BR112015008543B1 - dispositivo optoeletrônico e o respectivo processo de fabricação - Google Patents

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Benoit Amstatt
Philippe Gilet
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Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
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Abstract

DISPOSITIVO OPTOELETRÔNICO E O RESPECTIVO PROCESSO DE FABRICAÇÃO. A invenção se refere a um dispositivo optoeletrônico (10), compreendendo um substrato (14), cabos (18) sobre uma face (16) do substrato, elementos semicondutores (24), cada elemento apoiando-se sobre um cabo, uma porção (23) que recobre pelo menos os flancos laterais (21) de cada cabo, essa porção impedindo o aumento dos elementos semicondutores sobre os flancos laterais, e uma região (22) dielétrica que se estende no substrato a partir dessa face e ligando, para cada par de cabos, um dos cabos do par ao outro cabo do par.

Description

[0001] O presente pedido reivindica a prioridade do pedido de patente francesa FR13/52794 e do pedido de patente francesa FR12/60232 que serão considerados como fazendo parte integrante da presente descrição.
CAMPO TÉCNICO
[0002] A presente invenção se refere, de forma geral, aos materiais semicondutores, aos dispositivos à base de materiais semicondutores e aos respectivos processos de fabricação. A presente invenção se refere mais particularmente aos dispositivos que compreendem elementos tridimensionais, notadamente microfios e nanofios semicondutores.
EXPOSIÇÃO DA TÉCNICA ANTERIOR
[0003] Exemplos de microfios ou nanofios compreendendo um material semicondutor são os microfios ou nanofios à base de um composto que comporta majoritariamente pelo menos um elemento do grupo II e um elemento de grupo V (por exemplo, do nitreto de gálio GaN), denominado na sequência composto III-V, ou comportando majoritariamente pelo menos um elemento do grupo II e um elemento do grupo VI (por exemplo do óxido de zinco ZnO), denominado na sequência composto II-VI. Esses microfios ou nanofios permitem a fabricação de dispositivos semicondutores, tais como dispositivos optoeletrônicos. Por dispositivos optoeletrônicos, são entendidos dispositivos adaptados para efetuar a conversão de um sinal elétrico em uma radiação eletromagnética ou inversamente, e notadamente dispositivos dedicados à detecção, a medida ou a emissão de uma radiação eletromagnética ou dispositivos dedicados às aplicações fotovoltaicas.
[0004] Os processos de fabricação de microfios ou de nanofios de material semicondutor devem permitir a fabricação dos microfios ou nanofios com um controle preciso e uniforme da geometria, da posição e das propriedades cristalográficas de cada microfio ou nanofio.
[0005] O documento US 7 829 443 descreve um processo de fabricação de nanofios, compreendendo o depósito de uma camada em um material dielétrico sobre uma face plana de um substrato, a gravura de aberturas na camada do material dielétrico para expor porções do substrato, o enchimento das aberturas de porções de um material que favorece um aumento de nanofios e a formação dos nanofios nas aberturas sobre essas porções. O material dielétrico é escolhido, de forma que os nanofios não aumentam diretamente sobre este.
[0006] Para que as propriedades de conversão de um sinal elétrico em uma radiação eletromagnética ou inversamente dos microfios ou nanofios sejam os melhores possíveis, é desejável que cada microfio ou nanofio tenha uma estrutura substancialmente monocristalina. Em particular, quando os microfios ou nanofios são majoritariamente compostos de um material à base de um primeiro elemento e de um segundo elemento, por exemplo, III-V ou II-VI, é desejável que cada microfio ou nanofio tenha substancialmente uma polaridade constante sobre a totalidade do microfio ou nanofio.
[0007] Todavia, com o processo descrito no documento US 7 829 443, o aumento dos nanofios pode não ter uma estrutura monocristalina. Em particular, quando os nanofios são majoritariamente compostos de um material à base de um primeiro elemento e de um segundo elemento, por exemplo, compostos III-V ou II-VI, pode aparecer, sobre os flancos do nanofio, uma camada periférica que tem uma polaridade no núcleo do nanofio.
[0008] Isto pode acarretar a formação de defeitos, notadamente no nível das juntas de grãos, que podem degradar o rendimento da conversão de um sinal elétrico em uma radiação eletromagnética ou inversamente.
SUMÁRIO
[0009] Assim, um objetivo de um modo de realização é de prevenir pelo menos, em parte, os inconvenientes dos dispositivos optoeletrônicos, notadamente com microfios ou nanofios, e seus processos de fabricação descritos anteriormente.
[0010] Um outro objetivo de um modo de realização é que os elementos tridimensionais, notadamente microfios ou nanofios, em material semicondutor não sejam formados através de aberturas realizadas em uma camada de um material dielétrico.
[0011] Um outro objetivo de um modo de realização é que cada elemento tridimensional, notadamente cada microfio ou nanofio, em material semicondutor tenha substancialmente uma estrutura monocristalina.
[0012] Um outro objetivo de um modo de realização é que a posição, a geometria e as propriedades cristalográficas de cada elemento tridimensional, notadamente cada microfio ou nanofio, em material semicondutor possam ser controladas de forma precisa e uniforme.
[0013] Um outro objetivo de um modo de realização é que os elementos tridimensionais, notadamente os microfios ou nanofios, em material semicondutor possam ser formados em uma escala industrial e de baixo custo.
[0014] Assim, um modo de realização prevê um dispositivo optoeletrônico, compreendendo: - um substrato; - blocos sobre uma face do substrato; - elementos semicondutores, cada elemento apoiando-se sobre um bloco; e - uma porção que recobre pelo menos os flancos laterais de cada bloco, essa porção impedindo o aumento dos elementos semicondutores sobre os flancos laterais.
[0015] De acordo com um modo de realização, o dispositivo compreende, além disso, uma região dielétrica que se estende no substrato a partir dessa face e ligando para cada par de blocos, um dos blocos do par ao outro bloco do par.
[0016] De acordo com um modo de realização, o substrato é feito de um primeiro material semicondutor escolhido dentre o grupo que compreende o silício, o germânio, o carboneto de silício, um composto III-V, um composto II-VI e uma combinação desses compostos.
[0017] De acordo com um modo de realização, cada elemento semicondutor compreende pelo menos uma porção que compreende majoritariamente um segundo material semicondutor em contato com um dos blocos, o segundo material semicondutor sendo escolhido dentre o grupo que compreende o silício, o germânio, o carboneto de silício, um composto III-V, um composto II-VI e uma combinação desses compostos.
[0018] De acordo com um modo de realização, a espessura de cada bloco está compreendida entre 1 nm e 100 nm e o substrato está em contato elétrico com cada bloco.
[0019] De acordo com um modo de realização, cada elemento semicondutor é um microfio, um nanofio, um elemento cônico ou um elemento troncônico.
[0020] Um modo de realização prevê também um processo de fabricação de um dispositivo optoeletrônico, compreendendo as seguintes etapas sucessivas: - prever um substrato; - formar blocos sobre uma face do substrato; - formar uma porção que recobre pelo menos os flancos laterais de cada bloco; e - formar elementos semicondutores, cada elemento apoiando-se sobre um bloco, essa porção compreendendo um material que impede o aumento dos elementos semicondutores sobre os flancos laterais.
[0021] De acordo com um modo de realização, a porção é em um material isolante.
[0022] De acordo com um modo de realização, a etapa de formação da porção compreende a etapa de formação de uma zona dielétrica que se estende sobre a face entre os blocos e vindo em contato com os flancos laterais.
