EP4292138A1 - Diode électroluminescente comprenant des régions émissives incluant des ions de terres rares - Google Patents

Diode électroluminescente comprenant des régions émissives incluant des ions de terres rares

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EP4292138A1
EP4292138A1 EP22706081.1A EP22706081A EP4292138A1 EP 4292138 A1 EP4292138 A1 EP 4292138A1 EP 22706081 A EP22706081 A EP 22706081A EP 4292138 A1 EP4292138 A1 EP 4292138A1
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EP
European Patent Office
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rare earth
stack
earth ions
implantation
regions
Prior art date
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Pending
Application number
EP22706081.1A
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German (de)
English (en)
Inventor
Bruno Daudin
Gwénolé JACOPIN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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Pending legal-status Critical Current

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    • H10H29/14—Integrated devices comprising at least one light-emitting semiconductor component covered by group H10H20/00 comprising multiple light-emitting semiconductor components
    • H10H29/142—Two-dimensional arrangements, e.g. asymmetric LED layout

Definitions

  • the invention relates to the field of display devices using light-emitting diodes, or LEDs, and more particularly that of micro-display devices using LEDs.
  • the display devices in particular the micro-display devices used for example for smartphone screens, comprise a set of pixels.
  • Each pixel comprises at least three LEDs or micro-LEDs, each forming a sub-pixel, each locally producing one of the following three elementary or primary colors: red, green and blue. In this case, we speak of RBG pixels.
  • Such a display device is generally produced by assembling the various LEDs on a support, for a large number of pixels. This assembly step is delicate to carry out without defects. However, a single one of these defects produces a so-called “black” pixel that does not emit the desired color, which is unacceptable for a display device intended for sale.
  • the LEDs used for producing such a display device generally comprise organic materials and are called OLEDs (“Organic Light Emitting Diodes”).
  • OLEDs Organic Light Emitting Diodes
  • the three colors red, green and blue are obtained from different organic materials.
  • structures with large surfaces are manufactured and then cut into small elements, each corresponding to an LED, prior to final assembly.
  • This solution is expensive and has limited reliability.
  • the luminance of display devices based on OLEDs remains limited. This luminance can be improved by using LEDs made from semiconductors.
  • nitride-based semiconductor materials make it possible to manufacture LEDs that are very efficient in the blue and, to a lesser extent, in the green.
  • GaN/InGaN heterostructures are used in which the quantity of indium incorporated is adjusted in order to modify the emission wavelength of the LEDs.
  • these nitride-based semiconductor materials do not make it possible to obtain, with this same technology, red LEDs as efficient as blue or green LEDs. It is therefore necessary, to form the red sub-pixels, to use another family of materials, namely that of the phosphides (GaP/GalnP).
  • This technical complication as well as the difficulties linked to the faultless assembly of a large number of LEDs currently limit the performance and the size of the display devices that can be produced.
  • An object of the present invention is to propose a solution allowing the production of a display device comprising pixels formed from several monochromatic sub-pixels of the LED type and not having the disadvantages linked to the assembly of several sub-pixels made separately to form each of the pixels.
  • the semiconductors -drivers of the first, second and third portions corresponding to compounds comprising nitrogen atoms as well as aluminum and/or gallium and/or indium atoms;
  • first mask comprising at least one first opening arranged facing at least one first region of the stack intended to form at least one first light emitting region, or at least a first sub-pixel;
  • second rare earth ions of a different nature from that of the first rare earth ions, in at least a second part of the third portion distinct from the first part of the third portion, through a second mask comprising at least one second opening arranged opposite at least one second region of the stack distinct from the first region and intended to form at least one second light-emitting region, or at least one second sub-pixel;
  • third rare earth ions of a nature different from those of the first and second rare earth ions, in at least a third part of the third portion distinct from the first and second parts of the third portion, through a third mask comprising at least one third opening arranged facing at least one third region of the stack distinct from the first and second regions and intended to form at least one third light emission region.
  • a stack comprising at least a first portion of n-doped semiconductor and another portion, called third portion, of unintentionally doped semiconductor disposed on the first portion, the semiconductors of the first and third portions corresponding to compounds comprising nitrogen atoms as well as aluminum and/or gallium and/or indium atoms, then - implantation of first rare-earth ions in at least a first part of the third portion, through a first mask comprising at least one first opening arranged facing at least one first region of the stack intended to form at least one first light emitting region;
  • the stack further comprises a second portion of p-doped semiconductor such that the third portion is arranged between the first and second portions, the semiconductor of the second portion corresponding to a compound comprising nitrogen atoms as well only aluminum and/or gallium and/or indium atoms, the second portion being produced before or after the implementation of the steps for implanting the first, second and third rare earth ions; and in which the first, second and third regions of the stack are distinct from each other in a plane parallel to an upper face of the stack.
  • Said at least a first region of the stack includes said at least a first part of the third unintentionally doped semiconductor portion.
  • Said at least one first region of the stack and said at least a first part of the third portion of unintentionally doped semiconductor are defined geometrically (shape and dimensions), in a plane parallel to the face of the stack on which the first mask is arranged, by the shape and the dimensions of said at least one first opening of the first mask.
  • Said at least one second region of the stack includes said at least one second part of the third unintentionally doped semiconductor portion.
  • Said at least one second region of the stack and said at least one second part of the third portion of unintentionally doped semiconductor are defined geometrically (shape and dimensions), in a plane parallel to the face of the stack on which is arranged the second mask, by the shape and dimensions of said at least one second opening of the second mask.
  • Said at least a third region of the stack includes said at least a third part of the third unintentionally doped semiconductor portion.
  • Said at least one third region of the stack and said at least one third part of the third portion of unintentionally doped semiconductor are defined geometrically (shape and dimensions), in a plane parallel to the face of the stack on which is arranged the third mask, by the shape and dimensions of said at least one third opening of the third mask.
  • This method proposes successively performing implantations of rare earth ions in a localized manner in different regions of the stack forming, or intended to form, pn junctions of the pixels of the display device, to obtain several regions of light emission , or sub-pixels, forming LEDs capable of emitting light of different wavelengths from the visible range which depend on the nature of the rare earth ions implanted.
  • the sub-pixels of the display device are therefore made successively in-situ in the same semiconductor stack, thus avoiding the implementation of an assembly of LEDs made separately to form the pixels of the display device.
  • the second portion can be produced before the implementation of the rare earth ion implantation steps.
  • the first, second and third portions of the stack can be made by uninterrupted growth until the completion of the second portion.
  • the rare earth ions are then implanted through the second portion until they reach the different parts of the third semiconductor portion.
  • the second portion can be produced after the implementation of the rare earth ion implantation steps.
  • the first and third semiconductor portions can be made by growth. Growth can then be interrupted, and then implantations can be implemented.
  • the implanted rare earth ions do not have to cross the second portion of semiconductor, which makes it possible to implement the ion implantation steps with less energy and to reduce the variations on the profile. implantation obtained.
  • the growth can be restarted to produce the second portion of semiconductor and thus complete the production of the p-n junctions forming the pixels of the display device.
  • this method does not use organic materials and potentially makes it possible to obtain better luminance than that obtained for display devices based on OLEDs.
  • This method is advantageously implemented to produce a display device with RGB pixels, that is to say each comprising at least three sub-pixels emitting wavelengths corresponding to the colors red, green and blue. But in general, this method can be implemented to produce display devices equipped with pixels each comprising at least three sub-pixels emitting different wavelengths and which do not necessarily correspond to RGB pixels. This method can be implemented to produce a large-area display device, that is to say the dimensions of which are, for example, 5 ⁇ 7 cm 2 . The subsequent assembly of several of these devices can make it possible to increase by an arbitrarily large factor the size of the final device to reach that of a computer or television screen or for wall display.
  • LED is used to designate an LED or a micro-LED, without distinction of its dimensions.
  • the rare earth ion implantation steps are implemented after the production of at least part of the stack, that is to say comprising at least the first and third portions, and possibly the second portions in the case of the first configuration.
  • the semiconductors of the first, second and third portions can correspond to GaN, or AlN, or AlGaN, or InGaN, or AlGalnN.
  • An unintentionally doped semiconductor, or nest corresponds to a semiconductor that has not undergone a doping step during which doping atoms are introduced into the semiconductor.
  • the semiconductors -conductors of the first, second and third portions corresponding to compounds comprising nitrogen atoms as well as aluminum and/or gallium and/or indium atoms;
  • - implantation of first rare earth ions in first parts of the third portion through a first mask comprising first openings arranged facing first regions of the stack including the first parts of the third portion and intended to form, for each pixel, at least a first light emission region, or at least a first sub-pixel; - implantation of second rare earth ions, of a different nature from that of the first rare earth ions, in second parts of the third portion distinct from the first parts of the third portion, through a second mask comprising second openings arranged opposite second regions of the stack including the second parts of the third portion, distinct from the first regions and intended to form, for each pixel, at least one second light emission region, or at least one second sub-pixel.
  • a stack comprising at least a first portion of n-doped semiconductor and another portion, called third portion, of unintentionally doped semiconductor disposed on the first portion, the semiconductors of the first and third portions corresponding to compounds comprising nitrogen atoms as well as aluminum and/or gallium and/or indium atoms;
  • first mask comprising first openings arranged facing first regions of the stack including the first parts of the third portion and intended to form, for each pixel, at least a first light emission region, or at least a first sub-pixel;
  • the stack further comprises a second portion of p-doped semiconductor such that the third portion is placed between the first and second portions, the semiconductor of the second portion corresponding to a compound comprising nitrogen atoms as well as aluminum and/or gallium and/or indium atoms, the second portion being carried out before or after the implementation of the steps of implanting the first, second and third ions rare earths; and in which the first, second and third regions of the stack are distinct from each other in a plane parallel to an upper face of the stack.
  • This method may also comprise an implantation of third rare earth ions, of a different nature from those of the first and second rare earth ions, in third parts of the third portion distinct from the first and second parts of the third portion, through a third mask comprising third openings arranged opposite third regions of the stack including the third parts of the third portion, distinct from the first and second regions, and intended to form, for each pixel, at least one third light emission region , or at least a third sub-pixel.
  • Each of the rare earth ion implantation steps implemented in this method corresponds to an implantation of at least one type of rare earth ion.
  • each of the implantation steps can correspond to an implantation of rare earth ions of one or more different types, and optionally of atoms not corresponding to rare earth ions.
  • each of the rare earth ion implantation steps implemented can form, in each pixel, one or more sub-pixels, depending on the number of mask apertures present at each pixel, and therefore depending on the number of parts of the third portion in which the ions are implanted for each pixel at each of the implantation steps.
  • the semiconductor of the second portion can be doped with magnesium and/or indium atoms
  • the semiconductor of the first portion can be doped with silicon atoms and /or germanium.
  • the electronic transitions involved in light emission from a semiconductor in which rare earth ions have been implanted correspond to those occurring for deep electrons belonging to the 4f electronic shell of rare earth ions.
  • This layer makes the emission very stable and independent of the nature of the surrounding material which can be crystalline or amorphous, semi-conductor or insulator.
  • the electronic transitions occurring in the 4f electronic layer can be excited by the passage of a current, the return to the ground state then being accompanied by an emission. bright.
  • the efficiency of the excitation and the coupling on the one hand and the lifetime of the excited luminescence on the other hand are sensitive to the value of the gap of the semiconductor in which the rare earth ions are implanted. The higher this gap, the more the total efficiency increases.
  • the doping with magnesium and indium atoms of the p-doped semiconductor of the second portion makes it possible to use wide-gap semiconductors such as AIN, for example, which makes it possible to obtaining light emission regions having a very good luminous efficiency.
  • indium in the semiconductor of the second portion makes it possible to incorporate, compared to this same semiconductor not comprising any indium, a greater number of doping magnesium atoms because the atomic concentration of magnesium obtained is proportional to the quantity of indium present in the semiconductor.
  • the level of p-type doping that can be obtained in the semiconductor of the second portion is in this case greater and makes it possible to obtain a greater current injection and a better distribution of the current lines.
  • the presence of indium in AIN or AlGaN makes it possible to increase the limiting solubility of magnesium in these materials by a factor equal to about 10, and therefore increases the level of doping obtainable in this semiconductor.
  • the atomic concentration of magnesium in the semiconductor of the second portion may be between 10 20 at/cm 3 and 10 21 at/cm 3 , or greater than 10 20 at/cm 3 , and/or the atomic concentration of silicon and/or germanium in the semiconductor of the first portion can be between 10 19 at/cm 3 and 10 20 at/cm 3 .
  • Such an atomic concentration of magnesium is for example obtained when the ratio between the atomic concentration of magnesium and the atomic concentration of indium is between 1 and 20, or between 1 and 50, or even between 1 and 100, and preferably l 'order of 10.
  • This configuration makes it possible to obtain a good level of p-type doping of the semiconductor of the second portion thanks, for example, to the significant lowering of the effective ionization energy of magnesium at such doping levels, and therefore a good injection of current into the LED thanks to the electrical conduction of the second portion which is close to or similar to that of a metal electrode.
  • the first, second and third earth ions can advantageously be chosen such that the first, second and third light emission regions are capable of emitting wavelengths respectively of red, green and blue color.
