EP4356428A1 - Procede pour fabriquer une matrice a emission native - Google Patents

Procede pour fabriquer une matrice a emission native

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Publication number
EP4356428A1
EP4356428A1 EP22735216.8A EP22735216A EP4356428A1 EP 4356428 A1 EP4356428 A1 EP 4356428A1 EP 22735216 A EP22735216 A EP 22735216A EP 4356428 A1 EP4356428 A1 EP 4356428A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
gan
doped
led structure
mesa
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP22735216.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Amélie DUSSAIGNE
Patrick Le Maitre
Helge HAAS
Ludovic Dupre
Carole Pernel
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.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
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 Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP4356428A1 publication Critical patent/EP4356428A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/15—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission
    • H01L27/153—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars
    • H01L27/156—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars two-dimensional arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/16—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous

Definitions

  • the present invention relates to the general field of color micro-screens.
  • the invention relates to a method for manufacturing a native emission matrix.
  • the invention also relates to a native emission matrix thus obtained.
  • the invention finds applications in numerous industrial fields, and in particular in the field of color micro-screens based on micro-LEDs with a pitch of less than 10 ⁇ m.
  • Color micro-displays include blue, green and red pixels
  • the blue and green pixels can be made from nitride materials and the red pixels from phosphor materials.
  • the so-called “pick and place” technique is generally used.
  • this technique can no longer be used because not only of alignment problems, but also of the time required to perform such a technique at this scale.
  • Another solution consists in performing the color conversion with quantum dots (QD for "Quantum Dot” in English) or nanophosphors.
  • QD quantum dots
  • nanophosphors controlling the deposition of these materials on pixels of small dimensions is difficult and their resistance to flux is not robust enough.
  • InGaN is the most promising material. This material can, in fact, theoretically cover the entire visible spectrum depending on its indium concentration. InGaN-based blue micro-LEDs already show high luminance, far superior to their organic counterparts. To emit at wavelengths in the green, the quantum wells (P s) of the LED must contain at least 25% indium and for emission in the red, it is necessary to have at least 35% d 'indium. Unfortunately, the quality of InGaN material above 20% In is degraded due to the poor miscibility of InN in GaN, but also due to the high compressive stress inherent in the growth of the InGaN active zone. on GaN.
  • a first solution consists in forming nanostructures, such as nanowires or pyramids, in order to be able to relax the stresses via the free edges.
  • the growth of the axial nanowires can be carried out by molecular beam epitaxy (or MBE for Molecular Beam Epitaxy).
  • MBE molecular beam epitaxy
  • the low growth temperature used in growth by MBE leads to low internal quantum yields (IQ.E).
  • the pyramids make it possible to bend the dislocations.
  • the complete pyramids have semi-polar planes favorable to the incorporation of In and to the reduction of the internal electric field of the active zone.
  • the truncated faces allow growth of the quantum wells on the c-plane, which leads to a more homogeneous emission compared to an emission along the semi-polar planes of a complete pyramid.
  • the growth can also take place in planar on planes other than the c face of the wurtzite structure, such as growth on the semi-polar planes which are more favorable to the incorporation of In.
  • Another solution consists in reducing the stresses in the active zone of the LED structure by using a substrate or pseudo-substrate with a lattice parameter closer to the lattice parameter of the InGaN alloy of the quantum wells.
  • a substrate or pseudo-substrate with a lattice parameter closer to the lattice parameter of the InGaN alloy of the quantum wells Even with a planar configuration, one can increase the rate of incorporation of In in lnGaN. It has been shown that when the lattice parameter of the substrate increases, the internal electric field is reduced compared to a strained layer of the same In concentration and the quantum well emissions are red-shifted [1].
  • MOVPE metalorganic vapor phase epitaxy
  • the only substrate that has enabled this demonstration is the InGaNOS pseudo-substrate from Soitec obtained by the Smart CutTM technique.
  • a stack is first prepared comprising a sapphire substrate covered with an unintentionally doped GaN layer (nid GaN) and an n+ doped GaN layer.
  • the doped GaN layer acts as the anode and a platinum wire acts as the cathode.
  • the electrochemical porosification is carried out in a solution of oxalic acid (0.2M) by applying a voltage of 15V for 30min-then under ultraviolet radiation in a solution of KOH (0.06M) at 9V for 30min.
  • the porosified layer of GaN thus obtained makes it possible to grow a multiple quantum well LED structure (MQ.Ws for “multiple quantum wells”) composed of a layer of GaN n+, five quantum wells (PQ.) GaN/InGaN and a GaN contact layer p.
  • MQ.Ws multiple quantum well LED structure
  • PQ. five quantum wells
  • PL photoluminescence
  • the crystalline quality of the GaN layer of the LED depends on the diameter of the pores and the porosity of the porosified GaN layer, as well as the desired thickness. It is therefore necessary to find the appropriate parameters each time, which complicates the industrialization of the process.
  • An object of the present invention is to propose a method at least partly remedying the drawbacks of the prior art, and making it possible to obtain an at least partially or even completely relaxed GaN/InGaN structure, to manufacture a matrix with native emission and more particularly an RGB (“Red Green Blue”) matrix having red green blue pixels.
  • RGB Red Green Blue
  • the present invention proposes a method for manufacturing a native emission matrix comprising the following steps: a) providing a basic structure successively comprising a substrate, a layer of GaN preferably not intentionally doped, a layer of In(x )GaN doped with x from 0 to 8% and an unintentionally doped ln(x)GaN epitaxy recovery layer, b) structuring mesas in the base structure, the mesas comprising a part of the ln layer doped (x)GaN and the unintentionally doped ln(x)GaN epitaxy recovery layer, whereby the mesas are electrically interconnected with each other by the doped ln(x)GaN layer, c) electrochemically porosifying the doped ln(x)GaN layer, d) producing, advantageously by epitaxy, a first LED structure on a first mesa, a second LED structure on a second mesa, a third LED
  • the invention differs fundamentally from the prior art by the use of a pseudo-substrate comprising porous mesas and by the implementation of at least two successive epitaxies to epitaxy separately at least two structures of micro-LEDs.
  • the epitaxial recovery layer will guide the level of relaxation of each of the mesas so as to have the ideal level of relaxation for each structure of LEDs.
  • the use of porous mesas promotes the incorporation of In in order, in particular, to obtain effective red emission.
  • each of the micro-LEDs is totally adapted to the targeted wavelength, which makes it possible to maximize the external quantum efficiency (EQE).
  • the GaN layer has a thickness of between lOOnm and 6 ⁇ m and/or the doped ln(x)GaN layer has a thickness of between 100 nm and lpm, or even up to a few micrometers, and/or the recovery layer of epitaxy in ln(x)GaN not intentionally doped has a thickness comprised between lOnm and 200nm.
  • the first LED structure comprises a first layer of ln(xi)GaN in contact with the epitaxy recovery layer of the first mesa, with xi a value chosen such that the stress state of this layer is adapted to the first LED structure.
  • the second LED structure comprises a first layer of ln(x2)GaN in contact with the epitaxy recovery layer of the second mesa, with X2 a value chosen such that the stress state of this layer is adapted to the second LED structure.
  • a third LED structure is produced on a third mesa, whereby a third LED is obtained having a third emission wavelength, for example green, and advantageously, an RGB matrix is formed.
  • the third LED structure comprises a first layer of ln(x3)GaN in contact with the epitaxy recovery layer of the third mesa, with X3 a value chosen such that the stress state of this layer is adapted to the third LED structure.
  • a stress state of a layer adapted to the LED structure it is meant that the quantity of indium is chosen according to the desired wavelength so as to improve the quality of the material and to be able to incorporate more indium in wells.
  • xi has a value chosen in the range going from 0 to 3%
  • X2 has a value chosen in the range going from 5 to 8%
  • X3 has a value chosen in the range going from 10 to 15%.
  • the first LED structure comprises the first layer of ln(xi)GaN with xi a value chosen in the range from 0 to 3% (for example 3%), quantum wells lno , i 5Gao , 85N/lno , o3Gao , 97N and a p-doped GaN layer, and/or
  • the second LED structure comprises the first layer of ln(x2)GaN with X2 a value chosen in the range from 5 to 8% (for example 8%), lno quantum wells , 25Gao , 75N/lno , osGao , 92N and a p-doped InGaN layer, and/or
  • the third LED structure comprises the first layer of ln(x3)GaN with X3 a value chosen in the range going from 10 to 15% (for example 15%), quantum wells lno , 4oGao , 6oN/lno , i 5Gao , 85N and a p-doped InGaN layer.
  • the first layer of the first LED structure, and/or the first layer of the second LED structure and/or the first layer of the third LED structure has a thickness comprised between 50 and 200 nm.
  • the RGB LEDs are advantageously formed by means of three successive maskings and epitaxies.
  • step d) comprises the following sub-steps:
  • a first dielectric layer preferably SiN having, for example, a thickness of lOOnm.
  • a second dielectric layer preferably SiN having, for example, a thickness of lOOnm.
  • the mesas have edges parallel to the m planes of the epitaxial GaN. They preferably have a hexagonal shape. They can also have an equilateral shape. They can also have a flattened shape. More specifically, the longest diagonal is aligned parallel to the m-planes of the doped and intrinsic InGaN layers. For example on a Sapphire substrate, the longest diagonal is aligned parallel to the flat of a 4” plate. Such a shape limits or even avoids overgrowths which may lead to short-circuits and/or the phenomena of delamination.
  • the invention also relates to a native emission matrix comprising:
  • - a basic structure successively comprising a substrate, a layer of GaN preferably not intentionally doped, a layer of ln(x)GaN doped with x from 0 to 8% and an epitaxy recovery layer in ln(x) unintentionally doped GaN,
  • the mesas comprising a part of the doped ln(x)GaN layer and the unintentionally doped ln(x)GaN epitaxy recovery layer, the layer of doped ln(x)GaN being porosified, the first mesa being covered by a first LED structure to form a first LED, having a first emission wavelength, for example blue, the second mesa being covered by a second LED structure to form a second series of LEDs, having a second emission wavelength, for example red.