[0023] De acordo com um modo de realização, a etapa de formação da zona dielétrica compreende as seguintes etapas: - depositar uma primeira camada dielétrica de um primeiro material dielétrico sobre o substrato e sobre os blocos, a primeira camada dielétrica que forma bossas sobre os blocos; - depositar, sobre a primeira camada dielétrica, uma segunda camada dielétrica de um segundo material dielétrico diferente do primeiro material dielétrico; - retirar, por polimento mecânico-químico, a segunda camada dielétrica até expor as bossas da primeira camada dielétrica; e - gravar a primeira camada dielétrica e as porções restantes da segunda camada dielétrica até expor os topos dos blocos.
[0024] De acordo com um modo de realização, o processo compreende, além disso, a formação de uma região dielétrica que se estende no substrato, a partir dessa face e ligando, para cada par de blocos, um dos blocos do par ao outro bloco do par.
[0025] De acordo com um modo de realização, a região é formada por oxidação ou nitretação do substrato.
[0026] De acordo com um modo de realização, o processo compreende as seguintes etapas sucessivas: - depósito de uma camada sobre o substrato; - formação de blocos isolantes sobre a camada; - estampagem das porções da camada não recobertas dos blocos isolantes para formar os blocos; - oxidação dos flancos dos blocos e das porções do substrato não recobertas dos blocos; e - retirada dos blocos isolantes.
[0027] De acordo com um modo de realização, o processo compreende as seguintes etapas sucessivas: - depósito de uma camada sobre o substrato; - formação de blocos isolantes sobre a camada; - estampagem das porções da camada não recobertas dos blocos isolantes para formar os blocos; - retirada dos blocos isolantes; - depósito de uma camada dielétrica que recobre os blocos e o substrato entre os blocos; e - estampagem anisótropa da camada dielétrica para retirar a camada dielétrica sobre o substrato e no topo dos blocos e deixar as porções da camada dielétrica sobre os flancos laterais; - nitretação das porções do substrato não recobertas dos blocos, e eventualmente dos topos dos blocos. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0028] Esses objetos, características e vantagens, assim como outros serão expostos em detalhes na descrição seguinte de modos de realização particulares feita a título não limitativo em relação com as figuras anexadas, dentre as quais: - as figuras 1A a 1C são cortes, parciais e esquemáticos, das estruturas obtidas em etapas sucessivas de um processo conhecido de fabricação de um dispositivo optoeletrônico com microfios ou nanofios; - a figura 2 representa um corte parcial e esquemático, de detalhes de um microfio ou nanofio obtido pelo processo descrito em relação com as figuras 1A a 1C; - a figura 3 representa um corte, parcial e esquemático, de um modo de realização de um dispositivo optoeletrônico com microfios ou nanofios; - as figuras 4A a 4I representam cortes, parciais e esquemáticos, estruturas obtidas em etapas sucessivas de um modo de realização de um processo de fabricação do dispositivo optoeletrônico da figura 3; - as figuras 5A e 5B representam cortes parciais e esquemáticos das estruturas obtidas em etapas sucessivas de um outro modo de realização de um processo de fabricação do dispositivo optoeletrônico da figura 3; - a figura 6 representa um corte, parcial e esquemático de um outro modo de realização de um dispositivo optoeletrônico com microfios ou nanofios; - as figuras 7A e 7D representam cortes parciais e esquemáticos das estruturas obtidas em etapas sucessivas de um modo de realização de um processo de fabricação do dispositivo optoeletrônico da figura 6; - a figura 8 representa um corte, parcial e esquemático, de um outro modo de realização de um dispositivo optoeletrônico com microfios ou nanofios; e - a figura 9 representa um corte, parcial e esquemático, de um modo de realização de um dispositivo optoeletrônico com elementos tridimensionais piramidais.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[0029] Por preocupação com clareza, os mesmos elementos foram designados pelas mesmas referências às diferentes figuras e, além disso, como é habitual na representação dos circuitos eletrônicos, as diversas figuras não são traçadas na escala. Além disso, só os elementos úteis à compreensão da presente descrição foram representados e são descritos. Em particular, os meios de comando dos dispositivos optoeletrônicos descritos a seguir estão ao alcance do técnico e não são descritos.
[0030] Na sequência da descrição, salvo indicação contrária, os termos “substancialmente”, “aproximadamente” e “da ordem de” significam “em 10 % aproximadamente”. Além disso, entende-se por “composto principalmente constituído de um material” ou “composto à base de um material” que é um composto comporta uma proporção superior ou igual a 95 % desse material, essa proporção sendo preferencialmente superior a 99 %.
[0031] A presente invenção se refere à fabricação de elementos tridimensionais, por exemplo, de microfios, de nanofios ou de elementos em forma de pirâmide. Na sequência da descrição, modos de realização são descritos para a fabricação de microfios ou de nanofios. Todavia, esses modos de realização podem ser utilizados para a fabricação de elementos tridimensionais diferentes dos microfios ou dos nanofios, por exemplo, para a fabricação de elementos tridimensionais em forma de pirâmide.
[0032] O termo “microfio” ou “nanofio” designa uma estrutura tridimensional de forma alongada segundo uma direção privilegiada da qual pelo menos duas dimensões, denominadas dimensões menores, estão compreendidas entre 5 nm e 2,5 nm, de preferência entre 50 nm e 2,5 μm, a terceira dimensão, denominada dimensão maior, sendo pelo menos igual a 1 vez, de preferência pelo menos 5 vezes e ainda mais preferencialmente pelo menos 10 vezes, a maior das dimensões menores. Em determinados modos de realização, as dimensões menores podem ser inferiores ou iguais a aprox. 1 μm, de preferência compreendidas entre 100 nm e 1 μm, mais preferencialmente entre 100 nm e 300 nm. Em determinados modos de realização, a altura de cada microfio ou nanofio pode ser superior ou igual a 500 nm, de preferência compreendida entre 1 μm e 50 μm.
[0033] Na sequência da descrição, utiliza-se o termo “fio” para significar “microfio” ou “nanofio”. De preferência, a linha media do fio que passa pelos baricentros das seções retas, em planos perpendiculares à direção privilegiada do fio, é substancialmente retilíneo e é denominado na sequência “eixo” do fio.
[0034] A seção reta dos fios pode ter diferentes formas, tais como, por exemplo, uma forma oval, circular ou poligonal, notadamente triangular, retangular, quadrada ou hexagonal. Assim, se compreende que, quando se menciona no caso o “diâmetro” em uma seção reta de um fio ou de uma camada depositada sobre esse fio, trata-se de uma grandeza associada à superfície da estrutura visada nessa seção reta, correspondente, por exemplo, ao diâmetro do disco que tem a mesma superfície que a seção reta do fio.
[0035] Os fios podem ser, pelo menos em parte, formados a partir de pelo menos um material semicondutor. O material semicondutor pode ser o silício, do germânio, do carboneto de silício, um composto III-V, um composto II-VI ou uma combinação desses compostos.
[0036] Os fios podem ser, pelo menos em parte, formados a partir de materiais semicondutores que comportam majoritariamente um composto III-V, por exemplo, compostos III-N. Exemplos de elementos do grupo III compreendem o gálio (Ga), o índio (In) ou o alumínio (Al). Exemplos de compostos III-N são GaNm AlN, InN, InGaN, AlGaN ou AlInGaN. Outros exemplos do grupo V podem também ser utilizados, por exemplo, o fósforo ou o arsênico. De forma geral, os elementos no composto III-V podem ser combinados com diferentes frações molares.