  • the pixels thus produced correspond to RGB pixels.
  • the method may further comprise, for the production of each pixel, an implantation of fourth rare earth ions, advantageously of a nature similar to that of the first or of the second or of the third rare earth ions, implemented after the implantation of the third rare earth ions, in at least one fourth part of the third portion distinct from the first, second and third parts of the third portion, through a fourth mask comprising at least one fourth opening arranged facing at least a fourth region of the stack distinct from the first, second and third regions and intended to form at least a fourth light emission region, or at least a fourth sub-pixel.
  • Said at least a fourth region of the stack includes said at least a fourth part of the third unintentionally doped semiconductor portion.
  • Said at least a fourth region of the stack and said at least a fourth part of the third portion of unintentionally doped semiconductor are defined geometrically (shape and dimensions), in a plane parallel to the face of the stack on which is arranged the fourth mask, by the section of said at least one fourth opening of the fourth mask.
  • the implantations of the first, second, third and fourth rare earth ions can advantageously be implemented such that the first, second, third and fourth light emission regions are arranged, in each pixel, in the form of a 2 x 2 matrix, that is to say an arrangement forming two rows and two columns.
  • Each light emission region defines a sub-pixel which can be produced from a stack of planar layers, or from a stack of material in the form of nanowires, each pixel comprising at least three light emission regions distinct.
  • the first, second and third rare earth ions can be chosen from europium ions (allowing the emission of red light), terbium and/or erbium (allowing the emission of green light), and thulium (allowing the emission of blue light). It is also possible to use praseodymium ions (allowing the emission of red light) and/or holmium (allowing the emission of green light) and/or cerium (allowing the emission of blue light).
  • the stack can be made on a substrate, and the stack can also comprise at least one portion of n-doped GaN placed between the substrate and the first portion.
  • n-doped GaN makes it possible in this case to initiate growth of the first portion of n-doped semiconductor on any type of substrate, for example semiconductor, amorphous or metallic.
  • Stacking can be achieved by implementing:
  • the method may further comprise, when the stack is produced by implementing nanowire growth steps, a step of depositing an electrically insulating material between the nanowires, implemented after the production of the stacking and before the implantation of the first rare earth ions.
  • the device may comprise a stack of layers forming the different portions of the stack, or several nanowires arranged one beside the other and together forming the different portions of the stack.
  • the semiconductors of the first, second and third portions can comprise AlN.
  • the method can be such that:
  • the first, second and third masks correspond to the same hard mask whose positions relative to the stack during the implantations of the first, second and third rare earth ions are different from each other, and
  • the fourth mask corresponds to the same hard mask as that forming the first, second and third masks and whose position relative to the stack during the implantation of the fourth rare earth ions is different from those during the implantations of the first, second and third rare earth ions.
  • the method can be such that:
  • the first mask is based on photosensitive resin and is removed before the implantation of the second rare earth ions
  • - the second mask is based on photosensitive resin and is removed after the implantation of the second rare earth ions
  • the third mask is based on photosensitive resin and is removed after the implantation of the third rare earth ions
  • the fourth mask is based on photoresist and is removed after the implantation of the fourth rare earth ions.
  • This second embodiment has the advantage of using standard microelectronics techniques, making it economically advantageous.
  • the invention also relates to a display device with several pixels, each pixel comprising at least:
  • a stack comprising at least a first portion of n-doped semiconductor, a second portion of p-doped semiconductor and a third portion of unintentionally doped semiconductor and arranged between the first and second portions, the semiconductors of the first, second and third portions corresponding to compounds comprising nitrogen atoms as well as aluminum and/or gallium and/or indium atoms;
  • first rare earth ions implanted in at least a first part of the third portion belonging to at least a first region of the stack intended to form at least a first light emission region, or at least a first sub-pixel ;
  • third rare earth ions of a nature different from that of the first and second rare earth ions, implanted in at least a third part of the third portion distinct from the first and second parts of the third portion and belonging to at least one third region of the stack, distinct from the first and second regions, intended to form at least one third light emission region, or at least one third sub-pixel.
  • a display device comprising several pixels, comprising at least:
  • a stack comprising at least a first portion of n-doped semiconductor, a second portion of p-doped semiconductor and a third portion of unintentionally doped semiconductor and arranged between the first and second portions, the semiconductors of the first, second and third portions corresponding to compounds comprising nitrogen atoms as well as aluminum and/or gallium and/or indium atoms;
  • first rare earth ions implanted in first parts of the third portion belonging to first regions of the stack and intended to form, for each pixel, at least a first region of light emission, or at least a first sub -pixel;
  • the display device may also comprise third rare earth ions, of a nature different from that of the first and second rare earth ions, implanted in third parts of the third portion distinct from the first and second parts of the third portion, belonging to third regions of the stack distinct from the first and second regions and intended to form, for each pixel, at least one third light emission region, or at least one third sub-pixel.
  • third rare earth ions of a nature different from that of the first and second rare earth ions
  • the first, second and third regions of the stack are distinct from each other in a plane parallel to an upper face of the stack (or any other "lateral" plane of the stack, such as for example a plane passing through an interface between two different semiconductor portions of the stack).
  • the different regions in which the different rare-earth ions are implanted correspond to regions which are not superposed one above the other but which are arranged one beside the other.
  • the regions of the stack in which the implantations are made, and therefore also the different parts of the third semiconductor portion in which the implantations are made, are arranged next to each other.
  • the display device may also comprise fourth rare earth ions implanted in fourth parts of the third portion distinct from the first, second and third parts of the third portion, belonging to fourth regions of the stack distinct from the first, second and third regions and intended to form, for each pixel, at least a fourth light-emitting region, or at least a fourth sub-pixel.
  • FIG. 1 to 8 represent the steps of a method of producing a display device according to a first embodiment
  • FIG. 9 to 12 show part of the steps of a method of producing a display device according to a second embodiment.
  • a method of producing a display device 100 comprising several pixels 101 according to a first embodiment is described below in connection with FIGS. 1 to 8.
  • a first step of this method consists in producing a stack 102 comprising at least a first portion 104 of n-doped semiconductor, a second portion 106 of p-doped semiconductor and a third portion 108 of unintentionally doped semiconductor arranged between the first and second servings.
  • the semiconductors of the first, second and third portions 104, 106, 108 correspond to compounds comprising nitrogen atoms as well as aluminum and/or gallium and/or indium atoms.
  • the stack 102 is here produced on a substrate 110 comprising for example a semiconductor, this semiconductor being able to correspond for example to silicon.
  • substrate 110 may comprise sapphire or another material.
  • the first, second and third portions 104, 106, 108 are formed by nanowires produced by localized growth on the substrate 110.
  • This localized growth may correspond to epitaxy of the MOCVD type (phase epitaxy organometallic vapor) or by molecular beam (also called MBE for "Molecular Beam Epitaxy").
  • MOCVD phase epitaxy organometallic vapor
  • MBE molecular beam
  • the latter can be covered with a mask comprising for example TiN and in which openings have been made by lithography. This mask is not visible in figures 1 to 8.
  • the first regions of these nanowires are first of all formed on the substrate 110, in the form of portions 112 of n-doped GaN.
  • the growth of the nanowires is prolonged by forming second regions comprising, for example, AlN doped n on the portions 112.
  • the doping of the type n is for example obtained by incorporating silicon and/or germanium atoms in the second regions of the nanowires during their growth.
  • the concentration of dopants in the semiconductor of these second regions is for example between 10 17 at/cm 3 and 10 20 at/cm 3 and advantageously 10 19 at/cm 3 and 10 20 at/cm 3 .
  • These second regions form the first n-doped semiconductor portion 104 of the stack 102.
  • the dimension of the second regions parallel to the growth direction of the nanowires (dimension parallel to the Z axis in FIGS. 1 to 8), c ie the length of the second regions of the nanowires, which also corresponds to the thickness of the first portion 104 of the stack 102, is for example equal to 500 nm, or more generally between 100 and 1000 nm.
  • the growth of the nanowires is then prolonged by forming third regions comprising, for example, AlN not intentionally doped on the second regions, that is to say on the first portion 104. These third regions form the third portion 108 of semi unintentionally doped conductor of the stack 102. This third portion 108 will be used subsequently to form semiconductor emissive portions from which light will be emitted.
  • the semiconductor of the third portion 108 is not intentionally doped, that is to say is not subjected, during the production of the device 100, to a step introducing doping atoms into this semiconductor.
  • the dimension of the third regions parallel to the growth direction of the nanowires is for example between 5 nm and 50 nm.
  • the growth of the nanowires is then prolonged by forming fourth regions comprising for example p-doped AlN on the third regions, that is to say on the third portion 108. These fourth regions form the second portion 106 of semi- p-doped conductor of the stack 102.
  • the p-type doping is here advantageously obtained by incorporating magnesium and indium atoms in the fourth regions of the nanowires.
  • the atomic concentration of magnesium in the semiconductor of these fourth regions of the nanowires is comprised between 10 17 at/cm 3 and 10 21 at/cm 3 , and advantageously between 10 20 at/cm 3 and 10 21 at/cm 3 .
  • streams of aluminum, active nitrogen, indium and possibly gallium are sent to the growth surface which corresponds to the upper surface of the third portion 108, that is to say here the upper surfaces of the third regions of the nanowires.
  • a flow of magnesium is also sent so that the semiconductor produced is p-doped with the magnesium atoms.
  • the values of these fluxes that is to say the quantity of atoms sent of each of these chemical elements, are chosen according to the desired composition for the semiconductor of the second portion 106 and in particular in such a way that the atomic concentration of indium is between 0 and 1% and preferably equal to 0.1%.
  • the atomic concentration of magnesium in the semiconductor of the second portion 106 is proportional to the quantity of indium incorporated in this semiconductor and is for example between 10 17 at/cm 3 and 10 21 at/cm 3 , and advantageously between 10 20 at/cm 3 and 10 21 at/cm 3 , ie an atomic concentration of magnesium of between 0.1% and 1%.
  • the elements used for the growth of the semiconductor are organometallic precursors, for example trimethylaluminum or triethylaluminum serving as an aluminum source, ammonia serving as a nitrogen source, trimethylindium or triethylindium serving as a source of indium, and optionally trimethylgallium or triethylgallium serving as a source of gallium.
  • the magnesium atoms are obtained by an appropriate precursor, for example a solution of magnesocene or Mg(Cp)2. Indium and magnesium concentrations obtainable by MOCVD can be similar to those obtained by MBE.
  • the dimension of the fourth regions parallel to the growth direction of the nanowires is chosen to be compatible with the penetration depth of rare earth ions which will be implanted subsequently in the third portion 108, this depth of penetration of the rare earth ions being dependent on the energy with which the implantations are implemented.
  • the thickness of the second portion 106 can be chosen equal to approximately 50 nm.
  • the diameter of each nanowire is for example between 100 nm and 150 nm.
  • the period, or the repetition pitch, with which the nanowires are made, which corresponds to the distance between the centers of two neighboring nanowires, is for example between 150 nm and 300 nm. According to a particular embodiment, the value of the period can be equal to twice that of the diameter of one of the nanowires.
  • FIG. 1 schematically represents the stack 102 obtained at this stage of the process.
  • FIG. 2 represents a sectional view (view a) and a top view (view b) of the stack 102, obtained by scanning electron microscopy.
  • the stack 102 may not include the portions 112.
  • the first, second and third portions 104, 106, 108 form a set of p-i-n junctions intended to form the LEDs of the device 100.
  • the first, second and third portions 104, 106, 108 comprise AlN. More generally, these portions 104, 106, 108 may comprise a compound comprising nitrogen atoms as well as aluminum and/or gallium and/or indium atoms. According to an exemplary embodiment, the semiconductor of the first portion 104 can therefore correspond to AlxiGap-xi j N, with 0 ⁇ XI ⁇ 1, with preferentially 0.7 ⁇ XI ⁇ 1. the first portion 104 may also comprise indium atoms, the compound of the first portion 104 possibly corresponding in this case to AlGalnN or InGaN.
  • the semiconductor of the third portion 108 may correspond to Alx Ga (i -x ) N, with X4 ⁇ XI, and preferentially X4 ⁇ 0.9. XI.
  • the second portion 106 may comprise Alx Ga (i- x - Y ) ln Y N p-doped with magnesium and indium atoms, with X2 > 0, Y2 > 0 and X2+Y2 ⁇ 1.
  • it is advantageous to have 0 ⁇ Y2 ⁇ 0.01, and preferentially Y2 0.001.
  • the stack 102 may comprise at least one portion of unintentionally doped AlGaN placed between the first portion 104 and the third portion 108, and/or between the third portion 108 and the second portion 106.
  • Such portion of unintentionally doped AIGaN placed between the third portion 108 and the second portion 106 forms an electron blocking layer which makes it possible to avoid the surplus of electrons in the p-doped zone and to promote the recombination of the charge carriers in the third serving.
  • a step of activating the p-type dopants present in the structure produced is implemented.
  • This activation step may correspond to the implementation of thermal annealing and/or electron beam irradiation.
  • the thermal annealing is for example carried out at a temperature between 100° C. and 1000° C., and preferably equal to 700° C.
  • Irradiation by electron beam consists in sending one or more beams of electrons onto the structure produced, through the upper face formed by the second portion 106.
