EP4792625A1

EP4792625A1 - Dispositif optoélectronique à extraction lumineuse améliorée

Info

Publication number: EP4792625A1
Application number: EP24787498.5A
Authority: EP
Inventors: Jérémy BILDE; Adrien Gasse; Dominique Noguet
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Commissariat à l'Énergie Atomique et Aux Énergies Alternatives
Current assignee: Commissariat à l'Énergie Atomique et Aux Énergies Alternatives
Priority date: 2023-10-11
Filing date: 2024-10-11
Publication date: 2026-08-19
Also published as: WO2025078609A1; CN122056106A; FR3154230A1

Abstract

L'invention concerne un dispositif optoélectronique (1) comprenant un substrat (10) s'étendant principalement dans un plan longitudinal (XY), une matrice de diodes (100a, 100b, 100c, 100d) disposées sur le substrat (10), au moins une première diode (100a) bordée par une tranchée (1000). La tranchée est délimitée par un flanc (150a) de la première diode et sépare la première diode d'une deuxième diode (100b). La première diode est configurée pour émettre ou recevoir de la lumière dans une gamme d'intérêt. La tranchée comprend une couche diélectrique (200) transparente dans la gamme d'intérêt et présentant une portion latérale (200a) recouvrant le flanc de la première diode, et un volume (1500) au contact de la portion latérale, de sorte à définir une interface avec la portion latérale. L'interface forme une interface de réflexion (250a) et forme un angle de réflexion avec le plan longitudinal inférieur à 89°.

Description

« Dispositif optoélectronique à extraction lumineuse améliorée »

DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION

La présente invention concerne le domaine des technologies de la microélectronique et de l’optoélectronique, notamment la fabrication de réseaux de diodes émettrices ou réceptrices de lumière telles que des LED (de l’anglais « Light-Emitting Diode », se traduisant en français par diode électroluminescente), et tout particulièrement de micro- LED. Elle trouve pour application particulièrement avantageuse mais non limitative les systèmes d’affichage à base de micro-LED, ou les systèmes de communication optique.

ETAT DE LA TECHNIQUE

Lors de la fabrication d'une diode, et tout particulièrement d’une micro-diode, il est courant de former un miroir sur ses parois latérales. Un tel miroir a deux fonctions principales : éviter le phénomène de diaphonie optique (couramment désigné par le terme anglais de « optical crosstalk ») entre les LEDs lorsqu’elles sont mises en réseau et augmenter l'extraction ou la détection de lumière émise ou reçue par la LED.

Une méthode connue pour fabriquer des matrices de LED à haute densité est de procéder au transfert d’un substrat épitaxié sur un substrat support, puis de singulariser les LED en formant des tranchées dans le substrat épitaxié. Les miroirs bordant les LED sont alors typiquement obtenus en remplissant les tranchées entre les LED avec un matériau approprié.

Lors de ce processus, les tranchées sont typiquement réalisées par une gravure plasma anisotrope afin de parvenir à des LED présentant des flancs perpendiculaires au substrat support. Cependant, il a été remarqué dans la pratique qu’après une telle gravure, les flancs des LED ne sont pas perpendiculaires au substrat support, comme espéré, mais présentent une inclinaison donnant aux LED une forme évasée vers le substrat porteur, comme cela est mis en évidence par la vue reproduite à la figure 1A. En déposant par la suite un matériau réflecteur dans les tranchées (figure 1 B), le miroir sera incliné en étant orienté en regard du substrat porteur (angle de réflexion a_refi’) et aura donc pour effet, dans le cas d’une diode émettrice, de rediriger la lumière émise par la LED vers le substrat porteur. Cette situation est préjudiciable pour l'extraction de la lumière par la face supérieure de la LED. Dans le cas d’une diode réceptrice, cela diminue la zone de réception de la lumière, ce qui est préjudiciable pour le rendement de détection.

De plus, ce procédé de gravure tend à réduire la surface émissive ou la surface de réception de la LED, c’est-à-dire ici la superficie de sa face supérieure, ce qui minimise encore l’extraction lumineuse ou la détection de la lumière.

Une autre approche consiste en la formation de miroirs entre les LED, non pas contre leurs parois latérales mais sur un élément situé entre deux LED adjacentes. Une telle méthode est notamment décrite dans le document US 2021328116 A1. Cette approche nécessite cependant un espacement important entre les LED adjacentes et ne permet donc pas la réalisation de matrices de micro-LED présentant une forte densité.

Il existe donc un besoin pour améliorer l’extraction lumineuse ou la réception de lumière au sein d’une matrice de micro-LED. De préférence, cette amélioration serait obtenue sans avoir à concéder une importante réduction de la densité de la matrice ou une augmentation du crosstalk optique.

RESUME DE L’INVENTION

Pour atteindre cet objectif, un premier aspect de l’invention concerne un dispositif optoélectronique comprenant :

• un substrat présentant une face supérieure s’étendant principalement dans un plan dit plan longitudinal,

• une matrice de diodes photoémettrices ou photoréceptrices disposées sur la face supérieure du substrat, au moins une première diode de la matrice étant bordée par une tranchée, la tranchée étant délimitée en partie par un flanc de la première diode, la tranchée séparant la première diode d’une deuxième diode de la matrice, la première diode étant configurée pour émettre ou recevoir de la lumière dans une gamme de longueurs d’onde dite gamme d’intérêt.

La tranchée comprend :

• une couche diélectrique à base d’au moins un matériau diélectrique, présentant une portion latérale recouvrant au moins en partie le flanc de la première diode, la couche diélectrique étant transparente dans la gamme d’intérêt,

• un volume au contact de la portion latérale de la couche diélectrique de sorte à définir une interface avec la portion latérale de la couche diélectrique.

Le dispositif se caractérise en ce que l’interface forme une interface de réflexion pour la lumière émise ou reçue par la première diode, l’interface de réflexion formant un angle dit de réflexion avec le plan longitudinal, mesuré dans le volume, inférieur à 89°, de sorte que l’interface de réflexion s’éloigne de la première diode dans le plan longitudinal au fur et à mesure qu’elle s’éloigne du substrat.

Ainsi, la portion latérale de la couche diélectrique est agencée pour définir une interface de réflexion de la lumière conformée pour rattraper l’inclinaison défavorable des flancs de la LED typiquement obtenue par gravure anisotrope.

Dans le cas d’une diode émettrice, l’interface de réflexion entre la portion latérale de la couche diélectrique et le volume permet de réfléchir la lumière émise par la première diode électroluminescente n’étant pas directement extraite par sa face supérieure. L’inclinaison de l’interface de réflexion permet de rediriger cette lumière vers la face supérieure et donc d’en faciliter l’extraction. L’extraction lumineuse de la première diode électroluminescente s’en retrouve largement améliorée.

Dans le cas d’une diode réceptrice, l’interface de réflexion entre la portion latérale de la couche diélectrique et le volume permet de réfléchir vers la zone active de la première diode la lumière arrivant à proximité de la première diode ou arrivant sur la première diode mais pas vers sa zone active. L’inclinaison de l’interface de réflexion permet de rediriger cette lumière vers la zone active et donc d’en faciliter la détection. La détection lumineuse de la première diode s’en retrouve largement améliorée.

Par ailleurs, la présence de la portion latérale contre les flancs de la première diode permet d’augmenter la superficie des régions au travers desquelles la lumière peut être extraite ou reçue dans le cas d’une diode réceptrice. En effet, la lumière peut être extraite ou captée selon certains angles au travers de la couche diélectrique. Grâce à cela, l’extraction lumineuse ou la détection de lumière est encore plus améliorée.

En outre, la réflexion de la lumière émise ou reçue par la première diode en direction de son flanc permet d’éviter qu’elle n’interfère avec la lumière émise ou reçue par les autres diodes de la matrice et notamment par la deuxième diode. Le phénomène de diaphonie optique entre les diodes de la matrice, ou crosstalk optique, est ainsi limité voire supprimé.