[0037] Os fios podem ser, pelo menos em parte, formados a partir de materiais semicondutores que comportam majoritariamente um composto II-VI. Exemplos de elementos do grupo II compreendem elementos do grupo IIA, notadamente o berílio (Be) e o magnésio (Mg) e elementos do grupo IIB, notadamente o zinco (Zn) e o cádmio (Cd). Exemplos de elementos do grupo VI compreendem elementos do grupo VIA, notadamente o oxigênio (O) e o telúrico (Te). Exemplos de compostos II-VI são ZnO, ZnMgO, CdZnO ou CdZnMgO. De forma geral, os elementos no composto II-VI podem ser combinados com diferentes frações molares.
[0038] Em determinados modos de realização, os fios podem compreender um dopante. A título de exemplo, para compostos III-V, o dopante pode ser escolhido dentre o grupo compreendendo dopante de tipo P do grupo II, por exemplo, exemplo, o magnésio (Mg), do zinco (Zn), do cádmio (Cd) ou do mercúrio (Hg), um dopante do tipo P do grupo IV, por exemplo, o carbono (C) ou um dopante de tipo N do grupo IV, por exemplo do silício (Si), do germânio (Ge), do selênio (Se), do enxofre (S), do térbio (Tb) ou do estanho (Sn).
[0039] Os fios são formados sobre um substrato. O substrato pode corresponder a uma estrutura monobloco ou corresponder a uma camada que recobre um suporte constituído de um outro material. O substrato é, por exemplo, um substrato semicondutor, tal como um substrato em silício, em germânio, em carboneto de silício, em um composto III-V, tal como o GaN ou o GaAs, ou um substrato em ZnO. O substrato pode ser em um material condutor, por exemplo, em metal, ou em um material isolante, por exemplo, em safir em vidro ou em cerâmica.
[0040] O princípio da invenção é de formar, sobre uma face de um substrato, blocos ou ilhotas, denominados também pela sequência ilhotas de germinação, de um material que favorece o aumento dos fios e realizar em seguida um tratamento de proteção dos flancos laterais das ilhotas de germinação e da superfície das porções do substrato não recobertas pelas ilhotas de germinação para formar uma região de proteção impróprio ao aumento de fios, por exemplo, uma região dielétrica, sobre os flancos laterais das ilhotas de germinação e estendendo-se sobre e/ou no substrato e ligando, para cada par de blocos, um dos blocos do par ao outro bloco do par, os fios não aumentam sobre a região de proteção.
[0041] O fato de dizer que um composto à base de pelo menos um primeiro elemento e de um segundo elemento tem uma polaridade do primeiro elemento ou uma polaridade do segundo elemento significa que o material aumenta segundo uma direção privilegiada e que quando o material é cortado em um plano perpendicular à direção de aumento privilegiado, a face exposta compreende essencialmente dos átomos do primeiro elemento no caso da polaridade do primeiro elemento ou átomos do segundo elemento no caso da polaridade do segundo elemento.
[0042] O material que constitui as ilhotas de germinação é escolhido de forma a favorecer o aumento do fio, segundo a mesma polaridade. A título de exemplo, quando os fios compreendem majoritariamente um composto III-V, o material constituindo as ilhotas de germinação é escolhido, de preferência, de forma a favorecer o aumento do composto III-V, segundo a polaridade do elemento do grupo V. O composto III-V aumenta então, segundo a polaridade do elemento do grupo V sobre as ilhotas de germinação, a partir do topo de cada ilhota de germinação, e não aumenta nem sobre os flancos laterais das ilhotas de germinação, nem sobre o resto do substrato. Além disso, os inventores colocaram em evidência que cada fio aumenta então segundo uma polaridade substancialmente constante na totalidade do fio. Quando os fios compreendem majoritariamente um composto II-VI, o material constituindo as ilhotas de germinação é escolhido, de preferência, de forma a favorecer o aumento do composto II-VI, segundo a polaridade do elemento do grupo VI. O composto II-VI aumenta então, segundo a polaridade do elemento do grupo VI sobre as ilhotas de germinação, a partir do topo de cada ilhota de germinação, e não aumenta nem sobre os flancos laterais das ilhotas de germinação, nem sobre o resto do substrato.
[0043] No caso de um composto III-V, no qual o elemento do grupo V é o nitrogênio, o material que compõe as ilhotas pode ser um material que favorece o aumento de um fio, segundo a polaridade N. A título de exemplo, as ilhotas podem ser feitas em nitreto de alumínio (AlN), em boro (B), em nitreto de boro (BN), em titânio (Ti), em nitreto de titânio (TiN), em tântalo (Ta), em nitreto de tântalo (TaN), em háfnio (Hf), em nitreto de háfnio (HgfN), em nióbio (Nb), em nitreto de nióbio (NbN), em zircônio (Zr), em borato de zircônio (ZrB2), em nitreto de zircônio (ZrN), em carboneto de silício (SiC), em nitreto e carboneto de tântalo (TaCN), em nitreto de magnésio sob a forma MgxNy, na qual x é aproximadamente igual a 3 e y é aproximadamente igual a 2, por exemplo o nitreto de magnésio segundo a forma Mg3N2 ou do nitreto de gálio e de magnésio (MgGaN), em tungstênio (W), em nitreto de tungstênio (WN), em platina (Pt), em nitreto de platina (PtN) ou em uma combinação destes e de seus compostos nitretados. De preferência, o material componente as ilhotas de germinação é o nitreto de alumínio.
[0044] O processo de aumento dos fios pode ser um processo do tipo depósito químico em fase vapor (CVD) ou depósito químico em fase vapor organometálico (MOCVD), também conhecido pelo nome de epitaxia organometálica em fase vapor (MOVPE). Todavia, processos tais como a epitaxia por jatos moleculares (BEM), a BEM com fonte de gás (GSMBE), a MBE organometálica (MOMBE), a MBE assistida por plasma (PAMBE), a epitaxia por camada atômica (ALE) ou a epitaxia em fase vapor aos hidretos (HVPE) podem ser utilizados. Todavia, processos eletroquímicos podem ser utilizados, por exemplo, o depósito em banho químico (CBD), os processos hidrotérmicos, a pirólise de aerossol líquido ou eletrodepósito.
[0045] A título de exemplo, o processo pode compreender a injeção em um reator de um precursor de um elemento do grupo III e de um precursor de um elemento do grupo V. Exemplos de precursores de elementos do grupo II são o trimetil gálio (TMGa), o trietil gálio (TEGa), o trimetil índio (TMGa), o trimetil alumínio (TMA1). Exemplos de precursores de elementos do grupo V são o amoníaco (NH 3), o terciaributil fosfina (TBT), a arsina (AsH3) ou a dimetil hidrazina assimétrica (UDMH).
[0046] De acordo com um modo de realização da invenção, em uma primeira fase de aumento dos fios do composto III-V, um precursor de um elemento suplementar é acrescentado em excesso além dos precursores do composto III-V. O elemento suplementar poder ser o silício (Si). Um exemplo de precursor do silício é o silano (SiH4).
[0047] As figuras 1A a 1C ilustram as estruturas obtidas em etapas sucessivas de um exemplo de processo conhecido de fabricação de um dispositivo optoeletrônico com microfios ou nanofios. (I) Uma camada 1 de um material dielétrico é depositada sobre um substrato 2 e aberturas 4 são estampadas na camada 1, as aberturas 4 vindo expor determinadas porções 5 do substrato 2 (figura 1A); (II) Porções 6 de um material, promovendo o aumento de fios nas aberturas 4 (figura 1B); (III) Faz-se aumentar um fio 7 sobre cada porção 6 (figura 1C).