  • the matrix comprises a third mesa covered by a third LED structure, having a third emission wavelength, for example green, so as to advantageously form an RGB matrix.
  • the first LED structure comprises a first layer of ln(xi)GaN in contact with the epitaxy recovery layer of the first series of mesas, with xi a value chosen in the range going from 0 to 3%
  • the second LED structure comprises a first layer of ln(x2)GaN in contact with the epitaxy recovery layer of the second series of mesas, with X2 a value chosen in the range going from 5 to 8%
  • the third LED structure comprises a first layer of ln(x3)GaN in contact with the epitaxy recovery layer of the third series of mesas, with X3 a value chosen in the range going from 10 to 15%.
  • the first LED structure comprises the first layer of ln(xi)GaN with xi a value chosen in the range going from 0 to 3%, for example 3%, of the quantum wells lno , i 5Gao , 85N/lno , o3Gao , 97N and a layer of p-doped GaN, and/or the second LED structure comprises the first layer of In(x2)GaN with X2 a value chosen in the range going from 5 to 8%, for example 8%, of the wells quantum lno , 25Gao , 75N/lno , o8Gao , 92N and a p-doped InGaN layer, and/or the third LED structure comprises the first In(x3)GaN layer with X3 a value chosen from the range from 10 at 15%, for example 15%, of the quantum wells of the lno , 4oGao , 6oN/ln
  • the first layer of the first LED structure, and/or the first layer of the second LED structure and/or the first layer of the third LED structure has a thickness comprised between 50 and 200 nm.
  • Figures IA to 1Q represent, schematically and in section, different steps of a method of manufacturing an RGB matrix according to a particular embodiment of the invention.
  • FIGS. 2A and 2B represent, schematically and in section, various blue LED structures according to various particular embodiments of the invention.
  • FIG. 3 represents schematically and in section a green LED structure according to a particular embodiment of the invention.
  • FIG. 4 schematically represents in section a red LED structure according to a particular embodiment of the invention.
  • FIG. 5 represents schematically and in top view an RGB matrix comprising pixels of hexagonal shape according to a particular embodiment of the invention.
  • FIG. 6 is a snapshot obtained under a scanning electron microscope of GaN mesas in squares with sides of 20 ⁇ m.
  • FIG. 7 is a snapshot obtained under a scanning electron microscope of a layer of GaN 2 ⁇ m thick epitaxially grown on the mesas of FIG. 6; we note the desymmetrization of the pattern which passes from a square pattern to a pattern of the hexagon type.
  • the invention particularly finds applications for manufacturing a multi-spectral device, for example LEDs of different colors in a simplified way, or a multi-color micro-display.
  • FIGS. 1A to 1Q we will now describe a method for manufacturing an RGB matrix according to a particular embodiment.
  • This method implements the following steps: a) providing a base structure 10 successively comprising a substrate 11, a preferably unintentionally doped GaN layer 12, a doped In(x)GaN layer 13 with x from 0 to 8% and an unintentionally doped ln(x)GaN epitaxy recovery layer 14 (FIG. IA),
  • FIG. 1F (FIG. 1F), d) producing a first LED structure 100 on a first series of mesas, a second LED structure 200 on a second series of mesas, a third LED structure 300 on a third series of mesas, whereby one obtains, respectively, a first series of blue LEDs, a second series of red LEDs, a third series of green LEDs and an RGB matrix is formed (FIGS. 1G-1Q.).
  • the LED structures are advantageously formed on series of mesas to obtain series of LEDs of different colors, but the method can be carried out to form each LED structure on a single mesa.
  • the base structure 10 comprises, and preferably consists of (Figure IA):
  • the substrate 11 is for example made of sapphire or silicon. It has a thickness for example between 250pm-1500pm.
  • the GaN layer 12 is a layer that is preferably not intentionally doped (nest) so as not to be porosified. It has a thickness for example between 100 nm and 6 ⁇ m.
  • layer 12 can be up to 4 ⁇ m thick for conventional GaN on sapphire, and up to 6 ⁇ m on patterned sapphire (PSS).
  • the doped In(x)GaN layer 13 has a rate of In x between 0% and 8%. It can therefore be a GaN layer or an InGaN layer. It is, for example, N-doped between 1 ⁇ 10 18 /cm 3 and 2 ⁇ 10 19 /cm 3 , for example from 3 ⁇ 10 18 cm 3 to 1.5 ⁇ 10 19 cm 3 , preferably from 6 ⁇ 10 18 cm 3 to 1.5 ⁇ 10 19 cm 3 . It is possible to do the doping of the In(x)GaN layer, for example, by epitaxy or by implantation of silicon (Si(n)) or by implantation of magnesium (Mg(p)). This doped layer is electrically conductive and can be porosified during step c). It preferably has a thickness of between 100 nm and 1 pm, for example between 800 nm and 1 pm.
  • the ln(x)GaN epitaxy recovery layer is unintentionally doped 14. It has an In x level between 0% and 8%. It can therefore be a GaN layer or an InGaN layer. It has for example a thickness between 10 nm and 200 nm, preferably between 50 and 200 nm. This undoped layer is electrically insulating and is not porosified during step c).
  • mesas are structured in the base structure 10.
  • Mesas also called elevations, are elements in relief. They are obtained, for example, by etching a continuous layer or several superimposed continuous layers, so as to leave only a certain number of "reliefs" of this layer or these layers.
  • the etching is generally plasma etching (or dry etching).
  • Mesas can be formed in the basic structure, by for example, by photolithography (FIGS. 1B-1D).
  • a mask 21 made of S1O2 is used.
  • Bumps are used to define pixels.
  • the controlled etching of the mesas makes it possible to stop in the doped In(x)GaN layer.
  • the doped In(x)GaN layer is partially etched so as to provide electrical conduction during electrochemical porosification.
  • the sides of the mesas are perpendicular to this stack of layers.
  • Mesas can be square in shape.
  • the dimensions (width and length) of the mesas range, for example, from 500 nm to 500 ⁇ m.
  • they can be of hexagonal shape, with for example a largest dimension comprised between 500 nm and 500 ⁇ m.
  • hexagonal mesas leads to the formation of hexagonal shaped LED structure.
  • the spacing (“pitch”) between two consecutive mesas ranges, for example, from 50 nm to 20 ⁇ m.
  • the doped layer 13 is selectively porosified (FIG. 1F).
  • the porosification takes place throughout the doped layer 13: in the part of the layer which forms part of the mesas and in the part of the layer which is in contact with the underlying GaN layer 12.
  • This step can be carried out according to the following sub-steps:
  • the doped layer 13 plays the role of working electrode (WE).
  • WE working electrode
  • the counter-electrode is made of an electrically conductive material, such as for example a metal such as platinum.
  • the electrodes are immersed in an electrolyte, also called electrolytic bath or electrolytic solution.
  • the electrolyte can be acidic or basic.
  • the electrolyte is, for example, oxalic acid. It can also be KOH, HF, HNOs, NaNOs or H2SO4.
  • the voltage applied between the device and the counter-electrode can range from 1 to 100V. It is applied, for example, for a period ranging from a few seconds to several hours.
  • the porosification is complete when there is no more current at imposed potential. At this point, the entire doped structure is porosified and the electrochemical reaction stops.
  • the porosification takes place in the entire volume of the doped In(x)GaN layer 13.
  • the degree of porosity of the doped In(x)GaN layer 13 can be between 0 and 70%, it is preferably at least 10% (for example 10% to 50%). It preferably ranges from 25% to 50%. For example, one can obtain a degree of porosification of 25% for an n-doped 2D GaN layer at
  • the largest dimension (the height) of the pores can vary from a few nanometers to a few micrometers.
  • the smallest dimension (the diameter) can vary from a few nanometers to a hundred nanometers, in particular from 30 to 70 nm.
  • the porosification obtained depends on the doping of the doped In(x)GaN layer 13 of the mesas and on the process parameters (voltage applied, duration, nature and concentration of the electrolyte, post- chemical treatment or annealing). The variation of the porosification makes it possible to control the rate of incorporation/segregation.
  • the porosification, and in particular the size of the pores may vary subsequently, during the resumption of epitaxy as a function of the temperature applied.
  • a pseudo-substrate is obtained comprising porosified mesas comprising a porosified layer 13 and a relaxed dense epitaxy recovery layer 14 (FIG. 1F).
  • step d structures of LEDs 100, 200, 300 are re-epitaxed on the epitaxy recovery layers 14 of the mesas to form the matrix of red, green, blue pixels.
  • the resumption of growth takes place vertically above the mesas: the pixels correspond to the underlying mesas.
  • the pixel array is formed of a first set of blue color mesas, a second set of green color mesas, and a third set of red color mesas. Three epitaxies are carried out to form the three LED colors.
  • the following steps will be carried out for the first LED structure 100: deposition of a mask, structuring of the mask by etching to locally open the mask, deposition of the first LED structure 100.
  • a dielectric layer ('liner') is deposited which is opened locally in order to be able to deposit the LED structure.
  • 'liner' is meant a layer having an improved conformance making it possible to also cover the vertical flanks as well as the inward and outward angles (the corners of the mesas).
  • step d) comprises the following sub-steps:
  • first dielectric layer 23 preferably in SiN having, for example, a thickness of 100nm (FIG. 1K), - locally etching the first dielectric layer 23 at the level of a second zone Z2 opposite the second series of mesas to make it accessible (figure IL),
  • a second dielectric layer 24 preferably in SiN having, for example, a thickness of lOOnm (figure IN),
  • a wet chemistry can be chosen, with a solution of hydrofluoric acid (HF) for a Si02 mask.
