EP3732735A1 - Dispositif optoelectronique comprenant des diodes electroluminescentes tridimensionnelles - Google Patents

Dispositif optoelectronique comprenant des diodes electroluminescentes tridimensionnelles

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EP3732735A1
EP3732735A1 EP18811318.7A EP18811318A EP3732735A1 EP 3732735 A1 EP3732735 A1 EP 3732735A1 EP 18811318 A EP18811318 A EP 18811318A EP 3732735 A1 EP3732735 A1 EP 3732735A1
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EP
European Patent Office
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layer
chemical
optoelectronic device
chemical element
proportion
Prior art date
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Pending
Application number
EP18811318.7A
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German (de)
English (en)
Inventor
Pierre TCHOULFIAN
Benoît AMSTATT
Philippe Gilet
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Aledia
Original Assignee
Aledia
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Publication date
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    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system containing nitrogen

Definitions

  • the present application relates generally to optoelectronic devices comprising three-dimensional light-emitting diodes based on semiconductor materials.
  • a pixel of an image corresponds to the unitary element of the image displayed by the optoelectronic device.
  • the optoelectronic device generally comprises, for the display of each pixel of the image, at least three components, also called sub-display pixels, which each emit a light radiation substantially in only one color (for example, red, green and blue).
  • the superposition of the radiation emitted by these three sub-display pixels provides the observer with the color sensation corresponding to the pixel of the displayed image.
  • the display pixel of the optoelectronic device the set formed by the three sub-display pixels used for displaying a pixel of an image.
  • Each light emitting diode comprises an active area covering the side walls of the three-dimensional semiconductor element.
  • the active area is the area of the light-emitting diode that emits the majority of the radiation emitted by the light-emitting diode.
  • the active zone is covered with an electron blocking layer (EBL).
  • EBL electron blocking layer
  • the proportion of some elements may not be homogeneous over the entire EBL layer.
  • the active area may cover a hole blocking layer (HBL or "Hole Blocking Layer") and the proportion of some elements may not be homogeneous over the entire HBL layer.
  • HBL hole blocking layer
  • an object of an embodiment is to overcome at least in part the disadvantages of the optoelectronic devices described above.
  • an optoelectronic device comprising:
  • a three-dimensional semiconductor element composed mainly of a first chemical element and a second chemical element, resting on the substrate;
  • an active zone at least partially covering the side walls of the three-dimensional semiconductor element and comprising a stack of at least a first layer composed mainly of the first and second chemical elements, and at least one second layer composed predominantly of the first and second chemical elements and of a third chemical element;
  • the third layer being composed predominantly of the first, second and third chemical elements and a fourth chemical element, the mass proportion of the third and fourth chemical elements of the third layer increasing or decreasing when the distance to the substrate increases;
  • a fourth layer composed mainly of the first and second chemical elements, covering the third layer.
  • the active zone is adapted to emit electromagnetic radiation and the third layer is a charge carrier blocking layer.
  • the proportion of the third chemical element in the third layer is between 0.1 and 10%.
  • the proportion of the fourth chemical element in the third layer is between 10 and 40%.
  • the first chemical element is a Group III element.
  • the first chemical element is gallium.
  • the second chemical element is a group V element.
  • the second chemical element is nitrogen.
  • the third chemical element is a Group III element.
  • the third chemical element is indium.
  • the fourth chemical element is a Group III element. According to one embodiment, the fourth chemical element is aluminum.
  • the semiconductor element is in the form of a wire.
  • the semiconductor element is in the form of a pyramid.
  • the maximum variation of the forbidden band in the third layer is less than the maximum variation of the forbidden band of the same layer not comprising the third chemical element.
  • the third layer is an electron blocking layer or a hole blocking layer.
  • Figure 1 is a partial sectional and schematic sectional view of an optoelectronic device comprising a three-dimensional light emitting diode
  • FIG. 2 represents an evolution curve of the proportion of aluminum and an evolution curve of the band gap of one of the layers of the light-emitting diode shown in FIG. 1 as a function of the distance to the substrate on which is formed. the light-emitting diode;
  • FIG. 3 represents evolution curves of the proportions of aluminum and indium and evolution curves of the forbidden band of one of the layers of the light emitting diode represented in FIG. 1 as a function of the distance to the substrate on which is formed the light emitting diode;
  • FIG. 4 represents evolution curves, obtained by tests, of the band gap (in eV) of one of the layers of the light-emitting diode shown in FIG. function of the distance to the substrate on which the light-emitting diode is formed.
  • the present disclosure relates to optoelectronic devices comprising radial type three-dimensional light-emitting diodes in which the active region of a light-emitting diode is formed on a semiconductor element having a three-dimensional shape, for example in the form of a microfilm, a nanowire or pyramid.
  • microfil denotes a three-dimensional structure of elongated shape, for example cylindrical, conical or frustoconical, in a preferred direction of which at least two dimensions, called minor dimensions, are between 5 nm and 2.5 ⁇ m, preferably between 50 nm and 2.5 ⁇ m, the third dimension, called major dimension, being greater than or equal to 1 time, preferably greater than or equal to 5 times and even more preferably greater than or equal to 10 times, the largest of minor dimensions.
  • the minor dimensions may be less than or equal to about 1 ⁇ m, preferably between 100 nm and 1 ⁇ m, more preferably between 100 nm and 800 nm.
  • each microfil or nanowire may be greater than or equal to 50 nm, preferably between 50 nm and 50 ⁇ m, more preferably between 1 ⁇ m and 10 ⁇ m.
  • the base of the wire has, for example, an oval, circular or polygonal shape, in particular triangular, rectangular, square or hexagonal.
  • wire is used to mean “microfil” or “nanowire”.
  • pyramid or truncated pyramid designates a three-dimensional structure of pyramidal shape.
  • This pyramidal structure can be truncated, that is to say that the top of the cone is absent, leaving room for a plateau.
  • the base of the pyramid is inscribed in a polygon whose side dimension is 100 nm to 10 ⁇ m, preferably between 1 and 3 ⁇ m.
  • the polygon forming the base of the pyramid can be a hexagon.
  • the height of the pyramid between the base of the pyramid and the summit or the summit plateau varies from 100 nm to 25 ⁇ m, preferably between 1 ⁇ m and 10 ⁇ m.
  • FIG. 1 is a partial and schematic section of an optoelectronic device 10 adapted to emit electromagnetic radiation.
  • the device 10 comprises a substrate 12, for example a semiconductor, comprising parallel faces 14 and 16.
  • the face 14 is in contact with a first polarization electrode 18.
  • each semiconductor element 20 has the shape of a wire extending from the However, the semiconductor elements 20 may have another three-dimensional shape.
  • An electrically insulating layer 22 covers the face 16 of the substrate 12 and surrounds the lower part of each wire 20, that is to say the part of each wire 20 closest to the substrate 12.