Il est à noter que la portion latérale de la couche diélectrique peut être très fine, typiquement de 10 nm jusqu’à 1 pm. L’amélioration de l’extraction optique ou de la détection de la lumière et la réduction du phénomène de diaphonie optique sont donc obtenues en ne concédant que très peu d’espace et donc sans avoir à réduire la densité de la matrice de façon significative, voire sans la réduire du tout.

Un deuxième aspect de l’invention concerne un procédé de fabrication d’un dispositif optoélectronique comprenant les étapes suivantes :

• Fournir un empilement comprenant : i. un substrat présentant une face supérieure s’étendant principalement dans un plan dit plan longitudinal, ii. une matrice de diodes photoémettrices ou photoréceptrices disposées sur la face supérieure du substrat, au moins une première diode de la matrice étant bordée par une tranchée, la tranchée étant délimitée en partie par un flanc de la première diode, la tranchée séparant la première diode d’une deuxième diode de la matrice, la première diode étant configurée pour émettre de la lumière dans une gamme de longueurs d’onde dite gamme d’intérêt,

• Former dans la tranchée une couche diélectrique à base d’un matériau diélectrique et comprenant une portion latérale recouvrant au moins en partie le flanc de la première diode, la couche diélectrique étant transparente dans la gamme d’intérêt, et former ainsi au sein de la tranchée un volume au contact de la portion latérale.

Le procédé se caractérise en ce que le dépôt de la couche diélectrique est effectué pour que le contact entre la portion latérale de la couche diélectrique et le volume forme une interface dite interface de réflexion pour la lumière émise ou la lumière reçue par la première diode, de sorte que l’interface de réflexion forme un angle dit d’extraction avec le plan longitudinal, mesuré dans le volume, inférieur à 89°, de sorte que l’interface de réflexion s’éloigne de la première diode dans le plan longitudinal au fur et à mesure qu’elle s’éloigne du substrat.

Ce procédé est parfaitement compatible avec le report d’une couche épitaxiée continue sur le substrat, puis la singularisation au sein de la couche épitaxiée des diodes. Il n’est donc pas nécessaire de passer par un report avec alignement des diodes. En d’autres termes, ce procédé est parfaitement compatible avec une singularisation des diodes par lithographie et gravure auto-alignées. La formation des diodes peut donc se faire avec la grande précision des procédés connus de lithographie.

Les avantages procurés par le dispositif selon l’invention s’appliquent mutatis mutandis au procédé selon l’invention, et inversement.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée d’un mode de réalisation de cette dernière qui est illustrée par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels :

La figure 1 A représente une vue d’une diode obtenue par gravure plasma anisotrope.

La figure 1 B représente une vue d’un miroir formé entre deux diodes obtenues par gravure plasma anisotrope.

Les figures 2A à 4D illustrent différents modes de réalisation du procédé selon l’invention dans lesquels le volume contenu dans la tranchée est rempli.

Les figures 5 et 6 illustrent des modes de réalisation du procédé selon l’invention dans lesquels le volume contenu dans la tranchée n’est pas rempli.

Les figures 7A à 7C et 8A à 8C illustrent des modes de réalisation du procédé selon l’invention dans lesquels une couche métallique est formée dans le volume contenu dans la tranchée, à distance de la couche diélectrique.

Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier les dimensions ne sont pas représentatives de la réalité.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L’INVENTION

Avant d’entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l’invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement :

Selon un mode de réalisation, l’angle de réflexion est inférieur à 85°, de préférence inférieure à 70°.

Selon un mode de réalisation, le volume contient une couche dite couche métallique à base d’un premier matériau métallique. Selon un exemple, une portion latérale au moins de la couche métallique s’étend depuis l’interface de réflexion. La constitution métallique de la portion latérale de la couche métallique permet une excellente réflexion de la lumière dans la gamme d’intérêt, c’est-à-dire la gamme d’émission ou la gamme de réception. Tout en favorisant l’extraction ou la réception, elle permet en outre de limiter grandement le phénomène de diaphonie optique. Selon un mode de réalisation, la couche métallique recouvre entièrement l’interface de réflexion et de préférence, recouvre entièrement la couche diélectrique située dans la tranchée.

Selon un exemple, la couche métallique présente une épaisseur e₃oo prise selon une direction perpendiculaire à l’interface de réflexion, avec e₃oo^5Onm, de préférence e₃₀₀>100nm. Ces épaisseurs sont avantageuses pour limiter le phénomène de diaphonie optique.

Selon un exemple, la portion latérale de la couche métallique présente une face externe, opposée à l’interface de réflexion, et dans lequel le volume contient une couche dite couche de remplissage, la couche de remplissage s’étendant depuis la face externe de la portion latérale de la couche métallique.

Selon un exemple, la couche de remplissage est à base d’un deuxième matériau métallique, de préférence identique au premier matériau métallique. La constitution métallique de la couche de remplissage permet de limiter encore le phénomène de diaphonie optique entre la première diode et la deuxième diode.

Selon un exemple, la couche métallique et la couche de remplissage remplissent entièrement le volume.

Selon un exemple, le premier matériau métallique est pris parmi les matériaux suivants : le cuivre, l’aluminium, le titane, le nitrure de titane, l’or, le nickel, le platine, l’argent. Selon un exemple, le volume comprend du vide. L’interface de réflexion peut alors correspondre à l’interface entre la portion latérale de la couche diélectrique et l’air ou entre la portion latérale de la couche diélectrique et la couche métallique, si cette dernière est présente et se situe au contact de la portion latérale de la couche diélectrique. La réflexion permise par une telle interface est très avantageuse pour l’extraction lumineuse.

Selon un mode de réalisation, la couche métallique présente un flanc dit flanc de réflexion en regard de la portion latérale de la couche diélectrique, le flanc de réflexion de la couche métallique étant séparé dans le plan longitudinal de la portion latérale par du vide.

Selon un exemple préféré, le flanc de réflexion de la couche métallique et le vide forment une interface secondaire, l’interface secondaire formant une interface de réflexion secondaire pour la lumière émise ou reçue par la première diode, l’interface de réflexion secondaire formant un angle dit de réflexion secondaire avec le plan longitudinal (XY), mesuré dans la couche métallique. De préférence, l’angle de réflexion secondaire est inférieur à 89°, de préférence inférieur à 85°, de préférence inférieur à 70°, de sorte que l’interface de réflexion secondaire s’éloigne de la première diode dans le plan longitudinal au fur et à mesure qu’elle s’éloigne du substrat. La présence de l’interface de réflexion secondaire est très avantageuse puisqu’elle permet de maximiser l’extraction lumineuse. L’interface de réflexion et l’interface de réflexion secondaire agissent ainsi en synergie pour permettent une extraction lumineuse optimale.

Selon un mode de réalisation, l’interface de réflexion est formée par la couche diélectrique et le vide.

Selon un mode de réalisation, l’interface de réflexion est formée par la couche diélectrique et la couche métallique.

Selon un exemple, le volume est vide. Dans cet exemple, le volume ne comprend notamment pas de couche métallique. L’interface de réflexion correspond alors à l’interface entre la portion latérale de la couche diélectrique et l’air.

Selon un exemple, la couche diélectrique est à base d’au moins l’un parmi les matériaux suivants : SiCL, SiN, SiON, AI2O3. Il peut également s’agir d’un empilement comprenant au moins l’un de ces matériaux.

Selon un exemple, le substrat comprend une pluralité de vias métalliques, chaque via métallique étant sous-jacent, selon une direction transverse perpendiculaire au plan longitudinal, à une diode distincte, en conduction électrique avec ladite diode.

Selon un mode de réalisation du procédé, le dépôt de la couche diélectrique comprend un dépôt non conforme sur le flanc de la première diode, les paramètres du dépôt non conforme étant réglés de sorte à obtenir l’angle de réflexion. La non-conformité du dépôt, considérée habituellement comme un inconvénient, est ici utilisée comme un avantage pour réaliser l’inclinaison souhaitée pour l’interface de réflexion.

