EP4526933A1 - Diode electroluminescente comportant une region emissive a base d'aln contenant des atomes de gallium et/ou d'indium - Google Patents

Diode electroluminescente comportant une region emissive a base d'aln contenant des atomes de gallium et/ou d'indium

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EP4526933A1
EP4526933A1 EP23736188.6A EP23736188A EP4526933A1 EP 4526933 A1 EP4526933 A1 EP 4526933A1 EP 23736188 A EP23736188 A EP 23736188A EP 4526933 A1 EP4526933 A1 EP 4526933A1
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EP
European Patent Office
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type
light
emitting diode
atoms
substrate
Prior art date
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Pending
Application number
EP23736188.6A
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German (de)
English (en)
Inventor
Rémy VERMEERSCH
Bruno Daudin
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Universite Grenoble Alpes
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Universite Grenoble Alpes
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Universite Grenoble Alpes, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Definitions

  • the invention relates to the field of light-emitting diodes, or LEDs (“Light-Emitting Diodes” in English), with a wide emission band and based on a semiconductor.
  • the invention applies to the production of LEDs emitting light in the ultraviolet (UV) range, in particular in the range of wavelengths between approximately 230 nm and 310 nm, in particular for the fields linked to disinfection, conservation and/or agriculture.
  • UV ultraviolet
  • LEDs emitting in the field UV are particularly suitable for the production of LEDs emitting in the field UV.
  • Such LEDs are for example produced in the form of a stack of layers, of nanowires, or even with a hybrid structure as described in the document FR 3 109 470 Al.
  • the variation of the aluminum content in the composition of the semiconductor of the multi-quantum wells makes it possible to control the emission wavelength of the LEDs. It is therefore possible, with these LEDs, to scan the entire range of desired wavelengths to have an optimal disinfecting effect by varying the level of aluminum in the composition of the semiconductor of the multi-quantum wells.
  • the fineness of the emission peaks generally obtained with such LEDs makes it difficult to cover, with a single LED, the entire range of desired wavelengths. It is therefore generally necessary to use several LEDs presenting emission peaks at different wavelengths to cover the entire UV range.
  • An aim of the present invention is to provide a light-emitting diode whose emission spectrum is as wide as possible in the UV range.
  • a portion called a first type, of AlxiGa(i-xi-Yi)lnyiN doped according to a first type of conductivity, with XI > 0 and Xl+Yl ⁇ 1, arranged above the substrate;
  • an emissive portion comprising a diluted AlN alloy containing gallium and/or indium atoms with a concentration of less than 30%;
  • a portion called a second type, of Alx2Ga(i-x2-Y2)lnY2N doped with a second type of conductivity, opposite to the first type of conductivity, with X2 > 0 and X2+Y2 ⁇ 1, the portion emissive being arranged between the portion of the first type and the portion of the second type.
  • the LED according to the invention thus comprises an emissive portion formed of a diluted AlN alloy containing gallium and/or indium atoms, that is to say non-homogeneous at the nanometric scale in terms of distribution. atoms of AI and/or Ga and/or In. The potential felt by the charge carriers circulating and recombining in the emissive portion is locally lowered by the presence of these Ga and/or In atoms randomly incorporated into the diluted alloy, thus inducing a wider band light emission than the LEDs of the prior art.
  • the emissive portion of the LED according to the invention is characterized by an emissive zone where the charge carriers are subjected to a potential presenting local fluctuations created by the presence of these Ga and/or In atoms and forming emitting zones extending over a range which can go in particular from 230 to 310 nm.
  • the emissive portion can be placed directly against the n- and p-doped semiconductor portions of the LED (corresponding to the portions of the first type and the second type), unlike the emissive portion. of a quantum well which is placed against barrier layers.
  • the AlN of the emissive portion may comprise atoms of gallium and/or indium in random substitution for aluminum atoms, or may comprise atoms of gallium and/or of indium in substitution for aluminum atoms sufficiently close to each other to form locally a region having the characteristics of an AIGaN or AlInN or AIGalnN alloy, or may comprise gallium and/or indium atoms linked to nitrogen atoms and capable of locally forming nanocrystals, or nanocrystallites or aggregates, of AIGaN or AlInN or AIGalnN.
  • the LED according to the invention can emit in a much wider range of wavelengths than the emission spectrum of a quantum well LED, for example in the range of wavelengths ranging from from about 200 nm to about 350 nm and advantageously in the wavelength range from about 230 nm to about 310 nm.
  • Such an LED is therefore particularly effective when used for disinfectant applications.