  • the side walls of the upper part of each wire 20, that is to say the part which is not surrounded by the insulating layer 22, are at least partially covered, here completely covered, with an active zone 24.
  • the active zone 24 is covered with a layer 26 of electron blocking or EBL layer.
  • the EBL layer 26 is covered with a semiconductor layer 28 and an electrically conductive layer 30 constituting a second electrode.
  • the assembly formed by a wire 20, the active zone 24, the EBL layer 26 and the semiconductor layer 28 constitutes a light-emitting diode.
  • a voltage is applied between the electrodes 18 and 30, light radiation is emitted by the active zone 24.
  • several light-emitting diodes are formed on the substrate 12, they can be connected in series and / or in parallel and form a set electroluminescent diodes.
  • the layer 30 may cover the semiconductor layers 28 of several light-emitting diodes.
  • the layers 26 and 28 can cover the active areas 24 of several wires 20.
  • the number of light-emitting diodes of the optoelectronic device can vary from 1 to several hundreds of millions.
  • the electrode 18 may correspond to a conductive layer which extends on the face 14 of the substrate 12.
  • the material forming the electrode 18 is, for example, nickel silicide (NiSi), aluminum (Al), aluminum silicide (AISi), titanium (Ti) or titanium silicide (TiSi).
  • the substrate 12 may correspond to a one-piece structure or correspond to a layer covering a support made of another material.
  • the substrate 12 is preferably a semiconductor substrate, for example a substrate made of silicon, germanium, silicon carbide, a compound III-V, or a compound II-VI, for example ZnO.
  • the substrate 12 may also be sapphire or graphene.
  • the substrate 12 is a monocrystalline silicon substrate. Preferably, this is a semiconductor substrate compatible with the manufacturing processes implemented in microelectronics.
  • the substrate 12 may correspond to a multilayer structure of silicon on insulator type, also called SOI (acronym for "Silicon On Insulator").
  • SOI acronym for "Silicon On Insulator"
  • the substrate 12 may be heavily doped, weakly doped or undoped.
  • group II chemicals include Group IIA chemicals, including beryllium (Be) and magnesium (Mg) and Group IIB chemicals, including zinc (Zn), cadmium (Cd) and mercury (Hg).
  • Group VI chemical elements include chemical elements of the VIA group, including oxygen (O) and tellurium (Te).
  • compounds II-VI are ZnO, ZnMgO, CdZnO, CdZnMgO, CdHgTe, CdTe or HgTe. In general, the chemical elements in II-VI can be combined with different mole fractions.
  • the insulating layer 22 may be of a dielectric material or comprise a stack of dielectric layers, for example silicon oxide (SiC 2), silicon nitride (Si x N y , where x is approximately equal to 3 and y is approximately equal to 4, for example Si3N4), silicon oxynitride (in particular of general formula SiO x Ny, for example Si20N2), hafnium oxide (HfCl4) or diamond.
  • the thickness of the insulating layer 22 is between 1 nm and 20 ⁇ m, preferably between 5 nm and 150 nm.
  • Each semiconductor element 20 is in contact with the face 16 of the substrate 12.
  • a seed layer of a material promoting the growth of the semiconductor elements 20 may be interposed between the substrate 12 and the semiconductor elements 20.
  • the material composing the seed layer may be a nitride, a carbide or a boride of a transition metal of column IV, V or VI of the periodic table of the chemical elements or a combination of these compounds.
  • the seed layer may be aluminum nitride (AlN), oxide of aluminum (Al 2 O 3), boron (B), boron nitride (BN), titanium (Ti), titanium nitride (TiN), tantalum (Ta), tantalum nitride (TaN), hafnium (Hf), hafnium nitride (HfN), niobium (Nb), niobium nitride (NbN), zirconium (Zr), zirconium borate (ZrB2), zirconium nitride (ZrN), silicon carbide (SiC), nitride and tantalum carbide (TaCN), or magnesium nitride in the form Mg x Ny, where x is approximately equal to 3 and y is approximately equal to 2, for example nitride of magnesium according to the form Mg3N2.
  • Mg x Ny magnesium nitride in the form Mg x Ny
  • the seed layer may be doped with the same type of conductivity as the substrate 12.
  • the seed layer has, for example, a thickness of between 1 and 100 nanometers, preferably between 10 and 30 nanometers.
  • the seed layer may be replaced by germination pads resting on the face 16 of the substrate 12, each wire 20 resting on one of the seed pads.
  • the semiconductor elements 20 may be mainly formed of a compound comprising a first chemical element and a second chemical element, in particular a binary compound.
  • the first chemical element can be a Group III element.
  • the second chemical element may be a group V element.
  • the semiconductor elements 20 may therefore be of a III-V compound.
  • group III chemicals include gallium (Ga), indium (In) or aluminum (Al).
  • Group V chemicals include nitrogen, phosphorus or arsenic.
  • III-N compounds are GaN, AlN, InN, InGaN, AlGaN or AlInGaN. In general, the chemical elements in compound III-V can be combined with different molar fractions.
  • the semiconductor elements 20 may also be predominantly of an AlGalnP type alloy.
  • the semiconductor elements 20 may comprise a dopant.
  • the dopant may be chosen from the group comprising a P-type dopant of group II, for example, magnesium (Mg), zinc (Zn), cadmium (Cd) or mercury (Hg), a group IV dopant P, for example carbon (C) or a dopant of type N of group IV, for example silicon (Si), germanium (Ge), selenium (Se), sulfur (S), terbium (Tb) or tin (Sn).
  • group II magnesium
  • Zn zinc
  • Cd cadmium
  • Hg mercury
  • a group IV dopant P for example carbon (C) or a dopant of type N of group IV, for example silicon (Si), germanium (Ge), selenium (Se), sulfur (S), terbium (Tb) or tin (Sn).
  • each wire 20 may have an elongated semiconductor structure along an axis D substantially perpendicular to the face 16.
  • each pyramid When the three-dimensional semiconductor elements 20 of the optoelectronic device 10 correspond to pyramids, the height of each pyramid may be between 100 nm and 25 ⁇ m.
  • Each pyramid can have an elongated semiconductor structure according to a substantially perpendicular axis ⁇ angles to the face 16.
  • each wire 20 or of each pyramid may have a general shape of oval, circular or polygonal type, in particular triangular, rectangular, square or hexagonal.
  • the centers of two or two adjacent pyramids may be distant from 0.25 ⁇ m to 10 ⁇ m and preferably from 1.5 ⁇ m to 5 ⁇ m.
  • the wires 20 or the pyramids can be regularly distributed, in particular along a hexagonal network.
  • the active zone 24 may comprise a single quantum well.
  • the active zone 24 may then comprise a layer predominantly of a III-V ternary compound.
  • the active zone 24 comprises a layer comprising predominantly the first and second chemical elements described above in relation to the semiconductor element 20 and a third chemical element of the same group as the first chemical element other than the first chemical element.