  • LEDs 100 it is possible to choose different structures of LEDs 100 (FIGS. 2A and 2B).
  • GaN:Si layer 101 having for example a thickness less than
  • an active zone 104 formed of multiple quantum wells (MQ.Ws), formed of 5 x lno , i 5Gao , 85N / GaN (thicknesses 2.5 nm / 10 nm),
  • Such a structure 100 is simple to grow epitaxially.
  • ln(xi)GaN 111 with xi of 0 to 3%, for example 3%, having for example a thickness of 50 to 200 nm,
  • n 112 a layer of InGaN doped n 112 formed of 15 x lno , o3Gao , 97N / GaN (thicknesses 22nm / 1.8 nm) or formed of a single buffer layer of lno , o3Gao , 97N doped n, from 400 to 500nm thick for example,
  • an active zone 113 formed of multiple quantum wells (MQ.Ws), formed of 5 x Ino.isGao.ssN / lno , o3Gao , 97N (thicknesses 2.5 nm / 6 nm),
  • a predominantly GaN-based structure is easy to control during epitaxy.
  • an all-InGaN LED 200 structure suitable for epitaxy on relaxed InGaN comprises for example from the epitaxy recovery layer (FIG. 3):
  • a layer of InGaN doped n 202 formed of 15 x lno , osGao , 92N / GaN (thicknesses 22nm / 1.8 nm) or formed of a single buffer layer of lno , osGao , 92N doped n, from 400 to 500nm thick for example,
  • an active zone 203 formed of multiple quantum wells (MQ.Ws), formed of 5 x lno , 25Gao , 75N / lno , osGao , 92N (thicknesses 2.5 nm / 6 nm),
  • the re-epitaxial stack comprises for example from the epitaxy recovery layer (FIG. 4):
  • n-doped InGaN 302 formed of 15 x Ino.isGao.ssN / GaN (thicknesses 22nm / 1.8 nm) or formed of a single buffer layer of n-doped Ino.isGao.ssN, from 400 to 500nm thick for example,
  • an active zone 303 formed of multiple quantum wells (MQ.Ws), formed of 5 x lno , 4oGao , 6oN / Ino.isGao.ssN (thicknesses 2.5 nm / 6 nm),
  • a native emission matrix is obtained emitting at at least two different wavelengths.
  • a native emission matrix emitting at at least three different wavelengths (preferably an RGB matrix) is described below in more detail.
  • the matrix includes:
  • a base structure 10 successively comprising a substrate 11, a layer of GaN 12, a layer of ln(x)GaN doped 13 with x from 0 to 8% and an epitaxy recovery layer in ln(x)GaN unintentionally doped 14,
  • the mesas comprising a part of the doped In(x)GaN layer 13 and the recovery layer of unintentionally doped ln(x)GaN epitaxy 14, the doped ln(x)GaN layer 13 being porosified, the first series of mesas being covered by a first structure of LEDs 100 to form a first series of blue LEDs, the second series of mesas being covered by a second structure of LEDs 200 to form a second series of red LEDs, and the third series of mesas being covered by a third structure of LEDs 300 to form a third series of green LEDs.
  • the LED structures 100, 200, 300 of the RGB pixels of the matrix are hexagonal (FIG. 5 for an equilateral hexagon). Hexagons can have sides of the same length or of different lengths ('flattened' hexagons). Such patterns make it possible to take into account the growth rates of InGaN or GaN both in the a plane and in the m plane.
  • Figure 6 represents a 20pm side mesa.
  • a base structure 10 comprising:
  • n-doped ln(x)GaN layer 13 (for example at 6.10 18 /cm 3 ) with x between 0 and 5%, from 800 nm to lpm thick,
  • the dimensions of the mesas obtained are from 500 nm to 10 ⁇ m.
  • the controlled etching makes it possible to stop in the doped In(x)GaN layer. For example, a chlorinated etching will be used. Then the mask 21 is removed.
  • a base structure 10 is obtained with mesas.
  • the porosification is then carried out by electrochemical anodization of the ln(x)GaN mesas in an electrolytic solution comprising from 0.1 mol/L to 0.5 mol/L of oxalic acid, for example 0.2 mol/L.
  • the applied voltage is 24V.
  • the degree of porosification obtained is, for example, 30 to 40%.
  • Annealing can then be carried out, for example, at 900°C.
  • the three LED structures 100, 200, 300 are formed according to the following steps:
  • CMP chemical-mechanical polishing
  • - deposit a layer of dielectric 23 ('liner') for example a layer of SiN of lOOnm,
  • an n-doped InGaN layer 202 formed of 15 x lno , osGao , 92N / GaN (thicknesses 22nm / 1.8 nm) or formed of a single buffer layer of lno , osGao , 92N doped n, 400 to 500 nm thick for example, an active zone 203 formed of wells multiple quantum (MQ.Ws), formed of 5 x lno , 25Gao , 75N/lno , osGao , 92N (thicknesses 2.5nm/6 nm), a spacer layer of lno , osGao , 92N not intentionally doped with 204 for example lOnm thick, a
  • an n-doped InGaN layer 302 formed of 15 x lno ,i 5Gao , 85N/GaN (thicknesses 22nm/1.8 nm) or formed of a single buffer layer of Ino ,i 5Gao , 85N doped n, 400 to 500nm thick for example, an active area 303 formed multiple quantum wells (MQ.Ws), formed of 5 x lno , 4oGao , 6oN / lno ,i 5Gao , 85N (thicknesses 2.5nm / 6 nm), a spacer layer of lno ,i 5Gao , 85N unintentionally doped with 304, for example lOnm thick, a layer of GaN:

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Abstract

Procédé pour fabriquer une matrice à émission native comprenant les étapes suivantes : a) fournir une structure de base (10) comprenant successivement un substrat (11), une couche de GaN (12), une couche d'In(x)GaN dopée (13) avec x de 0 à 8% et une couche de reprise d'épitaxie en In(x)GaN non intentionnellement dopée (14), b) structurer des mésas dans la structure de base, les mésas comprenant une partie de la couche d'In(x)GaN dopée (13) et la couche de reprise d'épitaxie en In(x)GaN non intentionnellement dopée (14), moyennant quoi les mésas sont interconnectées électriquement entre elles, c) porosifier par voie électrochimique la couche d'In(x)GaN dopée (13), d) réaliser une première structure LED (100) et une deuxième structure LED (200) sur les mésas, moyennant quoi on obtient une première LED et une deuxième LED ayant, respectivement une première et une deuxième longueur d'onde d'émission, et on forme une matrice à émission native.

Description

PROCEDE POUR FABRIQUER UNE MATRICE A EMISSION NATIVE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention se rapporte au domaine général des micro-écrans couleur.
L'invention concerne un procédé pour fabriquer une matrice à émission native.
L'invention concerne également une matrice à émission native ainsi obtenue.
L'invention trouve des applications dans de nombreux domaines industriels, et notamment dans le domaine des micro-écrans couleur à base de micro- LEDs au pas inférieur à 10 pm.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Les micro-écrans couleurs comprennent des pixels bleus, verts et rouges
(pixels RGB).
Les pixels bleus et verts peuvent être fabriqués à base de matériaux nitrures et les pixels rouges à base de matériaux phosphores. Pour combiner sur le même substrat ces trois types de pixels, la technique dite de « pick and place » est généralement utilisée. Cependant, dans le cas des micro-écrans avec des pixels inférieurs à 10 pm, cette technique ne peut plus être utilisée à cause, non seulement, des problèmes d'alignement, mais aussi du temps nécessaire pour réaliser une telle technique à cette échelle.
Une autre solution consiste à réaliser la conversion de couleurs avec des boîtes quantiques (QD pour « Quantum Dot » en langue anglaise) ou des nanophosphores. Cependant, le contrôle du dépôt de ces matériaux sur des pixels de faibles dimensions est difficile et leur tenue au flux n'est pas suffisamment robuste.
Il est donc crucial de pouvoir obtenir les trois pixels RGB de façon native avec la même famille de matériaux et sur le même substrat. Pour cela, l'InGaN est le matériau le plus prometteur. Ce matériau peut, en effet, théoriquement couvrir tout le spectre visible en fonction de sa concentration en indium. Les micro-LEDs bleues à base d'InGaN montrent déjà une luminance élevée, bien supérieure à leurs homologues organiques. Pour émettre à des longueurs d'onde dans le vert, les puits quantiques (P s) de la LED doivent contenir au moins 25% d'indium et pour une émission dans le rouge, il est nécessaire d'avoir au moins 35% d'indium. Malheureusement, la qualité du matériau InGaN au-delà de 20% d'In est dégradée en raison de la faible miscibilité de l'InN dans le GaN, mais aussi en raison de la forte contrainte compressive inhérente à la croissance de la zone active InGaN sur GaN.
Il est donc essentiel de pouvoir réduire la contrainte globale dans les structures à base de GaN/InGaN.
Pour remédier à cette problématique, plusieurs solutions ont été envisagées.
Une première solution consiste à former des nanostructures, comme des nanofils ou des pyramides, pour pouvoir relaxer les contraintes par les bords libres. La croissance des nanofils axiaux peut être réalisée par épitaxie par jets moléculaires (ou MBE pour Molecular Beam Epitaxy »). En pratique, la faible température de croissance utilisée en croissance par MBE conduit à des faibles rendements quantiques internes (IQ.E). Les pyramides permettent de courber les dislocations. En particulier, les pyramides complètes ont des plans semi-polaires favorables à l'incorporation d'In et à la réduction du champ électrique interne de la zone active. Pour des pyramides tronquées, les faces tronquées permettent une croissance des puits quantiques sur le plan c, ce qui conduit à une émission plus homogène par rapport à une émission le long des plans semi-polaires d'une pyramide complète. Alternativement, la croissance peut aussi se faire en planaire sur des plans autres que la face c de la structure wurtzite comme la croissance sur les plans semi-polaires qui sont plus favorables à l'incorporation d'In.