[0048] A figura 2 representa uma vista de detalhe de um dos fios 7 representado na figura 1C.
[0049] Os inventores colocaram em evidência que, quando o processo descrito anteriormente em relação com as figuras 1A a 1C é aplicado para formação de fios de um material semicondutor à base de um composto de um primeiro elemento e de um segundo elemento, isto se traduz peal formação de um fio 7, compreendendo um núcleo 8 monocristalino, tendo a polaridade do primeiro elemento, envolvido de uma camada periférica 9 monocristalina da polaridade do segundo elemento. Isto pode acarretar o aparecimento de defeitos na interface entre a camada 9 e o núcleo 8.
[0050] Uma explicação seria que a presença da camada de dielétrico 1 perturba a formação da porção 6, o que acarreta a formação da camada 9, quando o fio 7 aumenta a partir da porção 6 subjacente.
[0051] A figura 3 representa um corte, parcial e esquemático, de um modo de realização, de acordo com a invenção, de um dispositivo optoeletrônico 10 realizado, a partir de fios tais como descritos anteriormente e adaptado à emissão de uma radiação eletromagnética.
[0052] O dispositivo 10 compreende, de baixo para cima na figura 3: - um primeiro eletrodo de polarização 12; - um substrato (por exemplo, semicondutor) 14 compreendendo faces opostas 15 e 16, a face 15 estando em contato com o eletrodo 12; - ilhotas de germinação 18, favorecendo o aumento de fios e dispostos sobrea face 16, cada ilhota 18 compreendendo uma face inferior 19 em contato com a face 16 do substrato 14, uma face superior 20, oposta à face 19, e à distância da face 19 e das faces laterais 21, ou flancos laterais, ligando a face inferior 19 à face superior 20; - uma região 22 no substrato 14, estendendo-se entre cada par de ilhotas 18, a partir da face 16 sobre uma porção da profundidade do substrato 14, a região 22 sendo constituída de um dielétrico, oriundo da transformação do substrato, que protege o substrato subjacente e impede o aumento de fios; - porções de proteção 23, de um material impróprio ao aumento de fios, recobrindo as faces laterais 21 e envolvendo cada ilhota 18, as porções de proteção 23 impedindo o aumento de fios; - fios 24 (três fios estando representados) de altura H1, cada fio 24 estando em contato com a face 20 de uma das ilhotas 18, cada fio 24 compreendendo uma porção inferior 26, de altura H2, em contato co a ilhota 18 e uma porção superior 28, de altura H3, em contato com a porção inferior 26; - uma camada passivante 29 recobrindo a periferia de cada porção inferior 26; - uma camada ativa 30 recobrindo a cada porção superior 28; - uma camada semicondutora 32 ou mais recobrindo cada camada ativa 30; - porções isolantes 34 recobrindo a face 16 entre os fios 24 e cada fio 24 sobre pelo menos a altura H2; - uma porção refletora 36 recobrindo as porções isolantes 34 entre os fios 24; e - uma camada de segundo eletrodo 38, recobrindo as camadas semicondutoras 32 e as porções isolantes 34.
[0053] O substrato 14 é, por exemplo, um substrato semicondutor, tal como um substrato em silício. O substrato 14 pode ser dopado de um primeiro tipo de condutividade, por exemplo, dopado de tipo N. As faces 15 e 16 podem ser planas e paralelas. A face 16 do substrato 14 pode ser uma face <100>.
[0054] O eletrodo 12 pode corresponder a uma camada condutora que se estende sobre a face 15 do substrato 14. O material que forma o eletrodo 12 é, por exemplo, silicieto de níquel (NiSi), o alumínio (Al) o silicieto de alumínio (AlSi), o titânio (Ti) ou o silicieto de titânio (TiSi). Essa camada pode ser recoberta de uma outra camada metálica, por exemplo, o ouro, o cobre ou eutecticos (Ti/Ni/Au ou Sn/Ag/Cu) em caso de braseto.
[0055] As ilhotas 18 têm, por exemplo, uma espessura compreendida entre 1 e 100 nanômetros, de preferência, compreendida entre 10 e 60 nanômetros. As ilhotas 18 ficam situadas sobre a face 16 de modo que estejam em ressalto na face 16. O topo 20 de cada ilhota 18 é, portanto, em um plano diferente da face 16. Cada ilhota 18 tem uma texturação preferencial e, quando o material componente cada ilhota compreende uma liga de pelo menos dois elementos, uma polaridade preferencial. Por texturação preferencial, entende-se que os cristais que compõem as ilhotas 18 têm uma direção de aumento privilegiada que é a mesma para todas as ilhotas 18. Por polaridade preferencial, entende-se que as ilhotas 18 todas têm substancialmente a mesma polaridade. Isto significa que, quando o material componente de cada ilhota, compreende uma liga de pelo menos dois elementos, quando o material é cortado em um plano perpendicular à direção de aumento privilegiado do material, a superfície exposta compreende essencialmente átomos do mesmo elemento para cada ilhota 18. Cada ilhota 18 pode apresentar o mesmo tipo de condutividade que o substrato 14, a fim de limitar a resistência de interface entre as ilhotas 18 e o substrato 14. Cada ilhota 18 pode ter uma forma qualquer, por exemplo, retangular, poligonal, circular, quadrada ou oval. De preferência, o diâmetro médio da ilhota de germinação 18 é da mesma ordem de grandeza que o diâmetro médio do fio 20 destinado a aumentar sobre a ilhota de germinação 18.
[0056] As porções de proteção 23 podem ser constituídas de um material depositado sobre os flancos 21 das ilhotas de germinação 18. Pode tratar-se de materiais depositados de modo conforme, por exemplo, por CVD. Trata-se, por exemplo, de óxido de silício (SiO2), de nitreto de silício (SixNy, no qual x é aproximadamente igual a 3 e y é aproximadamente igual a 4, por exemplo, o Si3N4), de óxido de alumínio (Al2O3), de óxido de háfnio (HfO2) ou de diamante. As porções de proteção 23 podem, além disso, ser constituídas de um material dielétrico oriundo da transformação do material que constitui as ilhotas de germinação 18. O material que constitui as porções de proteção 23 pode, então, corresponder a um óxido dos exemplos de materiais de ilhotas de germinação 18 descritos anteriormente. A título de exemplo, a espessura das porções isolantes 23 está compreendida entre 5 nm e 100 nm, por exemplo, igual a aproximadamente 30 nm.
[0057] As regiões 22 podem se estender em parte sob as ilhotas 18. A região 22 pode se estender parcialmente sob certas ilhotas 18 ou sob cada ilhota 18. Todavia, o substrato semicondutor 14 deve permanecer em contato elétrico com cada ilhota 18. As condições de formação das regiões 22 são, portanto, escolhidas de forma que as regiões 22 se estendem no máximo sobre um comprimento inferior à metade do maior comprimento da seção do fio. A título de exemplo, a profundidade de cada região 22 está compreendida entre 5 nm e 100 nm, por exemplo, 10 nm.
[0058] Os centros de duas ilhotas 18 adjacentes podem ser distantes de 0,5 mm a 10 mm e, de preferência, de 1,5 a 4 μm. A título de exemplo, as ilhotas 18 podem ser regularmente repartidas sobre o substrato 14, a região 22 formando um quadriculado que envolve cada ilhota 18. A título de exemplo, as ilhotas 18 podem ser repartidas segundo uma rede hexagonal.