Selon un exemple, lesdits paramètres du dépôt non conforme comprennent notamment : une température de dépôt, une pression de dépôt, une puissance de dépôt et un angle de dépôt mesuré entre e flux d’espèce déposé et le plan longitudinal.

Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre la formation d’une couche dite couche métallique à base d’un premier matériau métallique, une portion latérale au moins de la couche métallique s’étendant depuis l’interface de réflexion.

Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre la formation dans le volume d’une couche dite couche métallique à base d’un premier matériau métallique.

Selon un mode de réalisation, la portion latérale de la couche métallique présente une face externe, opposée à l’interface de réflexion, le procédé comprenant en outre la formation d’une couche dite couche de remplissage dans le volume, la couche de remplissage s’étendant depuis la face externe de la portion latérale de la couche métallique 300.

Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre la formation d’une couche d’amorce dans le volume, sur la face supérieure du substrat, la couche d’amorce étant à base d’un matériau métallique d’amorce.

Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre la formation d’une couche de remplissage secondaire à base d’un matériau métallique de remplissage à partir de la couche d’amorce, par exemple par électrodéposition. La couche de remplissage secondaire permet à la fois d’améliorer l’extraction lumineuse et de réduire le phénomène de diaphonie optique.

La présente demande de brevet peut aussi bien s’appliquer à une diode photoréceptrice qu’à une diode photoémettrice (ainsi qu’à des réseaux de telles diodes). Le terme « diode » s’entend donc indifféremment comme « diode photoréceptrice » ou « diode photoémettrice ». Dans la présente demande de brevet, les termes « diode photoémettrice », « diode électroluminescente » et « LED » sont employés en synonymes. Une « diode » peut également s’entendre d’une « micro-diode ». Une « micro-diode » est une diode dont les dimensions n’excèdent pas 1 mm (1 mm = 10^-3 m).

On entend dans la présente demande qu’une couche est transparente dans une gamme de longueurs d’onde donnée lorsque celle-ci présente une transmittance supérieure ou égale à 70%, de préférence supérieure à 90%, de préférence supérieure ou égale à 95%. Autrement dit, elle présente une absorbance inférieure ou égale à 30%, de préférence inférieure ou égale à 10%, de préférence inférieure ou égale à 5% dans cette gamme.

Il est précisé que, dans le cadre de la présente invention, les termes « sur », « surmonte », « recouvre », « sous-jacent », en « vis-à-vis » et leurs équivalents ne signifient pas forcément « au contact de ». Ainsi par exemple, le dépôt, le report, le collage, l’assemblage ou l’application d’une première couche sur une deuxième couche, ne signifie pas obligatoirement que les deux couches sont directement au contact l’une de l’autre, mais signifie que la première couche recouvre au moins partiellement la deuxième couche en étant, soit directement à son contact, soit en étant séparée d’elle par au moins une autre couche ou au moins un autre élément.

Une couche peut par ailleurs être composée de plusieurs sous-couches d’un même matériau ou de matériaux différents.

On entend par un substrat, une couche, un dispositif, « à base » d’un matériau M, un substrat, une couche, un dispositif comprenant ce matériau M uniquement ou ce matériau M et éventuellement d’autres matériaux, par exemple des éléments d’alliage, des impuretés ou des éléments dopants.

On entend par « gravure sélective vis-à-vis de » ou « gravure présentant une sélectivité vis-à-vis de » une gravure configurée pour enlever un matériau A ou une couche A vis-à-vis d’un matériau B ou d’une couche B, et présentant une vitesse de gravure du matériau A supérieure à la vitesse de gravure du matériau B. La sélectivité est le rapport entre la vitesse de gravure du matériau A sur la vitesse de gravure du matériau B. La sélectivité entre A et B est notée SA:B.

Un repère, de préférence orthonormé, comprenant les axes X, Y, Z est représenté en figures 2A à 6. La direction Z pourra être désignée « direction d’empilement ».

Dans la présente demande de brevet, on parlera préférentiellement d’épaisseur pour une couche et de hauteur pour une structure ou un dispositif. La hauteur est prise perpendiculairement au plan longitudinal XY. L’épaisseur est prise selon une direction normale au plan d’extension principal de la couche. Ainsi, une couche présente typiquement une épaisseur selon Z, lorsqu’elle s’étend principalement le long du plan longitudinal XY, et un élément en saillie, par exemple une tranchée d’isolation, présente une hauteur selon Z. Les termes relatifs « sur », « sous », « dessus », « dessous », « sous-jacent » se réfèrent préférentiellement à des positions prises selon la direction Z.

Les termes « sensiblement », « environ », « de l'ordre de » signifient « à 10% près, de préférence à 5% près ».

Plusieurs modes de réalisation du procédé selon l’invention vont maintenant être décrits en référence aux figures 2A à 6.

La figure 2A illustre la fourniture d’un substrat 10. Il s’agit typiquement d’un substrat 10 comprenant un circuit intégré, pouvant être désigné ASIC, de l’anglais « Application Specific Integrated Circuit » (en français « circuit intégré pour une application spécifique »).

Le substrat 10 présente une face supérieure 11 s’étendant principalement dans un plan parallèle au plan longitudinal XY.

Le substrat 10 peut par exemple comprendre une couche affleurante 13 et un substrat support 14. Le substrat support 14 peut par exemple être un substrat de silicium.

Le substrat 10, typiquement la couche affleurante 13, comprend de préférence une pluralité de vias métalliques 15 affleurant de préférence la face supérieure 11 du substrat 10. Chacun de ces vias métalliques 15 peut être en contact avec un plot métallique 16. Les vias métalliques 15 peuvent par exemple être à base de tungstène et les plots métalliques peuvent par exemple être à base de cuivre ou d’aluminium.

La figure 2B illustre ensuite le report, sur la face supérieure 11 du substrat 10, d’un substrat épitaxié 100.

Le substrat épitaxié 100 présente une face inférieure 102 en regard de la face supérieure 11 du substrat 10 et une face supérieure 101 , opposée à sa face inférieure 102. Toutes deux s’étendent principalement dans un des plans parallèles au plan longitudinal XY. Le substrat épitaxié 100 présente selon la direction d’empilement Z une épaisseur eioo. Typiquement, eioo est comprise entre 100 nm et 10 pm.

Le substrat épitaxié 100 est à base d’un matériau semiconducteur. Le substrat épitaxié 100 comprend une région active 110. Cette région active 110 est le lieu de recombinaisons radiatives de paires électron-trou permettant d’obtenir ou d’absorber un rayonnement lumineux. La région active 131 comprend typiquement une pluralité de puits quantiques, par exemple formés par des couches émissives à base de GaN, InN, InGaN, AIGaN, AIN, AllnGaN, GaP, AIGaP, AHnGap, AIGaAs, GaAs, InGaAs, AIIIAs, ou d’une combinaison de plusieurs de ces matériaux.

Afin de garantir la bonne tenue du substrat épitaxié 100 avec le substrat 10, le report du substrat épitaxié 100 peut se faire par collage par l’intermédiaire d’une couche d’adhésion 50 s’étendant entre la face supérieure 11 du substrat 10 et la face inférieure 102 du substrat épitaxié 100. La couche d’adhésion 50 présente une épaisseur eso selon la direction d’empilement Z.

Comme illustré par le passage de la figure 2B à la figure 2C, on procède ensuite à une étape de lithographie et de gravure permettant de singulariser une pluralité d’îlots à partir de la couche active 100. Dans un souci de simplification, la forme évasée donnée aux îlots par cette étape de gravure n’est pas illustrée sur la figure 2C et sur les figures suivantes. Chacun de ces îlots forme une diode 100a, 100b, 100c, 100d. Chaque diode 100a, 100b, 100c, 100d comprend une partie de la région active 110 du substrat épitaxié 100. L’ensemble des diodes 100a, 100b, 100c, 100d est appelé matrice de diodes 100a, 100b, 100c, 100d.