  • Active zone 24 may also include multiple quantum wells. It then comprises a stack of semiconductor layers forming an alternation of quantum wells and barrier layers. It may be formed of an alternation of layers predominantly of a III-V binary compound, and layers predominantly of a ternary III-V compound. Preferably, the active zone comprises an alternation of layers comprising predominantly the first chemical element and the second chemical element, and layers comprising predominantly the first, second and third chemical elements.
  • the semiconductor layer 28 may be composed of the same elements as the semiconductor element 20.
  • the semiconductor layer comprises for example mainly the first element and the second element.
  • the semiconductor layer 28 is for example doped with a doping type that is opposite to the doping type of the semiconductor element 20.
  • the electrode 30 is adapted to bias the active region 24 covering each semiconductor element 20 and to pass electromagnetic radiation emitted by the light-emitting diodes ⁇ .
  • the material forming the electrode 30 may be a transparent and conductive material such as indium tin oxide (ITO), zinc oxide which may or may not be doped with aluminum. or gallium, or graphene.
  • ITO indium tin oxide
  • the electrode layer 30 has a thickness of between 5 nm and 200 nm, preferably between 20 nm and 50 nm.
  • the EBL layer 26 is mainly composed of a ternary alloy comprising the first chemical element, the second chemical element and a fourth chemical element of the same group as the first chemical element but other than the first or the third chemical element.
  • the wire 20 is GaN and the quantum well comprises a layer of N, where y is the proportion of In, and generally referred to as InGaN
  • the EBL layer it is known for the EBL layer to be predominantly of gallium aluminum nitride Al x Ga ( ] -x ) N, where x is the proportion of aluminum, and generally designated AlGaN, and to be in contact with the active zone 24, to ensure a good distribution of the charge carriers in the active zone 24.
  • the layer 26 may have a thickness between 5 nm and 60 nm and the proportion of aluminum x may vary between 5% and 60%, preferably between 15% and 25%.
  • Proportion means the atomic proportion without nitrogen.
  • 20% of the non-nitrogen atoms are aluminum and 80% of the non-nitrogen atoms are gallium.
  • each semiconductor element 20, the active zone 24, the EBL layer 26 and the semiconductor layer 28 may be a process of the chemical vapor deposition (CVD) or deposition type.
  • MOCVD Metal-Organic Chemical Vapor Deposition
  • MOVPE organometallic vapor phase epitaxy
  • MBE molecular beam epitaxy
  • MBBE gas-source MBE
  • MOMBE organometallic MBE
  • RMBE plasma-assisted MBE
  • ALE Atomic Layer Epitaxy
  • HVPE Hydride Vapor Phase Epitaxy
  • the process may comprise injecting into a reactor a precursor of the first chemical element, a precursor of the second chemical element and, optionally, a precursor of the third chemical element and / or a precursor of the fourth chemical element.
  • FIG. 2 represents a curve 40 for the evolution of the proportion x (in percent) of aluminum in the EBL layer 26 of the light emitting diode shown in FIG. 1, mainly composed of AlGaN, and a curve 42 of evolution of the strip. forbidden (in electronvolt) of the EBL layer 26 as a function of the distance to the substrate 12.
  • the proportion of the fourth chemical element here the aluminum of the compound AlGaN
  • the proportion of aluminum in the layer 26 can increase, or decrease, as the distance between the substrate 12 and the considered point of the layer 26 increases.
  • the proportion of aluminum increases between the bottom part ("Bottom") of the wire 20 and the top ("Top") of the wire 20.
  • This variation in proportion is accompanied by a similar variation, illustrated by the curve 42, of the forbidden band ("bandgap") of the EBL layer 26 predominantly composed of AlGaN.
  • the variation of the band gap can be determined as known in the state of the art, especially as described in the publication by Sakalauskas et al entitled "Dielectric function and optical properties of quaternary AlInGaN alloys" (Journal of Applied Physics 110, 013102 (2011)).
  • the forbidden band is higher at the top of the wire 20 than at the bottom of the wire 20.
  • the current distribution through the active zone 24, and therefore the intensity of the radiation emitted by the active zone 24, n is not homogeneous. The efficiency of the light emitting diode is therefore not optimal.
  • the third element is added to the composition of the EBL layer 26.
  • the EBL layer 26 is therefore mainly a quaternary compound comprising the first, second, third and fourth chemical elements.
  • the EBL layer 26 is not AlGaN but Al x In z Ga (i- xz ) N, where x is the proportion of aluminum, z the proportion of indium, which is generally designated by AlInGaN.
  • FIG. 3 represents curves 43 and 44 of evolution of the proportion (in percent) of aluminum and indium in the EBL layer 26 of the light emitting diode represented in FIG. 1, composed here mainly of AlInGaN.
  • FIG. 3 also represents the curve 42, reproduced for comparison, and a curve 46 for changing the forbidden band (in electronvolt) of the AlGaN layer and that of AlInGaN as a function of the distance to the substrate 12.
  • the inventors have demonstrated that the variations in the band gap of the EBL layer 26 mainly composed of AlInGaN, schematically illustrated by the curve 46 which is substantially constant in FIG. 3, are reduced compared with those of the EBL layer 26 mainly. in AlGaN, illustrated by the curve 42.
  • the distribution of the current flowing through the active zone 24 is therefore more homogeneous over the whole of the light-emitting diode, and the intensity of the radiation emitted by the active zone 24 is thus, also, more homogeneous.
  • the efficiency of the light-emitting diode is thus improved.
  • FIG. 4 shows evolution curves, obtained by tests, of the forbidden band of EBL layers 26 of the light-emitting diode shown in FIG. 1 as a function of the distance to the substrate on which the light-emitting diode is formed.
  • Curve 48 corresponds, like curve 42 of FIG. 3, to an EBL 26 layer predominantly AlGaN
  • curve 50 corresponds, like curve 46 of FIG. 3, to an EBL 26 layer predominantly AlInGaN.
  • the EBL layers 26 were for example made at a pressure of between 75 and 500 Torr and at a temperature of between 800 and 1000 ° C.
  • the precursors used are, for example, trimethylgallium at a flow rate of 82.75 sccm (standard cubic centimeter per minute) for gallium, ammonia at a flow rate of 50 L / min for nitrogen, and trimethylindium at a flow rate of 900 sccm for indium and trimethylaluminium at a flow rate of 570 sccm for aluminum.
  • the proportion of aluminum is substantially equal to 15%, and the band gap is substantially equal to 3.75 eV.
  • the proportion of aluminum is substantially equal to 25%, and the forbidden band is substantially equal to 3.96 eV.
  • the proportion of aluminum is substantially equal to 30%, and the band gap is substantially equal to 4.1 eV.
  • the proportion of aluminum is substantially equal to 15%, the proportion of indium is substantially equal to 1% and the bandgap is substantially equal to 3.7 eV.
  • the proportion of aluminum is substantially equal to 25%, the proportion of indium is substantially equal to 2% and the forbidden band is substantially equal to 3.88 eV.