[0059] Cada fio 24 é uma estrutura semicondutora alongada segundo um eixo D substancialmente perpendicular à face 16. Cada fio 24 pode ter uma forma geral cilíndrica alongada de base hexagonal. O diâmetro médio de cada fio 24 pode estar compreendido entre 50 nm e 2,5 μm e a altura H1 de cada fio 24 pode estar compreendida entre 250 nm e 50 μm.
[0060] A porção inferior 26 de cada fio 24 é principalmente constituída do composto III-N, por exemplo, do nitreto de gálio, dopado com um primeiro tipo de condutividade, por exemplo, ao silício. O contorno da porção inferior 26 é recoberto pela camada 29 de dielétrico, por exemplo, o SiN, na altura H2, a partir da extremidade da porção inferior 26 em contato com a ilhota 18 associada. A altura H2 pode estar compreendida entre 100 nm e 25 μm. A camada de material dielétrico 29 tem uma espessura compreendida entre uma monocamada atômica e 100 nm, de preferência entre uma monocamada atômica e 10 nm.
[0061] A porção superior 28 de cada fio 24 é, por exemplo, pelo menos parcialmente realizada em um composto III-N, por exemplo, o GaN. A porção superior 28 pode ser dopada do primeiro tipo de condutividade, por exemplo, do tipo N, ou não ser intencionalmente dopada. A porção superior 28 se estende sobre a altura H3 que pode estar compreendida entre 100 nm e 25 μm.
[0062] No caso de um fio composto principalmente de GaN, a estrutura cristalina do fio pode ser do tipo wurtzita, o fio estendendo-se segundo o eixo C. A estrutura cristalina do fio pode também ser do tipo cúbico.
[0063] A camada ativa 30 é a camada a partir da qual é emitida a maioria da radiação fornecida pelo dispositivo 10. Segundo um exemplo, a camada ativa 30 pode comportar meios de confinamento, tais como poços quânticos múltiplos. Ela é, por exemplo,, constituída de uma alternância de camadas de GaN e de InGaN que tem espessuras respectivas de 5 a 20 nm (por exemplo 8 nm) e de 1 a 10 nm (por exemplo 2,5 nm). As camadas de GaN podem ser dopadas, por exemplo, de tipo N ou P. De acordo com um outro exemplo, a camada ativa pode compreender uma única camada de InGaN, por exemplo, de espessura superior a 10 nm.
[0064] A camada semicondutora 32 permite a formação de uma junção P-N ou P-I-N com a camada ativa 30 e/ou a porção superior 28. Ela permite a injeção de orifícios na camada ativa 30 via o eletrodo 38.
[0065] O empilhamento de camadas semicondutoras 32 pode compreender uma camada de bloqueio de elétrons 40 formada de uma liga ternária, por exemplo, em nitreto de gálio e de alumínio (AlGaN) ou em nitreto de índio e de alumínio (AlInN) em contato com a camada ativa 30 e uma camada suplementar 42, para assegurar um bom contato elétrico entre o segundo eletrodo 38 e a camada ativa 30, por exemplo, em nitreto de gálio (GaN) em contato com a camada de bloqueio de elétrons 40 e com o eletrodo 38. A camada semicondutora 42 é dopada do tipo de condutividade oposta àquele da porção 28, por exemplo, dopada de tipo P. A camada de bloqueio de elétrons 40 pode ser de mesmo tipo de condutividade que a camada semicondutora 42.
[0066] As porções isolantes 34 são adaptadas para impedir a formação de um contato elétrico direto entre a porção inferior 26 de cada fio 24 e o eletrodo 38. As porções isolantes 34 podem ser depositadas, de modo conforme, por exemplo, por CVD. As porções isolantes 34 podem ser em um material dielétrico, por exemplo, em óxido de silício (SiO2), em nitreto de silício (SixNy, no qual x é aproximadamente igual a 3 e y é aproximadamente igual a 4, por exemplo, o Si3N4), e, óxido de alumínio (Al2O3), em oxido de háfnio (HfO2) ou em diamante.
[0067] As porções refletoras 36 são feitas, por exemplo, em alumínio, em prata ou em rutênio e têm, por exemplo, uma espessura superior a 100 nm.
[0068] O segundo eletrodo 38 é adaptado para, ao mesmo tempo, polarizar a camada ativa 30 de cada fio 24 e deixar passar a radiação eletromagnética emitida ou recebida pelos fios 24. O material que forma o eletrodo 38 pode ser um material transparente e condutor, tal como o óxido de índio-estanho (ou ITO), óxido de zinco dopado ao alumínio ou o grafeno.
[0069] No presente modo de realização, os fios 24 são fabricados sobre ilhotas 18 que são elementos separados repartidos sobre o substrato 14. Se os fios fossem formados sobre uma camada que recobre o substrato 14, o fato de a camada e o substrato 14 serem constituídos de materiais diferentes que têm coeficientes de dilatação térmica diferentes acarretaria o aparecimento de esforços mecânicos no dispositivo optoeletrônico no decorrer de sua fabricação. O presente modo de realização permite vantajosamente evitar o aparecimento de esforços mecânicos nas ilhotas 18 e o substrato 14, em razão da diferença de coeficientes de dilatação térmica entre os materiais que constituem as ilhotas 18 e o substrato 14.
[0070] Se os flancos laterais 21 das ilhotas de germinação 18 não fossem recobertos de um material impróprio ao aumento de fios, eles constituiriam locais de aumento preferenciais. A presença de flancos laterais 21 livres poderia então dar lugar a aumentos parasitas, por exemplo, o aumento de vários fios sobre os flancos laterais 21 além do fio sobre a face 20, ou o aumento de fios, cujo eixo seria não perpendicular à face 20 da ilhota de germinação 18. No presente modo de realização, como os flancos 21 das ilhotas de germinação 18 são recobertos de um material impróprio ao aumento de fios, o aumento dos fios 24 ocorre somente a partir do topo 20 de cada ilhota 18. Os riscos de aumento de um ou vários fios 24 em direções diferentes da normal à face 20, a partir de uma mesma ilhota 18 são, portanto, reduzidos.
[0071] As figuras 4A a 4I ilustram as estruturas obtidas em etapas sucessivas de um modo de realização de um processo de fabricação do dispositivo optoeletrônico 10 da figura 3.