  • Another advantage is that the production of such an LED does not require forming multiple quantum wells, and is therefore simpler to produce and makes it possible to overcome the difficulties inherent in controlling the composition of the semiconductors to form such wells.
  • the proposed LED is particularly suitable for disinfection applications (bacterial, microbial, viral), in particular water and/or air.
  • a such LED can also be used for example for skin disinfection applications when its radiation corresponds to light with a wavelength of around 230 nm, the penetration depth of which is limited to the stratum corneum of the epidermis.
  • the proposed LED is particularly applicable for domestic applications for the general public, such as for example for disinfecting a refrigerator, in a car, purifying water at the outlet of a fountain or faucet type distribution point, etc.
  • the LED may further comprise an intermediate portion of GaN doped with the first type of conductivity placed between the substrate and the portion of the first type.
  • the presence of such an intermediate portion makes it possible to facilitate the growth of the portion of the first type, particularly when the LED is produced in the form of nanowires.
  • the material of the buffer layer can be based on GaN or AIN or AlGaN.
  • the first conductivity type may correspond to n-type, and the second conductivity type may correspond to p-type. The reverse is, however, possible.
  • - n-type dopants present in the material of one of the portions of either the first type or the second type may correspond to atoms of silicon and/or sulfur and/or germanium;
  • - p-type dopants present in the material of the other portion of either the first type or the second type may correspond to magnesium and/or beryllium atoms.
  • the material of the other of the portions of the first type and of the second type may include indium atoms, which makes it possible to increase the quantity of p dopants, in particular magnesium atoms, incorporated in the material of this other portion. , thus facilitating its doping.
  • the material of the portion of the first type and/or of the portion of the second type may comprise AlN. This configuration makes it possible to prevent the portions of the first type and the second type from having a barrier effect with respect to the emissive portion which is based on AlN.
  • the LED may comprise a plurality of nanowires extending from the substrate, each of the nanowires comprising at least the portions of the first type and the second type and the emissive portion.
  • At least the portions of the first type and the second type and the emissive portion can form a stack of layers placed on the substrate.
  • the invention also proposes a method for producing a light-emitting diode, comprising at least:
  • an emissive portion comprising a diluted AlN alloy containing gallium and/or indium atoms at a concentration less than 30%, and advantageously less than 10% or even less 5%;
  • first element on a second element must be understood as being able to correspond to the arrangement of the first element against the second element, without any intermediate element between the first and second elements, or as being able to correspond to the arrangement of the first element on the second element with one or more intermediate elements arranged between the first and second elements.
  • FIG. 1 represents an LED comprising an emissive portion based on AlN containing gallium and/or indium atoms and forming a diluted alloy, object of the present invention, according to a first embodiment
  • FIG. 3 represents an LED comprising an emissive portion based on AlN containing gallium and/or indium atoms and forming a diluted alloy, object of the present invention, according to a second embodiment.
  • the LED 100 also includes a buffer layer 104 arranged on the substrate 102.
  • the buffer layer 104 comprises AlN or AlGaN or even GaN.
  • the thickness of the buffer layer 104 is for example between approximately 0.5 pm and 3 pm. It may possibly be electrically doped and contain other chemical elements, in particular indium or boron. This buffer layer promotes the growth of portion 106.
  • the p-type doping of the semiconductor of portion 112 is obtained by incorporation of magnesium atoms into the semiconductor of portion 112, for example during the deposition of this semiconductor.
  • the concentration of dopants in the semiconductor of portion 112 is for example between approximately 1016 at/cm 3 and 1021 at/cm 3 .
  • Doping of the portions 106 is then carried out, for example by incorporation of silicon atoms into the semiconductor formed by growth.
  • the emissive portions 110 are then produced on the portions 108, for example by growth or deposition. Gallium and/or indium atoms are incorporated therein to form the diluted alloy of these portions 110.

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  • Led Devices (AREA)
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  • Apparatus For Disinfection Or Sterilisation (AREA)

Abstract

Diode électroluminescente (100) comportant au moins : - un substrat (102); - une portion (108), dite d'un premier type, d'AlX1Ga(1-X1-Y1)InY1N dopé selon un premier type de conductivité, avec X1 > 0 et X1+Y1 ≤ 1, disposée au-dessus du substrat; - une portion émissive (110) comprenant un alliage dilué d'AlN contenant des atomes de gallium et/ou d'indium à une concentration inférieure à 30 %; - une portion (112), dite d'un second type, d'AlX2Ga(1-X2-Y2)InY2N dopé selon un second type de conductivité, opposé au premier type de conductivité, avec X2 > 0 et X2+Y2 ≤ 1, la portion émissive étant disposée entre la portion du premier type et la portion du second type.