  • the proportion of aluminum is substantially equal to 30%, the proportion of indium is substantially equal to 5% and the bandgap is substantially equal to 3, 9 eV.
  • One advantage is that the third element which is added to the composition of the EBL layer is already present in the composition of other layers of the light emitting diode, especially in the active zone. Injections of the precursor of the third element are therefore already provided. Changes to the existing process are therefore reduced.
  • the optoelectronic device comprises a light-emitting diode.
  • the embodiments described here can also be implemented in the case of photodiodes.
  • the active zone is adapted to capture electromagnetic radiation and to convert the captured photons into charge carriers.
  • the embodiments described above can also be applied to an HBL layer.
  • the EBL or HBL layer may be interposed between the active zone and the three-dimensional semiconductor element.

Abstract

L'invention concerne un dispositif optoélectronique (10) comprenant : un élément semiconducteur tridimensionnel (20), composé majoritairement d'un premier élément chimique et d'un deuxième élément chimique; une zone active (24) recouvrant au moins partiellement les parois latérales de l'élément semiconducteur tridimensionnel (20) et comprenant un empilement d'au moins une première couche composée majoritairement des premier et deuxième éléments chimiques, et d'au moins une deuxième couche composée majoritairement des premier et deuxième éléments chimiques et d'un troisième élément chimique; une troisième couche (26) recouvrant la zone active, la troisième couche étant composée majoritairement des premier, deuxième et troisième éléments chimiques et d'un quatrième élément chimique, la proportion massique des troisième et quatrième éléments chimiques de la troisième couche augmentant ou diminuant lorsque la distance au substrat (12) augmente; et une quatrième couche (28), composée majoritairement des premier et deuxième éléments chimiques, recouvrant la troisième couche (26).

Description

DISPOSITIF OPTOÉLECTRONIQUE COMPRENANT DES DIODES
ÉLECTROLUMINESCENTES TRIDIMENSIONNELLES
La présente demande de brevet revendique la priorité de la demande de brevet français FR17/63316 qui sera considérée comme faisant partie intégrante de la présente description.
Domaine
La présente demande concerne de façon générale les dispositifs optoélectroniques comprenant des diodes électroluminescentes tridimensionnelles à base de matériaux semiconducteurs .
Exposé de 11 art antérieur
Un pixel d'une image correspond à l'élément unitaire de l'image affichée par le dispositif optoélectronique. Pour l'affichage d'images couleur, le dispositif optoélectronique comprend en général, pour l'affichage de chaque pixel de l'image, au moins trois composants, également appelés sous-pixels d'affichage, qui émettent chacun un rayonnement lumineux sensiblement dans une seule couleur (par exemple, le rouge, le vert et le bleu) . La superposition des rayonnements émis par ces trois sous-pixels d'affichage fournit à l'observateur la sensation colorée correspondant au pixel de l'image affichée. Dans ce cas, on appelle pixel d'affichage du dispositif optoélectronique l'ensemble formé par les trois sous-pixels d'affichage utilisés pour l'affichage d'un pixel d'une image.
Il existe des dispositifs optoélectroniques comportant des éléments semiconducteurs tridimensionnels permettant la réalisation de diodes électroluminescentes (ou DEL) à forme tridimensionnelle. Chaque diode électroluminescente comprend une zone active recouvrant les parois latérales de l'élément semiconducteur tridimensionnel. La zone active est la zone de la diode électroluminescente qui émet la majorité du rayonnement émis par la diode électroluminescente. La zone active est recouverte d'une couche de blocage des électrons (EBL ou "Electron Blocking Layer") . Lors de la fabrication de la couche EBL, la proportion de certains éléments peut ne pas être homogène sur l'ensemble de la couche EBL. De façon similaire, la zone active peut recouvrir une couche de blocage de trous (HBL ou "Hole Blocking Layer") et la proportion de certains éléments peut ne pas être homogène sur l'ensemble de la couche HBL. Cela peut provoquer une distribution non homogène du courant alimentant la zone active. En conséquence, l'intensité du rayonnement émis par la zone active peut ne pas être homogène sur l'ensemble de la zone active et le rendement de la diode électroluminescente peut ne pas être optimum.
Résumé
Ainsi, un objet d'un mode de réalisation est de pallier au moins en partie les inconvénients des dispositifs optoélectroniques décrits précédemment.
Ainsi, un mode de réalisation prévoit un dispositif optoélectronique comprenant :
un substrat ;
un élément semiconducteur tridimensionnel, composé majoritairement d'un premier élément chimique et d'un deuxième élément chimique, reposant sur le substrat ;
une zone active recouvrant au moins partiellement les parois latérales de l'élément semiconducteur tridimensionnel et comprenant un empilement d'au moins une première couche composée majoritairement des premier et deuxième éléments chimiques, et d'au moins une deuxième couche composée majoritairement des premier et deuxième éléments chimiques et d'un troisième élément chimique ;
une troisième couche recouvrant la zone active, la troisième couche étant composée majoritairement des premier, deuxième et troisième éléments chimiques et d'un quatrième élément chimique, la proportion massique des troisième et quatrième éléments chimiques de la troisième couche augmentant ou diminuant lorsque la distance au substrat augmente ; et
une quatrième couche, composée majoritairement des premier et deuxième éléments chimiques, recouvrant la troisième couche .
Selon un mode de réalisation, la zone active est adaptée à émettre un rayonnement électromagnétique et la troisième couche est une couche de blocage de porteurs de charge.
Selon un mode de réalisation, la proportion du troisième élément chimique dans la troisième couche est comprise entre 0,1 et 10 %.
Selon un mode de réalisation, la proportion du quatrième élément chimique dans la troisième couche est comprise entre 10 et 40 %.
Selon un mode de réalisation, le premier élément chimique est un élément du groupe III.
Selon un mode de réalisation, le premier élément chimique est le gallium.
Selon un mode de réalisation, le deuxième élément chimique est un élément du groupe V.
Selon un mode de réalisation, le deuxième élément chimique est l'azote.
Selon un mode de réalisation, le troisième élément chimique est un élément du groupe III.
Selon un mode de réalisation, le troisième élément chimique est l'indium.
Selon un mode de réalisation, le quatrième élément chimique est un élément du groupe III. Selon un mode de réalisation, le quatrième élément chimique est l'aluminium.
Selon un mode de réalisation, l'élément semiconducteur a la forme d'un fil.
Selon un mode de réalisation, l'élément semiconducteur a la forme d'une pyramide.
Selon un mode de réalisation, la variation maximale de la bande interdite dans la troisième couche est inférieure à la variation maximale de la bande interdite d'une même couche ne comprenant pas le troisième élément chimique.
Selon un mode de réalisation, la troisième couche est une couche de blocage d'électrons ou une couche de blocage de trous .