  • the energy of the electrons is for example equal to 3 keV, or more generally comprised between approximately 2 keV and 30 keV and chosen in particular according to the thickness of the second portion 108.
  • the dose is fixed by the value of the current of the electron beam and can vary between 1 mA/cm 2 and 20 mA/cm 2 , and is preferably equal to 7 mA/cm 2 .
  • This electronic irradiation is carried out for a duration for example equal to 10 minutes.
  • the first parts of the third portion 108 correspond to the parts of the third portion 108 forming part of the first regions 118 of the stack 102.
  • these first rare earth ions correspond to europium ions.
  • the first light emission regions made are capable of emitting red light and form red light emission sub-pixels of each pixel 101, each sub-pixel generally comprising several nanowires.
  • each opening 116 has a shape, in the plane of the main faces of the mask 114 or in the plane parallel to the upper face of the stack 102 opposite which the mask 114 is arranged during implantation, substantially square or rectangular.
  • the dimensions of each opening 116 in this plane are for example between 1 ⁇ 1 ⁇ m 2 and 4 ⁇ 4 ⁇ m 2 . When these dimensions are equal to 1 ⁇ 1 ⁇ m 2 , each of the first regions 118 of the stack 102 in which this implantation is carried out can comprise approximately one hundred nanowires.
  • the mask 114 corresponds to a hard mask comprising for example silicon nitride, SiN. Details of implementations of such an implantation are for example given in the document L. G. Villanueva et al., “Localized Ion Implantation Through Micro/Nanostencil Masks”, IEEE Trans. On Nanotechnology, 10, 940 (2011).
  • the mask 114 is then moved so that the openings 116 are arranged facing second regions 120 of the stack 102, distinct from the first regions 118, and intended to form, for each pixel 101 of the device 100, at least one second light emitting region or at least one second sub-pixel.
  • An implantation of second rare earth ions, of a different nature from that first rare earth ions, in second parts of the third portion 108 distinct from the first parts of the third portion 108 and forming part of the second regions 120 of the stack 102, is then implemented through the mask 114 (see figure 4).
  • the second rare earth ions correspond to terbium and/or erbium ions.
  • the second light-emitting regions made are capable of emitting green-colored light and form green light-emitting sub-pixels of each pixel 101.
  • the mask 114 is then moved so that the openings 116 are arranged facing third regions 122 of the stack 102, distinct from the first and second regions 118, 120, and intended to form, for each pixel 101 of the device 100 , at least one third light-emitting region or at least one third sub-pixel.
  • An implantation of third rare earth ions, of a different nature from those of the first and second rare earth ions, in third parts of the third portion 108 distinct from the first and second parts of the third portion 108 and forming part of the third regions 122 of the stack 102, is then implemented through the mask 114 (see Figure 5).
  • the third rare earth ions correspond to thulium ions.
  • the third light emission regions produced are capable of emitting light of blue color and form blue light emission sub-pixels of each pixel 101.
  • cerium ions it is possible to implant cerium ions to produce blue light emission regions.
  • the mask 114 is then moved so that the openings 116 are arranged facing fourth regions 124 of the stack, distinct from the first, second and third regions 118, 120 and 122, and intended to form, for each pixel 101 of device 100, at least a fourth light-emitting region or at least a fourth sub-pixel.
  • the fourth rare earth ions correspond to europium ions.
  • the fourth light emission regions produced are able to emit red light and form second red light emission sub-pixels of each pixel 101. This makes it possible to reinforce the light emission of each pixel 101 in the wavelength range corresponding to the color red where the human eye is less sensitive, and also optimize the emission of white color light by pixels 101.
  • each pixel 101 i.e. the four sub-pixels of each pixel 101, are arranged forming a square-shaped matrix of 2 x 2 sub-pixels.
  • each sub-pixel has dimensions, in the (X, Y) plane, equal to 1 x 1 pm 2
  • each pixel 101 has dimensions, in the (X, Y) plane, equal to 2, 5 ⁇ 2.5 ⁇ m 2 .
  • each sub-pixel has dimensions, in the plane (X, Y), equal to 4 ⁇ 4 ⁇ m 2
  • each pixel 101 has dimensions, in the plane (X, Y), of the order of 8 ⁇ 8 ⁇ m 2 .
  • each sub-pixel comprises approximately 170 nanowires.
  • the energy with which the rare earth ions are implanted is for example equal to 300 keV.
  • the rare earth ions thus implanted present, within each nanowire, a Gaussian distribution centered on the third portion 108.
  • FIG. 7 represents two pixels 101 and part of two other pixels 101 obtained by implementing the steps described above.
  • Planarization can then be implemented at the level of the top of the nanowires forming the stack 102, that is to say at the level of the upper faces of the fourth regions of the nanowires.
  • a high temperature thermal annealing, for example 1200° C., of the stack 102 can then be implemented, then electrodes 126 are then made individually on the parts of the stack 102 forming each sub-pixel, for example at based on indium tin oxide (Indium tin oxide, ITO, in English) (see figure 8).
  • ITO indium tin oxide
  • a method of producing a display device 100 comprising several pixels 101 according to a second embodiment is described below in connection with FIGS. 9 to 12.
  • a stack 102 similar to that previously described for the first embodiment is first produced.
  • a step of depositing an electrically insulating material for example GAI2O3 or Si0 2 deposited by atomic layer deposition (ALD) or for example a silica gel or parylene deposited by spin coating, between the nanowires can be implemented.
  • ALD atomic layer deposition
  • silica gel or parylene deposited by spin coating between the nanowires.
  • the material thus deposited fills the interstices between the nanowires.
  • a planarization step can then be implemented so that the upper surface of the stack 102 is flat.
  • Alignment marks 128, for example in the shape of a cross as in the embodiment shown in FIGS. 9 to 12, can then be produced on the upper surface of the stack 102.
  • These alignment marks 128 are for example produced on the upper surface of the stack 102 by photolithography according to the desired pattern of the alignment marks 128, development of resin, deposition of a metallic material (Ti and/or Au for example), then removal of the resin (or “lift-off”), the metallic material remaining on the upper surface of the stack 102 forming the alignment marks 128.
  • the alignment marks 128 will be used to identify the regions of the stack 102 in which the rare earth ions will be implanted and thus facilitate the production of the masks used for the implantation of the rare earth ions.
  • a first mask of photosensitive resin is produced by photolithography, exposure and etching on the upper face of the stack 102.
  • This first mask is produced such that it comprises openings arranged facing the first regions 118 of the stack 102 intended to forming, for each pixel 101, at least a first light emission region or at least a first sub-pixel.
  • the alignment marks 128 are used to precisely locate the locations of the openings of the first mask.
  • This first mask has for example a thickness of between 1 ⁇ m and 10 ⁇ m.
  • First rare earth ions are then implanted in the first regions 118 of the stack 102, in a manner similar to that previously described in connection with the first embodiment, that is to say such that these ions are located mainly in the third portion 108.
  • the first rare earth ions correspond to thulium ions.
  • the first light-emitting regions made are capable of emitting blue-colored light.
  • cerium ions it is possible to implant cerium ions to produce blue light emission regions.
  • the first mask is removed, for example by etching.
  • FIG. 10 schematically represents the structure obtained after the implementation of this first implantation.
  • a second mask of photosensitive resin is then produced by photolithography, exposure and etching on the upper face of the stack 102.
  • This second mask is produced such that it comprises openings arranged facing the second regions 120 of the stack 102 intended in forming, for each pixel 101, at least one second light-emitting region or at least one second sub-pixel.
  • the alignment marks 128 are used to precisely locate the locations of the second mask apertures.
  • this second mask has for example a thickness of between 1 ⁇ m and 10 ⁇ m.
  • Second rare-earth ions are then implanted in the second regions 120 of the stack 102, in a manner similar to that previously described in connection with the first embodiment, that is to say such that these ions are mainly localized in the third portion 108.
  • the second rare earth ions correspond to terbium and/or erbium ions.
  • the second light-emitting regions obtained are capable of emitting green-colored light.
  • holmium ions As in the first embodiment, it is possible to implant holmium ions to produce green light emission regions. In addition, it is possible to implant, during this second implantation step, several types of rare earth ions and/or other atoms in the second parts of the third portion 108.
  • the second mask is removed, for example by etching.
  • FIG. 11 schematically represents the structure obtained after the implementation of this second implantation.
  • a third resin mask is then produced by photolithography, insolation and etching on the upper face of the stack 102.
  • This third mask is made such that it includes openings arranged facing third regions 122 of stack 102 intended to form, for each pixel 101, at least one third light emission region or at least one third sub-pixel.
  • the third regions 122 of the stack 102 are intended to form, for each pixel 101, two third light emission regions or two sub-pixels.
  • Alignment marks 128 are used to precisely locate the locations of the third mask apertures.
  • this third mask has for example a thickness of between 1 ⁇ m and 10 ⁇ m.
  • Third rare earth ions are then implanted in the third regions 122 of the stack 102, in a manner similar to that previously described in connection with the first embodiment, that is to say such that these ions are located mainly in the third portion 108.
  • the third rare earth ions correspond to europium ions.
  • the third light emission regions produced in each pixel 101 are capable of emitting red-colored light.
  • the first embodiment it is possible to implant praseodymium ions to produce red-colored light-emitting regions.
  • the third mask is removed, for example by etching.
  • FIG. 12 schematically represents the structure obtained after the implementation of this third implantation.
  • Electrodes 126 are then completed by making electrodes 126 on the parts of stack 102 forming each sub-pixel. If a planarization has previously been implemented following the deposition of the electrical insulating material in the spaces between the nanowires, the electrodes 126 can be produced directly on the upper surface of the stack 102 without having to implement a new planarization.
  • the rare earth ions implanted in the different regions of the stack 102 can be different from those previously described.
  • the arrangement of the different light emission regions within each pixel 101 can also be different from those previously described.
  • the implantations of rare earth ions are implemented to form, for each pixel 101, four distinct light emission regions and therefore four sub-pixels.
  • the rare earth ion implantation steps are implemented such that each pixel 101 comprises only three distinct light emission regions or sub-pixels, or even more than four light emission regions. light emission or sub-pixels.
  • the mask(s) used during the rare earth ion implantation steps may comprise openings such that, at each implantation, one or more light emission regions are formed within each pixel 101 of the device, or more generally within one or more pixels 101.
  • the stack 102 is formed by a set of nanowires produced directly on the substrate 110.
  • the different portions of the stack 102 can be made in the form of layers stacked on top of each other and deposited on the substrate 110 by implementing successive deposition steps, for example epitaxy, then optionally etching of this set of layers.
  • the stack 102 can comprise a set of nanowires obtained by etching a stack of layers (“top down” approach).
  • the second portion 106 is produced before the implementation of the rare earth ion implantation steps.
  • the second portion 106 it is possible for the second portion 106 to be produced after the implementation of the rare earth ion implantation steps.
  • the first and third portions 104 and 108 can be made by growth. The growth is then interrupted, then the implantation steps are implemented. After these implantations, growth is restarted to produce the second portion 106.

Landscapes

  • Led Devices (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

Procédé de réalisation d'un dispositif d'affichage (100) comprenant plusieurs pixels (101), la réalisation de chaque pixel comportant : - réalisation d'un empilement (102) formant des jonctions p-i-n de semi-conducteurs correspondant à des composés comprenant des atomes d'azote et d'aluminium et/ou de gallium et/ou d'indium, - implantations de premiers, deuxièmes et troisièmes ions de terres rares respectivement dans des première, deuxième et troisième parties de la portion nid, à travers des masques (114) comprenant des première, deuxième et troisième ouvertures (116) disposées respectivement en regard de première, deuxième et troisième régions (118, 120, 122) de l'empilement formant respectivement des première, deuxième et troisième régions d'émission lumineuse.

Description

DIODE ELECTROLUMINESCENTE COMPRENANT DES REGIONS EMISSIVES INCLUANT DES
IONS DE TERRES RARES
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention concerne le domaine des dispositifs d'affichage à diodes électroluminescentes, ou LEDs (« Light-Emitting Diodes » en anglais), et plus particulièrement celui des micro-dispositifs d'affichage à LEDs.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Les dispositifs d'affichage, notamment les micro-dispositifs d'affichage utilisés par exemple pour les écrans de smartphone, comportent un ensemble de pixels. Chaque pixel comporte au moins trois LEDs ou micro-LEDs, formant chacune un sous- pixel, produisant chacune localement l'une des trois couleurs élémentaires ou primaires suivantes : rouge, vert et bleu. On parle dans ce cas de pixels RBG.
Un tel dispositif d'affichage est généralement réalisé en assemblant les différentes LEDs sur un support, pour un grand nombre de pixels. Cette étape d'assemblage est délicate à réaliser sans défauts. Or, un seul de ces défauts produit un pixel dit « noir » n'émettant pas la couleur souhaitée, ce qui est inacceptable pour un dispositif d'affichage destiné au commerce.