[0072] O modo de realização do processo de fabricação, de acordo com a invenção, compreende as seguintes etapas: (1) Depósito sobre o substrato 14 de uma camada 50 uniforme do material que favoreça aumento do composto III-N, por exemplo, segundo a polaridade N (figura 4A). Pode tratar-se de nitreto de alumínio. A camada 50, tem, por exemplo, uma espessura compreendida entre 1 nm e 100 nm, de preferência entre 10 nm 60 nm. A camada 50 pode ser obtida por um processo do tipo MOCVC. Todavia, processos, tais como CVD, BEM, GSMBE, MOMBE, ALE, HVPE, ALD, a evaporação, a pulverização ou a pulverização catódica reagente podem ser utilizadas ou qualquer tipo de depósito permitindo a obtenção de uma camada texturada, a camada 50 deve ser substancialmente texturada e possuir uma pluralidade preferencial. A texturação da camada 50 pode ser obtida por um tratamento suplementar realizado após o depósito de camada 50. Trata-se, por exemplo, de um recozimento sob fluxo de amoníaco (NH3); (2) Depósito de uma camada 51 de um material dielétrico sobre a camada 50 (figura 4B). A camada 51 é em um material dielétrico que pode ser estampado, de forma seletiva, em relação ao material que forma a camada 50. O material dielétrico é, por exemplo, o nitreto de silício (por exemplo, Si3N4). A camada dielétrica 51 tem, por exemplo, uma espessura compreendida entre 50 e 300 nm, por exemplo, aproximadamente 100 nm; (3) Estampa de aberturas 54 na camada dielétrica 51 para formar porções 52, ou blocos da camada dielétrica 51 e expor zonas da camada 50 e estampagem de aberturas 56 na camada 50 no nível das porções expostas da camada 50 para formar as ilhotas 18 (figura 4C). A estampagem das aberturas 54 pode ser realizada por uma etapa de estampagem seletiva que não acarreta estampagem da camada 50. Pode tratar-se de uma estampagem, utilizando-se um plasma de hexafluoreto de enxofre (SF6). A gravura das aberturas 56 pode corresponder a uma estampagem seca ou úmida com parada sobre/no substrato 14. A título de exemplo, a estampagem das aberturas 56 pode ser uma estampagem iônica reagente ou RIE, uma estampagem ao plasma acoplado por indução pu estampagem ICP ou uma estampagem úmida; (4) Retirada das porções 52 (figura 4D). A retirada das porções 52 da camada de dielétrico pode ser realizada por uma etapa de estampagem seletiva que não acarreta estampagem dos blocos 18 e do substrato 14. Pode tratar-se de uma estampagem utilizando um plasma de hexafluoreto de enxofre (SF6_) ou um plasma clorado, ou de uma estampagem úmida de tipo BOE, utilizando uma mistura de fluoreto de amônio (NH4F) e de ácido fluorídrico (HF). (5) Depósito de uma camada 58 de um material impróprio ao aumento de fios, por exemplo, um material dielétrico, sobre as ilhotas 18 e sobre o substrato 14 (Figura 4E). Trata-se, de preferência, de um depósito conforme ou substancialmente conforme. A camada 58 é em um material que pode ser estampado, de forma seletiva, em relação ao material que constitui as ilhotas 18 e o substrato 14. A camada 58 é, por exemplo, em nitreto de silício (por exemplo, Si3N4), em óxido de silício (SiO2) ou em silicileto dos materiais descritos anteriormente para a realização das ilhotas de germinação 18. A camada 58 tem, por exemplo, uma espessura pelo menos igual a um terço da espessura das ilhotas de germinação 18 e, em particular, uma espessura compreendida entre 5 nm e 200 nm, por exemplo, igual a aproximadamente 100 nm; (6) Estampagem anisótropa da camada 58 para retirar as porções da camada 58 que recobre o substrato 14 e os topos 20 das ilhotas 18 e conservar as porções 23 da camada 58 recobrindo os flancos laterais 21 das ilhotas 18 (figura 4F). Trata-se de uma estampagem seletiva em relação ao material que constitui o substrato 14 e ao material que constitui as ilhotas de germinação 18. Trata-se, por exemplo, de uma estampagem iônica ou de uma estampagem por íons reagentes; (7) Formação da região 22 por um processo de nitretação das zonas expostas do substrato 14 (figura 4G) não recobertas pelas ilhotas 18. A região 22 é essencialmente constituída de nitreto de silício. A profundidade de nitreto de silício obtida deve ser suficiente para prevenir qualquer ataque do elemento do grupo III, por exemplo, o gálio, contra o material que constitui o substrato 14. A profundidade da região 22 pode estar compreendida entre 5 nm e 100 nm, de preferência superior ou igual a 10 nm. A região 22 pode se estender em porção sob as ilhotas 18. As condições de nitretação são escolhidas, de forma que o substrato 14 permanece, todavia, em contato elétrico com cada ilhota 18. Além disso, uma superespessura pode aparecer no nível da região 22. A etapa de nitretação pode ser realizada com o amoníaco em um forno dedicado ou em um reator de epitaxia. A temperatura de nitretação pode variar de 900 a 1100 oC e a duração de nitretação pode variar de alguns minutos a uma hora. Obtém-se, além disso, uma nitretação dos topos 20 das ilhotas 18 favoráveis ao aumento posterior das porções inferior 26 dos fios 24. O processo de nitretação pode ser realizado em várias etapas. A título de exemplo, notadamente quando as ilhotas são em alumínio (eventualmente dopado ao silício), a etapa de nitretação pode compreender uma primeira fase de nitretação realizada a uma primeira temperatura, por exemplo, compreendida entre 400 e 750 oC, seguida de uma fase de nitretação realizada a uma segunda temperatura estritamente superior à primeira temperatura, por exemplo, compreendida entre 800 e 1100 oC. A primeira fase favorece a nitretação do topo 20 de cada ilhota 18, enquanto que a segunda fase favorece a nitretação das porções do substrato 14 não recobertas pelas ilhotas 18; (8) Aumento da porção passivada 26 de cada fio 24 sobre a altura H2 (figura 4H). Cada fio 24 aumenta a partir da face 20 no topo de uma ilhota de germinação 18. A porção inferior 26 de cada fio 24 pode ser obtida por um processo do tipo MOCVD. Todavia, processos, tais como CVD, BEM, GSMBE, MOMBE, PAMBE, ALE, HVPE, ou eletro- químicos podem ser utilizados.
[0073] A título de exemplo, no caso em que a porção inferior 26 está em GaN muito dopada de tipo N, um processo do tipo MOCVD pode ser utilizado por injeção em um reator MOCVD, de tipo ducha, de um gás precursor do gálio, por exemplo o trimetil gálio (TMGa) e de um gás precursor do nitrogênio, por exemplo o amoníaco (NH3). A título de exemplo, pode-se utilizar um reator MPOCVD 3x2”, de tipo ducha, comercializado pela sociedade AIXTRON. Uma relação de fluxos moleculares entre o trimetil gálio e o amoníaco na faixa 5-200, de preferência na faixa 10-100, permite favorecer o aumento de fios. A título de exemplo, um gás portador que assegura a difusão dos organometálicos até no reator vem se carregar em organometálicos em um borbulhador de TMGa. Este é regulado, segundo as condições padrão de funcionamento. Um fluxo de 60 sccm (centímetros cúbicos padrão por minuto) é, por exemplo, escolhido para o TMGa, enquanto que um fluxo de 300 sccm é utilizado para o NH3 (garrafa padrão de NH3). Utiliza-se uma pressão de aproximadamente 800 mbárias (800 hPa). A mistura gasosa compreende, além disso a injeção de silano no reator MOCVD, material precursor do silício. O silano pode ser diluído no hidrogênio a 1000 ppm e se fornece um fluxo de 20 sccm. A temperatura no reator está, por exemplo, compreendido entre 950 oC e 110 0 oC, de preferência entre 990 oC e 1060 oC. Para transportar as espécies da saída dos borbulhadores nos dois plenos do reator, utiliza- se um fluxo de gás portador, por exemplo, o N2, de 2000 sccm repartido nos dois plenos. Os fluxos de gás indicados anteriormente são dados a título indicativo e são a adaptar em função do tamanho e das especificidades do reator.
[0074] A presença de silano dentre os gases precursores acarreta a incorporação de silício no meio do composto GaN. Além disso, isto se traduz pela formação da camada 29 de nitreto de silício que recobre o contorno da porção 26 de altura H2S, com exceção do topo e à medida do aumento da porção 26. (9) Aumento da porção superior 28 de altura H3 de cada fio 24 (figuras 4I) sobre o topo da porção inferior 26. Para o aumento da porção superior 28, as condições de funcionamento do reator MOCVD descritas anteriormente são, a título de exemplo, mantidas com exceção devido ao fato de o fluxo de silano no reator é reduzido, por exemplo, de um fator superior ou igual a 10, ou parado. Mesmo quando o fluxo de silano é parado, uma porção ativa pode ser dopada de tipo N, em razão da difusão nessa porção ativa de dopantes provenientes das porções passivadas adjacentes ou em razão da dopagem residual do GaN.
