FR3016081A1 - Dispositif optoelectronique a diodes electroluminescentes a courant de fuite reduit - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif optoélectronique (40) comprenant des diodes électroluminescentes (DEL), chaque diode électroluminescente comprenant un élément semiconducteur (20) filaire, conique ou tronconique ayant des flancs latéraux (24) et un sommet (25), et une coque (26) comprenant au moins une couche active recouvrant l'élément semiconducteur, adaptée à émettre un rayonnement et recouverte d'au moins une couche semiconductrice, la coque comprenant une première partie (39) recouvrant le sommet et se prolongeant par une deuxième partie (38) recouvrant au moins partiellement les flancs latéraux ; une couche conductrice (30) recouvrant la couche semiconductrice de la coque de chaque diode électroluminescente ; et des moyens (42) pour réduire ou annuler le passage de porteurs de charges entre la couche conductrice et la couche semiconductrice au niveau de la première partie de la coque ou entre la couche active et l'élément semiconducteur au niveau de la première partie de la coque.
Description
B12776 1 DISPOSITIF OPTOÉLECTRONIQUE À DIODES ÉLECTROLUMINESCENTES À COURANT DE FUITE RÉDUIT Domaine La présente invention concerne de façon générale les dispositifs optoélectroniques à base de matériaux semiconducteurs et leurs procédés de fabrication. La présente invention concerne plus particulièrement les dispositifs optoélectroniques comprenant des diodes électroluminescentes formées à partir de microfils ou nanofils semiconducteurs. Exposé de l'art antérieur Par dispositifs optoélectroniques à diodes électro- luminescentes, on entend des dispositifs adaptés à effectuer la conversion d'un signal électrique en un rayonnement électromagnétique, et notamment des dispositifs dédiés à l'émission d'un rayonnement électromagnétique, notamment de la lumière. Chaque diode électroluminescente comprend un microfil ou nanofil recouvert d'une couche active qui émet la majorité du rayonnement fourni par la diode électroluminescente. La couche active est généralement formée par épitaxie sur le microfil ou nanofil. Les propriétés cristallographiques de la couche active dépendent alors de la structure cristallographique sous-jacente du nanofil ou microfil. En particulier, les plans cristallographiques de croissance de la couche active sont différents B12776 2 selon que la couche active croît sur le sommet du microfil ou nanofil ou sur les flancs latéraux du microfil ou nanofil. La longueur d'onde du rayonnement émis par la couche active d'une diode électroluminescente dépend notamment de ses propriétés cristallographiques. De ce fait, la partie de la couche active située sur les flancs latéraux du microfil ou nanofil émet un rayonnement à une longueur différente de la partie de la couche active recouvrant le sommet du microfil ou nanofil.
Un inconvénient de tels dispositifs optoélectroniques est qu'ils ne permettent pas d'obtenir blement à une seule longueur d'onde. Résumé un rayonnement sensi- Ainsi, un mode de 15 en partie les inconvénients diodes électroluminescentes réalisation vise à pallier au moins des dispositifs optoélectroniques à décrits précédemment et de leurs procédés de fabrication. réalisation, le rayonnement émis par Selon un mode de la totalité de la diode électroluminescente est sensiblement à 20 la même longueur d'onde. Selon un mode de réalisation, le rayonnement émis par la partie de la couche active recouvrant le sommet du microfil ou nanofil est réduit, voire annulé. Selon un mode de réalisation, la partie de la couche 25 active recouvrant le sommet du microfil ou nanofil n'est peu ou pas traversée par un courant électrique. Ainsi, un mode de réalisation prévoit un dispositif optoélectronique comprenant : des diodes électroluminescentes, chaque diode électro- 30 luminescente comprenant un élément semiconducteur filaire, conique ou tronconique ayant des flancs latéraux et un sommet, et une coque comprenant au moins une couche active recouvrant l'élément semiconducteur, adaptée à émettre un rayonnement et recouverte d'au moins une couche semiconductrice, la coque 35 comprenant une première partie recouvrant le sommet et se B12776 3 prolongeant par une deuxième partie recouvrant au moins partiellement les flancs latéraux ; une couche conductrice au moins partiellement transparente recouvrant la couche semiconductrice de la coque de 5 chaque diode électroluminescente ; et pour chaque diode électroluminescente, des moyens pour réduire ou annuler le passage