Actuellement, les LEDs utilisées pour la réalisation d'un tel dispositif d'affichage comportent généralement des matériaux organiques et sont appelées OLEDs (« Organic Light Emitting Diodes » en anglais). Les trois couleurs rouge, vert et bleu sont obtenues à partir de matériaux organiques différents. Pour chaque couleur, des structures de grandes surfaces sont fabriquées puis découpées en petits éléments correspondant chacun à une LED, préalablement à l'assemblage final. Cette solution est coûteuse et a une fiabilité limitée.
En outre, la luminance des dispositifs d'affichage à base d'OLEDs reste limitée. Cette luminance peut être améliorée en utilisant des LEDs réalisées à partir de semi-conducteurs. En effet, les matériaux semi-conducteurs à base de nitrure permettent de fabriquer des LEDs très efficaces dans le bleu et, dans une moindre mesure, dans le vert. En particulier, on utilise des hétérostructures GaN/InGaN dans lesquelles la quantité d'indium incorporée est ajustée afin de modifier la longueur d'onde d'émission des LEDs. Cependant, ces matériaux semi-conducteurs à base de nitrure ne permettent pas d'obtenir, avec cette même technologie, des LEDs rouges aussi efficaces que les LEDs bleues ou vertes. Il est donc nécessaire, pour former les sous-pixels rouges, de faire appel à une autre famille de matériaux, à savoir celle des phosphures (GaP/GalnP). Cette complication technique ainsi que les difficultés liées à l'assemblage sans défaut d'un grand nombre de LEDs limitent actuellement les performances et la taille des dispositifs d'affichage réalisables.
Il est également connu de réaliser des LEDs monochromatiques par implantation d'ions de terres rares dans des nanofils de GaN ou d'AIN. Toutefois, cette solution se retrouve également confrontée aux problèmes liés à l'assemblage des sous- pixels ainsi réalisés et aux défauts qui en résultent.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
Un but de la présente invention est de proposer une solution permettant la réalisation d'un dispositif d'affichage comprenant des pixels formés de plusieurs sous-pixels monochromatiques de type LED et ne présentant pas les inconvénients liés à l'assemblage de plusieurs sous-pixels réalisés séparément pour former chacun des pixels.
Pour cela, il est décrit un procédé de réalisation d'un dispositif d'affichage comprenant plusieurs pixels, la réalisation de chaque pixel comportant au moins :
- réalisation d'un empilement comprenant au moins une première portion de semi-conducteur dopé n, une deuxième portion de semi-conducteur dopé p et une troisième portion de semi-conducteur non intentionnellement dopé et disposée entre les première et deuxième portions, les semi-conducteurs des première, deuxième et troisième portions correspondant à des composés comprenant des atomes d'azote ainsi que des atomes d'aluminium et/ou de gallium et/ou d'indium ;
- implantation de premiers ions de terres rares dans au moins une première partie de la troisième portion, à travers un premier masque comprenant au moins une première ouverture disposée en regard d'au moins une première région de l'empilement destinée à former au moins une première région d'émission lumineuse, ou au moins un premier sous-pixel ;
- implantation de deuxièmes ions de terres rares, de nature différente de celle des premiers ions de terres rares, dans au moins une deuxième partie de la troisième portion distincte de la première partie de la troisième portion, à travers un deuxième masque comprenant au moins une deuxième ouverture disposée en regard d'au moins une deuxième région de l'empilement distincte de la première région et destinée à former au moins une deuxième région d'émission lumineuse, ou au moins un deuxième sous-pixel ;
- implantation de troisièmes ions de terres rares, de nature différente de celles des premiers et deuxièmes ions de terres rares, dans au moins une troisième partie de la troisième portion distincte des première et deuxième parties de la troisième portion, à travers un troisième masque comprenant au moins une troisième ouverture disposée en regard d'au moins une troisième région de l'empilement distincte des première et deuxième régions et destinée à former au moins une troisième région d'émission lumineuse.
Il est également proposé un procédé de réalisation d'un dispositif d'affichage comprenant plusieurs pixels, la réalisation de chaque pixel comportant au moins :
- réalisation d'un empilement comprenant au moins une première portion de semi-conducteur dopé n et une autre portion, appelée troisième portion, de semi-conducteur non intentionnellement dopé disposée sur la première portion, les semi- conducteurs des première et troisième portions correspondant à des composés comprenant des atomes d'azote ainsi que des atomes d'aluminium et/ou de gallium et/ou d'indium, puis - implantation de premiers ions de terres rares dans au moins une première partie de la troisième portion, à travers un premier masque comprenant au moins une première ouverture disposée en regard d'au moins une première région de l'empilement destinée à former au moins une première région d'émission lumineuse ;
- implantation de deuxièmes ions de terres rares, de nature différente de celle des premiers ions de terres rares, dans au moins une deuxième partie de la troisième portion distincte de la première partie de la troisième portion, à travers un deuxième masque comprenant au moins une deuxième ouverture disposée en regard d'au moins une deuxième région de l'empilement distincte de la première région et destinée à former au moins une deuxième région d'émission lumineuse,
- implantation de troisièmes ions de terres rares, de nature différente de celles des premiers et deuxièmes ions de terres rares, dans au moins une troisième partie de la troisième portion distincte des première et deuxième parties de la troisième portion, à travers un troisième masque comprenant au moins une troisième ouverture disposée en regard d'au moins une troisième région de l'empilement distincte des première et deuxième régions et destinée à former au moins une troisième région d'émission lumineuse ; dans lequel l'empilement comporte en outre une deuxième portion de semi-conducteur dopé p telle que la troisième portion soit disposée entre les première et deuxième portions, le semi-conducteur de la deuxième portion correspondant à un composé comprenant des atomes d'azote ainsi que des atomes d'aluminium et/ou de gallium et/ou d'indium, la deuxième portion étant réalisée avant ou après la mise en œuvre des étapes d'implantation des premiers, deuxièmes et troisièmes ions de terres rares ; et dans lequel les première, deuxième et troisième régions de l'empilement sont distinctes les unes des autres dans un plan parallèle à une face supérieure de l'empilement.
Ladite au moins une première région de l'empilement inclut ladite au moins une première partie de la troisième portion de semi-conducteur non- intentionnellement dopée. Ladite au moins une première région de l'empilement et ladite au moins une première partie de la troisième portion de semi-conducteur non- intentionnellement dopée sont définies géométriquement (forme et dimensions), dans un plan parallèle à la face de l'empilement sur laquelle est disposée le premier masque, par la forme et les dimensions de ladite au moins une première ouverture du premier masque.
Ladite au moins une deuxième région de l'empilement inclut ladite au moins une deuxième partie de la troisième portion de semi-conducteur non- intentionnellement dopée. Ladite au moins une deuxième région de l'empilement et ladite au moins une deuxième partie de la troisième portion de semi-conducteur non- intentionnellement dopée sont définies géométriquement (forme et dimensions), dans un plan parallèle à la face de l'empilement sur laquelle est disposée le deuxième masque, par la forme et les dimensions de ladite au moins une deuxième ouverture du deuxième masque.
Ladite au moins une troisième région de l'empilement inclut ladite au moins une troisième partie de la troisième portion de semi-conducteur non- intentionnellement dopée. Ladite au moins une troisième région de l'empilement et ladite au moins une troisième partie de la troisième portion de semi-conducteur non- intentionnellement dopée sont définies géométriquement (forme et dimensions), dans un plan parallèle à la face de l'empilement sur laquelle est disposée le troisième masque, par la forme et les dimensions de ladite au moins une troisième ouverture du troisième masque.
Ce procédé propose de réaliser successivement des implantations d'ions de terres rares de manière localisée dans différentes régions de l'empilement formant, ou destinées à former, des jonctions p-n des pixels du dispositif d'affichage, pour obtenir plusieurs régions d'émission lumineuse, ou sous-pixels, formant des LEDs aptes à émettre des lumières de longueurs d'ondes différentes du domaine visible qui dépendent de la nature des ions de terres rares implantés. Les sous-pixels du dispositif d'affichage sont donc réalisés successivement in-situ dans un même empilement semi-conducteur, évitant ainsi la mise en œuvre d'un assemblage de LEDs réalisées séparément pour former les pixels du dispositif d'affichage. Dans une première configuration, la deuxième portion peut être réalisée avant la mise en œuvre des étapes d'implantation des ions de terres rares. Dans ce cas, les première, deuxième et troisième portions de l'empilement peuvent être réalisées par une croissance ininterrompue jusqu'à l'achèvement de la deuxième portion. Les ions de terres rares sont ensuite implantés à travers la deuxième portion jusqu'à atteindre les différentes parties de la troisième portion de semi-conducteur.
Dans une deuxième configuration, la deuxième portion peut être réalisée après la mise en œuvre des étapes d'implantation des ions de terres rares. Dans ce cas, les première et troisième portions de semi-conducteur peuvent être réalisées par croissance. La croissance peut alors être interrompue, puis les implantations peuvent être mises en œuvre. Dans cette deuxième configuration, les ions de terres rares implantés n'ont pas à traverser la deuxième portion de semi-conducteur, ce qui permet de mettre en œuvre les étapes d'implantation ionique avec une énergie moindre et de réduire les variations sur le profil d'implantation obtenu. Après la mise en œuvre des implantations, la croissance peut être redémarrée pour réaliser la deuxième portion de semi-conducteur et achever ainsi la réalisation des jonctions p-n formant les pixels du dispositif d'affichage.
En outre, ce procédé ne fait pas appel à des matériaux organiques et permet potentiellement l'obtention d'une meilleure luminance que celle obtenue pour des dispositifs d'affichage à base d'OLEDs.
De plus, grâce à la faible largeur spectrale obtenue, caractéristique de l'émission des ions de terre rare, il est potentiellement possible d'obtenir une gamme de couleurs plus large comparativement aux dispositifs d'affichage à base d'OLED.
Ce procédé est avantageusement mis en œuvre pour réaliser un dispositif d'affichage à pixels RGB, c'est-à-dire comportant chacun au moins trois sous- pixels émettant des longueurs d'onde correspondant aux couleurs rouge, verte et bleue. Mais d'une manière générale, ce procédé peut être mis en œuvre pour réaliser des dispositifs d'affichage dotés de pixels comportant chacun au moins trois sous-pixels émettant des longueurs d'ondes différentes et qui ne correspondent pas nécessairement à des pixels RGB. Ce procédé peut être mis en œuvre pour réaliser un dispositif d'affichage de grande surface, c'est-à-dire dont les dimensions sont par exemple 5 x 7 cm2. L'assemblage ultérieur de plusieurs de ces dispositifs peut permettre d'augmenter d'un facteur arbitrairement grand la taille du dispositif final pour atteindre celle d'un écran d'ordinateur ou de télévision ou pour l'affichage mural.
Dans tout le document, le terme « LED » est utilisé pour désigner une LED ou une micro-LED, sans distinction de ses dimensions.
Dans ce procédé, les étapes d'implantation d'ions de terres rares sont mises en œuvre après la réalisation d'au moins une partie de l'empilement, c'est-à-dire comprenant au moins les première et troisième portions, et éventuellement les deuxièmes portions dans le cas de la première configuration.
Les semi-conducteurs des première, deuxième et troisième portions peuvent correspondre à du GaN, ou de l'AIN, ou de l'AIGaN, ou de l'InGaN, ou de l'AIGalnN.
Un semi-conducteur non intentionnellement dopé, ou nid, correspond à un semi-conducteur n'ayant pas subi d'étape de dopage au cours de laquelle des atomes dopants sont introduits dans le semi-conducteur.
Il est également proposé un procédé de réalisation d'un dispositif d'affichage comprenant plusieurs pixels, comportant au moins :
- réalisation d'un empilement comprenant au moins une première portion de semi-conducteur dopé n, une deuxième portion de semi-conducteur dopé p et une troisième portion de semi-conducteur non intentionnellement dopé et disposée entre les première et deuxième portions, les semi-conducteurs des première, deuxième et troisième portions correspondant à des composés comprenant des atomes d'azote ainsi que des atomes d'aluminium et/ou de gallium et/ou d'indium ;
- implantation de premiers ions de terres rares dans des premières parties de la troisième portion, à travers un premier masque comprenant des premières ouvertures disposées en regard de premières régions de l'empilement incluant les premières parties de la troisième portion et destinées à former, pour chaque pixel, au moins une première région d'émission lumineuse, ou au moins un premier sous-pixel ; - implantation de deuxièmes ions de terres rares, de nature différente de celle des premiers ions de terres rares, dans des deuxièmes parties de la troisième portion distinctes des premières parties de la troisième portion, à travers un deuxième masque comprenant des deuxièmes ouvertures disposées en regard de deuxièmes régions de l'empilement incluant les deuxièmes parties de la troisième portion, distinctes des premières régions et destinées à former, pour chaque pixel, au moins une deuxième région d'émission lumineuse, ou au moins un deuxième sous-pixel.