La singularisation des diodes 100a, 100b, 100c, 100d passe par la formation de tranchées 1000 au sein du substrat épitaxié 100. Chacune de ces tranchées 1000 traverse le substrat épitaxié 100 sur toute son épaisseur eioo. Si une couche d’adhésion 50 se trouve entre le substrat 10 et le substrat épitaxié 100, les tranchées 1000 traversent de préférence également la couche d’adhésion 50 sur toute son épaisseur e₅o. Si la couche d’adhésion 50 n’est pas métallique, cette précaution n’est cependant pas nécessaire.

Deux diodes adjacentes (par exemple les diodes référencées 100a et 100b sur les figures) sont séparées par une tranchée 1000. Si l’on considère une première diode 100a et une deuxième diode 100b adjacentes l’une à l’autre, la tranchée 1000 les séparant s’étend au moins entre un flanc 150a de la première diode 100a et un flanc 150b de la deuxième diode 100b. Ces flancs 150a, 150b se trouvent en regard l’un de l’autre. De la même façon, les autres tranchées 1000 s’étendent au moins entre deux flancs de deux diodes adjacentes.

Chaque tranchée 1000 présente une largeur hooo, mesurée entre les deux flancs 150a, 150b des deux diodes 100a, 100b entre lesquels elle s’étend. La largeur hooo est illustrée en figure 2C. La largeur hooo correspond à la distance la plus faible entre ces flancs 150a, 150b. La distance entre les flancs 150a, 150b pouvant varier le long de la direction d’empilement Z du fait des effets de gravure, on choisit de mesurer la largeur hooo au pied des diodes 100a, 100b, c’est-à-dire dans le plan parallèle au plan longitudinal XY incluant les diodes 100a, 100b le plus proche du substrat 10. Dans le cas de flancs 150a, 150b présentant une forme courbe dans le plan longitudinal XY (par exemple si les diodes 100a, 100b présentent une forme circulaire en projection dans le plan longitudinal XY), la largeur hooo est effective, en projection dans le plan longitudinal XY, entre un unique point du flanc 150a de la première diode 100a et un unique point du flanc 150b de la deuxième diode 100b. Dans le cas de flancs 150a, 150b parallèles entre eux, la largeur hooo est effective sur toute l’étendue de ces deux flancs 150a, 150b.

Typiquement, hooo est inférieure à 3 pm, de préférence supérieure à 500 nm, de préférence supérieure à 750 nm, et typiquement sensiblement égale à 1 pm.

Chaque tranchée 1000 présente par ailleurs une hauteur hiooo, mesurée en projection dans un plan parallèle à la direction d’empilement Z. hiooo est de préférence supérieure à 100 nm, et typiquement inférieure à 10 pm.

L’empilement fourni au début du procédé selon l’invention correspond à l’empilement illustré à la figure 2C.

La figure 2D illustre ensuite le dépôt d’une couche diélectrique 200. La couche diélectrique 200 est déposée dans les tranchées 1000 de manière à recouvrir les flancs délimitant lesdites tranchées 1000. Typiquement, pour la tranchée 1000 s’étendant entre la première diode 100a et la deuxième diode 100b, la couche diélectrique 200 est déposée de manière à recouvrir le flanc 150a de la première diode 100a et le flanc 150b de la deuxième diode 100b. Cela sera décrit plus en détails en référence à la figure 2E.

La couche diélectrique 200 est de préférence également déposée au fond des tranchées 1000, typiquement au contact de la face supérieure 11 du substrat 10 lorsque les tranchées 1000 traversent entièrement la couche d’adhésion 50 ou lorsqu’il n’y a pas de couche d’adhésion 50. La portion de la couche diélectrique 200 formée au fond d’une tranchée 1000 est désignée portion inférieure 200ab. Elle présente une face supérieure 201 ab s’étendant principalement dans un plan parallèle au plan longitudinal XY.

La couche diélectrique 200 est par ailleurs avantageusement déposée sur la face supérieure 101 du substrat épitaxié 100, qui, à ce stade du procédé, est composé des faces supérieures 101a, 101 b, 101c, 101 d de chacune des diodes 100a, 100b, 100c, 100d.

La figure 2E est un agrandissement de la figure 2D représentant une tranchée 1000 séparant une première diode 100a d’une deuxième diode 100b. Cette figure permet de mieux visualiser la façon dont est déposée la couche diélectrique 200 au sein d’une tranchée 1000.

La couche diélectrique 200 est déposée de sorte à présenter au moins une portion latérale 200a recouvrant au moins en partie le flanc 150a de la première diode 100a. Elle est de préférence déposée de sorte à également présenter au moins une autre portion latérale 200b recouvrant au moins en partie le flanc 150b de la deuxième diode 100b.

La couche diélectrique 200 est par ailleurs déposée de sorte à définir un volume 1500 dans la tranchée 1000. Ainsi, les deux portions latérales 200a, 200b ne sont de préférence pas en contact, ou si elles le sont, ce n’est pas le cas sur toute leur hauteur selon la direction d’empilement Z. S’il est prévu, comme cela sera décrit plus avant dans certains modes de réalisation, que le volume 1500 soit rempli, alors les deux portions latérales peuvent être en contact mais une ouverture doit être conservée pour que le remplissage du volume 1500 puisse être réalisé. A ce stade du procédé, le volume 1500 est vide, c’est-à-dire qu’il est exempt de matériaux. Le volume 1500 est typiquement rempli d’air.

La couche diélectrique 200 sépare au moins partiellement le volume 1500 de la première diode 100a et de la deuxième diode 100b.

Chaque portion latérale 200a, 200b forme avec le volume 1500 une interface de réflexion 250a, 250b.

Les portions latérales 200a, 200b de la couche diélectrique 200 présentent par ailleurs chacune un flanc interne 260a, 260b, opposé aux interfaces de réflexion 250a, 250b et en regard de la première diode 100a et de la deuxième diode 100b respectivement.

De préférence, la couche diélectrique 200 est déposée au contact de la première diode 100a et la deuxième diode 100b. Ainsi, les portions latérales 200a, 200b s’étendent de préférence respectivement depuis le flanc 150a de la première diode 100a et depuis le flanc 150b de la deuxième diode 100b. Dans ce cas de figure, les flancs internes 260a, 260b des portions latérales 200a, 200b de la couche diélectrique 200 et les flancs 150a, 150b des première et deuxièmes diodes 100a, 100b sont donc confondus.

Le dépôt de la couche diélectrique 200 est configuré pour que les interfaces de réflexion 250a, 250b forment un angle, dit angle de réflexion a_refi, avec le plan longitudinal XY inférieur à 89°, de préférence inférieure à 85°, de préférence inférieur à 70°. L’angle de réflexion a_refi est mesuré dans le volume 1500.

L’angle de réflexion a_refi peut être mesuré en projetant l’interface de réflexion 250a, 250b considérée dans un plan dit plan de projection perpendiculaire au plan longitudinal XY.

Selon un exemple, l’interface de réflexion 250a, 250b s’étend principalement et de préférence entièrement dans un plan dit plan d’interface. Dans ce cas, le plan de projection est également perpendiculaire au plan d’interface.

Alternativement, l’interface de réflexion s’étend selon une forme courbe, par exemple selon une forme circulaire selon toute coupe parallèle au plan transversal XY. Dans ce cas, l’interface de réflexion 250a, 250b forme par exemple un anneau en projection dans le plan transversal XY. Dans ce cas, le plan de projection est également perpendiculaire au plan tangent à l’endroit de l’interface de réflexion 250a où la mesure est effectuée. drefi est de préférence le même pour les deux portions latérales 250a et 250b et donc pour les deux diodes 100a et 100b.

Afin de permettre l’inclinaison des interfaces de réflexion 250a, 250b, le dépôt de la couche diélectrique 200 comprend avantageusement un dépôt non conforme permettant de former les portions latérales 200a, 200b selon une forme permettant cette inclinaison.