Une autre solution consiste à réduire les contraintes dans la zone active de la structure LED en utilisant un substrat ou pseudo-substrat avec un paramètre de maille plus proche du paramètre de maille de l'alliage InGaN des puits quantiques. Ainsi, même avec une configuration planaire, on peut augmenter le taux d'incorporation d'In dans l'lnGaN. Il a été montré que, lorsque le paramètre de maille du substrat augmente, le champ électrique interne est réduit par comparaison à une couche contrainte de même concentration en In et les émissions des puits quantiques sont décalées vers le rouge [1]. La couche relaxée d'InGaN obtenue permet de faire croître une hétérostructure lll-N par épitaxie en phase vapeur aux organométalliques (ou MOVPE pour « metalorganic vapor phase epitaxy »). Cependant, à ce jour, à notre connaissance, le seul substrat ayant permis cette démonstration est le pseudo-substrat InGaNOS de Soitec obtenu par la technique de Smart Cut™.
Une autre solution pour réduire les contraintes globales dans les structures LEDs à base de GaN/InGaN consiste à porosifier la couche de GaN. Dans la référence [2], on prépare dans un premier temps un empilement comprenant un substrat en saphir recouvert par une couche de GaN non intentionnellement dopée (GaN nid) et une couche de GaN dopée n+. La couche de GaN dopée joue le rôle d'anode et un fil de platine joue le rôle de cathode. La porosification électrochimique est réalisée dans une solution d'acide oxalique (0,2M) en appliquant une tension de 15V pendant 30min-puis sous rayonnement ultra-violet dans une solution de KOH (0,06M) à 9V pendant 30min. La couche porosifiée de GaN ainsi obtenue permet de faire croître une structure LED à puits quantiques multiples (MQ.Ws pour « multiple quantum wells ») composée d'une couche de GaN n+, cinq puits quantiques (PQ.) GaN/InGaN et une couche de contact GaN p. La relaxation importante des contraintes conduit à de meilleures propriétés électriques et optiques, notamment en ce qui concerne la photoluminescence (PL).
Cependant, la qualité cristalline de la couche de GaN de la LED dépend du diamètre des pores et de la porosité de la couche de GaN porosifiée, ainsi que de l'épaisseur recherchée. Il est donc nécessaire de trouver les paramètres adéquats à chaque fois, ce qui complique l'industrialisation du procédé.
La fabrication d'une couche d'InGaN épitaxiée relaxée à partir d'un substrat GaN/InGaN et la fabrication d'une couche d'InGaN épitaxiée relaxée sur des mésas d'InGaN ont été réalisées avec des procédés mettant en œuvre une porosification électrochimique. L'étape de porosification est mise en œuvre pleine plaque grâce à différents reports [3,4]. EXPOSÉ DE L'INVENTION
Un but de la présente invention est de proposer un procédé remédiant au moins en partie aux inconvénients de l'art antérieur, et permettant d'obtenir une structure GaN/InGaN au moins partiellement voire totalement relaxée, pour fabriquer une matrice à émission native et plus particulièrement une matrice RGB (« Red Green Blue ») ayant des pixels rouge vert bleu.
Pour cela, la présente invention propose un procédé pour fabriquer une matrice à émission native comprenant les étapes suivantes : a) fournir une structure de base comprenant successivement un substrat, une couche de GaN de préférence non intentionnellement dopée, une couche d'ln(x)GaN dopée avec x de 0 à 8% et une couche de reprise d'épitaxie en ln(x)GaN non intentionnellement dopée, b) structurer des mésas dans la structure de base, les mésas comprenant une partie de la couche d'ln(x)GaN dopée et la couche de reprise d'épitaxie en ln(x)GaN non intentionnellement dopée, moyennant quoi les mésas sont interconnectées électriquement entre elles par la couche d'ln(x)GaN dopée, c) porosifier par voie électrochimique la couche d'ln(x)GaN dopée, d) réaliser, avantageusement par épitaxie, une première structure LED sur une première mésa, une deuxième structure LED sur deuxième mésa, une troisième structure LED sur une troisième mésa, moyennant quoi on obtient, respectivement, une première LED ayant une première longueur d'onde d'émission, par exemple bleue, une deuxième LED ayant une deuxième longueur d'onde d'émission, par exemple rouge, et on forme une matrice à émission native.
L'invention se distingue fondamentalement de l'art antérieur par l'utilisation d'un pseudo-substrat comprenant des mésas poreuses et par la mise en œuvre d'au moins deux épitaxies successives pour épitaxier séparément au moins deux structures de micro-LEDs.
La couche de reprise d'épitaxie va guider le niveau de relaxation de chacune des mésas de façon à avoir le niveau de relaxation idéal pour chaque structure de LED. L'utilisation de mésas poreuses favorise l'incorporation d'In pour, notamment, obtenir une émission rouge efficace.
De plus, la structure de chacune des micro-LEDs est totalement adaptée à la longueur d'onde visée, ce qui permet de maximiser le rendement quantique externe (EQE).
Avantageusement, la couche de GaN a une épaisseur comprise entre lOOnm et 6pm et/ou la couche d'ln(x)GaN dopée a une épaisseur comprise entre lOOnm et lpm, voire jusqu'à quelques micromètres, et/ou la couche de reprise d'épitaxie en ln(x)GaN non intentionnellement dopée a une épaisseur comprise entre lOnm et 200nm. Plusieurs masquages successifs sont mis en œuvre pour réaliser les épitaxies.
Avantageusement, la première structure LED comprend une première couche d'ln(xi)GaN en contact avec la couche de reprise d'épitaxie de la première mésa, avec xi une valeur choisie de telle sorte que l'état de contrainte de cette couche soit adaptée à la première structure LED.
Avantageusement, la deuxième structure LED comprend une première couche d'ln(x2)GaN en contact avec la couche de reprise d'épitaxie de la deuxième mésa, avec X2 une valeur choisie de telle sorte que l'état de contrainte de cette couche soit adaptée à la deuxième structure LED.
Selon une variante de réalisation particulièrement avantageuse, lors de l'étape d), on réalise une troisième structure LED sur une troisième mésa, moyennant quoi on obtient une troisième LED ayant une troisième longueur d'onde d'émission, par exemple verte, et on forme, avantageusement, une matrice RGB.
Avantageusement, la troisième structure LED comprend une première couche d'ln(x3)GaN en contact avec la couche de reprise d'épitaxie de la troisième mésa, avec X3 une valeur choisie de telle sorte que l'état de contrainte de cette couche soit adaptée à la troisième structure LED.
Par un état de contrainte d'une couche adapté à la structure LED, on entend que la quantité d'indium est choisie en fonction de la longueur d'onde désirée de manière à améliorer la qualité du matériau et d'arriver à incorporer plus d'indium dans les puits. Avantageusement, xi a une valeur choisie dans la gamme allant de 0 à 3%, et/ou X2 a une valeur choisie dans la gamme allant de 5 à 8%, et/ou X3 a une valeur choisie dans la gamme allant de 10 à 15%.
De manière encore plus avantageuse :
- la première structure LED comprend la première couche d'ln(xi)GaN avec xi une valeur choisie dans la gamme allant de 0 à 3% (par exemple 3%), des puits quantiques lno,i5Gao,85N/lno,o3Gao,97N et une couche de GaN dopée p, et/ou
- la deuxième structure LED comprend la première couche d'ln(x2)GaN avec X2 une valeur choisie dans la gamme allant de 5 à 8% (par exemple 8%), des puits quantiques lno,25Gao,75N/lno,osGao,92N et une couche d'InGaN dopée p, et/ou
- la troisième structure LED comprend la première couche d'ln(x3)GaN avec X3 une valeur choisie dans la gamme allant de 10 à 15% (par exemple 15%), des puits quantiques lno,4oGao,6oN/lno,i5Gao,85N et une couche d'InGaN dopée p.
Avantageusement, la première couche de la première structure LED, et/ou la première couche de la deuxième structure LED et/ou la première couche de la troisième structure LED a une épaisseur comprise entre 50 et 200nm.
Les LEDs RGB sont, avantageusement, formées grâce à trois masquages et épitaxies successifs.
Avantageusement, l'étape d) comporte les sous-étapes suivantes :
- former un premier masque, par exemple en Si02 ou SiN, sur la deuxième série de mésas et sur la troisième série de mésas.
- réaliser la première structure LED par épitaxie sur la première série de mésas. moyennant quoi on obtient la première série de LED bleue.
- déposer une première couche diélectrique, de préférence, en SiN ayant, par exemple, une épaisseur de lOOnm.
- graver localement la première couche diélectrique en regard de la deuxième série de mésas pour la rendre accessible.
- réaliser la deuxième structure de LED par épitaxie sur la deuxième série de mésas, moyennant quoi on forme la deuxième série de LED verte. - déposer une deuxième couche diélectrique, de préférence, en SiN ayant, par exemple, une épaisseur de lOOnm.
- graver localement la deuxième couche diélectrique en regard de la troisième série de mésas pour la rendre accessible.
- réaliser la troisième structure de LED par épitaxie sur la troisième série de mésas, moyennant quoi on forme la troisième série de LED rouge.
- retirer le masque, la première couche diélectrique et la deuxième couche diélectrique.
Avantageusement, les mésas présentent des bords parallèles aux plans m du GaN épitaxié. Elles ont de préférence une forme hexagonale. Elles peuvent également avoir une forme équilatérale. Elles peuvent également avoir une forme aplatie. Plus particulièrement, la plus grande diagonale est alignée parallèlement aux plans m des couches InGaN dopé et intrinsèque. Par exemple sur substrat Saphir, la plus grande diagonale est alignée parallèlement au méplat d'une plaque 4”. Une telle forme limite voire évite des surcroissances pouvant entraîner de court-circuits et/ou les phénomènes de délamination.