Il est également proposé un procédé de réalisation d'un dispositif d'affichage comprenant plusieurs pixels, comportant au moins :
- réalisation d'un empilement comprenant au moins une première portion de semi-conducteur dopé n et une autre portion, appelée troisième portion, de semi-conducteur non intentionnellement dopé disposée sur la première portion, les semi- conducteurs des première et troisième portions correspondant à des composés comprenant des atomes d'azote ainsi que des atomes d'aluminium et/ou de gallium et/ou d'indium ;
- implantation de premiers ions de terres rares dans des premières parties de la troisième portion, à travers un premier masque comprenant des premières ouvertures disposées en regard de premières régions de l'empilement incluant les premières parties de la troisième portion et destinées à former, pour chaque pixel, au moins une première région d'émission lumineuse, ou au moins un premier sous-pixel ;
- implantation de deuxièmes ions de terres rares, de nature différente de celle des premiers ions de terres rares, dans des deuxièmes parties de la troisième portion distinctes des premières parties de la troisième portion, à travers un deuxième masque comprenant des deuxièmes ouvertures disposées en regard de deuxièmes régions de l'empilement incluant les deuxièmes parties de la troisième portion, distinctes des premières régions et destinées à former, pour chaque pixel, au moins une deuxième région d'émission lumineuse, ou au moins un deuxième sous-pixel ; dans lequel l'empilement comporte en outre une deuxième portion de semi-conducteur dopé p telle que la troisième portion soit disposée entre les première et deuxième portions, le semi-conducteur de la deuxième portion correspondant à un composé comprenant des atomes d'azote ainsi que des atomes d'aluminium et/ou de gallium et/ou d'indium, la deuxième portion étant réalisée avant ou après la mise en œuvre des étapes d'implantation des premiers, deuxièmes et troisièmes ions de terres rares ; et dans lequel les première, deuxième et troisième régions de l'empilement sont distinctes les unes des autres dans un plan parallèle à une face supérieure de l'empilement.
Ce procédé peut également comporter une implantation de troisièmes ions de terres rares, de nature différente de celles des premiers et deuxièmes ions de terres rares, dans des troisièmes parties de la troisième portion distinctes des première et deuxième parties de la troisième portion, à travers un troisième masque comprenant des troisièmes ouvertures disposées en regard de troisièmes régions de l'empilement incluant les troisièmes parties de la troisième portion, distinctes des premières et deuxièmes régions, et destinées à former, pour chaque pixel, au moins une troisième région d'émission lumineuse, ou au moins un troisième sous-pixel.
Chacune des étapes d'implantation d'ions de terres rares mises en œuvre dans ce procédé correspond à une implantation d'au moins un type d'ions de terres rares. Autrement dit, chacune des étapes d'implantation peut correspondre à une implantation d'ions de terres rares d'un ou plusieurs types différents, et éventuellement d'atomes ne correspondant pas à des ions de terres rares. Par exemple, pour optimiser le processus chimique d'émission de lumière des ions de terres rares pour une couleur donnée, il est possible d'implanter dans la même région d'émission deux types d'ions de terres rares différents, éventuellement accompagnés d'atomes ne correspondant pas à des ions de terres rares.
En outre, chacune des étapes d'implantation d'ions de terres rares mises en œuvre peut former, dans chaque pixel, un ou plusieurs sous-pixels, en fonction du nombre d'ouvertures du masque présentes au niveau de chaque pixel, et donc en fonction du nombre de parties de la troisième portion dans lesquelles les ions sont implantés pour chaque pixel à chacune des étapes d'implantation. Selon un mode de réalisation particulier, le semi-conducteur de la deuxième portion peut être dopé par des atomes de magnésium et/ou d'indium, et/ou le semi-conducteur de la première portion peut être dopé par des atomes de silicium et/ou de germanium. Les transitions électroniques impliquées dans une émission lumineuse d'un semi-conducteur dans lequel des ions de terres rares ont été implantés correspondent à celles se produisant pour des électrons profonds appartenant à la couche électronique 4f des ions de terre rare. L'écrantage de cette couche par les électrons des couches externes rend l'émission très stable et indépendante de la nature du matériau environnant qui peut être cristallin ou amorphe, semi-conducteur ou isolant. Lorsque ces ions de terre rares sont introduits dans un semi-conducteur, les transitions électroniques se produisant dans la couche électronique 4f peuvent être excitées par le passage d'un courant, le retour à l'état fondamental s'accompagnant alors d'une émission lumineuse. L'efficacité de l'excitation et du couplage d'une part et la durée de vie de la luminescence excitée d'autre part sont sensibles à la valeur du gap du semi- conducteur dans lequel les ions de terres rares sont implantés. Plus ce gap est élevé, plus l'efficacité totale augmente. Dans le procédé décrit ici, le dopage par des atomes de magnésium et d'indium du semi-conducteur dopé p de la deuxième portion permet d'utiliser des semi-conducteurs à grands gap comme par exemple l'AIN, ce qui permet d'obtenir des régions d'émission lumineuse ayant une très bonne efficacité lumineuse.
La présence d'indium dans le semi-conducteur de la deuxième portion permet d'incorporer, par rapport à ce même semi-conducteur ne comportant pas d'indium, un plus grand nombre d'atomes dopants de magnésium du fait que la concentration atomique de magnésium obtenue est proportionnelle à la quantité d'indium présent dans le semi-conducteur. Ainsi, le niveau de dopage de type p pouvant être obtenu dans le semi-conducteur de la deuxième portion est dans ce cas plus important et permet d'obtenir une plus grande injection de courant et une meilleure répartition des lignes de courant. Par exemple, la présence d'indium dans de l'AIN ou de l'AIGaN permet d'augmenter la solubilité limite du magnésium dans ces matériaux d'un facteur égal à environ 10, et augmente donc le niveau de dopage pouvant être obtenu dans ce semi-conducteur.
La possibilité d'incorporer un plus grand nombre d'atomes de magnésium lorsque le semi-conducteur comporte de l'indium est inattendue car ces deux types d'atomes induisent, lorsqu'ils sont introduits séparément dans de l'AIN, une contrainte compressive. Il n'y a donc pas a priori de raison pour que leur introduction simultanée soit favorable en termes d'énergie élastique accumulée car l'ajout de l'indium ne contribue pas à la relaxation de la contrainte élastique induite par l'ajout du magnésium.
La concentration atomique de magnésium dans le semi-conducteur de la deuxième portion peut être comprise entre 1020 at/cm3 et 1021 at/cm3, ou supérieure à 1020 at/cm3, et/ou la concentration atomique de silicium et/ou de germanium dans le semi-conducteur de la première portion peut être comprise entre 1019 at/cm3 et 1020 at/cm3. Une telle concentration atomique de magnésium est par exemple obtenue lorsque le rapport entre la concentration atomique de magnésium et la concentration atomique d'indium est compris entre 1 et 20, ou entre 1 et 50, voire entre 1 et 100, et de préférence de l'ordre de 10. Cette configuration permet d'obtenir un bon niveau de dopage de type p du semi-conducteur de la deuxième portion grâce, par exemple, à l'abaissement important de l'énergie d'ionisation effective du magnésium à de tels niveaux de dopage, et donc une bonne injection de courant dans la LED grâce à la conduction électrique de la deuxième portion qui est proche ou similaire à celle d'une électrode métallique.
Les premiers, deuxièmes et troisièmes ions de terres peuvent être avantageusement choisis tels que les premières, deuxièmes et troisièmes régions d'émission lumineuse soient aptes à émettre des longueurs d'onde respectivement de couleur rouge, vert et bleu. Les pixels ainsi réalisés correspondent à des pixels RGB.
Le procédé peut comporter en outre, pour la réalisation de chaque pixel, une implantation de quatrièmes ions de terres rares, avantageusement de nature similaire à celle des premiers ou des deuxièmes ou des troisièmes ions de terres rares, mise en œuvre après l'implantation des troisièmes ions de terres rare, dans au moins une quatrième partie de la troisième portion distincte des première, deuxième et troisième parties de la troisième portion, à travers un quatrième masque comprenant au moins une quatrième ouverture disposée en regard d'au moins une quatrième région de l'empilement distincte des première, deuxième et troisième régions et destinée à former au moins une quatrième région d'émission lumineuse, ou au moins un quatrième sous- pixel.
Ladite au moins une quatrième région de l'empilement inclut ladite au moins une quatrième partie de la troisième portion de semi-conducteur non- intentionnellement dopée. Ladite au moins une quatrième région de l'empilement et ladite au moins une quatrième partie de la troisième portion de semi-conducteur non- intentionnellement dopée sont définies géométriquement (forme et dimensions), dans un plan parallèle à la face de l'empilement sur laquelle est disposée le quatrième masque, par la section de ladite au moins une quatrième ouverture du quatrième masque.
Dans ce cas, les implantations des premiers, deuxièmes, troisièmes et quatrièmes ions de terres rares peuvent avantageusement être mises en œuvre telles que les première, deuxième, troisième et quatrième régions d'émission lumineuse soient agencées, dans chaque pixel, sous la forme d'une matrice 2 x 2, c'est-à-dire un agencement formant deux lignes et deux colonnes.
Chaque région d'émission lumineuse définit un sous-pixel qui peut être réalisé à partir d'un empilement de couches planaires, ou à partir d'un empilement de matériau sous forme de nanofils, chaque pixel comportant au moins trois régions d'émission lumineuses distinctes.
Les premiers, deuxièmes et troisièmes ions de terres rares peuvent être choisis parmi des ions europium (permettant l'émission de lumière rouge), terbium et/ou erbium (permettant l'émission de lumière verte), et thulium (permettant l'émission de lumière bleue). Il est également possible d'utiliser des ions praséodyme (permettant l'émission de lumière rouge) et/ou holmium (permettant l'émission de lumière verte) et/ou cérium (permettant l'émission de lumière bleue).
L'empilement peut être réalisé sur un substrat, et l'empilement peut comporter en outre au moins une portion de GaN dopé n disposée entre le substrat et la première portion. Une telle portion de GaN dopé n permet dans ce cas d'initier une croissance de la première portion de semi-conducteur dopé n sur tout type de substrat, par exemple semi-conducteur, amorphe, ou métallique.
L'empilement peut être réalisé en mettant en œuvre :
- des étapes de croissance de nanofils, ou
- des étapes de dépôt de couches planaires, ou
- des étapes de dépôt de couches planaires, puis de gravure des couches déposées formant des nanofils.
Dans ce cas, le procédé peut comporter en outre, lorsque l'empilement est réalisé en mettant en œuvre des étapes de croissance de nanofils, une étape de dépôt d'un matériau isolant électrique entre les nanofils, mise en œuvre après la réalisation de l'empilement et avant l'implantation des premiers ions de terres rares.
Plus généralement, le dispositif peut comporter un empilement de couches formant les différentes portions de l'empilement, ou plusieurs nanofils disposés les uns à côté des autres et formant ensemble les différentes portions de l'empilement.
Les semi-conducteurs des première, deuxième et troisième portions peuvent comporter de l'AIN.
Dans un premier mode de réalisation, le procédé peut être tel que :
- les premier, deuxième et troisième masques correspondent à un même masque dur dont les positions par rapport à l'empilement lors des implantations des premiers, deuxièmes et troisièmes ions de terres rares sont différentes les unes des autres, et
- lorsque le procédé comporte l'implantation des quatrièmes ions de terres rares, le quatrième masque correspond au même masque dur que celui formant les premier, deuxième et troisième masques et dont la position par rapport à l'empilement lors de l'implantation des quatrièmes ions de terres rares est différente de celles lors des implantations des premiers, deuxièmes et troisièmes ions de terres rares.
Dans un deuxième mode de réalisation, le procédé peut être tel que :
- le premier masque est à base de résine photosensible et est supprimé avant l'implantation des deuxièmes ions de terres rares, et - le deuxième masque est à base de résine photosensible et est supprimé après l'implantation des deuxièmes ions de terres rares, et
- le troisième masque est à base de résine photosensible et est supprimé après l'implantation des troisièmes ions de terres rares, et
- lorsque le procédé comporte l'implantation des quatrièmes ions de terres rares, le quatrième masque est à base de résine photosensible et est supprimé après l'implantation des quatrièmes ions de terres rares.
Ce deuxième mode de réalisation a pour avantage de faire appel à des techniques standards de la microélectronique, le rendant avantageux économiquement.
L'invention porte également sur un dispositif d'affichage à plusieurs pixels, chaque pixel comportant au moins :
- un empilement comprenant au moins une première portion de semi- conducteur dopé n, une deuxième portion de semi-conducteur dopé p et une troisième portion de semi-conducteur non intentionnellement dopé et disposée entre les première et deuxième portions, les semi-conducteurs des première, deuxième et troisième portions correspondant à des composés comprenant des atomes d'azote ainsi que des atomes d'aluminium et/ou de gallium et/ou d'indium ;
- des premiers ions de terres rares implantés dans au moins une première partie de la troisième portion appartenant à au moins une première région de l'empilement destinée à former au moins une première région d'émission lumineuse, ou au moins une premier sous-pixel ;
- des deuxièmes ions de terres rares, de nature différente de celle des premiers ions de terres rares, implantés dans au moins une deuxième partie de la troisième portion distincte de la première partie de la troisième portion et appartenant à au moins une deuxième région de l'empilement, distincte de la première région, destinée à former au moins une deuxième région d'émission lumineuse, ou au moins un deuxième sous-pixel ;
- des troisièmes ions de terres rares, de nature différente de celle des premiers et deuxièmes ions de terres rares, implantés dans au moins une troisième partie de la troisième portion distincte des première et deuxième parties de la troisième portion et appartenant à au moins une troisième région de l'empilement, distincte des première et deuxième régions, destinée à former au moins une troisième région d'émission lumineuse, ou au moins un troisième sous-pixel.