Brève description des dessins
Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
la figure 1 est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un dispositif optoélectronique comprenant une diode électroluminescente tridimensionnelle ;
la figure 2 représente une courbe d'évolution de la proportion d'aluminium et une courbe d'évolution de la bande interdite de l'une des couches de la diode électroluminescente représentée en figure 1 en fonction de la distance au substrat sur lequel est formée la diode électroluminescente ;
la figure 3 représente des courbes d'évolution des proportions d'aluminium et d'indium et des courbes d'évolution de la bande interdite de l'une des couches de la diode électroluminescente représentée en figure 1 en fonction de la distance au substrat sur lequel est formée la diode électroluminescente ; et
la figure 4 représente des courbes d'évolution, obtenues par des essais, de la bande interdite (en eV) de l'une des couches de la diode électroluminescente représentée en figure 1 en fonction de la distance au substrat sur lequel est formée la diode électroluminescente .
Description détaillée
De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures et, de plus, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle. Par souci de clarté, seuls les éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, les moyens de commande des dispositifs optoélectroniques décrits ci-après sont à la portée de l'homme de l'art et ne sont pas décrits.
Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position relative, tels que les termes "supérieur", "inférieur", etc., il est fait référence à l'orientation des éléments concernés dans les figures. Sauf précision contraire, les expressions "environ" et "sensiblement" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.
La présente description concerne des dispositifs optoélectroniques comprenant des diodes électroluminescentes à forme tridimensionnelle de type radial dans lesquelles la zone active d'une diode électroluminescente est formée sur un élément semiconducteur ayant une forme tridimensionnelle, par exemple la forme d'un microfil, d'un nanofil ou d'une pyramide.
Le terme "microfil" ou "nanofil" désigne une structure tridimensionnelle de forme allongée, par exemple cylindrique, conique ou tronconique, selon une direction privilégiée dont au moins deux dimensions, appelées dimensions mineures, sont comprises entre 5 nm et 2,5 ym, de préférence entre 50 nm et 2,5 ym, la troisième dimension, appelée dimension majeure, étant supérieure ou égale à 1 fois, de préférence supérieure ou égale à 5 fois et encore plus préférentiellement supérieure ou égale à 10 fois, la plus grande des dimensions mineures. Dans certains modes de réalisation, les dimensions mineures peuvent être inférieures ou égales à environ 1 ym, de préférence comprises entre 100 nm et 1 ym, plus préférentiellement entre 100 nm et 800 nm. Dans certains modes de réalisation, la hauteur de chaque microfil ou nanofil peut être supérieure ou égale à 50 nm, de préférence comprise entre 50 nm et 50 ym, plus préférentiellement entre 1 ym et 10 ym. La base du fil a, par exemple, une forme ovale, circulaire ou polygonale, notamment triangulaire, rectangulaire, carrée ou hexagonale.
Dans la suite de la description, on utilise le terme "fil" pour signifier "microfil" ou "nanofil".
Dans la suite de la description, le terme pyramide ou pyramide tronquée désigne une structure tridimensionnelle de forme pyramidale. Cette structure pyramidale peut être tronquée, c'est- à-dire que le haut du cône est absent, laissant place à un plateau. La base de la pyramide est inscrite dans un polygone dont la dimension des côtés est de 100 nm à 10 ym, préférentiellement entre 1 et 3 ym. Le polygone formant la base de la pyramide peut être un hexagone. La hauteur de la pyramide entre la base de la pyramide et le sommet ou le plateau sommital varie de 100 nm à 25 ym, préférentiellement entre 1 ym et 10 ym.
La figure 1 est une coupe, partielle et schématique, d'un dispositif optoélectronique 10 adapté à émettre un rayonnement électromagnétique .
Le dispositif 10 comprend un substrat 12, par exemple semiconducteur, comprenant des faces parallèles 14 et 16. La face 14 est en contact avec une première électrode de polarisation 18.
Des éléments semiconducteurs 20, dont un seul est représenté en figure 1, sont en contact avec la face 16 du substrat 12. Dans l'exemple de la figure 1, chaque élément semiconducteur 20 a la forme d'un fil s'étendant depuis le substrat 12. Les éléments semiconducteurs 20 peuvent cependant avoir une autre forme tridimensionnelle.
Une couche isolante électriquement 22 recouvre la face 16 du substrat 12 et entoure la partie inférieure de chaque fil 20, c'est-à-dire la partie de chaque fil 20 la plus proche du substrat 12. Les parois latérales de la partie supérieure de chaque fil 20, c'est-à-dire la partie qui n'est pas entourée par la couche isolante 22, sont au moins partiellement recouvertes, ici entièrement recouvertes, d'une zone active 24.
La zone active 24 est recouverte d'une couche 26 de blocage des électrons ou couche EBL.
La couche EBL 26 est recouverte d'une couche semiconductrice 28 et d'une couche conductrice électriquement 30 constituant une seconde électrode.
L'ensemble formé par un fil 20, la zone active 24, la couche EBL 26 et la couche semiconductrice 28 constitue une diode électroluminescente. Lorsqu'une tension est appliquée entre les électrodes 18 et 30, un rayonnement lumineux est émis par la zone active 24. Lorsque plusieurs diodes électroluminescentes sont formées sur le substrat 12, elles peuvent être connectées en série et/ou en parallèle et former un ensemble de diodes électroluminescentes. En particulier, la couche 30 peut recouvrir les couches semiconductrices 28 de plusieurs diodes électroluminescentes. De même, les couches 26 et 28 peuvent recouvrir les zones actives 24 de plusieurs fils 20. Le nombre de diodes électroluminescentes du dispositif optoélectronique peut varier de 1 à plusieurs centaines de millions.
L'électrode 18 peut correspondre à une couche conductrice qui s'étend sur la face 14 du substrat 12. Le matériau formant l'électrode 18 est, par exemple, du siliciure de nickel (NiSi) , de l'aluminium (Al), du siliciure d'aluminium (AISi) , du titane (Ti) ou du siliciure de titane (TiSi) .
Le substrat 12 peut correspondre à une structure monobloc ou correspondre à une couche recouvrant un support constitué d'un autre matériau. Le substrat 12 est de préférence un substrat semiconducteur, par exemple un substrat en silicium, en germanium, en carbure de silicium, en un composé III-V, ou en un composé II-VI, par exemple en ZnO. Le substrat 12 peut aussi être en saphir ou en graphène. De préférence, le substrat 12 est un substrat de silicium monocristallin. De préférence, il s'agit d'un substrat semiconducteur compatible avec les procédés de fabrication mis en oeuvre en microélectronique. Le substrat 12 peut correspondre à une structure multicouches de type silicium sur isolant, également appelée SOI (acronyme anglais pour "Silicon On Insulator") . Le substrat 12 peut être fortement dopé, faiblement dopé ou non dopé.