Le procédé présente de nombreux avantages :
- il est simple à mettre en œuvre.
- la structuration en mésa additionnée à la porosification des mésas apportent l'effet de compliance,
- il conduit à une relaxation partielle ou totale des contraintes et diminue la polarisation piézo-électrique par comparaison à une couche contrainte de même concentration en In.
- il permet une approche dite « bottom up » pour la fabrication de pLED et pdisplay : la croissance des structures optiques (N, Q.W, P) est réalisée après pixélisation en mésa, quel que soit la taille des pixels, et permet de s'affranchir des problèmes d'alignement comme pour le procédé « pick and place » ; de plus, il n'y a pas d'impact du procédé de gravure des pixels sur l'efficacité des micro-LEDs par création de défauts non-radiatifs, ce qui rend possible la réalisation de pixel micrométrique, - le procédé ne nécessite pas d'étape de report pour réaliser la porosification.
- il conduit à l'obtention de micro-LEDs RGB épitaxiées sur le même substrat.
L'invention concerne également une matrice à émission native comprenant :
- une structure de base comprenant successivement un substrat, une couche de GaN de préférence non intentionnellement dopée, une couche d'ln(x)GaN dopée avec x de 0 à 8% et une couche de reprise d'épitaxie en ln(x)GaN non intentionnellement dopée,
- une première mésa et une deuxième mésa formées dans la structure de base, les mésas comprenant une partie de la couche d'ln(x)GaN dopée et la couche de reprise d'épitaxie en ln(x)GaN non intentionnellement dopée, la couche d'ln(x)GaN dopée étant porosifiée, la première mésa étant recouverte par une première structure de LED pour former une première LED, ayant une première longueur d'onde d'émission, par exemple bleue, la deuxième mésa étant recouverte par une deuxième structure de LED pour former une deuxième série de LED, ayant une deuxième longueur d'onde d'émission, par exemple rouge.
Avantageusement, la matrice comprend une troisième mésa recouverte par une troisième structure LED, ayant une troisième longueur d'onde d'émission, par exemple verte, de manière à former avantageusement, une matrice RGB.
Avantageusement, la première structure LED comprend une première couche d'ln(xi)GaN en contact avec la couche de reprise d'épitaxie de la première série de mésas, avec xi une valeur choisie dans la gamme allant de 0 à 3%, et/ou la deuxième structure LED comprend une première couche d'ln(x2)GaN en contact avec la couche de reprise d'épitaxie de la deuxième série de mésas, avec X2 une valeur choisie dans la gamme allant de 5 à 8%, et/ou la troisième structure LED comprend une première couche d'ln(x3)GaN en contact avec la couche de reprise d'épitaxie de la troisième série de mésas, avec X3 une valeur choisie dans la gamme allant de 10 à 15%.
Avantageusement, la première structure LED comprend la première couche d'ln(xi)GaN avec xi une valeur choisie dans la gamme allant de 0 à 3%, par exemple 3%, des puits quantiques lno,i5Gao,85N/lno,o3Gao,97N et une couche de GaN dopée p, et/ou la deuxième structure LED comprend la première couche d'ln(x2)GaN avec X2 une valeur choisie dans la gamme allant de 5 à 8%, par exemple 8%, des puits quantiques lno,25Gao,75N/lno,o8Gao,92N et une couche d'InGaN dopée p, et/ou la troisième structure LED comprend la première couche d'ln(x3)GaN avec X3 une valeur choisie dans la gamme allant de 10 à 15%, par exemple 15%, des puits quantiques des puits quantiques lno,4oGao,6oN/lno,i5Gao,85N et une couche d'InGaN dopée p.
Avantageusement, la première couche de la première structure LED, et/ou la première couche de la deuxième structure LED et/ou la première couche de la troisième structure LED a une épaisseur comprise entre 50 et 200nm. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront du complément de description qui suit.
Il va de soi que ce complément de description n'est donné qu'à titre d'illustration de l'objet de l'invention et ne doit en aucun cas être interprété comme une limitation de cet objet. 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 IA à 1Q. représentent, de manière schématique et en coupe, différentes étapes d'un procédé de fabrication d'une matrice RGB selon un mode de réalisation particulier de l'invention.
Les figures 2A et 2B représentent, de manière schématique et en coupe, différentes structures LED bleues selon différents modes de réalisation particuliers de l'invention. La figure 3 représente de manière schématique et en coupe une structure LED verte selon un mode de réalisation particulier de l'invention.
La figure 4 représente de manière schématique et en coupe une structure LED rouge selon un mode de réalisation particulier de l'invention.
La figure 5 représente de manière schématique et en vue de dessus une matrice RGB comprenant des pixels de forme hexagonale selon un mode de réalisation particulier de l'invention.
La figure 6 est un cliché obtenu au microscope électronique à balayage de mésas GaN en carrés de 20pm de côté.
La figure 7 est un cliché obtenu au microscope électronique à balayage d'une couche de GaN de 2pm d'épaisseur épitaxiée sur les mésas de la figure 6 ; on remarque la désymétrisation du motif qui passe d'un motif carré à un motif de type hexagone.
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.
En outre, dans la description ci-après, des termes qui dépendent de l'orientation, tels que « dessus », «dessous », etc., d'une structure s'appliquent en considérant que la structure est orientée de la façon illustrée sur les figures.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Bien que cela ne soit aucunement limitatif, l'invention trouve particulièrement des applications pour fabriquer un dispositif multi-spectral, par exemple des LEDs de différentes couleurs de façon simplifiée, ou un micro-écran (« micro display ») multi-couleurs.
Par la suite, nous allons plus particulièrement décrire le procédé de fabrication d'une matrice à émission native de type RGB (i.e. avec trois longueurs d'onde d'émission différentes), mais le procédé peut s'appliquer à toute matrice ayant au moins deux longueurs d'onde d'émission différentes.
En faisant référence aux figures IA à 1Q., nous allons maintenant décrire un procédé de fabrication d'une matrice RGB selon un mode de réalisation particulier. Ce procédé met en œuvre les étapes suivantes : a) fournir une structure de base 10 comprenant successivement un substrat 11, une couche de GaN de préférence non intentionnellement dopée 12, une couche d'ln(x)GaN dopée 13 avec x de 0 à 8% et une couche de reprise d'épitaxie en ln(x)GaN non intentionnellement dopée 14 (figure IA),
- avantageusement, déposer un masque (figure IB) puis le graver localement (figure IC), b) structurer des mésas dans la structure de base 10, les mésas comprenant une partie de la couche d'ln(x)GaN dopée 13 et la couche de reprise d'épitaxie en ln(x)GaN non intentionnellement dopée 14, moyennant quoi les mésas sont interconnectées électriquement entre elles par la couche d'ln(x)GaN dopée 13 (figure 1D), puis le cas échéant retirer le masque (figure 1E), c) porosifier par voie électrochimique la couche d'ln(x)GaN dopée 13
(figure 1F), d) réaliser une première structure LED 100 sur une première série de mésas, une deuxième structure LED 200 sur deuxième série de mésas, une troisième structure LED 300 sur une troisième série de mésas, moyennant quoi on obtient, respectivement, une première série de LED bleue, une deuxième série de LED rouge, une troisième série de LED verte et on forme une matrice RGB (figures 1G-1Q.).
Les structures LED sont, avantageusement, formées sur des séries de mésas pour obtenir des séries de LEDs de différentes couleurs, mais le procédé peut être réalisé pour former chaque structure LED sur une seule mésa.
La structure de base 10 comprend, et de préférence est constituée de (figure IA) :
- un substrat 11,
- une couche de GaN de préférence non intentionnellement dopée 12, - une couche d'ln(x)GaN dopée 13 avec x une valeur choisie dans la gamme allant de 0 à 8%,
- une couche de reprise d'épitaxie en ln(x)GaN non intentionnellement dopée 14 avec x une valeur choisie dans la gamme allant de 0 à 8%.
Le substrat 11 est par exemple en saphir ou en silicium. Il a une épaisseur par exemple entre 250pm-1500pm.
La couche de GaN 12 est une couche de préférence non intentionnellement dopée (nid) pour ne pas être porosifiée. Elle a une épaisseur par exemple entre lOOnm et 6pm. Par exemple, la couche 12 peut avoir une épaisseur jusqu'à 4 pm pour du GaN classique sur saphir, et jusqu'à 6 pm sur saphir patterné (PSS).
La couche d'ln(x)GaN dopée 13 a un taux d'In x entre 0% et 8%. Il peut donc s'agir d'une couche de GaN ou d'une couche d'InGaN. Elle est, par exemple, dopée N entre 1.1018/cm3 et 2.1019/cm3, par exemple de 3.1018cm 3 à l,5.1019cm 3, de préférence de 6.1018cm 3 à l,5.1019cm 3. Il est possible de réaliser le dopage de la couche d'ln(x)GaN, par exemple, par épitaxie ou par implantation de silicium (Si(n)) ou par implantation de magnésium (Mg (p)). Cette couche dopée est électriquement conductrice et peut être porosifiée lors de l'étape c). Elle a, de préférence, une épaisseur comprise entre lOOnm et lpm, par exemple entre 800nm et lpm.
La couche de reprise d'épitaxie en ln(x)GaN est non intentionnellement dopée 14. Elle a un taux d'In x entre 0% et 8%. Il peut donc s'agir d'une couche de GaN ou d'une couche d'InGaN. Elle a par exemple une épaisseur entre lOnm et 200nm, de préférence entre 50 et 200nm. Cette couche non dopée est électriquement isolante et n'est pas porosifiée lors de l'étape c).
Lors de l'étape b), on structure des mésas dans la structure de base 10.