de porteurs de charges entre la couche conductrice et la couche semiconductrice au niveau de la première partie de la coque ou entre la couche active et 10 l'élément semiconducteur au niveau de la première partie de la coque. Selon un mode de réalisation, la résistance spécifique de contact entre la couche conductrice et la couche semiconductrice au niveau de la première partie de la coque est 15 strictement supérieure à la résistance spécifique de contact entre la couche conductrice et la majorité de la deuxième partie de la coque. Selon un mode de réalisation, la barrière de potentiel entre la couche conductrice et la couche semiconductrice au 20 niveau de la première partie de la coque est strictement supérieure à la barrière de potentiel entre la couche conductrice et la couche semiconductrice au niveau de la majorité de la deuxième partie de la coque. Selon un mode de réalisation, la couche semi25 conductrice au niveau de la première partie de la coque a une rugosité strictement supérieure à la rugosité de la couche semiconductrice au niveau de la majorité de la deuxième partie de la coque. Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend, 30 pour chaque diode électroluminescente, une portion isolante entre la couche conductrice et la couche semiconductrice au niveau de la première partie de la coque. Selon un mode de réalisation, l'épaisseur de la portion isolante est supérieure ou égale à 10 nm.
B12776 4 Selon un mode de réalisation, la portion isolante est en oxyde de silicium, en nitrure de silicium ou en oxynitrure de silicium. Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend, pour chaque diode électroluminescente, une portion semiconductrice entre la couche conductrice et la couche semiconductrice ou entre la couche semiconductrice et l'élément semiconducteur, la portion semiconductrice étant en un matériau semiconducteur ayant une bande interdite dont la largeur est supérieure à 5 eV. Selon un mode de réalisation, la portion semiconductrice est en nitrure d'aluminium. Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend une portion conductrice interposée entre la couche conductrice et la couche semiconductrice au niveau de la première partie de la coque adaptée à former un contact Schottky avec la première partie de la coque. Selon un mode de réalisation, la couche semiconductrice est dopée de type P et la portion conductrice est en un métal ayant un travail de sortie supérieur ou égal à 5, notamment un métal choisi parmi le groupe comprenant le titane l'aluminium, l'argent, et le chrome. Selon un mode de réalisation, chaque élément semiconducteur est majoritairement en un matériau choisi parmi le groupe comprenant le silicium, le germanium, le carbure de silicium, un composé III-V, un composé II-VI ou une combinaison d'au moins deux de ces composés. Selon un mode de réalisation, la couche semiconductrice de la coque est majoritairement en un matériau 30 choisi parmi un composé III-V, un composé II-VI ou une combinaison d'au moins deux de ces composés. Selon un mode de réalisation, la couche semiconductrice de la coque comprend majoritairement du nitrure de gallium.
B12776 Selon un mode de réalisation, la couche semiconductrice comprend une concentration de dopants d'un premier type supérieure ou égale à 5.1019 atomes/cm3. Selon un mode de réalisation, la couche semi5 conductrice est dopée de type P. Selon un mode de réalisation, la couche semiconductrice est dopée d'un premier type de conductivité au niveau de la première partie de la coque et comprend au moins une partie dopée d'un second type de conductivité au niveau de la deuxième partie de la coque. Selon un mode de réalisation, la couche semiconductrice contient, au niveau de la première partie de la coque, une portion de type N insérée dans une couche de type P. Brève description des dessins Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1 est une vue en coupe, partielle et 20 schématique, d'un exemple d'un dispositif optoélectronique à microfils ou nanofils ; la figure 2 est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un mode de réalisation d'un dispositif optoélectronique à microfils ou nanofils à courant de fuite 25 réduit ; la figure 3 est une vue plus détaillée d'une partie du dispositif optoélectronique de la figure 2 ; la figure 4 est une vue agrandie d'une partie de la figure 2 ; et 30 les figures 5 à 8 sont des vues en coupe, partielles et schématiques, d'autres modes de réalisation de dispositifs optoélectroniques à microfils ou nanofils à courant de fuite réduit.