[0075] O processo compreende as seguintes etapas suplementares: (10) Formação, para cada fio 24, da camada ativa 30 por epitaxia. Considerando-se a presença da porção passivante 23 sobre os flancos laterais 21 da ilhota de germinação 18 e da porção passivante 29 que recobre o contorno da porção inferior 26, o depósito da camada ativa 30 só ocorre sobre a porção superior 28 do fio 24; (11) Formação por epitaxia, para cada fio 24, da camada de bloqueio de elétrons 40 e da camada semicondutora 42; (12) Formação das porções isolantes 34. As porções isolantes 34 podem ser formadas pelo depósito, conforme de uma camada isolante sobre a totalidade da estrutura, o depósito de uma camada de resina entre os fios 24, a estampagem da camada isolante não recoberta pela resina para descobrir a camada semicondutora 42 e a retirada da resina; (13) Formação das porções refletoras 36; e (14) Formação dos eletrodos 38 e 12.
[0076] As figuras 5A e 5B ilustram etapas (4)’ e (5)’ de um outro modo de realização de um processo de fabricação do dispositivo optoeletrônico 10 representado na figura 3 e substituem as etapas (4) a (7) descritas anteriormente em relação com as figuras 4D a 4G, as outras etapas (1) a (3) e (8) a (14) sendo idênticas àquelas descritas anteriormente. As etapas (4)’ e (5)’ são as seguintes: (4)’ Formação das porções 23 e da região 22 por um processo de oxidação térmica das zonas expostas do substrato 14 e das ilhotas de germinação 18 (figura 5A). As porções 23 são essencialmente em óxido dos materiais que constituem as ilhotas de germinação 18 descritas anteriormente. A região 22 é essencialmente constituída de dióxido de ilício (SiO2) e quando as ilhotas de germinação 18 são em nitreto de alumínio as porções 23 são essencialmente em óxido de alumínio. A profundidade da região 22 de óxido de silício obtida deve ser suficiente para prevenir qualquer ataque do elemento do grupo III, por exemplo, o gálio, contra o material que constitui o substrato 14. A profundidade da região 22 pode estar compreendida entre 5 nm e 100 nm, de preferência superior ou igual a 1 0 nm. As porções 23 têm uma espessura compreendida entre 5 nm e 100 nm, por exemplo igual a aproximadamente 10 nm.
[0077] A região dielétrica 22 e as porções dielétricas 23 podem ser fabricadas em um forno à alta temperatura. A etapa de oxidação pode ser realizada com o oxigênio ou com o vapor de água. A título de exemplo, a temperatura de oxidação varia de 750 a 1100 oC para durações de oxidação que variam de alguns minutos a uma hora. Quando da etapa de formação da região 22 e das porções 23, as porções 52 protegem o topo 20 de cada ilhota 18 contra o tratamento e oxidação. A região 22 pode se estender em parte sob as ilhotas 18. As condições de oxidação são escolhidas, de forma que o substrato 14 continue, todavia, em contato elétrico com cada ilhota 18. Além disso, uma superespessura pode aparecer no nível da região 22; (5)’ Retirada das porções 52 da camada de dielétrico 51 (figura 5B). O material que constitui as porções 52 é escolhido para poder ser estampado, de forma seletiva, em relação aos materiais que constituem as ilhotas de germinação 18, a região dielétrica 22 e as porções dielétricas 23. A título de exemplo, o material que constitui as porções 52 é o nitreto de silício. Isto pode ser realizado por uma etapa de estampagem seletiva que não acarreta estampagem dos blocos 18, das porções 23 e das regiões 22. Pode tratar-se de uma estampagem que utiliza um plasma de hexafluoreto de enxofre (SF6).
[0078] A figura 6 é um corte, parcial e esquemático, de um outro modo de realização de um dispositivo optoeletrônico 60 realizado a partir de fios 24 tais como descritos anteriormente e adaptado à emissão de uma radiação eletromagnética. O dispositivo 60 difere do dispositivo 10 pelo fato de as regiões isolantes 22 que se estendem no substrato 14 e as porções de proteção 23 sobre os flancos laterais 21 das ilhotas e germinação 18 do dispositivo 10 serem substituídas por uma zona isolante 62 formada sobre a face 16 do substrato 14 e se estendem entre as ilhotas 18 até o contato dos flancos laterais 21 das ilhotas 18. O material dielétrico que constitui a zona isolante 62 é, por exemplo, o nitreto de silício (por exemplo, Si3N4). A zona isolante 62 tem, por exemplo, substancialmente a mesma altura que as ilhotas de germinação 18.
[0079] As figuras 7A a 7D ilustram etapas (5)”, (6)”, (7)” e (8)” de um modo de realização de um processo de fabricação do dispositivo 60 e substituem as etapas (5) a (7) descritas anteriormente em relação com as figuras 4E a 4G, as outras etapas (1) a (4) e (8) a (14) sendo idênticas àquelas descritas anteriormente. As etapas (5)”, (6)”, (7)” e (8)” são as seguintes: (5)” Depósito de uma camada 64 de um primeiro material dielétrico sobre o substrato 14 e sobre as ilhotas de germinação 18 (figura 7A). A camada 64 é em um primeiro material dielétrico que pode estampado, de forma seletiva, em relação ao material que formam as ilhotas de germinação 18 (figura 7A). A camada 64 é em um material dielétrico que pode ser estampado, de forma seletiva, em relação ao material que forma as ilhotas de germinação 18. O primeiro material dielétrico é, por exemplo, o óxido de silício ou do nitreto de silício. A camada dielétrica 64 tem, de preferência, uma espessura estritamente superior ou igual à espessura das ilhotas de germinação 18, de preferência superior ou igual a pelo menos 1,5 vez a espessura das ilhotas de germinação 18. A título de exemplo, a camada 64 tem uma espessura compreendida entre 1 nm e 100 nm, por exemplo, aproximadamente 60 nm. A camada 64 é, por exemplo, depositada de modo conforme. A camada 64 forma, portanto uma bossa 65 sobre cada ilhota de germinação 18.; (6)” Depósito de uma camada 66 de um segundo material dielétrico sobre a camada 64 (figura 7B). O segundo material dielétrico é diferentes do primeiro material dielétrico. Todavia, o segundo material dielétrico é escolhido de forma que existe um processo de estampagem que permita estampar, de forma não seletiva , o primeiro e segundo materiais dielétricos, substancialmente à mesma velocidade. O segundo material dielétrico é, por exemplo, o óxido de silício, quando o primeiro material dielétrico é o nitreto de silício e o nitreto de silício, quando o primeiro material dielétrico é o óxido de silício. A camada dielétrica 66 tem uma espessura estritamente superior à espessura da camada dielétrica 64, de preferência superior ou igual a pelo menos 1,5 vez a espessura da camada 64, mais preferencialmente também ou superior a três vezes a espessura da camada 64. A título de exemplo, a camada 66 tem uma espessura compreendida entre 50 e 200 nm, por exemplo aproximadamente 100 nm. A camada 66 é, por exemplo, depositada de forma conforme. (7)” Estampagem da camada 66 até expor porções da camada 64 (figura 7C). A estampagem pode ser uma estampa mecano- química ou CMP. A parada de estampagem pode ser realizada, desde que a camada 64 começa a ser visível por uma inspeção óptica, considerando-se que o primeiro e o segundo materiais dielétricos são diferentes. No fim da estampagem, porções 68 da camada 66 são deixadas entre as bossas 65 da camada 64. A estrutura obtida após essa etapa de estampagem tem uma face superior 69 substancialmente plana. (8)” Estampagem das porções restantes 68 da camada 66 e da camada 64 até expor os topos 20 das ilhotas de germinação 18 (figura 7D). A estampagem é uma estampagem seletiva em relação ao material que constitui as ilhotas de germinação 18. Pode tratar-se de uma estampagem por plasma ou de uma estampagem úmida. A parada da estampagem pode ser realizada, quando os topos 20 das ilhotas de germinação 18 são visíveis por uma inspeção óptica considerando-se que o material que constitui as ilhotas de germinação 18 é diferente do primeiro material dielétrico. Na figura 7D, no fim da etapa de estampagem, as porções 6 restantes da camada 66 desapareceram substancialmente. Todavia, a título de variante, quando da parada de estampagem, podem permanecer porções 68 da camada 66 entre os blocos 18.