Les mésas, aussi appelées élévations, sont des éléments en relief. Elles sont obtenues, par exemple, par gravure d'une couche continue ou de plusieurs couches continues superposées, de manière à ne laisser subsister qu'un certain nombre de "reliefs" de cette couche ou de ces couches. La gravure est généralement une gravure plasma (ou gravure sèche). Les mésas peuvent être formées dans la structure de base, par exemple, par photolithographie (figures 1B-1D). On utiliser avantageusement un masque 21 en S1O2. Les reliefs permettent de définir des pixels.
La gravure contrôlée des mésas permet de s'arrêter dans la couche de d'ln(x)GaN dopée. Autrement dit, la couche d'ln(x)GaN dopée est partiellement gravée de manière à assurer la conduction électrique lors de la porosification électrochimique.
De préférence, les flancs des mésas sont perpendiculaires à cet empilement de couches.
Les mésas peuvent être de forme carrée. Les dimensions (largeur et longueur) des mésas vont, par exemple, de 500nm à 500pm.
Avantageusement, elles peuvent être de forme hexagonale, avec par exemple une plus grande dimension comprise entre 500nm et 500pm. L'utilisation de mésas hexagonales conduit à la formation de structure LED de forme hexagonale.
L'espacement (« pitch ») entre deux mésas consécutives va, par exemple, de 50nm à 20pm.
Lors de l'étape c), on porosifie sélectivement la couche dopée 13 (figure 1F). La porosification a lieu dans toute la couche dopée 13 : dans la partie de la couche qui fait partie des mésas et dans la partie de la couche qui est en contact avec la couche de GaN 12 sous-jacente.
Cette étape peut être réalisée selon les sous-étapes suivantes :
- relier électriquement la couche électriquement conductrice d'ln(x)GaN dopée 13 de la structure de base 10 et une contre-électrode à un générateur de tension ou de courant,
- plonger la structure de base 10 et la contre-électrode dans une solution électrolytique,
- appliquer une tension ou un courant entre la couche électriquement conductrice en GaN dopée et la seconde électrode de manière à porosifier la couche d'ln(x)GaN dopée 13.
Lors de l'étape d'anodisation, la couche dopée 13, continue et commune à tous les mésas, joue le rôle d'électrode de travail (WE). Par la suite, on le dénommera générateur de tension, mais il pourrait s'agir d'un générateur de courant permettant d'appliquer un courant entre le dispositif et la contre-électrode.
La contre-électrode est en un matériau électriquement conducteur, comme par exemple un métal tel que le platine.
Les électrodes sont plongées dans un électrolyte, aussi appelé bain électrolytique ou solution électrolytique. L'électrolyte peut être acide ou basique. L'électrolyte est, par exemple, de l'acide oxalique. Il peut également s'agir de KOH, HF, HNOs, NaNOs ou H2SO4.
La tension appliquée entre le dispositif et la contre-électrode peut aller de 1 à 100V. Elle est appliquée, par exemple, pendant une durée allant de quelques secondes à plusieurs heures. La porosification est complète lorsqu'il n'y a plus de courant à potentiel imposé. A ce moment-là, toute la structure dopée est porosifiée et la réaction électrochimique s'arrête.
Avantageusement, la porosification a lieu dans tout le volume de la couche d'ln(x)GaN dopée 13.
A l'issue de l'étape de porosification, le taux de porosité de la couche d'ln(x)GaN dopée 13 peut être compris entre 0 et 70%, il est de préférence d'au moins 10% (par exemple de 10% à 50%). Il va de préférence de 25% à 50%. Par exemple, on peut obtenir un degré de porosification de 25% pour une couche GaN 2D dopée n à
6.1018/cm3.
La plus grande dimension (la hauteur) des pores peut varier de quelques nanomètres à quelques micromètres. La plus petite dimension (le diamètre) peut varier de quelques nanomètres à une centaine de nanomètres, en particulier de 30 à 70nm.
La porosification obtenue (taux de porosité et taille des pores) dépend du dopage de la couche d'ln(x)GaN dopée 13 des mésas et des paramètres du procédé (tension appliquée, durée, nature et concentration de l'électrolyte, post-traitement chimique ou recuit). La variation de la porosification permet de contrôler le taux d'incorporation / ségrégation. La porosification, et en particulier, la taille des pores, pourra varier ultérieurement, lors de la reprise d'épitaxie en fonction de la température appliquée. A l'issue de l'étape c), on obtient un pseudo-substrat comprenant des mésas porosifiées comprenant une couche porosifiée 13 et une couche de reprise d'épitaxie dense relaxée 14 (figure 1F).
Lors de l'étape d), on ré-épitaxie des structures de LEDs 100, 200, 300 sur les couches de reprise d'épitaxie 14 des mésas pour former la matrice de pixels rouge, vert, bleu. La reprise de croissance se fait verticalement au-dessus des mésas : les pixels correspondent aux mésas sous-jacentes. La matrice de pixels est formée d'une première série de mésas pour la couleur bleue, une deuxième série de mésas pour la couleur verte et une troisième série de mésas pour la couleur rouge. Trois épitaxies sont réalisées pour former les trois couleurs de LED.
Avantageusement, on réalisera pour la première structure LED 100, les étapes suivantes : dépôt d'un masque, structuration du masque par gravure pour ouvrir localement le masque, dépôt de la première structure LED 100.
Avantageusement, pour réaliser la deuxième structure LED 200 et/ou la troisième structure LED 300, on dépose une couche diélectrique ('liner') que l'on ouvre localement pour pouvoir déposer la structure LED. Par 'liner', on entend une couche ayant une conformité améliorée permettant de recouvrir également les flancs verticaux ainsi que les angles rentrants et sortants (les coins des mésas).
A titre illustratif, l'étape d) comporte les sous-étapes suivantes :
- former un premier masque 22, par exemple en Si02 ou SiN, sur les mésas (figure IG),
- éventuellement planariser la surface du masque 21 (figure 1H),
- graver localement le masque au niveau d'une première zone ZI recouvrant une première série de mésas (figure 11)
- réaliser une épitaxie d'une première structure de LED 100 sur la première série de mésas, moyennant quoi on obtient une première série de LED bleue (figure U),
- déposer pleine plaque une première couche diélectrique 23 (« liner »), de préférence, en SiN ayant, par exemple, une épaisseur de lOOnm (figure 1K), - graver localement la première couche diélectrique 23 au niveau d'une deuxième zone Z2 en regard de la deuxième série de mésas pour la rendre accessible (figure IL),
- réaliser une épitaxie d'une deuxième structure de LED 200 sur la deuxième série de mésas, moyennant quoi on forme une deuxième série de LED verte (figure IM),
- déposer pleine plaque une deuxième couche diélectrique 24 (« liner »), de préférence, en SiN ayant, par exemple, une épaisseur de lOOnm (figure IN),
- graver localement la deuxième couche diélectrique 24 au niveau d'une troisième zone Z3 en regard de la troisième série de mésas pour la rendre accessible (figure 10),
- réaliser une épitaxie d'une troisième structure de LED 300 sur la troisième série de mésas, moyennant quoi on forme une troisième série de LED rouge (figure IP),
- retirer le masque 22, la première couche diélectrique 23 et la deuxième couche diélectrique 24 (figure 1Q.) ; par exemple pour retirer le masque 21, on pourra choisir une chimie par voie humide, avec une solution d'acide fluorhydrique (HF) pour un masque en Si02.
Pour obtenir des LEDs bleues, on pourra choisir différentes structures de LED 100 (figures 2A et 2B).
Pour une structure de base 10 de type GaN (i.e. x égal à 0), on pourra choisir par exemple un empilement réépitaxié comprenant successivement depuis la couche de reprise d'épitaxie (figure 2A):
- une couche GaN :Si 101, ayant par exemple une épaisseur inférieure à
ImpΊ,
- une couche d'InGaN/GaN 102 formée de 20 x lno,i5GaN/GaNo,85 (épaisseurs 2,8nm / lOnm), ou une couche d' lno,o5Gao,95N et ayant par exemple une épaisseur de 50nm,
- une couche d'espaceur en GaN non intentionnellement 103 dopé de
30nm d'épaisseur par exemple - une zone active 104 formée de puits quantiques multiples (MQ.Ws), formés de 5 x lno,i5Gao,85N / GaN (épaisseurs 2,5nm / 10 nm),
- une couche d'espaceur en GaN non intentionnellement 105 dopé par exemple de lOnm d'épaisseur,
- une couche de Alo,i5Gao,85N dopée p 106 de 15nm d'épaisseur,
- une couche GaN dopée p 107 (125nm),
- une couche de GaN dopée p+++ 108 (20nm).
Une telle structure 100 est simple à épitaxier.
Pour une structure de base 10 de type InGaN ou si la couche de reprise d'épitaxie non intentionnellement dopée 14 des mésas est en InGaN (i.e. x est différent de 0), on pourra choisir par exemple un empilement réépitaxié comprenant successivement depuis la couche de reprise d'épitaxie (figure 2B) :
- une couche d'ln(xi)GaN 111 avec xi de 0 à 3%, par exemple 3%, ayant par exemple une épaisseur de 50 à 200nm,
- une couche d'InGaN dopée n 112 formée de 15 x lno,o3Gao,97N / GaN (épaisseurs 22nm / 1,8 nm) ou formée d'une seule couche tampon d' lno,o3Gao,97N dopée n, de 400 à 500nm d'épaisseur par exemple,
- une zone active 113 formée de puits quantiques multiples (MQ.Ws), formés de 5 x Ino.isGao.ssN / lno,o3Gao,97N (épaisseurs 2,5nm / 6 nm),
- une couche d'espaceur en GaN non intentionnellement dopé 114 par exemple de lOnm d'épaisseur,
- une couche de Alo,i5Gao,85N dopée p 115 de 15nm d'épaisseur,
- une couche GaN : Mg 116 (125nm),
- une couche de GaN dopée p+++ 117 (25nm).