Description

DIODE ELECTROLUMINESCENTE COMPORTANT UNE REGION EMISSIVE A BASE D'AIN CONTENANT DES ATOMES DE GALLIUM ET/OU D'INDIUM
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention concerne le domaine des diodes électroluminescentes, ou LEDs (« Light-Emitting Diodes » en anglais), à large bande d'émission et à base de semi- conducteur. Avantageusement, l'invention s'applique à la réalisation de LEDs émettant une lumière dans le domaine ultra-violet (UV), notamment dans la gamme des longueurs d'onde comprises entre environ 230 nm et 310 nm, notamment pour les domaines liés à la désinfection, la conservation et/ou l'agriculture.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
En particulier l'effet bactéricide, et plus généralement l'effet de désinfection, du rayonnement UV découle de la bande d'absorption de l'ADN des micro-organismes (bactéries, microbes, virus) dans une gamme de longueurs d'onde allant d'environ 230 nm à 310 nm. Les dommages infligés à l'ADN des micro-organismes par l'absorption du rayonnement UV entravent leur reproduction et conduisent à leur élimination. Un effet désinfectant maximal est obtenu avec un rayonnement qui présente une distribution spectrale la plus proche possible de cette bande d'absorption de l'ADN des microorganismes à détruire.
La désinfection par exposition au rayonnement UV se fait actuellement en utilisant différents dispositifs tels que des lampes KrCI ou des lampes à vapeur de mercure. Ces dispositifs présentent toutefois des inconvénients.
Les lampes KrCI sont des lampes à excimères dont le spectre d'émission est étroit par rapport au spectre d'absorption de l'ADN des micro-organismes à détruire et qui ne permet donc pas d'avoir un effet désinfectant optimal. De plus, ces lampes génèrent de l'ozone, ce qui les limite à des applications de niche. Les lampes à vapeur de mercure sont, quant à elles, fragiles et ont une durée de vie limitée. Elles présentent en outre des raies d'émission fines qui ne couvrent pas non plus tout le spectre d'absorption de l'ADN des micro-organismes à détruire. Enfin, ces lampes contiennent du mercure dont l'usage à terme est banni en raison de sa haute toxicité.
Les matériaux semi-conducteurs de la famille des nitrures d'éléments III, comportant notamment du GaN, de l'AIN, de l'InN ou leurs alliages, notamment ternaires et quaternaires, sont particulièrement adaptés à la réalisation de LEDs émettant dans le domaine UV. De telles LEDs sont par exemple réalisées sous la forme d'un empilement de couches, de nanofils, ou bien encore avec une structure hybride comme décrite dans le document FR 3 109 470 Al. Dans ces LEDs, la variation du taux d'aluminium dans la composition du semi-conducteur des multi-puits quantiques permet de contrôler la longueur d'onde d'émission des LEDs. Il est donc possible, avec ces LEDs, de balayer toute la gamme de longueurs d'onde souhaitée pour avoir un effet désinfectant optimal en faisant varier le taux d'aluminium dans la composition du semi-conducteur des multi- puits quantiques. Toutefois, la finesse des pics d'émission obtenus généralement avec de telles LEDs permet difficilement de couvrir, avec une seule LED, toute la gamme de longueurs d'onde souhaitée. Il est donc généralement nécessaire de faire appel à plusieurs LEDs présentant des pics d'émission à des longueurs d'onde différentes pour couvrir notamment l'ensemble de la gamme UV.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
Un but de la présente invention est de proposer une diode électroluminescente dont le spectre d'émission soit le plus large possible dans la gamme UV.
Pour atteindre ce but, l'invention propose une diode électroluminescente comportant au moins :
- un substrat ;
- une portion, dite d'un premier type, d'AlxiGa(i-xi-Yi)lnyiN dopé selon un premier type de conductivité, avec XI > 0 et Xl+Yl < 1, disposée au-dessus du substrat ; - une portion émissive comprenant un alliage dilué d'AIN contenant des atomes de gallium et/ou d'indium avec une concentration inférieure à 30 % ;
- une portion, dite d'un second type, d'Alx2Ga(i-x2-Y2)lnY2N dopé selon un second type de conductivité, opposé au premier type de conductivité, avec X2 > 0 et X2+Y2 < 1, la portion émissive étant disposée entre la portion du premier type et la portion du second type.