Il est également proposé un dispositif d'affichage comprenant plusieurs pixels, comportant au moins :
- un empilement comprenant au moins une première portion de semi- conducteur dopé n, une deuxième portion de semi-conducteur dopé p et une troisième portion de semi-conducteur non intentionnellement dopé et disposée entre les première et deuxième portions, les semi-conducteurs des première, deuxième et troisième portions correspondant à des composés comprenant des atomes d'azote ainsi que des atomes d'aluminium et/ou de gallium et/ou d'indium ;
- des premiers ions de terres rares implantés dans des premières parties de la troisième portion appartenant à des premières régions de l'empilement et destinées à former, pour chaque pixel, au moins une première région d'émission lumineuse, ou au moins un premier sous-pixel ;
- des deuxièmes ions de terres rares, de nature différente de celle des premiers ions de terres rares, implantés dans des deuxièmes parties de la troisième portion distinctes des premières parties de la troisième portion, appartenant à des deuxièmes régions de l'empilement distinctes des premières régions et destinées à former, pour chaque pixel, au moins une deuxième région d'émission lumineuse, ou au moins un deuxième sous-pixel.
Le dispositif d'affichage peut également comporter des troisièmes ions de terres rares, de nature différente de celle des premiers et deuxièmes ions de terres rares, implantés dans des troisièmes parties de la troisième portion distinctes des premières et deuxièmes parties de la troisième portion, appartenant à des troisièmes régions de l'empilement distinctes des premières et deuxièmes régions et destinées à former, pour chaque pixel, au moins une troisième région d'émission lumineuse, ou au moins un troisième sous-pixel.
Les première, deuxième et troisième régions de l'empilement sont distinctes les unes des autres dans un plan parallèle à une face supérieure de l'empilement (ou tout autre plan « latéral » de l'empilement, comme par exemple un plan passant par une interface entre deux portions différentes de semi-conducteur de l'empilement). Autrement dit, les différentes régions dans lesquelles les différents ions de terres rares sont implantés correspondent à des régions qui ne sont pas superposées les unes au-dessus des autres mais qui sont disposées les unes à côté des autres. Dans le plan parallèle à la face supérieure de l'empilement, les régions de l'empilement dans lesquelles les implantations sont réalisées, et donc également les différentes parties de la troisième portion de semi-conducteur dans lesquelles les implantations sont réalisées, sont disposées les unes à côté des autres.
Le dispositif d'affichage peut également comporter des quatrièmes ions de terres rares implantés dans des quatrièmes parties de la troisième portion distinctes des premières, deuxièmes et troisièmes parties de la troisième portion, appartenant à des quatrièmes régions de l'empilement distinctes des premières, deuxièmes et troisièmes régions et destinées à former, pour chaque pixel, au moins une quatrième région d'émission lumineuse, ou au moins un quatrième sous-pixel.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :
- les figures 1 à 8 représentent les étapes d'un procédé de réalisation d'un dispositif d'affichage selon un premier mode de réalisation ;
- les figures 9 à 12 représentent une partie des étapes d'un procédé de réalisation d'un dispositif d'affichage selon un deuxième mode de réalisation.
Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures décrites ci-après portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre.
Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles. Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Un procédé de réalisation d'un dispositif d'affichage 100 comportant plusieurs pixels 101 selon un premier mode de réalisation est décrit ci-dessous en lien avec les figures 1 à 8.
Une première étape de ce procédé consiste à réaliser un empilement 102 comprenant au moins une première portion 104 de semi-conducteur dopé n, une deuxième portion 106 de semi-conducteur dopé p et une troisième portion 108 de semi- conducteur non intentionnellement dopé et disposée entre les première et deuxième portions. Les semi-conducteurs des première, deuxième et troisième portions 104, 106, 108 correspondent à des composés comprenant des atomes d'azote ainsi que des atomes d'aluminium et/ou de gallium et/ou indium.
L'empilement 102 est ici réalisé sur un substrat 110 comprenant par exemple un semi-conducteur, ce semi-conducteur pouvant correspondre par exemple à du silicium. En variante, le substrat 110 peut comporter du saphir ou un autre matériau.
Dans le premier mode de réalisation décrit ici, les première, deuxième et troisième portions 104, 106, 108 sont formées par des nanofils réalisés par croissance localisée sur le substrat 110. Cette croissance localisée peut correspondre à une épitaxie de type MOCVD (épitaxie en phase vapeur aux organométalliques) ou par jets moléculaires (également appelée MBE pour « Molecular Beam Epitaxy » en anglais). Pour localiser la croissance sur le substrat 110, celui-ci peut être recouvert d'un masque comprenant par exemple du TiN et dans lequel des ouvertures ont été réalisées par lithographie. Ce masque n'est pas visible sur les figures 1 à 8.
Selon un exemple particulier, des premières régions de ces nanofils sont tout d'abord formées sur le substrat 110, sous la forme de portions 112 de GaN dopé n.
La croissance des nanofils est prolongée en formant des deuxièmes régions comprenant par exemple de l'AIN dopé n sur les portions 112. Le dopage de type n est par exemple obtenu en incorporant des atomes de silicium et/ou de germanium dans les deuxièmes régions des nanofils lors de leur croissance. La concentration de dopants dans le semi-conducteur de ces deuxièmes régions est par exemple comprise entre 1017at/cm3 et 1020 at/cm3 et avantageusement 1019 at/cm3et 1020 at/cm3. Ces deuxièmes régions forment la première portion 104 de semi- conducteur dopé n de l'empilement 102. La dimension des deuxièmes régions parallèle à la direction de croissance des nanofils (dimension parallèle à l'axe Z sur les figures 1 à 8), c'est-à-dire la longueur des deuxièmes régions des nanofils, qui correspond également à l'épaisseur de la première portion 104 de l'empilement 102, est par exemple égale à 500 nm, ou plus généralement comprise entre 100 et 1000 nm.
La croissance des nanofils est ensuite prolongée en formant des troisièmes régions comprenant par exemple de l'AIN non intentionnellement dopé sur les deuxièmes régions, c'est-à-dire sur la première portion 104. Ces troisièmes régions forment la troisième portion 108 de semi-conducteur non intentionnellement dopé de l'empilement 102. Cette troisième portion 108 va servir ultérieurement à former des portions émissives semi-conductrices depuis lesquelles de la lumière sera émise. Le semi- conducteur de la troisième portion 108 n'est pas intentionnellement dopé, c'est-à-dire n'est pas soumis, lors de la réalisation du dispositif 100, à une étape introduisant des atomes dopants dans ce semi-conducteur. La dimension des troisièmes régions parallèle à la direction de croissance des nanofils, c'est-à-dire la longueur des troisièmes régions des nanofils, qui correspond également à l'épaisseur de la troisième portion 108 de l'empilement 102, est par exemple comprise entre 5 nm et 50 nm.
La croissance des nanofils est ensuite prolongée en formant des quatrièmes régions comprenant par exemple de l'AIN dopé p sur les troisièmes régions, c'est-à-dire sur la troisième portion 108. Ces quatrièmes régions forment la deuxième portion 106 de semi-conducteur dopé p de l'empilement 102. Le dopage de type p est ici avantageusement obtenu en incorporant des atomes de magnésium et d'indium dans les quatrièmes régions des nanofils. De manière avantageuse, la concentration atomique de magnésium dans le semi-conducteur de ces quatrièmes régions des nanofils est comprise entre 1017 at/cm3 et 1021 at/cm3, et avantageusement comprise entre 1020 at/cm3 et 1021 at/cm3.
Pour la croissance du semi-conducteur de la deuxième portion 106 par MBE, des flux d'aluminium, d'azote actif, d'indium et éventuellement de gallium sont envoyés sur la surface de croissance qui correspond à la surface supérieure de la troisième portion 108, c'est-à-dire ici les surfaces supérieures des troisièmes régions des nanofils. Un flux de magnésium est également envoyé pour que le semi-conducteur réalisé soit dopé p par les atomes de magnésium. Les valeurs de ces flux, c'est-à-dire la quantité d'atomes envoyés de chacun de ces éléments chimiques, sont choisies en fonction de la composition souhaitée pour le semi-conducteur de la deuxième portion 106 et notamment de telle façon que la concentration atomique d'indium soit comprise entre 0 et 1% et préférentiellement égale à 0,1%. En présence de ce flux d'indium, la concentration atomique de magnésium dans le semi-conducteur de la deuxième portion 106 est proportionnelle à la quantité d'indium incorporée dans ce semi-conducteur et est par exemple comprise entre 1017 at/cm3 et 1021 at/cm3, et avantageusement comprise entre 1020 at/cm3 et 1021 at/cm3, soit une concentration atomique de magnésium comprise entre 0,1 % et 1 %.
Lors d'une croissance par MOCVD, les éléments utilisés pour la croissance du semi-conducteur sont des précurseurs organométalliques, par exemple du triméthylaluminium ou du triéthylaluminium servant de source d'aluminium, de l'ammoniac servant de source d'azote, du triméthylindium ou du triéthylindium servant de source d'indium, et éventuellement du triméthylgallium ou du triéthylgallium servant de source de gallium. Les atomes de magnésium sont obtenus par un précurseur approprié, par exemple une solution de magnésocène ou Mg(Cp)2. Les concentrations d'indium et de magnésium pouvant être obtenues par MOCVD peuvent être similaires à celles obtenues par MBE.
La dimension des quatrièmes régions parallèle à la direction de croissance des nanofils, c'est-à-dire la longueur des quatrièmes régions des nanofils, qui correspond également à l'épaisseur de la deuxième portion 106 de l'empilement 102, est choisie pour être compatible avec la profondeur de pénétration des ions de terres rares qui seront implantés ultérieurement dans la troisième portion 108, cette profondeur de pénétration des ions de terres rares étant dépendante de l'énergie avec laquelle les implantations sont mises en œuvre. Par exemple, pour une énergie d'implantation typique de 300 keV, l'épaisseur de la deuxième portion 106 peut être choisie égale à environ 50 nm.
Le diamètre de chaque nanofil est par exemple compris entre 100 nm et 150 nm. La période, ou le pas de répétition, avec laquelle les nanofils sont réalisés, qui correspond à la distance entre les centres de deux nanofils voisins, est par exemple comprise entre 150 nm et 300 nm. Selon un exemple de réalisation particulier, la valeur de la période peut être égale au double de celle du diamètre d'un des nanofils.
La figure 1 représente schématiquement l'empilement 102 obtenu à ce stade du procédé.
La figure 2 représente une vue en coupe (vue a) et une vue de dessus (vue b) de l'empilement 102, obtenues par microscopie électronique à balayage.
En variante, l'empilement 102 peut ne pas comporter les portions 112.
Dans l'empilement 102, les première, deuxième et troisième portions 104, 106, 108 forment un ensemble de jonctions p-i-n destinées à former les LEDs du dispositif 100.
Dans l'empilement 102 décrit ci-dessus, les première, deuxième et troisième portions 104, 106, 108 comportent de l'AIN. Plus généralement, ces portions 104, 106, 108 peuvent comporter un composé comprenant des atomes d'azote ainsi que des atomes d'aluminium et/ou de gallium et/ou d'indium. Selon un exemple de réalisation, le semi-conducteur de la première portion 104 peut correspondre donc à de l'AIxiGap-xijN, avec 0 < XI < 1, avec préférentiellement 0,7 < XI < 1. Le semi-conducteur de la première portion 104 peut comporter également des atomes d'indium, le composé de la première portion 104 pouvant correspondre dans ce cas à de l'AIGalnN ou de l'InGaN. Selon un autre exemple de réalisation, le semi-conducteur de la troisième portion 108 peut correspondre à de l'Alx Ga(i-x )N, avec X4 < XI, et préférentiellement X4 < 0,9. XI. Selon un autre exemple de réalisation, la deuxième portion 106 peut comporter de l'Alx Ga(i-x -Y )lnY N dopé p par des atomes de magnésium et d'indium, avec X2 > 0, Y2 > 0 et X2+Y2 < 1. De manière avantageuse, le semi-conducteur de la deuxième portion 106 est tel que X2 = XI. De plus, il est avantageux d'avoir 0 < Y2 < 0,01, et préférentiellement Y2 = 0,001.
Selon une variante de réalisation, l'empilement 102 peut comporter au moins une portion d'AIGaN non intentionnellement dopé disposée entre la première portion 104 et la troisième portion 108, et/ou entre la troisième portion 108 et la deuxième portion 106. Une telle portion d'AIGaN non intentionnellement dopé disposée entre la troisième portion 108 et la deuxième portion 106 forme une couche de blocage d'électrons qui permet d'éviter le surplus d'électrons dans la zone dopée p et favoriser la recombinaison des porteurs de charge dans la troisième portion.