De manière parfaitement classique, un dépôt non conforme se caractérise par le fait que l’épaisseur de la couche déposée n’est pas constante. Cette épaisseur, en tout point de cette couche, est mesurée perpendiculairement à la tangente à la couche ou au motif sous-jacent à la couche conforme. Sur la figure 2E, il ressort clairement que l’épaisseur e₂ooa de la couche diélectrique 200 au niveau de la face supérieure de la diode 100 est supérieure à l’épaisseur e₂oob de la couche diélectrique 200 au niveau de la face supérieure de la diode 100. e_200a est typiquement supérieure à 10 nm, par exemple supérieure à 30 nm. e₂ooa est typiquement inférieure à 1 pm, par exemple inférieure à 300 nm. Il est intéressant de noter que plus le rapport ooo/hiooo est grand, plus l’épaisseur e200a peut être élevée et plus l’angle de réflexion peut être grand. Avantageusement, hooo/hiooo est supérieur ou égal à 0,2.

De préférence, le dépôt non conforme est effectué de sorte à ce que les interfaces de réflexion 250a, 250b présentent une pente constante. Ainsi l’épaisseur e₂₀₀ de la couche diélectrique augmente de manière continue en direction de l’ouverture de la tranchée 1000.

Un tel dépôt peut être réalisé par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (couramment désigné PECVD, de l’anglais « Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition »), par dépôt physique en phase vapeur (couramment désigné PVD, de l’anglais « Physical Vapor Deposition »), ou encore par dépôt par faisceau ionique (couramment désigné IBD, de l’anglais « Ion Beam Deposition »). Quel que soit le procédé retenu, les paramètres de celui-ci sont ajustés afin d’obtenir un dépôt non conforme. En particulier, les paramètres suivants sont ajustés pour obtenir le dépôt non conforme que l’on souhaite : la puissance de dépôt, la pression, la température de dépôt, l’angle de dépôt.

Plusieurs procédés pouvant être utilisés pour former la couche diélectrique 200 de façon non conforme sont décrits ci-dessous :

• Dépôt CVD dans un générateur haute fréquence (ex : 13,56 MHz), à une puissance de 300W, à une pression de 2,5 Torr et une température de 240°C, par exemple avec pour gaz oxydant du N₂O et de préférence avec du silane (SiH₄) comme gaz précurseur. Le ratio du gaz oxydant sur le gaz précurseur est supérieur ou égal à 20, de préférence supérieur ou égal à 80.

• Dépôt PVD avec une cible en SiO₂, un mélange d’argon (30sccm) et de O₂ (45 sccm), avec un générateur en mode DC pulsé et une puissance de 3000W, une pression de 0.5 mT et à température ambiante. Le dépôt se fait de préférence selon la direction d’empilement Z.

• Dépôt IBD avec une cible en SiO₂. des ions krypton (4 sccm), un plasma généré avec un générateur radiofréquence (RF), une puissance de 700 W, une pression de 0,45 mT, un angle de dépôt - c’est-à-dire l’angle entre le flux d’espèces à déposer et le plan longitudinal XY - de 5°, et à température ambiante.

La couche diélectrique 200 est formée d’un matériau diélectrique. Le matériau diélectrique et l’épaisseur de la couche diélectrique 200 sont choisis de sorte que la couche diélectrique 200 soit transparente dans la gamme d’émission ou de réception des diodes 100a, 100b, 100c, 100d. On parle de gamme d’émission pour des diodes photoémettrices et de gamme de réception pour des diodes photoréceptrices. Pour désigner de façon générale l’une ou l’autre de ces gammes, en fonction de la nature de la diode, on parle de gamme d’intérêt.

Comme cela a été décrit précédemment, la couche diélectrique 200 n’est pas déposée de façon conforme et ne présente donc pas une épaisseur constante. On évaluera donc le caractère transparent de la couche diélectrique 200 dans ses portions les plus épaisses. Typiquement, la couche diélectrique 200 est la plus épaisse dans ses portions surmontant les diodes 100a, 100b, 100c, 100d et/ou au niveau le plus éloigné du substrat 10 de ses portions latérales 200a, 200b.

La couche diélectrique 200 peut notamment être à base de l’un parmi le SiO2, le SiN, le SiON ou encore l’alumine. Il peut également s’agir d’un empilement de plusieurs de ces matériaux

Les figures suivantes se concentrent également sur ces deux diodes 100a, 100b et la tranchée 1000 les séparant, mais il est entendu que les différentes étapes du procédé peuvent être appliquées à l’ensemble des diodes 100a, 100b, 100c, 100d de la matrice et à l’ensemble des tranchées 1000.

Comme décrit dans les paragraphes suivants, le volume 1500 peut être laissé vide, ou bien être rempli, partiellement ou entièrement.

Les figures 3Aà 4D illustrent des modes de réalisation dans lesquels le volume 1500 est au moins partiellement rempli.

Comme illustré à la figure 3A, une couche métallique 300 est avantageusement formée dans le volume 1500. Dans ce mode de réalisation, la couche métallique 300 est formée de sorte à recouvrir au moins une partie des portions latérales 200a, 200b de la couche métallique 200.

La couche métallique 300 est ainsi déposée de sorte à présenter au moins une portion latérale 300a recouvrant au moins en partie la portion latérale 200a de la couche diélectrique 200 recouvrant le flanc 250a de la première diode 100a. Elle est de préférence déposée de sorte à également présenter au moins une autre portion latérale 300b recouvrant au moins en partie la portion latérale 200b de la couche diélectrique 200 recouvrant le flanc 150b de la deuxième diode 100b.

Les portions latérales 300a, 300b de la couche métallique 300 sont en contact direct avec les portions latérales 200a, 200b de la couche diélectrique 200. Ainsi, ces portions 300a, 300b s’étendent depuis les interfaces de réflexion 250a, 250b.

Les portions latérales 300a, 300b de la couche métallique 300 présentent chacune un flanc externe 350a, 350a, opposé à l’interface de réflexion 250a, 250b.

De préférence, les deux portions latérales 300a, 300b de la couche métallique 300 ne sont pas en contact. Leurs flancs externes 350a, 350b se trouvent ainsi en regard l’un de l’autre sans se toucher. Le volume 1500 n’est donc à ce stade pas entièrement rempli.

La couche métallique 300 est typiquement également déposée sur les faces supérieures 101a, 101 b des diodes 100a, 100b et dans le fond de la tranchée 1000, sur la face supérieure 201 ab de la portion inférieure 200ab de la couche diélectrique 200. La portion de la couche métallique 300 formée sur la face supérieure 201 ab de la portion inférieure 200ab de la couche diélectrique 200 est désignée portion inférieure 300ab de la couche métallique 300. Elle présente une face supérieure 301 ab s’étendant principalement dans un plan parallèle au plan longitudinal XY.

La couche métallique 300 peut par exemple être déposée de façon conforme.

Le dépôt de la couche métallique 300 peut se faire par PVD, CVD ou encore électrogreffage.

La couche métallique 300 est à base d’un premier matériau métallique conférant à cette couche 300 une propriété réfléchissante pour la lumière émise par les diodes 100a, 100b. La lumière émise par une diode 100a, 100b n’étant pas directement extraite au niveau de la face supérieure 101a, 101 b de la diode 100a, 100b est ainsi réfléchie à l’interface de réflexion 250a, 250b constituée dans ce mode de réalisation par l’interface entre la couche diélectrique 200 et la couche métallique 300.