La LED selon l'invention comporte ainsi une portion émissive formée d'un alliage dilué d'AIN contenant des atomes de gallium et/ou d'indium, c'est-à-dire non homogène à l'échelle nanométrique en termes de répartition des atomes d'AI et/ou de Ga et/ou d'In. Le potentiel ressenti par les porteurs de charge circulant et se recombinant dans la portion émissive est localement abaissé par la présence de ces atomes de Ga et/ou d'In incorporés aléatoirement dans l'alliage dilué, induisant ainsi une émission lumineuse plus large bande que les LEDs de l'art antérieur.
Contrairement aux LEDs de l'art antérieur émettant dans le domaine UV grâce à des puits de potentiels formés entre des couches dopées n et p, il est proposé de réaliser une LED dont la partie émissive est formée par une portion d'AIN contenant des atomes de gallium et/ou d'indium en faible quantité de sorte à former un alliage dilué. Contrairement à un puits quantique formant un puits de potentiel d'énergie d'émission définie, la portion émissive de la LED selon l'invention se caractérise par une zone émissive où les porteurs de charge sont soumis à un potentiel présentant des fluctuations locales créées par la présence de ces atomes de Ga et/ou d'In et formant des zones émettrices s'étendant sur une gamme pouvant aller notamment de 230 à 310 nm.
En outre, dans la LED selon l'invention, la portion émissive peut être disposée directement contre les portions de semi-conducteur dopé n et p de la LED (correspondant aux portions du premier type et du second type), contrairement à la portion émissive d'un puits quantique qui est disposée contre des couches barrières.
Dans l'alliage dilué de la portion émissive, l'AIN de la portion émissive peut comprendre des atomes de gallium et/ou d'indium en substitution aléatoire d'atomes d'aluminium, ou bien peut comprendre des atomes de gallium et/ou d'indium en substitution d'atomes d'aluminium suffisamment proches les uns des autres pour former localement une région ayant les caractéristiques d'un alliage d'AIGaN ou d'AlInN ou d'AIGalnN, ou bien peut comprendre des atomes de gallium et/ou d'indium liés à des atomes d'azote et pouvant former localement des nanocristaux, ou nanocristallites ou agrégats, d'AIGaN ou d'AlInN ou d'AIGalnN.
Le fait que l'utilisation, pour former la portion émissive de la LED, d'un alliage dilué d'AIN contenant des atomes de gallium et/ou d'indium à une concentration inférieure à 30 % conduise à une émission lumineuse dans un large spectre du domaine UV est surprenant et non évident. En effet, dans un alliage homogène d'AIN comprenant 1 % de fraction molaire de GaN, le gap obtenu est de 203 nm ou 6,1 eV, et pour une fraction molaire de GaN de 10%, ce gap est alors de 2225 nm ou 5,5 eV. L'homme de l'art souhaitant réaliser une LED à base d'AIGaN émettant à une longueur d'onde de 280 nm ou 4,43 eV serait naturellement amené à élaborer un alliage ternaire homogène qui devrait contenir une fraction molaire de GaN entre 60 et 62 %, et non à utiliser un alliage dilué comme proposé ici.
Avec une telle portion émissive, la LED selon l'invention peut émettre dans une gamme de longueurs d'onde bien plus large que le spectre d'émission d'une LED à puits quantiques, par exemple dans la gamme de longueurs d'onde allant d'environ 200 nm à environ 350 nm et avantageusement dans la gamme de longueurs d'onde allant d'environ 230 nm à environ 310 nm. Une telle LED est donc particulièrement efficace lorsqu'elle est utilisée pour des applications désinfectantes.
En outre, par rapport à un dispositif faisant appel à plusieurs LED pour couvrir toute la gamme spectrale souhaitée, le fait de pouvoir couvrir toute cette gamme avec une seule LED permet d'avoir une efficacité similaire ou supérieure tout en consommant une puissance moindre.
Un autre avantage est que la réalisation d'une telle LED ne nécessite pas de former des multi-puits quantiques, et est donc plus simple à réaliser et permet de s'affranchir des difficultés inhérentes au contrôle de la composition des semi-conducteurs pour former de tels puits.
La LED proposée est particulièrement adaptée pour des applications de désinfection (bactérienne, microbienne, virale), notamment de l'eau et/ou de l'air. Une telle LED peut également être utilisée par exemple pour des applications de désinfection de la peau lorsque son rayonnement correspond à une lumière de longueur d'onde de l'ordre de 230 nm, dont la profondeur de pénétration est limitée à la couche cornée de l'épiderme.
La LED proposée s'applique en particulier pour des applications domestiques grand public, comme par exemple pour réaliser la désinfection d'un réfrigérateur, dans une voiture, la purification d'eau en sortie d'un point de distribution de type fontaine ou robinet, etc.