Des exemples d'éléments chimiques du groupe II comprennent des éléments chimiques du groupe IIA, notamment le béryllium (Be) et le magnésium (Mg) et des éléments chimiques du groupe IIB, notamment le zinc (Zn) , le cadmium (Cd) et le mercure (Hg) . Des exemples d'éléments chimiques du groupe VI comprennent des éléments chimiques du groupe VIA, notamment l ' oxygène (O) et le tellure (Te) . Des exemples de composés II-VI sont ZnO, ZnMgO, CdZnO, CdZnMgO, CdHgTe, CdTe ou HgTe. De façon générale, les éléments chimiques dans le composé II-VI peuvent être combinés avec différentes fractions molaires.
La couche isolante 22 peut être en un matériau diélectrique ou comprendre un empilement de couches diélectriques, par exemple en oxyde de silicium (SiC^), en nitrure de silicium (SixNy, où x est environ égal à 3 et y est environ égal à 4, par exemple du Si3N4) , en oxynitrure de silicium (notamment de formule générale SiOxNy, par exemple du Si20N2) , en oxyde d'hafnium (HfC^) ou en diamant. A titre d'exemple, l'épaisseur de la couche isolante 22 est comprise entre 1 nm et 20 ym, de préférence entre 5 nm et 150 nm.
Chaque élément semiconducteur 20 est au contact de la face 16 du substrat 12. A titre de variante, une couche de germination en un matériau favorisant la croissance des éléments semiconducteurs 20 peut être interposée entre le substrat 12 et les éléments semiconducteurs 20. A titre d'exemple, le matériau composant la couche de germination peut être un nitrure, un carbure ou un borure d'un métal de transition de la colonne IV, V ou VI du tableau périodique des éléments chimiques ou une combinaison de ces composés. A titre d'exemple, la couche de germination peut être en nitrure d'aluminium (AIN), en oxyde d'aluminium (AI2O3) , en bore (B), en nitrure de bore (BN) , en titane (Ti) , en nitrure de titane (TiN) , en tantale (Ta) , en nitrure de tantale (TaN) , en hafnium (Hf) , en nitrure d'hafnium (HfN) , en niobium (Nb) , en nitrure de niobium (NbN) , en zirconium (Zr) , en borate de zirconium (ZrB2) , en nitrure de zirconium (ZrN) , en carbure de silicium (SiC) , en nitrure et carbure de tantale (TaCN) , ou en nitrure de magnésium sous la forme MgxNy, où x est environ égal à 3 et y est environ égal à 2, par exemple du nitrure de magnésium selon la forme Mg3N2. La couche de germination peut être dopée du même type de conductivité que le substrat 12. La couche de germination a, par exemple, une épaisseur comprise entre 1 et 100 nanomètres, de préférence comprise entre 10 et 30 nanomètres. A titre de variante, la couche de germination peut être remplacée par des plots de germination reposant sur la face 16 du substrat 12, chaque fil 20 reposant sur l'un des plots de germination.
Les éléments semiconducteurs 20 peuvent être majoritairement formés d'un composé comprenant un premier élément chimique et un deuxième élément chimique, notamment un composé binaire. Le premier élément chimique peut être un élément du groupe III. Le deuxième élément chimique peut être un élément du groupe V. Les éléments semiconducteurs 20 peuvent donc être en un composé III-V.
Des exemples d'éléments chimiques du groupe III comprennent le gallium (Ga) , l'indium (In) ou l'aluminium (Al) . Des exemples d'éléments chimiques du groupe V comprennent l'azote, le phosphore ou l'arsenic. Des exemples de composés III-N sont GaN, AIN, InN, InGaN, AlGaN ou AlInGaN. De façon générale, les éléments chimiques dans le composé III-V peuvent être combinés avec différentes fractions molaires.
Les éléments semiconducteurs 20 peuvent aussi être majoritairement en un alliage de type AlGalnP.
Les éléments semiconducteurs 20 peuvent comprendre un dopant. A titre d'exemple, pour des composés III-V, le dopant peut être choisi parmi le groupe comprenant un dopant de type P du groupe II, par exemple, du magnésium (Mg) , du zinc (Zn) , du cadmium (Cd) ou du mercure (Hg) , un dopant du type P du groupe IV, par exemple du carbone (C) ou un dopant de type N du groupe IV, par exemple du silicium (Si) , du germanium (Ge) , du sélénium (Se) , du soufre (S), du terbium (Tb) ou de l'étain (Sn) .
Lorsque les éléments semiconducteurs tridimensionnels 20 du dispositif optoélectronique correspondent à des fils, la hauteur de chaque fil peut être comprise entre 50 nm et 50 ym. Chaque fil 20 peut avoir une structure semiconductrice allongée selon un axe D sensiblement perpendiculaire à la face 16.
Lorsque les éléments semiconducteurs tridimensionnels 20 du dispositif optoélectronique 10 correspondent à des pyramides, la hauteur de chaque pyramide peut être comprise entre 100 nm et 25 ym. Chaque pyramide peut avoir une structure semiconductrice allongée selon un axe sensiblement perpen¬ diculaire à la face 16.
La section droite de chaque fil 20 ou de chaque pyramide peut avoir une forme générale de type ovale, circulaire ou polygonale, notamment triangulaire, rectangulaire, carrée ou hexagonale. Les centres de deux fils 20 ou de deux pyramides adjacents peuvent être distants de 0,25 ym à 10 ym et de préférence de 1,5 ym à 5 ym. A titre d'exemple, les fils 20 ou les pyramides peuvent être régulièrement répartis, notamment selon un réseau hexagonal .
La zone active 24 peut comprendre un puits quantique unique. La zone active 24 peut alors comprendre une couche majoritairement en un composé III-V ternaire. De préférence, la zone active 24 comprend une couche comprenant majoritairement les premier et deuxième éléments chimiques décrits précédemment en relation avec l'élément semiconducteur 20 et un troisième élément chimique du même groupe que le premier élément chimique autre que le premier élément chimique.
La zone active 24 peut aussi comprendre des puits quantiques multiples. Elle comprend alors un empilement de couches semiconductrices formant une alternance de puits quantiques et de couches barrières. Elle peut être formée d'une alternance de couches majoritairement en un composé III-V binaire, et de couches majoritairement en un composé III-V ternaire. De préférence, la zone active comprend une alternance de couches comprenant majoritairement le premier élément chimique et le deuxième élément chimique, et de couches comprenant majoritairement les premier, deuxième et troisième éléments chimiques.
La couche semiconductrice 28 peut être composée des mêmes éléments que l'élément semiconducteur 20. La couche semiconductrice comprend par exemple majoritairement le premier élément et le deuxième élément. La couche semiconductrice 28 est par exemple dopée d'un type de dopage opposé au type de dopage de l'élément semiconducteur 20.