Une telle structure est stable, en particulier, lorsque la structure est en accord avec le paramètre de maille du substrat en InGaN (avec x = 3%), il n'y a pas de formation de nouveaux défauts. Une structure essentiellement à base de GaN est facile à contrôler lors de l'épitaxie.
Pour la deuxième reprise d'épitaxie permettant de former la deuxième série de LED (verte), on choisira par exemple une structure LED 200 tout InGaN adaptée à l'épitaxie sur InGaN relaxé. L'empilement réépitaxié comprend par exemple depuis la couche de reprise d'épitaxie (figure 3) :
- une couche d'ln(x2)GaN 201 avec X2 de 5 à 8%, par exemple 8%, ayant par exemple une épaisseur de 50 à 200nm,
- une couche d'InGaN dopée n 202 formée de 15 x lno,osGao,92N / GaN (épaisseurs 22nm / 1,8 nm) ou formée d'une seule couche tampon d' lno,osGao,92N dopée n, de 400 à 500nm d'épaisseur par exemple,
- un zone active 203 formée de puits quantiques multiples (MQ.Ws), formés de 5 x lno,25Gao,75N / lno,osGao,92N (épaisseurs 2,5nm / 6 nm),
- une couche d'espaceur en lno,osGao,92N non intentionnellement dopé 204 par exemple de lOnm d'épaisseur,
- une couche de Alo,o5Gao,95N :Mg 205 de 15nm d'épaisseur,
- une couche lno,osGao,92N : Mg 206 (125nm),
- une couche de lno,osGao,92N dopée p+++ 207 (25nm).
Pour la troisième reprise d'épitaxie permettant de former la troisième série de LED rouge, on choisira par exemple une structure LED tout InGaN adaptée à l'épitaxie sur InGaN relaxé. L'empilement réépitaxié comprend par exemple depuis la couche de reprise d'épitaxie (figure 4) :
- une couche d'ln(x3)GaN 301 avec X3 de 10 à 15%, par exemple 15 %, ayant par exemple une épaisseur de 50 à 200nm,
- une couche d'InGaN dopée n 302 formée de 15 x Ino.isGao.ssN / GaN (épaisseurs 22nm / 1,8 nm) ou formée d'une seule couche tampon d'Ino.isGao.ssN dopée n, de 400 à 500nm d'épaisseur par exemple,
- une zone active 303 formée de puits quantiques multiples (MQ.Ws), formés de 5 x lno,4oGao,6oN / Ino.isGao.ssN (épaisseurs 2,5nm / 6 nm),
- une couche d'espaceur en Ino.isGao.ssN non intentionnellement dopé 304 par exemple de lOnm d'épaisseur,
- une couche de GaN :Mg 305 de 15nm d'épaisseur,
- une couche Ino.isGao.ssN: Mg 306 (125nm),
- une couche de Ino.isGao.ssN dopée p+++ 307 (25nm). A l'issue du procédé, on obtient une matrice à émission native émettant à au moins deux longueurs d'onde différentes.
On décrit par la suite plus en détail une matrice à émission native émettant à au moins trois longueurs d'onde différentes (de préférence une matrice RGB). La matrice comprend :
- une structure de base 10 comprenant successivement un substrat 11, une couche de GaN 12, une couche d'ln(x)GaN dopée 13 avec x de 0 à 8% et une couche de reprise d'épitaxie en ln(x)GaN non intentionnellement dopée 14,
- une première série de mésas, une deuxième série de mésas et une troisième série de mésas formées dans la structure de base 10, les mésas comprenant une partie de la couche d'ln(x)GaN dopée 13 et la couche de reprise d'épitaxie en ln(x)GaN non intentionnellement dopée 14, la couche d'ln(x)GaN dopée 13 étant porosifiée, la première série de mésas étant recouverte par une première structure de LED 100 pour former une première série de LED bleue, la deuxième série de mésas étant recouverte par une deuxième structure de LED 200 pour former une deuxième série de LED rouge, et la troisième série de mésas étant recouverte par une troisième structure de LED 300 pour former une troisième série de LED verte.
Avantageusement, les structures LED 100, 200, 300 des pixels RGB de la matrice sont hexagonales (figure 5 pour un hexagone équilatéral). Les hexagones peuvent avoir des côtés de même longueur ou de longueurs différentes (hexagones 'aplatis'). De tels motifs permettent de tenir compte des vitesses de croissance de l'InGaN ou du GaN à la fois dans le plan a et dans le plan m.
La figure 6 représente un mésa de 20pm de côté.
Une couche de GaN de 2pm d'épaisseur a été épitaxiée sur ces mésas figure 7).
Exemples illustratifs et non limitatifs d'un mode de réalisation :
Dans cet exemple, on utilise une structure de base 10 comprenant :
- un support 11 en saphir, - une couche 12 de GaN non intentionnellement dopée (nid),
- une couche 13 d'ln(x)GaN dopée n (par exemple à 6.1018/cm3) avec x entre 0 et 5%, de 800nm à lpm d'épaisseur,
- une couche 14 d'ln(x)GaN (nid) avec x entre 0 et 5% de 50 à 200nm d'épaisseur.
Pour réaliser les mésas, on dépose, sur cette structure de base 10, un masque 21, par exemple un masque dur en Si02, puis on structure les mésas par des techniques classiques de photolithographie. Les dimensions des mésas obtenues sont de 500 nm à 10pm. La gravure contrôlée permet de s'arrêter dans la couche d'ln(x)GaN dopée. On utilisera par exemple une gravure chlorée. Puis le masque 21 est retiré.
On obtient une structure de base 10 avec des mésas.
On réalise ensuite la porosification par anodisation électrochimique des mésas d'ln(x)GaN dans une solution électrolytique comprenant de 0,lmol/L à 0,5mol/L d'acide oxalique, par exemple 0,2mol/L. La tension appliquée est de 24V. Le degré de porosification obtenu, est, par exemple de 30 à 40%.
On peut réaliser ensuite un recuit, par exemple, à 900°C.
Les trois structures LED 100, 200, 300 sont formées selon les étapes suivantes :
- déposer un masque 22, par exemple en S1O2 ou SiN, pleine plaque, de manière remplir l'espace entre les mésas,
- éventuellement, réaliser une gravure ou un polissage mécano- chimique (CMP) pour obtenir un masque 22 avec une surface plane (planarisation),
- graver le masque 22 en regard d'une première zone ZI (correspondant à la première série de mésas),
- former la première structure LED 100 bleue en déposant : une couche d'ln(xi)GaN avec xi = 3% 111, ayant par exemple une épaisseur de 50 à 200nm, une couche d'InGaN dopée n 112 formée de 15 x lno,o3Gao,97N / GaN (épaisseurs 22nm / 1,8 nm) ou formée d'une seule couche tampon d' lno,o3Gao,97N dopée n, de 400 à 500nm d'épaisseur par exemple, une zone active 113 formée de puits quantiques multiples (MQ.Ws), formés de 5 x Ino.isGao.ssN / lno,o3Gao,97N (épaisseurs 2,5nm / 6 nm), une couche d'espaceur en GaN non intentionnellement dopé 114 par exemple de lOnm d'épaisseur, une couche de Alo,i5Gao,85N dopée p 115 de 15nm d'épaisseur, une couche GaN : Mg 116 (125nm), et une couche de GaN dopée p+++ 117 (25nm).
- déposer une couche de diélectrique 23 ('liner') par exemple une couche de SiN de lOOnm,
- graver le masque 22 et la couche diélectrique 23 en regard d'une deuxième zone Z2 (correspondant à la deuxième série de mésas),
- former la deuxième structure LED verte 200 en déposant : une couche d'ln(x2)GaN avec X2 = 8 % 201, ayant par exemple une épaisseur de 50 à 200nm, une couche d'InGaN dopée n 202 formée de 15 x lno,osGao,92N / GaN (épaisseurs 22nm / 1,8 nm) ou formée d'une seule couche tampon d' lno,osGao,92N dopée n, de 400 à 500nm d'épaisseur par exemple, une zone active 203 formée de puits quantiques multiples (MQ.Ws), formés de 5 x lno,25Gao,75N / lno,osGao,92N (épaisseurs 2,5nm / 6 nm), une couche d'espaceur en lno,osGao,92N non intentionnellement dopé 204 par exemple de lOnm d'épaisseur, une couche de Alo,o5Gao,95N :Mg 205 de 15nm d'épaisseur, une couche lno,o8Gao,92N : Mg 206 (125nm), et une couche de lno,osGao,92N dopée p+++ 207 (25nm),
- déposer une deuxième couche de diélectrique 24 ('liner') par exemple une couche de SiN de lOOnm,
- graver le masque 22 et les couches diélectriques 23, 24 en regard d'une troisième zone Z3 (correspondant à la troisième série de mésas),
- former la troisième structure LED rouge 300 en déposant : une couche d'ln(x3)GaN avec X3 = 15 % 301, ayant par exemple une épaisseur de 50 à 200nm, une couche d'InGaN dopée n 302 formée de 15 x lno,i5Gao,85N / GaN (épaisseurs 22nm / 1,8 nm) ou formée d'une seule couche tampon d'lno,i5Gao,85N dopée n, de 400 à 500nm d'épaisseur par exemple, une zone active 303 formée de puits quantiques multiples (MQ.Ws), formés de 5 x lno,4oGao,6oN / lno,i5Gao,85N (épaisseurs 2,5nm / 6 nm), une couche d'espaceur en lno,i5Gao,85N non intentionnellement dopé 304 par exemple de lOnm d'épaisseur, une couche de GaN :Mg 305 de 15nm d'épaisseur, une couche lno,i5Gao,85N: Mg 306 (125nm), et une couche de lno,i5Gao,85N dopée p+++ 307 (25nm), - retirer le masque 22 et les couches diélectriques 23, 24, par exemple avec une solution de HF.