La LED peut comporter en outre une portion intermédiaire de GaN dopé selon le premier type de conductivité disposée entre le substrat et la portion du premier type. La présence d'une telle portion intermédiaire permet de faciliter la croissance de la portion du premier type notamment lorsque la LED est réalisée sous la forme de nanofils.
La proportion d'atomes de gallium et/ou d'indium dans le matériau de la portion émissive peut être avantageusement inférieure ou égale à 10 %, ou comprise entre environ 1 % et 10 %, ou inférieure ou égale à 5 %, voire même entre 1 % et 5 %. Une telle proportion d'atomes de gallium et/ou d'indium dans le matériau de la portion émissive permet à la LED d'émettre dans la gamme de longueurs d'onde particulièrement bien adaptée aux applications de désinfection.
La diode électroluminescente peut comporter en outre une couche tampon disposée entre le substrat et la portion du premier type, ou entre le substrat et la portion intermédiaire lorsque la diode comporte une telle portion intermédiaire.
Le matériau de la couche tampon peut être à base de GaN ou d'AIN ou d'AIGaN.
Le premier type de conductivité peut correspondre au type n, et le second type de conductivité peut correspondre au type p. L'inverse est toutefois possible.
De manière avantageuse :
- des dopants de type n présents dans le matériau de l'une des portions soit du premier type soit du second type peuvent correspondre à des atomes de silicium et/ou de soufre et/ou de germanium ; - des dopants de type p présents dans le matériau de l'autre des portions soit du premier type soit du second type peuvent correspondre à des atomes de magnésium et/ou de béryllium.
Le matériau de l'autre des portions du premier type et du second type peut comporter des atomes d'indium, ce qui permet d'augmenter la quantité de dopants de p, notamment des atomes de magnésium, incorporés dans le matériau de cette autre portion, facilitant ainsi son dopage.
Le matériau de la portion du premier type et/ou de la portion du second type peut comporter de l'AIN. Cette configuration permet d'éviter que les portions du premier type et du second type aient un effet barrière vis-à-vis de la portion émissive qui est à base d'AIN.
Dans un premier mode de réalisation, la LED peut comporter une pluralité de nanofils s'étendant depuis le substrat, chacun des nanofils comportant au moins les portions du premier type et du second type et la portion émissive.
Dans un deuxième mode de réalisation, au moins les portions du premier type et du second type et la portion émissive peuvent former un empilement de couches disposé sur le substrat.
L'invention propose également un procédé de réalisation d'une diode électroluminescente, comportant au moins :
- réalisation, sur un substrat, d'une portion, dite d'un premier type, d'AlxiGa(i-xi-Yi)lnyiN dopé selon un premier type de conductivité, avec XI > 0 et Xl+Yl < 1 ;
- réalisation, sur la portion du premier type, d'une portion émissive comprenant un alliage dilué d'AIN contenant des atomes de gallium et/ou d'indium à une concentration inférieure à 30 %, et avantageusement inférieure à 10 % voire même inférieure 5 % ;
- réalisation, sur la portion émissive, d'une portion, dite d'un second type, d'Alx2Ga(i-x2-Y2)lriY2N dopée selon un second type de conductivité, opposé au premier type de conductivité, avec X2 > 0 et X2+Y2 < 1. Dans l'ensemble du document, le terme « sur » est utilisé sans distinction de l'orientation dans l'espace de l'élément auquel se rapporte ce terme. Par exemple, dans la caractéristique « un élément réalisé sur un substrat », la face du substrat sur laquelle l'élément est réalisé n'est pas nécessairement orientée vers le haut mais peut correspondre à une face orientée selon n'importe quelle direction. En outre, la disposition d'un premier élément sur un deuxième élément doit être comprise comme pouvant correspondre à la disposition du premier élément contre le deuxième élément, sans aucun élément intermédiaire entre les premier et deuxième éléments, ou bien comme pouvant correspondre à la disposition du premier élément sur le deuxième élément avec un ou plusieurs éléments intermédiaires disposés entre les premier et deuxième éléments.
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 :
- la figure 1 représente une LED comprenant une portion émissive à base d'AIN contenant des atomes de gallium et/ou d'indium et formant un alliage dilué, objet de la présente invention, selon un premier mode de réalisation ;
- la figure 2 représente un spectre d'émission de la LED selon le premier mode de réalisation ;
- la figure 3 représente une LED comprenant une portion émissive à base d'AIN contenant des atomes de gallium et/ou d'indium et formant un alliage dilué, objet de la présente invention, 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
La figure 1 décrite ci-dessous représente une LED 100 selon un premier mode de réalisation de l'invention.