De façon avantageuse, une étape d'activation des dopants de type p présents dans la structure réalisée est mise en œuvre. Cette étape d'activation peut correspondre à la mise en œuvre d'un recuit thermique et/ou d'une irradiation par faisceau électronique. Le recuit thermique est par exemple réalisé à une température comprise entre 100°C et 1000°C, et préférentiellement égale à 700°C. L'irradiation par faisceau électronique consiste à envoyer un ou plusieurs faisceaux d'électrons sur la structure réalisée, à travers la face supérieure formée par la deuxième portion 106. L'énergie des électrons est par exemple égale à 3 keV, ou plus généralement comprise entre environ 2 keV et 30 keV et choisie notamment en fonction de l'épaisseur de la deuxième portion 108. La dose est fixée par la valeur du courant du faisceau d'électrons et peut varier entre 1 mA/cm2 et 20 mA/cm2, et est préférentiellement égale à 7 mA/cm2. Cette irradiation électronique est réalisée pendant une durée par exemple égale à 10 minutes.
Après la réalisation de l'empilement 102, une implantation de premiers ions de terres rares dans des premières parties de la troisième portion 108, à travers un masque 114 comprenant des ouvertures 116 disposées en regard de premières régions 118 de l'empilement 102 destinées à former, pour chaque pixel 101 du dispositif 100, au moins une première région d'émission lumineuse, ou au moins un premier sous-pixel, est mise en œuvre (voir la figure 3 représentant une vue de dessus partielle de l'empilement 102 sur lequel le masque 114 est disposé). Les premières parties de la troisième portion 108 correspondent aux parties de la troisième portion 108 faisant partie des premières régions 118 de l'empilement 102.
Dans l'exemple de réalisation décrit ici, ces premiers ions de terres rares correspondent à des ions europium. Ainsi, les premières régions d'émission lumineuse réalisées sont aptes à émettre une lumière de couleur rouge et forment des sous-pixels d'émission lumineuse rouge de chaque pixel 101, chaque sous pixel comportant généralement plusieurs nanofils.
En variante, il est possible d'implanter des ions praséodyme pour réaliser des régions d'émission de lumière de couleur rouge.
En outre, il est possible d'implanter, au cours de cette première étape d'implantation, plusieurs types d'ions de terres rares et/ou d'autres atomes dans les premières parties de la troisième portion 108.
De plus, dans l'exemple de réalisation décrit ici, chaque ouverture 116 a une forme, dans le plan des faces principales du masque 114 ou dans le plan parallèle à la face supérieure de l'empilement 102 en regard de laquelle le masque 114 est disposé lors de l'implantation, sensiblement carrée ou rectangulaire. Les dimensions de chaque ouverture 116 dans ce plan sont par exemple comprises entre à 1 x 1 pm2 et 4 x 4 pm2. Lorsque ces dimensions sont égales à 1 x 1 pm2, chacune des premières régions 118 de l'empilement 102 dans lesquelles cette implantation est réalisée peut comporter environ une centaine de nanofils.
Dans le premier mode de réalisation décrit ici, le masque 114 correspond à un masque dur comprenant par exemple du nitrure de silicium, SiN. Des détails de mises en œuvre d'une telle implantation sont par exemple donnés dans le document L. G. Villanueva et al., « Localized Ion Implantation Through Micro/Nanostencil Masks », IEEE Trans. On Nanotechnology, 10, 940 (2011).
Le masque 114 est ensuite déplacé de manière à ce que les ouvertures 116 soient disposées en regard de deuxièmes régions 120 de l'empilement 102, distinctes des premières régions 118, et destinées à former, pour chaque pixel 101 du dispositif 100, au moins une deuxième région d'émission lumineuse ou au moins un deuxième sous- pixel. Une implantation de deuxièmes ions de terres rares, de nature différente de celle des premiers ions de terres rares, dans des deuxièmes parties de la troisième portion 108 distinctes des premières parties de la troisième portion 108 et faisant partie des deuxièmes régions 120 de l'empilement 102, est ensuite mise en œuvre à travers le masque 114 (voir figure 4).
Dans l'exemple de réalisation décrit ici, les deuxièmes ions de terres rares correspondent à des ions terbium et/ou erbium. Ainsi, les deuxièmes régions d'émission lumineuse réalisées sont aptes à émettre une lumière de couleur verte et forment des sous-pixels d'émission lumineuse verte de chaque pixel 101.
En variante, il est possible d'implanter des ions holmium pour réaliser des régions d'émission de lumière verte.
En outre, il est possible d'implanter, au cours de cette deuxième étape d'implantation, plusieurs types d'ions de terres rares et/ou d'autres atomes dans les deuxièmes parties de la troisième portion 108.
Le masque 114 est ensuite déplacé de manière à ce que les ouvertures 116 soient disposées en regard de troisièmes régions 122 de l'empilement 102, distinctes des premières et deuxièmes régions 118, 120, et destinées à former, pour chaque pixel 101 du dispositif 100, au moins une troisième région d'émission lumineuse ou au moins un troisième sous-pixel. Une implantation de troisièmes ions de terres rares, de nature différente de celles des premiers et deuxièmes ions de terres rares, dans des troisièmes parties de la troisième portion 108 distinctes des premières et deuxièmes parties de la troisième portion 108 et faisant partie des troisièmes régions 122 de l'empilement 102, est ensuite mise en œuvre à travers le masque 114 (voir figure 5).
Dans l'exemple de réalisation décrit ici, les troisièmes ions de terres rares correspondent à des ions thulium. Ainsi, les troisièmes régions d'émission lumineuse réalisées sont aptes à émettre une lumière de couleur bleue et forment des sous-pixels d'émission lumineuse bleue de chaque pixel 101.
En variante, il est possible d'implanter des ions cérium pour réaliser des régions d'émission de lumière bleue. En outre, il est possible d'implanter, au cours de cette troisième étape d'implantation, plusieurs types d'ions de terres rares et/ou d'autres atomes dans les troisièmes parties de la troisième portion 108.
Le masque 114 est ensuite déplacé de manière à ce que les ouvertures 116 soient disposées en regard de quatrièmes régions 124 de l'empilement, distinctes des premières, deuxièmes et troisièmes régions 118, 120 et 122, et destinées à former, pour chaque pixel 101 du dispositif 100, au moins une quatrième région d'émission lumineuse ou au moins un quatrième sous-pixel. Une implantation de quatrièmes ions de terres rares, par exemple de nature similaire de celle des premiers ou deuxièmes ou troisièmes ions de terres rares, dans des quatrièmes parties de la troisième portion 108 distinctes des premières, deuxièmes et troisièmes parties de la troisième portion 108 et faisant partie des quatrièmes régions 124 de l'empilement 102, est ensuite mise en œuvre à travers le masque 114 (voir figure 6).
Dans l'exemple de réalisation décrit ici, les quatrièmes ions de terres rares correspondent à des ions europium. Ainsi, les quatrièmes régions d'émission lumineuse réalisées sont aptes à émettre une lumière de couleur rouge et forment des deuxièmes sous-pixels d'émission lumineuse rouge de chaque pixel 101. Cela permet de renforcer l'émission lumineuse de chaque pixel 101 dans la gamme de longueur d'onde correspondant à la couleur rouge où l'œil humain est moins sensible, et optimiser également l'émission d'une lumière de couleur blanche par les pixels 101.
En outre, il est possible d'implanter, au cours de cette quatrième étape d'implantation, plusieurs types d'ions de terres rares et/ou d'autres atomes dans les quatrièmes parties de la troisième portion 108.
Dans l'exemple de réalisation décrit ici, les quatre régions d'émission lumineuse de chaque pixel 101, c'est-à-dire les quatre sous-pixels de chaque pixel 101, sont disposées en formant une matrice de forme carrée de 2 x 2 sous-pixels. Dans cet exemple, chaque sous-pixel a des dimensions, dans le plan (X, Y), égales à 1 x 1 pm2, et chaque pixel 101 a des dimensions, dans le plan (X, Y), égales à 2,5 x 2,5 pm2.
Selon un autre exemple de réalisation, chaque sous-pixel a des dimensions, dans le plan (X, Y), égales à 4 x 4 pm2, et chaque pixel 101 a des dimensions, dans le plan (X, Y), de l'ordre de 8 x 8 pm2. Dans ce cas, lorsque le diamètre de chaque nanofil est égal à environ 150 nm et que les nanofils sont réalisés avec une période égale à environ 300 nm, chaque sous-pixel comporte environ 170 nanofils.
L'énergie avec laquelle les ions de terres rares sont implantés est par exemple égale à 300 keV. Les ions de terres rares ainsi implantés présentent, au sein de chaque nanofil, une distribution gaussienne centrée sur la troisième portion 108.
La figure 7 représente deux pixels 101 et une partie de deux autres pixels 101 obtenus en mettant en œuvre les étapes décrites ci-dessus.
Une planarisation peut ensuite être mise en œuvre au niveau du sommet des nanofils formant l'empilement 102, c'est-à-dire au niveau des faces supérieures des quatrièmes régions des nanofils.
Un recuit thermique à haute température, par exemple 1200°C, de l'empilement 102 peut ensuite est mis en œuvre, puis des électrodes 126 sont ensuite réalisées individuellement sur les parties de l'empilement 102 formant chaque sous-pixel, par exemple à base d'oxyde d'indium et d'étain (Indium tin oxide, ITO, en anglais) (voir figure 8).
Un procédé de réalisation d'un dispositif d'affichage 100 comportant plusieurs pixels 101 selon un deuxième mode de réalisation est décrit ci-dessous en lien avec les figures 9 à 12.
Un empilement 102 similaire à celui précédemment décrit pour le premier mode de réalisation est tout d'abord réalisé.
Lorsque des espaces sont présents entre les nanofils, une étape de dépôt d'un matériau isolant électrique, par exemple de GAI2O3 ou du Si02 déposé par dépôt de couche atomique (atomic layer déposition ou ALD en anglais) ou par exemple un gel de silice ou du parylène déposé par dépôt à la tournette (ou « spin coating » en anglais), entre les nanofils peut être mise en œuvre. Le matériau ainsi déposé remplit les interstices entre les nanofils. Une étape de planarisation peut ensuite être mise en œuvre afin que la surface supérieure de l'empilement 102 soit plane.
Des marques d'alignement 128, par exemple en forme de croix comme sur l'exemple de réalisation représenté sur les figures 9 à 12, peuvent ensuite être réalisées sur la surface supérieure de l'empilement 102. Ces marques d'alignement 128 sont par exemple réalisées sur la surface supérieure de l'empilement 102 par photolithographie selon le motif désiré des marques d'alignement 128, développement de résine, dépôt d'un matériau métallique (Ti et/ou Au par exemple), puis retrait de la résine (ou « lift-off » en anglais), le matériau métallique restant sur la surface supérieure de l'empilement 102 formant les marques d'alignement 128.
Les marques d'alignement 128 vont servir à repérer les régions de l'empilement 102 dans lesquelles les ions de terres rares vont être implantés et faciliter ainsi la réalisation des masques servant à l'implantation des ions de terres rares.
Un premier masque de résine photosensible est réalisé par photolithographie, insolation et gravure sur la face supérieure de l'empilement 102. Ce premier masque est réalisé tel qu'il comporte des ouvertures disposées en regard des premières régions 118 de l'empilement 102 destinées à former, pour chaque pixel 101, au moins une première région d'émission lumineuse ou au moins un premier sous-pixel. Les marques d'alignement 128 sont utilisées pour localiser précisément les emplacements des ouvertures du premier masque. Ce premier masque a par exemple une épaisseur comprise entre 1 pm et 10 pm.
Des premiers ions de terres rares sont ensuite implantés dans les premières régions 118 de l'empilement 102, de manière similaire à celle précédemment décrite en lien avec le premier mode de réalisation, c'est-à-dire tels que ces ions soient localisés majoritairement dans la troisième portion 108.
Dans l'exemple de réalisation décrit ici, les premiers ions de terres rares correspondent à des ions thulium. Ainsi, les premières régions d'émission lumineuse réalisées sont aptes à émettre une lumière de couleur bleue.
Comme dans le premier mode de réalisation, il est possible d'implanter des ions cérium pour réaliser des régions d'émission de lumière bleue. En outre, il est possible d'implanter, au cours de cette première étape d'implantation, plusieurs types d'ions de terres rares et/ou d'autres atomes dans les premières parties de la troisième portion 108. A l'issue de cette implantation, le premier masque est supprimé, par exemple par gravure.
La figure 10 représente schématiquement la structure obtenue après la mise en œuvre de cette première implantation.
Un deuxième masque de résine photosensible est ensuite réalisé par photolithographie, insolation et gravure sur la face supérieure de l'empilement 102. Ce deuxième masque est réalisé tel qu'il comporte des ouvertures disposées en regard des deuxièmes régions 120 de l'empilement 102 destinées à former, pour chaque pixel 101, au moins une deuxième région d'émission lumineuse ou au moins un deuxième sous- pixel. Les marques d'alignement 128 sont utilisées pour localiser précisément les emplacements des ouvertures du deuxième masque. Comme le premier masque, ce deuxième masque a par exemple une épaisseur comprise entre 1 pm et 10 pm.
Des deuxièmes ions de terres rares sont ensuite implantés dans les deuxièmes régions 120 de l'empilement 102, de manière similaire à celle précédemment décrite en lien avec le premier mode de réalisation, c'est-à-dire tels que ces ions soient localisés majoritairement dans la troisième portion 108.
