations et le fond du miroir sera par exemple de 100 nm. Elle est ici supérieure à l'épaisseur de peau du métal à la longueur d'onde considérée, qui est de 25 nm pour l'or.

La distance g entre le miroir métallique et la couche d'espacement est de 50 nm.

Par ailleurs, le pas P du réseau est choisi égal à 1450 nm et la largeur L des reliefs ou lignes est choisie égale à 1000 nm.

Sur la figure 6, la courbe C'i en trait plein illustre l'efficacité quantique du photodétecteur avec substrat en CdZnTe en fonction de la longueur d'onde, pour une radiation lumineuse perpendiculaire à la surface du photodétecteur et pour une température de fonctionnement de 77K.

La courbe C ₂ est une courbe similaire pour un angle d'incidence de 1 °.

Les courbes C'3 et C' ₄ correspondent respectivement à une variation de l'angle d'incidence de 2° et de 3° par rapport à la perpendiculaire à la surface du photodétecteur.

Sur la figure 7, la courbe K ₁ en trait plein illustre l'efficacité quantique du photodétecteur sans substrat, en fonction de la longueur d'onde, pour une radiation lumineuse perpendiculaire à la surface du photodétecteur et pour la même température de fonctionnement.

Les courbes K ₂ à K ₅ sont des courbes similaires correspondant respectivement à une variation de l'angle d'incidence de 5°, 10°, 15° et 20°, par rapport à la perpendiculaire à la surface du photodétecteur.

La comparaison entre les deux faisceaux de courbes Ci à C' ₄ et

Ki à K5 montre que le photodétecteur sans substrat est moins sensible à l'angle d'incidence de la radiation lumineuse que le photodétecteur qui comporte un substrat en CdZnTe.

En effet, la réponse du photodétecteur varie sensiblement dans la même mesure pour une variation de l'angle d'incidence comprise entre 0° et 15° pour le photodétecteur sans substrat et entre 0° et 2° pour le photodétecteur avec substrat (ce qui correspond à une variation comprise entre 0° et 5° dans l'air présent au-dessus du substrat).

Le photodétecteur avec substrat transparent présente cependant l'avantage d'être plus robuste mécaniquement.

On se réfère maintenant à la figure 4 qui montre plusieurs courbes permettant de comparer l'efficacité quantique du photodétecteur, en fonction de l'angle d'incidence sur la couche de semi-conducteur, pour différentes valeurs du paramètre g.

Le photodétecteur considéré présente les mêmes caractéristiques que celui pris en référence pour les figures 2 et 3, en ce qui concerne les valeurs de e, P et L/P.

La valeur de h retenue est ici comprise entre 125 et 150 nm.

Par contre, le paramètre g est ici modifié dans chacun des photodétecteurs considérés.

Ainsi, la courbe Gi correspond à un photodétecteur pour lequel g est égal 10 nm. Pour la courbe G2, g est égal à 50 nm, pour la courbe G3, g est égal à 160 nm et pour la courbe G ₄ , g est égal à 300 nm.

Ainsi, la courbe G2 correspond à celle qui est obtenue avec le photodétecteur décrit précédemment et auquel sont associées les figures 2 et 3. Elle correspond à la courbe F¾ de la figure 9.

Toutes ces courbes sont obtenues pour une longueur d'onde de la radiation lumineuse incidente égale à la longueur d'onde de résonance qui varie de 4,05 à 4,65 pm, à mesure que g diminue.

La comparaison entre les courbes d à G ₄ montre qu'à la longueur d'onde de résonance, l'efficacité quantique du photodétecteur est invariante pour une gamme de variations de l'angle d'incidence qui diminue depuis la courbe G1 jusqu'à la courbe G ₄ . Ainsi, on peut considérer que, pour un détecteur présentant une valeur de g égale à 10 nm, sa réponse est invariante pour une variation de l'angle d'incidence de ± 2°.

Pour un détecteur présentant une valeur de g égale à 300 nm, la réponse du détecteur restera insensible à une variation de l'angle d'incidence de seulement ± environ 0,3°.

Les courbes Gi et G ₄ montrent donc qu'il est possible de gagner un facteur 6 sur la sensibilité angulaire.

On peut considérer que la performance du photodétecteur, c'est- à-dire sa sensibilité angulaire, est déterminée par la largeur de la courbe absorption-angle à mi-hauteur de la courbe.

A titre indicatif, cette performance peut être considérée comme bonne lorsque la largeur de la courbe correspond à une amplitude angulaire d'environ 5°.

Sur la base des données de la figure 4, et par extrapolation, ceci correspondrait à une valeur de g de l'ordre de 80 nm, soit environ λ/50.

On va maintenant s'intéresser à un photodétecteur comportant un miroir structuré en deux dimensions.

Les différents paramètres du réseau de plots seront dans les gammes définies précédemment.

Cependant, il est apparu que pour obtenir, dans la courbe d'efficacité quantique du photodétecteur en fonction de la longueur d'onde, un seul pic de résonance, il est préférable de prévoir une largeur L comprise entre 9P/10 et 3P/4 et, de préférence, égale à 4P/5, afin d'optimiser le compromis entre efficacité quantique maximale du détecteur et faible intensité de la résonance secondaire à faible longueur d'onde.

Ceci ressort notamment des figures 8a et 8b.

La figure 8a est une courbe montrant l'efficacité quantique du photodétecteur en fonction de la longueur d'onde pour un photodétecteur selon l'invention présentant un miroir en or structuré en deux dimensions.

Ses caractéristiques sont identiques à celles du photodétecteur décrit en référence à la figure 1 et utilisé pour les figures 2 et 3 (épaisseur de la couche de MCT égale à 400 nm ; g = 50 nm ; h = 125 nm), le matériau est du ZnS et le substrat du CdZnTe, et le miroir comporte des plots de forme carrée avec une largeur L de 1200 nm et un pas P de 1450 nm.

La figure 8b est la courbe correspondante pour un photodétecteur identique à celui utilisé pour la figure 8a, sauf en ce qui concerne la largeur L des plots qui est ici de 800 nm.

La comparaison entre les figures 8a et 8b montre que le photodétecteur présentant une largeur L sensiblement également à 4P/5 (figure 8a) permet d'obtenir un seul pic de résonance, contrairement au photodétecteur présentant une largeur L sensiblement égale à P/2 (figure 8b).

Les signes de référence insérés après les caractéristiques techniques figurant dans les revendications ont pour seul but de faciliter la compréhension de ces dernières et ne sauraient en limiter la portée.