REFERENCES
[1] Even et al., "Enhanced In incorporation in full InGaN heterostructure grown on relaxed InGaN pseudo-substrate », Appl. Phys. Lett. 110, 262103 (2017).
[2] Jang et al., "Electrical and structural properties of GaN films and GaN/InGaN light-emitting diodes grown on porous GaN templates fabricated by combined electrochemical and photoelectrochemical etching", Journal of Alloys and Compounds 589 (2014) 507-512.
[3] EP 3 840 065 Al.
[4] EP 3 840 016 Al.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé pour fabriquer une matrice à émission native comprenant les étapes suivantes : a) fournir une structure de base (10) comprenant successivement un substrat (11), une couche de GaN (12) de préférence non intentionnellement dopée, une couche d'ln(x)GaN dopée (13) avec x de 0 à 8% et une couche de reprise d'épitaxie en ln(x)GaN non intentionnellement dopée (14), b) structurer des mésas dans la structure de base, les mésas comprenant une partie de la couche d'ln(x)GaN dopée (13) et la couche de reprise d'épitaxie en ln(x)GaN non intentionnellement dopée (14), moyennant quoi les mésas sont interconnectées électriquement entre elles, c) porosifier par voie électrochimique la couche d'ln(x)GaN dopée (13), d) réaliser au moins deux épitaxies successives pour épitaxier séparément une première structure LED (100) sur une première mésa, une deuxième structure LED (200) sur deuxième mésa, moyennant quoi on obtient, respectivement, une première LED ayant une première longueur d'onde d'émission, par exemple bleue, une deuxième LED ayant une deuxième longueur d'onde d'émission, par exemple rouge, et on forme une matrice à émission native, la première structure LED (100) comprenant une première couche d'ln(xi)GaN (111) en contact avec la couche de reprise d'épitaxie (14) de la première mésa, avec xi une valeur choisie de telle sorte que l'état de contrainte de la première couche d'ln(xi)GaN (111) soit adaptée à la première structure LED, la deuxième structure LED (200) comprenant une première couche d'ln(x2)GaN (201) en contact avec la couche de reprise d'épitaxie (14) de la deuxième mésa, avec X2 une valeur choisie de telle sorte que l'état de contrainte de la première couche d'ln(x2)GaN (201) soit adaptée à la deuxième structure LED.
2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lors de l'étape d), on réalise une troisième structure LED (300) sur une troisième mésa, moyennant quoi on obtient une troisième LED ayant une troisième longueur d'onde d'émission, par exemple verte, et on forme, avantageusement, une matrice RGB.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la troisième structure LED (300) comprend une première couche d'ln(x3)GaN (301) en contact avec la couche de reprise d'épitaxie (14) de la troisième mésa, avec X3 une valeur choisie de telle sorte que l'état de contrainte de la première couche d'ln(x3)GaN (301) soit adaptée à la troisième structure LED.
4. Procédé selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que :
- xi a une valeur choisie dans la gamme allant de 0 à 3%, et/ou
- X2 a une valeur choisie dans la gamme allant de 5 à 8%, et/ou
- X3 a une valeur choisie dans la gamme allant de 10 à 15%.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que :
- xi a une valeur choisie dans la gamme allant de 0 à 3%, et
- X2 a une valeur choisie dans la gamme allant de 5 à 8%, et
- X3 a une valeur choisie dans la gamme allant de 10 à 15%.
6. Procédé selon la revendication 3 et la revendication 4, caractérisé en ce que :
- la première structure LED (100) comprend la première couche d'ln(xi)GaN (111) avec xi une valeur choisie dans la gamme allant de 0 à 3%, des puits quantiques lno,i5Gao,85N/lno,o3Gao,97N (113) et une couche de GaN dopée p (116), et/ou
- la deuxième structure LED (200) comprend la première couche d'ln(x2)GaN (201) avec X2 une valeur choisie dans la gamme allant de 5 à 8%, des puits quantiques lno,25Gao,75N/lno,osGao,92N (203) et une couche d'InGaN dopée p (206), et/ou - la troisième structure LED (300) comprend la première couche d'ln(x3)GaN (301) avec X3 a une valeur choisie dans la gamme allant de 10 à 15%, des puits quantiques des puits quantiques lno,4oGao,6oN/lno,i5Gao,85N (303) et une couche d'InGaN dopée p (306).
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche de GaN (12) a une épaisseur comprise entre lOOnm et 6pm et/ou la couche d'ln(x)GaN dopée (13) a une épaisseur comprise entre lOOnm et lpm, et/ou la couche de reprise d'épitaxie en ln(x)GaN non intentionnellement dopée (14) a une épaisseur comprise entre lOnm et 200nm.
8. Procédé selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la première couche (111) de la première structure LED (100), et/ou la première couche (201) de la deuxième structure LED (200) et/ou la première couche (301) de la troisième structure LED (300) a une épaisseur comprise entre 50 et 200nm.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que l'étape d) comporte les sous-étapes suivantes :
- former un premier masque (22), par exemple en Si02 ou SiN, sur la deuxième mésa et sur la troisième mésa,
- réaliser la première structure de LED (100) par épitaxie sur la première mésa, moyennant quoi on obtient la première LED,
- déposer une première couche diélectrique (23), de préférence, en SiN ayant, par exemple, une épaisseur de lOOnm,
- graver localement la première couche diélectrique (23) en regard de la deuxième mésa pour la rendre accessible,
- réaliser la deuxième structure de LED (200) par épitaxie sur la deuxième mésa, moyennant quoi on forme la deuxième LED,
- déposer une deuxième couche diélectrique (24), de préférence, en SiN ayant, par exemple, une épaisseur de lOOnm, - graver localement la deuxième couche diélectrique (24) en regard de la troisième mésa pour la rendre accessible,
- réaliser la troisième structure de LED (300) par épitaxie sur la troisième mésa, moyennant quoi on forme la troisième LED,
- retirer le masque (22), la première couche diélectrique (23) et la deuxième couche diélectrique (24).
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les mésas ont une forme hexagonale ou équilatérale.
11. Matrice à émission native comprenant :
- une structure de base comprenant successivement un substrat (11), une couche de GaN (12) de préférence non intentionnellement dopée, une couche d'ln(x)GaN dopée (13) avec x de 0 à 8% et une couche de reprise d'épitaxie en ln(x)GaN non intentionnellement dopée (14),
- une première mésa et une deuxième mésa formées dans la structure de base, les mésas comprenant une partie de la couche d'ln(x)GaN dopée (13) et la couche de reprise d'épitaxie en ln(x)GaN non intentionnellement dopée (14), moyennant quoi les mésas sont interconnectées électriquement entre elles, la couche d'ln(x)GaN dopée (13) étant porosifiée, la première mésa étant recouverte par une première structure de LED (100) pour former une première LED, ayant une première longueur d'onde d'émission, par exemple bleue, la deuxième mésa étant recouverte par une deuxième structure de LED (200) pour former une deuxième série de LED, ayant une deuxième longueur d'onde d'émission, par exemple rouge, la première structure LED (100) comprenant une première couche d'ln(xi)GaN (111) en contact avec la couche de reprise d'épitaxie (14) de la première mésa, avec xi une valeur choisie de telle sorte que l'état de contrainte de la première couche d'ln(xi)GaN (111) soit adaptée à la première structure LED, la deuxième structure LED (200) comprenant une première couche d'ln(x2)GaN (201) en contact avec la couche de reprise d'épitaxie (14) de la deuxième mésa, avec X2 une valeur choisie de telle sorte que l'état de contrainte de la première couche d'ln(x2)GaN (201) soit adaptée à la deuxième structure LED.
12. Matrice selon la revendication 11, caractérisée en ce qu'elle comprend une troisième mésa recouverte par une troisième structure LED (300), ayant une troisième longueur d'onde d'émission, par exemple verte, de manière à former avantageusement, une matrice RGB.
13. Matrice selon l'une des revendications 11 et 12, caractérisée en ce que :
- la première structure LED (100) comprend la première couche d'ln(xi)GaN (111) en contact avec la couche de reprise d'épitaxie de la première série de mésas, avec xi une valeur choisie dans la gamme allant de 0 à 3%, et/ou
- la deuxième structure LED (200) comprend la première couche d'ln(x2)GaN (201) en contact avec la couche de reprise d'épitaxie de la deuxième série de mésas, avec X2 une valeur choisie dans la gamme allant de 5 à 8%, et/ou
- la troisième structure LED (300) comprend une première couche d'ln(x3)GaN (301) en contact avec la couche de reprise d'épitaxie de la troisième série de mésas, avec X3 une valeur choisie dans la gamme allant de 10 à 15%.
14. Matrice selon la revendication précédente, caractérisée en ce que :
- la première structure LED (100) comprend la première couche d'ln(xi)GaN (111) avec xi une valeur choisie dans la gamme allant de 0 à 3%, par exemple 3%, des puits quantiques lno,i5Gao,85N/lno,o3Gao,97N (113) et une couche de GaN dopée p (116), et/ou
- la deuxième structure LED (200) comprend la première couche d'ln(x2)GaN (201) avec X2 une valeur choisie dans la gamme allant de 5 à 8%, par exemple 8%, des puits quantiques lno,25Gao,75N/lno,osGao,92N (203) et une couche d'InGaN dopée p (206), et/ou
- la troisième structure LED (300) comprend la première couche d'ln(x3)GaN (301) avec X3 une valeur choisie dans la gamme allant de 10 à 15%, par exemple 15%, des puits quantiques des puits quantiques lno,4oGao,6oN/lno,i5Gao,85N (303) et une couche d'InGaN dopée p (306).
15. Matrice selon les revendications 13 et 14, caractérisée en ce que la première couche (111) de la première structure LED (100), et/ou la première couche (201) de la deuxième structure LED (200) et/ou la première couche (301) de la troisième structure LED (300) a une épaisseur comprise entre 50 et 200nm.
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