L'électrode 30 est adaptée à polariser la zone active 24 recouvrant chaque élément semiconducteur 20 et à laisser passer le rayonnement électromagnétique émis par les diodes électro¬ luminescentes. Le matériau formant l'électrode 30 peut être un matériau transparent et conducteur tel que de l'oxyde d'indium- étain (ou ITO, acronyme anglais pour Indium Tin Oxide), de l'oxyde de zinc dopé ou non à l'aluminium ou au gallium, ou du graphène. A titre d'exemple, la couche d'électrode 30 a une épaisseur comprise entre 5 nm et 200 nm, de préférence entre 20 nm et 50 nm.
De façon connue, la couche EBL 26 est majoritairement composée d'un alliage ternaire comprenant le premier élément chimique, le deuxième élément chimique et un quatrième élément chimique du même groupe que le premier élément chimique mais autre que le premier ou le troisième élément chimique. Dans le cas où le fil 20 est en GaN et que le puits quantique comprend une couche en N, où y est la proportion de In, et généralement désigné par InGaN, il est connu pour la couche EBL d'être majoritairement en nitrure de gallium et d'aluminium AlxGa(]-x)N, où x est la proportion d'aluminium, et généralement désigné par AlGaN, et d'être en contact avec la zone active 24, pour assurer une bonne répartition des porteurs de charges dans la zone active 24. A titre d'exemple, la couche 26 peut avoir une épaisseur comprise entre 5 nm et 60 nm et la proportion d'aluminium x peut varier entre 5 % et 60 %, de préférence entre 15 % et 25 %. Par proportion, on entend la proportion atomique sans l'azote. Par exemple, dans le cas du composant AIQ 2^0 8^, 20 % des atomes qui ne sont pas de l'azote sont de l'aluminium et 80 % des atomes qui ne sont pas de l'azote sont du gallium.
Le procédé de croissance de chaque élément semiconducteur 20, de la zone active 24, de la couche EBL 26 et de la couche semiconductrice 28 peut être un procédé du type dépôt chimique en phase vapeur (CVD, sigle anglais pour Chemical Vapor Déposition) ou dépôt chimique en phase vapeur aux organométalliques (MOCVD, acronyme anglais pour Metal-Organic Chemical Vapor Déposition), également connu sous le nom d'épitaxie organométallique en phase vapeur (ou MOVPE, acronyme anglais pour Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy) . Toutefois, des procédés tels que l'épitaxie par jets moléculaires (MBE, acronyme anglais pour Molecular-Beam Epitaxy) , la MBE à source de gaz (GSMBE) , la MBE organométallique (MOMBE) , la MBE assistée par plasma (RDMBE) , l'épitaxie par couche atomique (ALE, acronyme anglais pour Atomic Layer Epitaxy) ou l'épitaxie en phase vapeur aux hydrures (HVPE, acronyme anglais pour Hydride Vapor Phase Epitaxy) peuvent être utilisés .
A titre d'exemple, le procédé peut comprendre l'injection dans un réacteur d'un précurseur du premier élément chimique, d'un précurseur du deuxième élément chimique et, éventuellement, d'un précurseur du troisième élément chimique et/ou d'un précurseur du quatrième élément chimique.
Dans la suite de la description, on considère que le premier élément chimique est le gallium (Ga) , que le deuxième élément chimique est le nitrure (N) , que le troisième élément chimique est l'indium (In) et que le quatrième élément chimique est l'aluminium (Al) . Les différents phénomènes décrits peuvent cependant être étendus à d'autres éléments chimiques, tels que ceux décrits précédemment. La figure 2 représente une courbe 40 d'évolution de la proportion x (en pourcent) d'aluminium dans la couche EBL 26 de la diode électroluminescente représentée en figure 1, composée majoritairement de AlGaN, et une courbe 42 d'évolution de la bande interdite (en électronvolt) de la couche EBL 26 en fonction de la distance au substrat 12.
Lors de la formation de la couche EBL 26, les inventeurs ont mis en évidence que la proportion du quatrième élément chimique, ici l'aluminium du composé AlGaN, peut ne pas être constante sur l'ensemble de la couche 26. En effet, la proportion en aluminium dans la couche 26 peut augmenter, ou diminuer, lorsque la distance entre le substrat 12 et le point considéré de la couche 26 augmente. Dans l'exemple illustré par la courbe 40, la proportion d'aluminium augmente entre la partie inférieure ("Bottom") du fil 20 et le sommet ("Top") du fil 20.
Cette variation de proportion est accompagnée d'une variation similaire, illustrée par la courbe 42, de la bande interdite ("Bandgap") de la couche EBL 26 composée majoritairement de AlGaN. La variation de la bande interdite peut être déterminée comme cela est connu dans l'état de l'art, notamment comme cela est décrit dans la publication de Sakalauskas et al intitulée "Dielectric function and optical properties of quaternary AlInGaN alloys" (Journal of Applied Physics 110, 013102 (2011) ) . La bande interdite est plus élevée au niveau du sommet du fil 20 qu'au niveau de la partie inférieure du fil 20. La distribution du courant traversant la zone active 24, et donc l'intensité du rayonnement émis par la zone active 24, n'est donc pas homogène. Le rendement de la diode électroluminescente n'est donc pas optimal .
Selon un mode de réalisation, le troisième élément est ajouté à la composition de la couche EBL 26. La couche EBL 26 est donc majoritairement en un composé quaternaire comprenant les premier, deuxième, troisième et quatrième éléments chimiques. Dans le mode de réalisation décrit en relation avec les figures 3 et 4, la couche EBL 26 n'est pas en AlGaN mais en AlxInzGa (i-x-z) N, où x est la proportion d'aluminium, z la proportion d'indium, qui est généralement désigné par AlInGaN.
La figure 3 représente des courbes 43 et 44 d'évolution de la proportion (en pourcent) d'aluminium et d'indium dans la couche EBL 26 de la diode électroluminescente représentée en figure 1, composée ici majoritairement d' AlInGaN. La figure 3 représente aussi la courbe 42, reproduite à titre de comparaison, et une courbe 46 d'évolution de la bande interdite (en électronvolt) de la couche en AlGaN et de celle en AlInGaN en fonction de la distance au substrat 12.
Les variations de la proportion d'aluminium dans la couche EBL 26, illustrée par la courbe 43, restent similaires à celles de la proportion d'aluminium d'une couche EBL 26 composée majoritairement d' AlGaN. De plus, l'évolution de la proportion d'indium (In) dans la couche EBL 26 majoritairement en AlInGaN, illustrée par la courbe 44, est elle aussi non constante, ici croissante, entre la partie inférieure et le sommet du fil 20.
Les inventeurs ont mis en évidence que les variations de la bande interdite de la couche EBL 26 majoritairement composée d' AlInGaN, illustrées de façon schématique par la courbe 46 sensiblement constante en figure 3, sont réduites par rapport à celles de la couche EBL 26 majoritairement en AlGaN, illustrées par la courbe 42. La distribution du courant traversant la zone active 24 est donc plus homogène sur l'ensemble de la diode électroluminescente, et l'intensité du rayonnement émis par la zone active 24 est donc, elle aussi, plus homogène. Le rendement de la diode électroluminescente est donc amélioré.