Dans la description ci-dessous, le terme « épaisseur » est utilisé pour désigner la dimension parallèle à l'axe Z représenté sur les figures 1 et 3, c'est-à-dire la dimension parallèle à la direction selon laquelle s'étendent les nanofils de la LED 100 dans le premier mode de réalisation, ou la direction d'empilement des différentes couches de la LED 100 dans le deuxième mode de réalisation.
La LED 100 comporte un substrat 102 sur lequel les autres éléments de la LED 100 sont disposés et servant de support mécanique à ces autres éléments. Dans ce premier mode de réalisation, le substrat 102 comporte par exemple du saphir. D'autres types de substrat peuvent être utilisés, comprenant par exemple un matériau semi- conducteur tel que du silicium. L'épaisseur de ce substrat 102 est par exemple égale à plusieurs centaines de microns.
Sur ces figures, la LED 100 comporte également une couche tampon 104 disposée sur le substrat 102. De manière avantageuse, la couche tampon 104 comporte de l'AIN ou de l'AIGaN ou encore du GaN. L'épaisseur de la couche tampon 104 est par exemple comprise entre environ 0,5 pm et 3 pm. Elle peut éventuellement être dopée électriquement et contenir d'autres éléments chimiques et notamment de l'indium ou du Bore. Cette couche tampon favorise la croissance de la portion 106.
La LED 100 comporte, sur la couche tampon 104, une pluralité de nanofils s'étendant sensiblement dans le sens de l'épaisseur de la LED 100, c'est-à-dire selon une direction sensiblement perpendiculaire à la surface du substrat 102 sur laquelle la couche tampon 104 est formée. Sur la figure 1, tous les nanofils sont représentés comme étant perpendiculaires à la surface de la couche tampon 104 sur laquelle les nanofils sont réalisés. En pratique, ces nanofils peuvent ne pas être tous parfaitement perpendiculaires à cette surface de la couche tampon 104, et les angles formés entre la surface de croissance de ces nanofils et les directions de croissance de ces nanofils peuvent varier de plusieurs degrés, voire d'une dizaine de degrés ou plus. A titre d'exemple, le diamètre de chaque nanofil et la distance entre les axes de croissance de deux nanofils voisins, c'est à dire leur périodicité, peuvent être compris entre environ 100 nm et 300 nm. En outre, la LED 100 peut comporter un nombre de nanofils compris entre environ 1 million (pour une surface de 100x100 pm2) et 10 millions (pour une surface de 300x300 pm2), avec une densité moyenne par exemple égale à environ 100 fils/pm2 sur le substrat 102.
Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, chaque nanofil comporte une portion intermédiaire 106 de GaN dopé selon un premier type de conductivité (type n dans l'exemple de réalisation de la figure 1). A titre d'exemple, l'épaisseur de la portion intermédiaire 106 est comprise entre environ 100 nm et 1 micron.
En variante, il est possible que les nanofils de la LED 100 ne comportent pas ces portions intermédiaires 106.
Dans chaque nanofil, la portion intermédiaire 106 est surmontée d'une portion 108, dite d'un premier type, d'AIXlGa(l-Xl-Yl)lnYlN dopé selon le premier type de conductivité, avec XI > 0 et Xl+Yl < 1. Selon une réalisation avantageuse, le matériau de cette portion 108 comporte des atomes de soufre et/ou de silicium et/ou de germanium et/ou correspond à de l'AIN. A titre d'exemple, l'épaisseur de la portion 108 est comprise entre environ 100 nm et 1 pm.
Selon un exemple de réalisation, le dopage de type n des semi-conducteurs des portions 106, 108 est obtenu par incorporation d'atomes de silicium dans les semi- conducteurs des portions 106, 108, par exemple mis en œuvre lors des dépôts de semi- conducteur servant à réaliser ces portions. La concentration de dopants dans les semi- conducteurs des portions 106, 108 est par exemple comprise entre environ 1016 at/cm3 et 1021 at/cm3.
La portion 108 de chaque nanofil est surmontée d'une portion émissive 110, ou portion active, d'AIN contenant des atomes de gallium et/ou d'indium. La proportion, ou concentration, d'atomes de Ga et/ou d'In dans l'AIN de la portion émissive 110 est inférieure à 30 % et par exemple comprise entre environ 1% et 10 % voire même comprise entre 1 % et 5 %. A titre d'exemple, l'épaisseur de la portion émissive 110 est comprise entre environ 25 nm et 100 nm.