Le premier matériau métallique peut par exemple être pris parmi le cuivre, l’aluminium, l’or, le nickel, le platine et l’argent. Le cuivre peut notamment être déposé par électrogreffage. Ce matériau permet notamment une bonne réflexion d’une lumière dont la gamme d’émission correspond à une nuance de rouge (entre 620 nm et 800 nm environ). L’aluminium peut notamment être déposé par plusieurs cycles comprenant chacun un dépôt PVD ou CVD et une étape de pulvérisation afin de déplacer de l’aluminium déposé en fond de tranchée 1000 contre les portions latérales 200a, 200b de la couche diélectrique 200. L’espèce pulvérisée peut être pris parmi les gaz suivants : l’argon, le krypton, le néon, le N₂, l’O₂ ou une combinaison de ces gaz. L’aluminium permet notamment une bonne réflexion d’une lumière dont la gamme d’émission correspond à une nuance de bleu (entre 430 nm et 520 nm environ) ou à une nuance de vert (entre 520 nm et 565 nm environ). Ces plages se situent autour des longueurs d’onde fixées par la Commission Internationale de l’Eclairage (CIE) pour les trois couleurs primaires physiques : 700 nm pour le rouge, 536,1 nm pour le vert et 435,8 nm pour le bleu. Idéalement, les longueurs d’ondes émises par les diodes électroluminescentes se rapprochent de ces valeurs.

La couche métallique 300 présente une épaisseur eaoo mesurée selon différentes directions en fonction de la portion considérée. Dans le cas typique d’un dépôt conforme, esoo est identique dans toutes les portions de la couche métallique 300. A minima au niveau des portions latérales 300a, 300b, e₃oo est de préférence supérieure à 50 nm, de préférence supérieure à 100 nm. e₃oo est typiquement inférieure à 200 nm, de préférence inférieure à 150 nm.

La couche métallique 300 a non seulement un rôle de réflecteur optique mais également un rôle de conducteur électrique : elle permet d’acheminer un courant électrique depuis le haut de cette même tranchée 1000 vers le fond de la tranchée 1000.

Comme illustré à la figure 3B, le volume 1500 est ensuite avantageusement rempli par une couche de remplissage 400. Cette dernière s’étend entre les flancs externes 350a, 350b des portions latérales 300a, 300b de la couche métallique 300 et se trouve de préférence à leur contact. Elle est par ailleurs de préférence en contact avec la face supérieure 301 ab de la portion inférieure 300ab de la couche métallique 300.

Ainsi, de préférence, la couche de remplissage 400 et la couche métallique 300 remplissent ensemble l’intégralité du volume 1500.

Dans ce mode de réalisation, la réflexion de la lumière émise par les diodes 100a, 100b est assurée par la couche métallique 300. Il n’est donc pas nécessaire que la couche de remplissage 400 soit constituée d’un matériau aux propriétés optiques réfléchissantes. On préférera malgré tout que la couche de remplissage 400 soit à base d’un deuxième matériau métallique, de préférence identique au premier matériau métallique.

La couche de remplissage 400 peut par exemple être déposée par toutes les techniques connues de dépôt, par exemple CVD, PVD, ALD, IBD, ECD (de l’anglais « Electrochemical Deposition », en français dépôt électrochimique).

Comme illustré par le passage de la figure 3B à la figure 3C, on procède ensuite typiquement à une étape de polissage, par exemple par polissage mécano-chimique (couramment désigné CMP, de l’anglais « Chemical-Mechanical Polishing »), pour retirer les portions de la couche métallique 300 se trouvant sur les faces supérieures 101a, 101 b des diodes 100a, 100b. Cela permet d’éviter que la lumière émise par les diodes 100a, 100b ou réfléchie par les interfaces de réflexion 250a, 250b en direction de leurs faces supérieures 101a, 101 b ne soit réfléchie en direction du substrat 10. Des ouvertures peuvent être aménagées dans les portions de la couche diélectrique 200 se trouvant sur les faces supérieures 101a, 101b des diodes 100a, 100b afin d’assurer le raccordement électrique des diodes 100a, 100b par leur face supérieure 101a, 101 b.

La figure 3C illustre schématiquement la réflexion de la lumière émise par la première diode 100a par l’interface de réflexion 250a formée par le contact entre la portion latérale 200a de la couche diélectrique et la portion latérale 300a de la couche métallique 300. L’inclinaison selon l’angle a_ext de cette interface permet de rediriger la lumière afin de permettre son extraction par la face supérieure 101a de la diode 100a.

Selon un autre mode de réalisation, illustré au figures 4Aà 4D, dans lequel le volume 1500 est au moins partiellement rempli, une couche d’amorce 500 est tout d’abord formée au fond de la tranchée 1000. Plus exactement, dans le cas typique où une portion inférieure 200ab de la couche diélectrique 200 recouvre la face supérieure 11 du substrat, la couche d’amorce 500 est déposée sur la face supérieure 201 ab de cette portion inférieure 200ab. Sinon, la couche d’amorce 500 est directement déposée sur la face supérieure 11 du substrat 10.

La couche d’amorce 500 est typiquement déposée par un procédé de dépôt non conforme. Dans ce cas, la couche d’amorce 500 ne s’étend pas contre les interfaces de réflexion 250a, 250b. Elle s’étend en revanche typiquement sur les faces supérieures 101 a, 101 b des diodes 100a, 100b. La couche d’amorce 500 peut par exemple être déposée un dépôt PVD.

La couche d’amorce 500 est à base d’un matériau métallique d’amorce. Le matériau métallique d’amorce peut être pris parmi le cuivre et l’aluminium.

La couche d’amorce 500 permet par ailleurs d’acheminer un courant électrique dans le fond des tranchées 1000.

Comme illustré à la figure 4B, une couche de remplissage secondaire 600 est ensuite formée dans le volume 1500 à partir de la couche d’amorce 500. De préférence, la couche d’amorce 500 et la couche de remplissage secondaire 600 remplissent ensemble entièrement le volume 1500.

La couche de remplissage secondaire 600 peut notamment être formée par un procédé d’électrodéposition. Ce dépôt pourra être réalisé selon une approche ascendante, plus couramment désignée « bottom-up ». La couche de remplissage secondaire 600 pourra être formée sous une chimie dite TSV (pour « Through Silicon Via », pouvant être traduit par « interconnexion traversant le silicium »), de type bottom-up.

La couche de remplissage secondaire 600 est à base d’un deuxième matériau métallique conférant à cette couche 600 une propriété réfléchissante pour la lumière émise par les diodes 100a, 100b. La lumière émise par une diode 100a, 100b n’étant pas directement extraite après son émission au niveau de la face supérieure 101a, 101 b de la diode 100a, 100b est ainsi réfléchie à l’interface de réflexion 250a, 250b constituée dans ce mode de réalisation par l’interface entre la couche diélectrique 200 et la couche de remplissage secondaire 600.

Comme illustré par le passage de la figure 4C à la figure 4D, on procède ensuite typiquement à une étape de polissage, par exemple par CMP, pour retirer les portions de la couche d’amorce 500 et de la couche de remplissage secondaire 600 se trouvant sur les faces supérieures 101a, 101 b des diodes 100a, 100b. Cela permet d’éviter que la lumière émise par les diodes 100a, 100b ou réfléchie par les interfaces de réflexion 250a, 250b en direction de leurs faces supérieures 101a, 101 b ne soit réfléchie en direction du substrat 10.

La figure 4D illustre schématiquement la réflexion de la lumière émise par la première diode 100a par l’interface de réflexion 250a formée par le contact entre la portion latérale 200a de la couche diélectrique et la couche de remplissage secondaire 600. L’inclinaison selon l’angle a_refi de cette interface permet de rediriger la lumière afin de permettre son extraction par la face supérieure 101a de la diode 100a.

Selon un mode de réalisation illustré à la figure 5, le volume 1500 se trouvant dans chaque tranchée 1000 est laissé vide. Par laissé vide, on entend qu’aucun matériau n’y est déposé. Le volume 1500 est donc exempt de matériaux. Il peut être rempli d’air ou d’un autre gaz.