La couche EBL 26, majoritairement en un composé des premier, deuxième, troisième et quatrième éléments chimiques, a par exemple une proportion du quatrième élément chimique comprise entre 10 et 40 %, par exemple comprise entre 15 et 35 %. La couche EBL 26, majoritairement en un composé des premier, deuxième, troisième et quatrième éléments chimiques, a par exemple une proportion du troisième élément chimique par exemple comprise entre 0,5 et 10 %, par exemple comprise entre 1 et 5 %. La figure 4 représente des courbes d'évolution, obtenues par des essais, de la bande interdite de couches EBL 26 de la diode électroluminescente représenté en figure 1 en fonction de la distance au substrat sur lequel est formée la diode électroluminescente. La courbe 48 correspond, comme la courbe 42 de la figure 3, à une couche EBL 26 majoritairement en AlGaN et la courbe 50 correspond, comme la courbe 46 de la figure 3, à une couche EBL 26 majoritairement en AlInGaN.
Pour les essais, les couches EBL 26 ont par exemple été réalisées à une pression comprise entre 75 et 500 Torrs et à une température comprise entre 800 et 1000 °C. Les précurseurs utilisés sont par exemple le triméthylegallium à un débit de 82,75 sccm (centimètre cube standard par minute) pour le gallium, l'ammoniac à un débit de 50 L/min pour l'azote, le triméthylindium à un débit de 900 sccm pour l'indium et le triméthylaluminium à un débit de 570 sccm pour l'aluminium.
On observe, comme cela a été décrit en relation avec la figure 3 que la courbe 50 correspondant à 1 'AlInGaN varie significativement moins que la courbe 48 associée à 1 'AlGaN, en particulier pour la partie supérieure du fil. De plus, les valeurs de la bande interdite de la courbe 50 sont inférieures à celles de la courbe 48.
Plus précisément, d'après les essais effectués dans les conditions précédemment décrites, dans la partie inférieure (B) d'un fil dont la couche EBL est majoritairement en AlGaN, la proportion en aluminium est sensiblement égale à 15 %, et la bande interdite est sensiblement égale à 3,75 eV. Au milieu du fil (M) , la proportion en aluminium est sensiblement égale à 25 %, et la bande interdite est sensiblement égale à 3, 96 eV. Dans la partie supérieure (T) du fil, la proportion en aluminium est sensiblement égale à 30 %, et la bande interdite est sensiblement égale à 4,1 eV.
D'après les essais décrits précédemment, dans la partie inférieure (B) d'un fil dont la couche EBL est majoritairement en AlInGaN, la proportion en aluminium est sensiblement égale à 15 %, la proportion en indium est sensiblement égale à 1 % et la bande interdite est sensiblement égale à 3,7 eV. Au milieu du fil (M) , la proportion en aluminium est sensiblement égale à 25 %, la proportion en indium est sensiblement égale à 2 % et la bande interdite est sensiblement égale à 3,88 eV. Dans la partie supérieure (T) du fil, la proportion en aluminium est sensiblement égale à 30 %, la proportion en indium est sensiblement égale à 5 % et la bande interdite est sensiblement égale à 3, 9 eV.
Un avantage est que le troisième élément qui est ajouté à la composition de la couche EBL est déjà présent dans la composition d'autres couches de la diode électroluminescente, notamment dans la zone active. Des injections du précurseur du troisième élément sont donc déjà prévues. Les modifications à apporter au procédé déjà existant sont donc réduites.
Des modes de réalisation particuliers ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, la forme de l'élément tridimensionnel n'est pas limitée aux exemples décrits dans la présente description.
Dans l'ensemble de la description, on a considéré que le dispositif optoélectronique comprend une diode électroluminescente. Toutefois, les modes de réalisation décrits ici peuvent également être mis en oeuvre dans le cas de photodiodes. Dans ce cas, la zone active est adaptée à capter un rayonnement électromagnétique et à convertir les photons captés en porteurs de charges .
De plus, les modes de réalisation décrits précédemment peuvent aussi être appliqués à une couche HBL. En outre, la couche EBL ou HBL peut être interposée entre la zone active et l'élément semiconducteur tridimensionnel.
Divers modes de réalisation avec diverses variantes ont été décrits ci-dessus. On notera que l'homme de l'art pourra combiner divers éléments de ces divers modes de réalisation et variantes sans faire preuve d'activité inventive.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif optoélectronique (10) comprenant :
un substrat (12) ;
un élément semiconducteur tridimensionnel (20) , composé majoritairement d'un premier élément chimique et d'un deuxième élément chimique, reposant sur le substrat (12) ;
une zone active (24) recouvrant au moins partiellement les parois latérales de l'élément semiconducteur tridimensionnel (20) et comprenant un empilement d'au moins une première couche composée majoritairement des premier et deuxième éléments chimiques, et d'au moins une deuxième couche composée majoritairement des premier et deuxième éléments chimiques et d'un troisième élément chimique ;
une troisième couche (26) recouvrant la zone active, la troisième couche étant composée majoritairement des premier, deuxième et troisième éléments chimiques et d'un quatrième élément chimique, la proportion massique des troisième et quatrième éléments chimiques de la troisième couche augmentant ou diminuant lorsque la distance au substrat (12) augmente ; et
une quatrième couche (28), composée majoritairement des premier et deuxième éléments chimiques, recouvrant la troisième couche (26) .
2. Dispositif optoélectronique selon la revendication 1, dans lequel la zone active (24) est adaptée à émettre un rayonnement électromagnétique et dans lequel la troisième couche (26) est une couche de blocage de porteurs de charge.
3. Dispositif optoélectronique selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la proportion du troisième élément chimique dans la troisième couche (26) est comprise entre 0,1 et 10 %.
4. Dispositif optoélectronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la proportion du quatrième élément chimique dans la troisième couche (26) est comprise entre 10 et 40 %.
5. Dispositif optoélectronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le premier élément chimique est un élément du groupe III.
6. Dispositif optoélectronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le premier élément chimique est le gallium.
7. Dispositif optoélectronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le deuxième élément chimique est un élément du groupe V.
8. Dispositif optoélectronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le deuxième élément chimique est l'azote.
9. Dispositif optoélectronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le troisième élément chimique est un élément du groupe III.
10. Dispositif optoélectronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le troisième élément chimique est l'indium.
11. Dispositif optoélectronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel le quatrième élément chimique est un élément du groupe III.
12. Dispositif optoélectronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel le quatrième élément chimique est l'aluminium.
13. Dispositif optoélectronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel l'élément semiconducteur (20) a la forme d'un fil.
14. Dispositif optoélectronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel l'élément semiconducteur (20) a la forme d'une pyramide.
15. Dispositif optoélectronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel la variation maximale de la bande interdite dans la troisième couche (26) est inférieure à la variation maximale de la bande interdite d'une même couche ne comprenant pas le troisième élément chimique.
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