Dans chaque nanofil, la portion émissive 110 est surmontée d'une portion 112, dite d'un second type, d'Alx2Ga(i-x2-Y2)lriY2N dopée selon un second type de conductivité (type p dans l'exemple de réalisation de la figure 1), opposé au premier type de conductivité, avec X2 > 0 et X2+Y2 < 1. Selon une réalisation avantageuse, le matériau de cette portion 112 comporte des atomes de béryllium et/ou de magnésium et/ou correspond à de l'AIN. A titre d'exemple, l'épaisseur de la portion 112 est comprise entre environ 10 nm et 100 nm, et avantageusement entre environ 10 nm et 50 nm. Le matériau de la portion 112 peut comporter des atomes d'indium, ce qui permet d'augmenter la quantité de dopants de p, notamment des atomes de magnésium, incorporés dans le matériau de cette portion 112, facilitant ainsi son dopage.
Selon un exemple de réalisation, le dopage de type p du semi-conducteur de la portion 112 est obtenu par incorporation d'atomes de magnésium dans le semi- conducteur de la portion 112, par exemple lors du dépôt de ce semi-conducteur. La concentration de dopants dans le semi-conducteur de la portion 112 est par exemple comprise entre environ 1016 at/cm3 et 1021 at/cm3.
Enfin, la portion 112 de chaque nanofil est surmontée d'une couche de contact ohmique 114 disposée sur les sommets des nanofils et formant un contact électrique pour l'une des électrodes de la LED 100. Cette couche de contact ohmique 114 comporte au moins un matériau électriquement conducteur et transparent aux longueurs d'onde destinées à être émise par la LED 100, comme par exemple de l'ITO ou avantageusement du diamant, ou bien du semi-conducteur fortement dopé électriquement.
La figure 2 représente le spectre d'émission d'un ensemble de nanofils de la LED 100 décrite ci-dessus, lorsque la portion émissive 110 comporte de l'AIN contenant des atomes de gallium. Sur ce spectre, l'amplitude est exprimée en unité arbitraire. Ce spectre illustre bien l'émission lumineuse obtenue dans la gamme des longueurs d'onde allant d'environ 230 nm à 340 nm, couvrant notamment la gamme d'absorption de l'ADN des micro-organismes destinés à être éliminés lorsque cette LED 100 est utilisée pour détruire ces micro-organismes. Un exemple de procédé de réalisation de la LED 100 est décrit ci-dessous.
La couche tampon 104 est tout d'abord réalisée sur le substrat 102, par exemple en mettant en œuvre un dépôt de type MOCVD (dépôt chimique en phase vapeur à partir de précurseurs métal-organiques).
Un masque de croissance est ensuite réalisé sur la couche tampon 104 afin de réaliser les nanofils. Ce masque comporte par exemple des ouvertures circulaires réalisées par exemple par lithographie dans une couche de matériau adapté à la réalisation de ce masque. Le diamètre et la périodicité de ces ouvertures peuvent être compris, par exemple, entre environ 100 nm et 300 nm.
Les portions intermédiaires 106 sont ensuite réalisées par croissance ou dépôt à travers les ouvertures de ce masque, sur la couche tampon 104.
Le dopage des portions 106 est ensuite réalisé, par exemple par incorporation d'atomes de silicium dans le semi-conducteur formé par croissance.
Les portions 108 du premier type sont ensuite réalisées sur les portions 106, par croissance ou dépôt à travers les ouvertures du masque.
Le dopage des portions 108 est ensuite réalisé, par exemple par incorporation d'atomes de silicium et/ou de soufre et/ou de germanium.
Les portions émissives 110 sont ensuite réalisées sur les portions 108, par exemple par croissance ou dépôt. Des atomes de gallium et/ou d'indium y sont incorporés afin de former l'alliage dilué de ces portions 110.
Les portions 112 du second type sont ensuite réalisées sur les portions émissives 110, par exemple par croissance ou dépôt.
Le dopage des portions 112 est ensuite réalisé, par exemple par incorporation d'atomes de magnésium et/ou de béryllium.
La couche de contact ohmique 114 est ensuite réalisée sur les sommets des nanofils, par exemple par dépôt.
Les étapes de croissance ou de dépôt décrites ci-dessus correspondent par exemple à une épitaxie par jets moléculaires (EJM ou MBE pour « Molecular Beam Epitaxy » en anglais) ou un dépôt de type MOCVD. Les dopages peuvent être mis en œuvre in situ dans ces équipements de croissance ou de dépôt. La figure 3 décrite ci-dessous représente la LED 100 selon un deuxième mode de réalisation.