Selon un autre mode de réalisation illustré à la figure 6, la couche diélectrique 200 est crue jusqu’à ce que ses différentes portions s’étendant depuis les faces supérieures 101a, 101 b, 101c, 101 d des diodes 100a, 100b, 100c, 100d de la matrice entrent en contact. La couche diélectrique 200 forme alors entre autres une couche continue 2000 dont une face supérieure 2001 s’étend principalement dans un plan parallèle au plan longitudinal XY. Les volumes 1500 sont alors entièrement fermés.

Dans les modes de réalisation illustrés aux figures 5 et 6, les interfaces de réflexion 250 sont formées par les interfaces entre les portions latérales 200a, 200b de la couche diélectrique 200 et le volume 1500 vide. La réflexion est permise par la différence entre les indices de réfraction du matériau diélectrique et de l’air.

Afin d’optimiser la réflexion à l’interface entre le matériau diélectrique et l’air, on prévoit de préférence que le matériau diélectrique présente un indice de réfraction n2oo supérieur à l’indice de réfraction du matériau semiconducteur du substrat épitaxié 100.

Dans le cas où la couche diélectrique 200 est crue jusqu’à former une couche continue 2000, on dépose ensuite avantageusement une pluralité d’électrodes 700 sur la face supérieure 2001 de la couche continue 2000. Avantageusement, chaque électrode 700 est déposée à l’aplomb d’une tranchée 1000 suivant la direction d’empilement Z. Des ouvertures sont de préférence aménagées dans la couche continue 2000 pour que chaque électrode 700 puisse être connectée électriquement à la face supérieure 101a, 101 b d’une diode 100a, 100b.

Les modes de réalisation où le volume 1500 est laissé vide sont particulièrement avantageux pour l’extraction lumineuse. Il permet également de limiter dans une certaine mesure le phénomène de diaphonie optique.

Selon un autre mode de réalisation, l’interface de réflexion 250a, 250b est formée par l’interface entre le diélectrique et l’air, et une couche métallique 300 est formée dans le volume 1500. Contrairement aux modes de réalisation illustrés aux figures 5 et 6, selon cette variante, le volume 1500 n’est donc pas laissé entièrement vide. Dans cette variante, la couche métallique 300 ne s’étend pas jusqu’à la couche diélectrique 200. Un espace vide est conservé entre la couche métallique 300 et la couche diélectrique 200. L’interface de réflexion 250a, 250b est donc l’interface formée par le diélectrique et l’air.

La couche métallique 300 est à base du premier matériau métallique déjà discuté précédemment. Il peut ainsi s’agir d’un matériau pris parmi le cuivre, l’aluminium, l’or, le nickel, le platine et l’argent. La couche métallique 300 présente typiquement un premier flanc de réflexion 350a’ et un deuxième flanc de réflexion 350b’ tous deux inclinés par rapport à la direction d’empilement Z. Ces flancs de réflexion 350a’, 350b’ se trouvent respectivement en regard de la première diode 100a et de la deuxième diode 100b. Les flancs de réflexion 350a’, 350b’ forment ainsi chacun une interface de réflexion secondaire avec l’air. Typiquement, chaque interface de réflexion secondaire forme un angle inférieur ou égal à 89° par rapport à la direction d’empilement Z. Cet angle est dit angle de réflexion secondaire et est mesuré dans la couche métallique 300.

Dans cette variante, l’air et la couche métallique 300 forment donc une interface de réflexion secondaire. Cette interface de réflexion secondaire agit en synergie avec l’interface de réflexion définie par la couche diélectrique et l’air. La présence de deux interfaces de réflexion permet d’augmenter encore l’extraction lumineuse et de réduire la diaphonie optique entre micro-LED.

Deux exemples de mises en œuvre de ce mode de réalisation sont illustrés aux figures 7A à 7C d’une part et 8A à 8C d’autre part.

Selon un premier exemple illustré aux figures 7A à 7C, la couche métallique 300 est formée après la formation de la couche diélectrique 200. On part donc par exemple de l’ensemble illustré à la figure 7A, qui correspond à celui illustré à la figure 5. A ce stade du procédé, la couche diélectrique 200 a été formée contre les flancs 150a, 150b des diodes. La couche diélectrique 200 n’a cependant pas été crue jusqu’à formation d’une couche continue. Ainsi, les volumes 1500 sont encore accessibles. Comme illustré à la figure 7B, on réalise ensuite un dépôt d’un matériau métallique, de préférence par un procédé directif tel qu’un dépôt PVD. Il peut par exemple s’agir d’un dépôt PVD par évaporation. On forme ainsi la couche métallique 300 dans le volume 1500. Comme illustré, le fait de déposer la couche métallique 300 au travers de la couche diélectrique 200, et tout particulièrement lorsque le dépôt est directif, permet que la couche métallique 300 présente des flancs de réflexion 350a’, 350b’ inclinés. L’interface de réflexion secondaire ainsi formée entre le métal et le vide est donc particulièrement avantageuse pour l’extraction lumineuse.

Comme illustré à la figure 7B, le matériau métallique est typiquement également déposé au-dessus des diodes 100a, 100b. On procède donc ensuite au retrait du matériau métallique se trouvant sur les diodes 100a, 100b (figure 7C), par exemple par mise en œuvre d’une étape de polissage.

Il est possible de faire croître la couche diélectrique 200 jusqu’à ce qu’elle forme une couche continue 2000. Ce mode de réalisation est illustré à la figure 7C. Il est également possible de laisser les volumes 1500 ouverts.

Selon un deuxième exemple illustré aux figures 8A à 8C, la couche métallique 300 est formée avant la formation de la couche diélectrique 200.

Dans cet exemple, on repart typiquement de l’ensemble illustré à la figure 2C. On remplit ensuite les tranchées 1000 par le premier matériau métallique. Un masque de gravure 320 est ensuite formé sur le premier matériau métallique. Le masque de gravure 320 peut être à base d’une résine photosensible ou à base d’un matériau diélectrique, par exemple déposé par dépôt et lithogravure. Le masque de gravure 320 présente de préférence des flancs inclinés.

Le premier matériau métallique est ensuite gravé au travers du masque de gravure 320, puis le masque de gravure 320 est retiré (figure 8B). Le fait que le masque de gravure 320 présente des flancs inclinés permet d’accentuer l’inclinaison des flancs de réflexion 350a’, 350b’ de la couche métallique 300. L’inclinaison des flancs du masque de gravure 320 peut être ajustée en fonction de la dimension des tranchées 1000. Cette inclinaison, mesurée relativement à la direction d’empilement Z, peut par exemple être comprise entre 60° et 90°. La couche diélectrique 200 est ensuite formée dans la tranchée 1000 comme décrit précédemment. Selon un exemple préféré, la couche diélectrique 200 est crue jusqu’à formation d’une couche continue 2000, comme illustré à la figure 8C. Il est également possible de laisser les volumes 1500 ouverts.

Quel que soit le mode de réalisation choisi, lorsque les volumes 1500 sont refermés par formation d’une couche continue 2000 diélectrique, le vide se trouvant dans les volumes 1500 se trouve typiquement à une pression comprise :

Entre 5*10^-7 et 5*10^-8 mbar (1 bar = 1000 mbar) lorsqu’un procédé de dépôt par évaporation a été employé,

Entre 1 et 15 mTorr (1 Torr = 1/760 atmosphère standard = 133,32 Pa) lorsqu’un procédé de dépôt PVD a été employé.

Un autre aspect de l’invention concerne un dispositif électronique pouvant être obtenu par l’un quelconque des modes de réalisation du procédé selon l’invention décrits précédemment.

Ce dispositif comprend au moins le substrat 10, la première diode 100a au sein de la matrice de diodes 100a, 100b, 100c, 100d, la tranchée 1000 bordant la première diode 100a et s’étendant entre la première diode 100a et le deuxième diode 100b, ainsi que la portion latérale 200a et le volume 1500 tels que définis précédemment en référence au procédé selon l’invention.

Les différents modes de réalisation de ce dispositif correspondent aux figures 3C, 4D, 5, 6, 7C et 8C.