Dans l'exemple de réalisation décrit ici, les deuxièmes ions de terres rares correspondent à des ions terbium et/ou erbium. Ainsi, les deuxièmes régions d'émission lumineuse obtenues sont aptes à émettre une lumière de couleur verte.
Comme dans le premier mode de réalisation, il est possible d'implanter des ions holmium pour réaliser des régions d'émission de lumière verte. En outre, il est possible d'implanter, au cours de cette deuxième étape d'implantation, plusieurs types d'ions de terres rares et/ou d'autres atomes dans les deuxièmes parties de la troisième portion 108.
A l'issue de cette implantation, le deuxième masque est supprimé, par exemple par gravure.
La figure 11 représente schématiquement la structure obtenue après la mise en œuvre de cette deuxième implantation.
Un troisième masque de résine est ensuite réalisé par photolithographie, insolation et gravure sur la face supérieure de l'empilement 102. Ce troisième masque est réalisé tel qu'il comporte des ouvertures disposées en regard de troisièmes régions 122 de l'empilement 102 destinées à former, pour chaque pixel 101, au moins une troisième région d'émission lumineuse ou au moins un troisième sous-pixel. Dans l'exemple de réalisation décrit ici, les troisièmes régions 122 de l'empilement 102 sont destinées à former, pour chaque pixel 101, deux troisièmes régions d'émission lumineuse ou deux sous-pixels. Les marques d'alignement 128 sont utilisées pour localiser précisément les emplacements des ouvertures du troisième masque. Comme les premier et deuxième masques, ce troisième masque a par exemple une épaisseur comprise entre 1 pm et 10 pm.
Des troisièmes ions de terres rares sont ensuite implantés dans les troisièmes régions 122 de l'empilement 102, de manière similaire à celle précédemment décrite en lien avec le premier mode de réalisation, c'est-à-dire tels que ces ions soient localisés majoritairement dans la troisième portion 108.
Dans l'exemple de réalisation décrit ici, les troisièmes ions de terres rares correspondent à des ions europium. Ainsi, les troisièmes régions d'émission lumineuse réalisées dans chaque pixel 101 sont aptes à émettre une lumière de couleur rouge.
Comme dans le premier mode de réalisation, il est possible d'implanter des ions praséodyme pour réaliser des régions d'émission de lumière de couleur rouge. En outre, il est possible d'implanter, au cours de cette troisième étape d'implantation, plusieurs types d'ions de terres rares et/ou d'autres atomes dans les premières parties de la troisième portion 108.
A l'issue de cette implantation, le troisième masque est supprimé, par exemple par gravure.
La figure 12 représente schématiquement la structure obtenue après la mise en œuvre de cette troisième implantation.
Le dispositif 100 est ensuite achevé en réalisant les électrodes 126 sur les parties de l'empilement 102 formant chaque sous-pixel. Si une planarisation a précédemment été mise en œuvre suite au dépôt du matériau isolant électrique dans les espaces entre les nanofils, les électrodes 126 peuvent être réalisées directement sur la surface supérieure de l'empilement 102 sans avoir à mettre en œuvre une nouvelle planarisation.
En variante des exemples de réalisation décrits ci-dessus, pour les deux modes de réalisation, il est possible que les ions de terres rares implantés dans les différentes régions de l'empilement 102 soient différents de ceux précédemment décrits. L'agencement des différentes régions d'émission lumineuse au sein de chaque pixel 101 peut également être différent de ceux précédemment décrits.
Dans les exemples de réalisation décrits ci-dessus, les implantations d'ions de terres rares sont mises en œuvre pour former, pour chaque pixel 101, quatre régions d'émission lumineuse distinctes et donc quatre sous-pixels. En variante, il est possible que les étapes d'implantation d'ions de terres rares soient mises en œuvre telles que chaque pixel 101 ne comporte que trois régions d'émission lumineuses distinctes ou sous-pixels, ou bien plus de quatre régions d'émission lumineuses ou sous-pixels.
Le ou les masques utilisés lors des étapes d'implantation d'ions de terres rares peuvent comporter des ouvertures telles qu'à chaque implantation, une ou plusieurs régions d'émission lumineuse soient formées au sein de chaque pixel 101 du dispositif, ou plus généralement au sein d'un ou plusieurs pixels 101.
Dans les deux modes de réalisation précédemment décrits, l'empilement 102 est formé par un ensemble de nanofils réalisés directement sur le substrat 110. En variante, les différentes portions de l'empilement 102 (première, deuxième et troisième portions 104, 106, 108, et les premières régions 112) peuvent être réalisées sous la forme de couches empilées les unes sur les autres et déposées sur le substrat 110 par la mise en œuvre d'étapes successives de dépôts, par exemple d'épitaxie, puis éventuellement de gravure de cet ensemble de couches. Selon une autre variante, l'empilement 102 peut comporter un ensemble de nanofils obtenus par gravure d'un empilement de couches (approche « top down »).
Dans les exemples de réalisation précédemment décrits, la deuxième portion 106 est réalisée avant la mise en œuvre des étapes d'implantation des ions de terres rares. En variante, il est possible que la deuxième portion 106 soit réalisée après la mise en œuvre des étapes d'implantation des ions de terres rares. Dans ce cas, les première et troisième portions 104 et 108 peuvent être réalisées par croissance. La croissance est alors interrompue, puis les étapes d'implantation sont mises en œuvre. Après ces implantations, la croissance est redémarrée pour réaliser la deuxième portion 106.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de réalisation d'un dispositif d'affichage (100) comprenant plusieurs pixels (101), la réalisation de chaque pixel (101) comportant au moins :
- réalisation d'un empilement (102) comprenant au moins une première portion (104) de semi-conducteur dopé n et une autre portion, appelée troisième portion, (108) de semi-conducteur non intentionnellement dopé disposée sur la première portion (104), les semi-conducteurs des première et troisième portions (104, 106, 108) correspondant à des composés comprenant des atomes d'azote ainsi que des atomes d'aluminium et/ou de gallium et/ou d'indium, puis
- implantation de premiers ions de terres rares dans au moins une première partie de la troisième portion (108), à travers un premier masque (114) comprenant au moins une première ouverture (116) disposée en regard d'au moins une première région (118) de l'empilement (102) destinée à former au moins une première région d'émission lumineuse ;
- implantation de deuxièmes ions de terres rares, de nature différente de celle des premiers ions de terres rares, dans au moins une deuxième partie de la troisième portion (108) distincte de la première partie de la troisième portion (108), à travers un deuxième masque (114) comprenant au moins une deuxième ouverture (116) disposée en regard d'au moins une deuxième région (120) de l'empilement (102) distincte de la première région (118) et destinée à former au moins une deuxième région d'émission lumineuse,
- implantation de troisièmes ions de terres rares, de nature différente de celles des premiers et deuxièmes ions de terres rares, dans au moins une troisième partie de la troisième portion (108) distincte des première et deuxième parties de la troisième portion (108), à travers un troisième masque (114) comprenant au moins une troisième ouverture (116) disposée en regard d'au moins une troisième région (122) de l'empilement (102) distincte des première et deuxième régions (118, 120) et destinée à former au moins une troisième région d'émission lumineuse ; dans lequel l'empilement (102) comporte en outre une deuxième portion (106) de semi-conducteur dopé p telle que la troisième portion (108) soit disposée entre les première et deuxième portions (104, 106), le semi-conducteur de la deuxième portion (106) correspondant à un composé comprenant des atomes d'azote ainsi que des atomes d'aluminium et/ou de gallium et/ou d'indium, la deuxième portion (106) étant réalisée avant ou après la mise en œuvre des étapes d'implantation des premiers, deuxièmes et troisièmes ions de terres rares ; et dans lequel les première, deuxième et troisième régions (118, 120, 122) de l'empilement (102) sont distinctes les unes des autres dans un plan parallèle à une face supérieure de l'empilement (102).
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel :
- le semi-conducteur de la deuxième portion (106) est dopé par des atomes de magnésium et/ou d'indium, et/ou
- le semi-conducteur de la première portion (104) est dopé par des atomes de silicium et/ou de germanium.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel :
- la concentration atomique de magnésium dans le semi-conducteur de la deuxième portion (106) est comprise entre 1020 at/cm3 et 1021 at/cm3, et/ou
- la concentration atomique de silicium et/ou de germanium dans le semi-conducteur de la première portion (104) est comprise entre 1019 at/cm3 et 1020 at/cm3.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les premiers, deuxièmes et troisièmes ions de terres sont choisis tels que les premières, deuxièmes et troisièmes régions d'émission lumineuse soient aptes à émettre des longueurs d'onde respectivement de couleur rouge, vert et bleu.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre, pour la réalisation de chaque pixel (101), une implantation de quatrièmes ions de terres rares, mise en œuvre après l'implantation des troisièmes ions de terres rares, dans au moins une quatrième partie de la troisième portion (108) distincte des première, deuxième et troisième parties de la troisième portion (108), à travers un quatrième masque (114) comprenant au moins une quatrième ouverture (116) disposée en regard d'au moins une quatrième région (124) de l'empilement (102) distincte des première, deuxième et troisième régions (118, 120, 122) et destinée à former au moins une quatrième région d'émission lumineuse.
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel les implantations des premiers, deuxièmes, troisièmes et quatrièmes ions de terres rares sont mises en œuvre telles que les première, deuxième, troisième et quatrième régions d'émission lumineuse soient agencées, dans chaque pixel (101), sous la forme d'une matrice 2 x 2.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les premiers, deuxièmes et troisièmes ions de terres rares sont choisis parmi des ions europium, terbium et/ou erbium, et thulium.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'empilement (102) est réalisé sur un substrat (110), et dans lequel l'empilement (102) comporte en outre au moins une portion (112) de GaN dopé n disposée entre le substrat (110) et la première portion (104).
9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'empilement (102) est réalisé en mettant en œuvre :
- des étapes de croissance de nanofils, ou
- des étapes de dépôt de couches planaires, ou
- des étapes de dépôt de couches planaires, puis de gravure des couches déposées formant des nanofils.
10. Procédé selon la revendication 9, comportant en outre, lorsque l'empilement (102) est réalisé en mettant en œuvre des étapes de croissance de nanofils, une étape de dépôt d'un matériau isolant électrique entre les nanofils, mise en œuvre après la réalisation de l'empilement (102) et avant l'implantation des premiers ions de terres rares.
11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les semi-conducteurs des première, deuxième et troisième portions (104, 106, 108) comportent de GAIN.
12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel :
- les premier, deuxième et troisième masques correspondent à un même masque dur (114) dont les positions par rapport à l'empilement (102) lors des implantations des premiers, deuxièmes et troisièmes ions de terres rares sont différentes les unes des autres, et
- lorsque le procédé dépend de la revendication 5 et comporte l'implantation des quatrièmes ions de terres rares, le quatrième masque correspond au même masque dur que celui formant les premier, deuxième et troisième masques et dont la position par rapport à l'empilement (102) lors de l'implantation des quatrièmes ions de terres rares est différente de celles lors des implantations des premiers, deuxièmes et troisièmes ions de terres rares.
13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, dans lequel :
- le premier masque est à base de résine photosensible et est supprimé avant l'implantation des deuxièmes ions de terres rares, et
- le deuxième masque est à base de résine photosensible et est supprimé après l'implantation des deuxièmes ions de terres rares, et
- le troisième masque est à base de résine photosensible et est supprimé après l'implantation des troisièmes ions de terres rares, et - lorsque le procédé dépend de la revendication 5 et comporte l'implantation des quatrièmes ions de terres rares, le quatrième masque est à base de résine photosensible et est supprimé après l'implantation des quatrièmes ions de terres rares.
14. Dispositif d'affichage (100) à plusieurs pixels (101), chaque pixel comportant au moins :
- un empilement (102) comprenant au moins une première portion (104) de semi-conducteur dopé n, une deuxième portion (106) de semi-conducteur dopé p et une troisième portion (108) de semi-conducteur non intentionnellement dopé et disposée entre les première et deuxième portions (104, 106), les semi-conducteurs des première, deuxième et troisième portions (104, 106, 108) correspondant à des composés comprenant des atomes d'azote ainsi que des atomes d'aluminium et/ou de gallium et/ou d'indium ;
- des premiers ions de terres rares implantés dans au moins une première partie de la troisième portion (108) appartenant à au moins une première région (118) de l'empilement (102) destinées à former au moins une première région d'émission lumineuse ;
- des deuxièmes ions de terres rares, de nature différente de celle des premiers ions de terres rares, implantés dans au moins une deuxième partie de la troisième portion (108) distincte de la première partie de la troisième portion (108) et appartenant à au moins une deuxième région (120) de l'empilement (102), distincte de la première région (118), destinée à former au moins une deuxième région d'émission lumineuse ;
- des troisièmes ions de terres rares, de nature différente de celle des premiers et deuxièmes ions de terres rares, implantés dans au moins une troisième partie de la troisième portion (108) distincte des première et deuxième parties de la troisième portion (108) et appartenant à au moins une troisième région (122) de l'empilement (102), distincte des première et deuxième régions (118, 120), destinée à former au moins une troisième région d'émission lumineuse ; et dans lequel les première, deuxième et troisième régions (118, 120, 122) de l'empilement (102) sont distinctes les unes des autres dans un plan parallèle à une face supérieure de l'empilement (102).
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