Par rapport à la LED 100 selon le premier mode de réalisation précédemment décrite, la LED 100 selon ce deuxième mode de réalisation n'est pas formée par un ensemble de nanofils réalisés sur la couche tampon 104, mais par un empilement de couches de matériaux réalisées sur la couche tampon 104, la longueur et la largeur (dimensions selon les axes X et Y sur la figure 3) de chacune de ces couches correspondant à la longueur et la largeur de la LED 100. Les matériaux de ces couches 106, 108, 110 et 112 sur la figure 3, ainsi que les épaisseurs de ces couches, sont par exemple similaires à ceux et celles des portions 106, 108, 110 et 112 de matériaux de chacun des nanofils de la LED 100 selon le premier mode de réalisation.
En variante des premier et deuxième modes de réalisation décrits ci-dessus, il est possible que la LED 100 ne comporte pas la couche tampon 104, les nanofils ou les couches étant dans ce cas réalisés directement sur le substrat 102.

Claims

REVENDICATIONS
1. Diode électroluminescente (100) comportant au moins :
- un substrat (102) ;
- une portion (108), dite d'un premier type, d'AlxiGa(i-xi-Yi)lnyiN dopé selon un premier type de conductivité, avec XI > 0 et Xl+Yl < 1, disposée au-dessus du substrat (102) ;
- une portion émissive (110) comprenant un alliage dilué d'AIN contenant des atomes de gallium et/ou d'indium avec une concentration inférieure à 30 % ;
- une portion (112), dite d'un second type, d'Alx2Ga(i-x2-Y2)lny2N dopé selon un second type de conductivité, opposé au premier type de conductivité, avec X2 > 0 et X2+Y2 < 1, la portion émissive (110) étant disposée entre la portion (108) du premier type et la portion (112) du second type.
2. Diode électroluminescente (100) selon la revendication 1, comportant en outre une portion intermédiaire (106) de GaN dopé selon le premier type de conductivité disposée entre le substrat (102) et la portion (108) du premier type.
3. Diode électroluminescente (100) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la proportion d'atomes de gallium et/ou d'indium dans le matériau de la portion émissive (110) est inférieure ou égale 10 %, et en particulier inférieure ou égale à 5 %.
4. Diode électroluminescente (100) selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre une couche tampon (104) disposée entre le substrat (102) et la portion (108) du premier type ou entre le substrat (102) et la portion intermédiaire (106) lorsque la diode électroluminescente (100) comporte une telle portion intermédiaire (106).
5. Diode électroluminescente (100) selon la revendication 4, dans laquelle le matériau de la couche tampon (104) est à base de GaN ou d'AIN ou d'AIGaN.
6. Diode électroluminescente (100) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle :
- des dopants de type n présents dans le matériau de l'une des portions (108, 112) soit du premier type soit du second type correspondent à des atomes de silicium et/ou de soufre et/ou de germanium ;
- des dopants de type p présents dans le matériau de l'autre desdites portions (108, 112) soit du premier type soit du second type correspondent à des atomes de magnésium et/ou de béryllium.
7. Diode électroluminescente (100) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le matériau de la portion (108) du premier type et/ou de la portion (112) du second type comporte de l'AIN.
8. Diode électroluminescente (100) selon l'une des revendications précédentes, comportant une pluralité de nanofils s'étendant depuis le substrat (102), chacun des nanofils comportant au moins les portions (108, 112) du premier type et du second type et la portion émissive (110).
9. Diode électroluminescente (100) selon l'une des revendications 1 à 7, dans laquelle au moins les portions (108, 112) du premier type et du second type et la portion émissive (110) forment un empilement de couches disposé sur le substrat (102).
10. Procédé de réalisation d'une diode électroluminescente (100), comportant au moins :
- réalisation, sur un substrat (102), d'une portion (108), dite d'un premier type, d'AlxiGa(i-xi-Yi)lnyiN dopé selon un premier type de conductivité, avec XI > 0 et Xl+Yl < 1 ; - réalisation, sur la portion (108) du premier type, d'une portion émissive (110) comprenant un alliage dilué d'AIN contenant des atomes de gallium et/ou d'indium à une concentration inférieure à 30 % ;
- réalisation, sur la portion émissive (110), d'une portion (112), dite d'un second type, d'Alx2Ga(i-x2-Y2)lnY2N dopée selon un second type de conductivité, opposé au premier type de conductivité, avec X2 > 0 et X2+Y2 < 1.
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