[0080] A figura 8 representa um corte, parcial e esquemático, de um outro modo de realização de um dispositivo optoeletrônico 70 que é adaptado para emitir uma radiação eletromagnética. O dispositivo 70 difere do dispositivo 10, notadamente pela forma da porção ativa de cada fio 24. Com efeito, para cada fio 24, a porção ativa 72 recobre somente o topo do fio 24. A porção ativa 72 recobre somente o topo do fio 24. A porção ativa 72 pode ter a mesma composição que a camada ativa 30 descrita anteriormente. Além disso, um empilhamento de porções semicondutoras 74 recobre a porção ativa 72. O empilhamento de camadas semicondutoras 74 pode ter a mesma composição que o empilhamento 32 descrito anteriormente.
[0081] A figura 9 representa um corte, parcial e esquemático, de um modo de realização de um dispositivo optoeletrônico 80 com elementos tridimensionais piramidais a uma etapa de fabricação que segue a etapa ilustrada na figura 4g. Faz-se aumentar elementos tridimensionais 82, por exemplo, de forma cônica ou troncônica de base poligonal, em particular de forma piramidal ou piramidal truncada. A título de exemplo, quando os elementos tridimensionais compreendem majoritariamente um composto III-V, o material constituindo ilhotas de germinação 18 é escolhido, de preferência, de forma a favorecer o aumento do composto III-V, segundo a polaridade do elemento do grupo III.
[0082] Modos de realização particulares da presente invenção foram descritos. Diversas variantes e modificações aparecerão ao técnico. Em particular, embora se tenha representado nas figuras dos modos de realização nos quais os fios, recobertos de um primeiro eletrodo, são formados em uma primeira face de um suporte, enquanto que um segundo eletrodo é formado sobre uma segunda face do suporte, oposta à primeira face. Todavia, é claro que o segundo eletrodo pode ser previsto do lado da primeira face.
[0083] Além disso, embora, nos modos de realização descritos anteriormente, cada fio 2 4 compreenda uma porção passivada 26, na base do fio em contato com o topo 20 de uma ilhota de germinação 18, essa porção passivada 26 pode não estar presente.
[0084] Além disso, se os diferentes modos de realização de dispositivos optoeletrônicos descritos anteriormente são adaptados para emitir uma radiação eletromagnética, esses dispositivos podem facilmente ser adaptados por um técnico para receber uma radiação eletromagnética e convertê-la em um sinal elétrico. A camada ativa 30 é, então, a camada na qual é capturada da radiação recebida pelo dispositivo. Essa adaptação é realizada, adaptando-se ao mesmo tempo a camada ativa 30, 72 de cada um dos fios 24 e aplicando-se sobre a estrutura semicondutora uma polarização adequada. Essa adaptação do dispositivo 10, 70 pode ser realizada para formar seja um dispositivo optoeletrônico dedicado à medida ou a detecção de uma radiação eletromagnética, seja um dispositivo optoeletrônico dedicado às aplicações fotovoltaicas.

Claims (12)

1. Dispositivo optoeletrônico (10; 60; 70), caracterizado pelo fato de compreender: - um substrato (14); - blocos (18) sobre uma face (16) do substrato; - elementos semicondutores (24; 82), cada elemento se baseiam sobre um bloco; - uma porção de proteção (23; 62) recobrindo pelo menos os flancos laterais (21) de cada bloco, essa porção impedindo o aumento dos elementos semicondutores sobre os flancos laterais; e - uma região (22) dielétrica que se estende no substrato (14), a partir dessa face (16) e ligando, para cada par de blocos (18), um dos blocos do par ao outro bloco do par.
2. Dispositivo optoeletrônico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o substrato (14) ser em um primeiro material semicondutor escolhido dentre o grupo que compreende o silício, o germânio, o carboneto de silício, um composto III-V, um composto II-VI e uma combinação desses compostos.
3. Dispositivo optoeletrônico, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de cada elemento (24; 82) compreender pelo menos uma porção (26, 28) que compreende majoritariamente um segundo material semicondutor em contato com um dos blocos (18), o segundo material semicondutor sendo escolhido dentre o grupo que compreende o silício, o germânio, o carboneto de silício, um composto III-V, um composto II-VI e uma combinação desses compostos.
4. Dispositivo optoeletrônico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de a espessura de cada bloco (18) estar compreendida entre 1 nm e 100 nm, e o substrato (14) estar em contato elétrico com cada bloco (18).
5. Dispositivo optoeletrônico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de cada elemento (24; 82) ser um microfio, um nanofio, um elemento cônico ou um elemento troncônico.
6. Dispositivo optoeletrônico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de a porção (23; 62) ser em um material isolante.
7. Processo de fabricação de um dispositivo optoeletrônico (10;. 60; 70; 80), caracterizado pelo fato de compreender as seguintes etapas: - prover um substrato (14); - formar blocos (18) sobre uma face (16) do substrato; - formar uma porção de proteção (23; 62) que recobre pelo menos os flancos laterais (21) de cada bloco e formar uma região (22) dielétrica que se estende no substrato (14), a partir dessa face (16) e ligando, para cada par de blocos (18), um dos blocos do par ao outro bloco do par; e - formar elementos semicondutores (24; 82), cada elemento apoiando-se sobre um bloco, essa porção compreendendo um material que impede o aumento dos elementos semicondutores sobre os flancos laterais.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de a porção (23; 62) ser em um material isolante.
9. Processo, de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de a região (22) ser formada por oxidação ou nitretação do substrato (14).
10. Processo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de compreender as seguintes etapas sucessivas: - depósito de uma camada (50) sobre o substrato (14); - formação de blocos isolantes (52) sobre a camada (50); - estampagem das porções da camada não recobertas dos blocos isolantes para formar os blocos (18); - oxidação dos flancos (21) dos blocos e das porções do substrato não recobertos dos blocos; e - retirada dos blocos isolantes.
11. Processo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de compreender as seguintes etapas sucessivas: - depósito de uma camada (50) sobre o substrato (14); - formação de blocos isolantes (52) sobre a camada (50); - estampagem das porções da camada não recobertas dos blocos isolantes para formar os blocos (18); - retirada dos blocos isolantes; -depósito de uma camada dielétrica (58) que recobre os blocos e o substrato entre os blocos; - estampagem anisótropa da camada dielétrica para retirar a camada dielétrica sobre o substrato e no topo dos blocos e deixar as porções (23) da camada dielétrica sobre os flancos laterais (21); e - nitretação das porções do substrato não recobertas dos blocos.
12. Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende ainda nitretação dos topos dos blocos (18).
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