A travers les différents modes de réalisation décrits ci-dessus, il apparaît clairement que l’invention propose une solution efficace pour améliorer l’extraction lumineuse et réduire la diaphonie optique dans une matrice de micro-LED.

L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisations précédemment décrits et s’étend à tous les modes de réalisation couverts par l’invention.

Claims

REVENDICATIONS

1 . Dispositif optoélectronique (1) comprenant :

• un substrat (10) présentant une face supérieure (11) s’étendant principalement dans un plan dit plan longitudinal (XY),

• une matrice de diodes (100a, 100b, 100c, 100d) photoémettrices ou photoréceptrices disposées sur la face supérieure (11) du substrat (10), au moins une première diode (100a) de la matrice étant bordée par une tranchée (1000), la tranchée (1000) étant délimitée en partie par un flanc (150a) de la première diode (100a), la tranchée (1000) séparant la première diode (100a) d’une deuxième diode (100b) de la matrice, la première diode (100a) étant configurée pour émettre ou recevoir de la lumière dans une gamme de longueurs d’onde dite gamme d’intérêt, la tranchée (1000) comprenant :

• une couche diélectrique (200) à base d’au moins un matériau diélectrique, présentant une portion latérale (200a) recouvrant au moins en partie le flanc (150a) de la première diode (100a), la couche diélectrique (200) étant transparente dans la gamme d’intérêt,

• un volume (1500) au contact de la portion latérale (200a) de la couche diélectrique (200) de sorte à définir une interface avec la portion latérale (200a) de la couche diélectrique (200), caractérisé en ce que l’interface forme une interface de réflexion (250a) pour la lumière émise ou reçue par la première diode (100a), l’interface de réflexion (250a) formant un angle dit de réflexion avec le plan longitudinal (XY), mesuré dans le volume (1500), inférieur à 89°, de sorte que l’interface de réflexion (250a) s’éloigne de la première diode (100a) dans le plan longitudinal (XY) au fur et à mesure qu’elle s’éloigne du substrat (10), et en ce que le volume (1500) comprend du vide.

2. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel l’angle de réflexion est inférieur à 85°, de préférence inférieur à 70°.

3. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le volume (1500) contient une couche dite couche métallique (300) à base d’un premier matériau métallique.

4. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel une portion latérale (300a) au moins de la couche métallique (300) s’étend depuis l’interface de réflexion (250a).

5. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel la couche métallique (300) recouvre entièrement l’interface de réflexion (250a) et de préférence, recouvre entièrement la couche diélectrique située dans la tranchée (1000).

6. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel la couche métallique (300) présente une épaisseur e₃oo prise selon une direction perpendiculaire à l’interface de réflexion (250a), avec e₃₀₀>50nm, de préférence e₃₀₀>100nm.

7. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel la portion latérale (300a) de la couche métallique (300) présente une face externe (350a), opposée à l’interface de réflexion (250a), et dans lequel le volume (1500) contient une couche dite couche de remplissage (400), la couche de remplissage (400) s’étendant depuis la face externe (350a) de la portion latérale (300a) de la couche métallique (300).

8. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel la couche de remplissage (400) est à base d’un deuxième matériau métallique, de préférence identique au premier matériau métallique.

9. Dispositif selon la revendication 3 dans lequel la couche métallique (300) présente un flanc dit flanc de réflexion (350a’) en regard de la portion latérale (200a) de la couche diélectrique (200), le flanc de réflexion (350a’) de la couche métallique (300) étant séparé dans le plan longitudinal (XY) de la portion latérale (200a) par du vide.

10. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel le flanc de réflexion (350a’) de la couche métallique (300) et le vide forment une interface secondaire, l’interface secondaire formant une interface de réflexion secondaire pour la lumière émise ou reçue par la première diode (100a), l’interface de réflexion secondaire formant un angle dit de réflexion secondaire avec le plan longitudinal (XY), mesuré dans la couche métallique (300), inférieur à 89°, de préférence inférieur à 85°, de préférence inférieur à 70°, de sorte que l’interface de réflexion secondaire s’éloigne de la première diode (100a) dans le plan longitudinal (XY) au fur et à mesure qu’elle s’éloigne du substrat (10).

11 . Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 et 9 à 10 dans lequel l’interface de réflexion (250a) est formée par la couche diélectrique (200) et le vide.

12. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 3 à 8 dans lequel l’interface de réflexion (250a) est formée par la couche diélectrique (200) et la couche métallique (300).

13. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 3 à 12 dans lequel le premier matériau métallique est pris parmi les matériaux suivants : le cuivre, l’aluminium, le titane, le nitrure de titane, l’or, l’argent, le nickel et le platine.

14. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 2 dans lequel le volume (1500) est vide.

15. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la couche diélectrique (200) est à base d’au moins l’un parmi les matériaux suivants : SiO₂, SiN, SiON, AI₂O₃.

16. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le substrat (10) comprend une pluralité de vias métalliques (15), chaque via métallique (15) étant sous-jacent, selon une direction transverse (Z) perpendiculaire au plan longitudinal (XY), à une diode (100a, 100b, 100c, 100d) distincte, en conduction électrique avec ladite diode (100a, 100b, 100c, 100d).

17. Procédé de fabrication d’un dispositif optoélectronique (1) comprenant les étapes suivantes :

• Fournir un empilement comprenant : i. un substrat (10) présentant une face supérieure (11) s’étendant principalement dans un plan dit plan longitudinal (XY), ii. une matrice de diodes (100a, 100b, 100c, 100d) photoémettrices ou photoréceptrices disposées sur la face supérieure (11) du substrat (10), au moins une première diode (100a) de la matrice étant bordée par une tranchée (1000), la tranchée (1000) étant délimitée en partie par un flanc (150a) de la première diode (100a), la tranchée (1000) séparant la première diode (100a) d’une deuxième diode (100b) de la matrice, la première diode (100a) étant configurée pour émettre ou recevoir de la lumière dans une gamme de longueurs d’onde dite gamme d’intérêt,

• Former dans la tranchée (1000) une couche diélectrique (200) à base d’un matériau diélectrique et comprenant une portion latérale (200a) recouvrant au moins en partie le flanc (150a) de la première diode (100a), la couche diélectrique (200) étant transparente dans la gamme d’intérêt, et former ainsi au sein de la tranchée (1000) un volume (1500) au contact de la portion latérale (200a), caractérisé en ce que le dépôt de la couche diélectrique (200) est effectué pour que le contact entre la portion latérale (200a) de la couche diélectrique (200) et le volume (1500) forme une interface dite interface de réflexion (250a) pour la lumière émise par la première diode (100a), de sorte que l’interface de réflexion (250a) forme un angle dit d’extraction avec le plan longitudinal (XY), mesuré dans le volume (1500), inférieur à 89°, de sorte que l’interface de réflexion (250a) s’éloigne de la première diode (100a) dans le plan longitudinal (XY) au fur et à mesure qu’elle s’éloigne du substrat (10) et en ce que le dépôt de la couche diélectrique (200) comprend un dépôt non conforme sur le flanc (150a) de la première diode (100a), les paramètres du dépôt non conforme étant réglés de sorte à obtenir l’angle de réflexion.

18. Procédé selon la revendication précédente dans lequel lesdits paramètres du dépôt non conforme comprennent notamment : une température de dépôt, une pression de dépôt, une puissance de dépôt et un angle de dépôt mesuré entre un flux d’espèce déposé et le plan longitudinal (XY).

19. Procédé selon l’une quelconque des revendications 17 à 18 comprenant en outre la formation dans le volume (1500) d’une couche dite couche métallique (300) à base d’un premier matériau métallique.

20. Procédé selon la revendication précédente dans lequel la portion latérale (300a) de la couche métallique (300) présente une face externe (350a), opposée à l’interface de réflexion (250a), le procédé comprenant en outre la formation d’une couche dite couche de remplissage (400) dans le volume (1500), la couche de remplissage (400) s’étendant depuis la face externe (350a) de la portion latérale (300a) de la couche métallique (300).