B12776 6 Description détaillée Par souci de clarté, de mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures et, de plus, comme cela est habituel dans la représentation des 5 circuits électroniques, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle. En outre, seuls les éléments utiles à la compréhension de la présente description ont été représentés et sont décrits. En particulier, les moyens de polarisation des diodes électroluminescentes d'un dispositif optoélectronique 10 sont bien connus et ne sont pas décrits en détail. Dans la suite de la description, sauf indication contraire, les termes "sensiblement", "environ" et "de l'ordre de" signifient "à 10 % près". En outre, on entend par "composé principalement constitué d'un matériau" ou "composé à base d'un 15 matériau" qu'un composé comporte une proportion supérieure ou égale à 95 % dudit matériau, cette proportion étant préférentiellement supérieure à 99 %. La présente description concerne des dispositifs optoélectroniques à microfils ou nanofils. Le terme "microfil" 20 ou "nanofil" désigne une structure tridimensionnelle de forme allongée selon une direction privilégiée dont au moins deux dimensions, appelées dimensions mineures, sont comprises entre 5 nia et 2,5 pin, de préférence entre 50 nia et 2,5 pin, la troisième dimension, appelée dimension majeure, étant au moins 25 égale à 1 fois, de préférence au moins 5 fois et encore plus préférentiellement au moins 10 fois, la plus grande des dimensions mineures. Dans certains modes de réalisation, les dimensions mineures peuvent être inférieures ou égales à environ 1 pin, de préférence comprises entre 100 nia et 1 pin, plus 30 préférentiellement entre 100 nia et 800 nia. Dans certains modes de réalisation, la hauteur de chaque microfil ou nanofil peut être supérieure ou égale à 500 nia, de préférence comprise entre 1 gm et 50 pin. Dans la suite de la description, on utilise le terme 35 "fil" pour signifier "microfil ou nanofil". De préférence, la B12776 7 ligne moyenne du fil qui passe par les barycentres des sections droites, dans des plans perpendiculaires à la direction privilégiée du fil, est sensiblement rectiligne et est appelée par la suite "axe" du fil.
La figure 1 est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un exemple d'un dispositif optoélectronique 5 à diodes électroluminescentes. En figure 1, on a représenté une structure comprenant, du bas vers le haut : une première électrode 6 ; un substrat semiconducteur 10 comprenant une face supérieure 12, de préférence plane au moins au niveau des diodes électroluminescentes, et une face inférieure 14 recouverte par l'électrode 6 ; une couche de germination 16 favorisant la croissance de fils et recouvrant la face 12 ; une couche isolante 18 recouvrant la couche de germination 16 et comprenant des ouvertures 19, une seule ouverture étant représentée, exposant des parties de la couche 20 de germination 16 ; des fils 20, un seul fil étant représenté, de hauteur H1, chaque fil 20 étant en contact avec la couche de germination 16 au travers de l'une des ouvertures 19, chaque fil 20 comprenant une portion inférieure 22, de hauteur H2, en contact 25 avec la couche de germination 16 et une portion supérieure 23, de hauteur H3, prolongeant la portion inférieure 22, chaque fil comprenant, en outre, des flancs latéraux 24 et un sommet ; une coque 26 comprenant un empilement de couches 30 semiconductrices recouvrant chaque portion supérieure 23 ; une couche isolante 28 s'étendant sur la couche isolante 18 sur les flancs latéraux de la portion inférieure 22 de chaque fil 20 et, éventuellement, sur une partie de la coque 26 ; B12776 8 une couche 30 formant une deuxième électrode recouvrant chaque coque 26 et s'étendant, en outre, sur la couche isolante 28 ; une couche conductrice 32, formant des plots de 5 contact, recouvrant au moins partiellement la couche d'électrode 30 entre les fils 20 ; et une couche d'encapsulation 34 recouvrant l'ensemble de la structure et notamment l'électrode 30. Le dispositif optoélectronique 5 peut, en outre, 10 comprendre une couche de luminophores, non représentée, prévue sur la couche d'encapsulation 34 ou confondue avec celle-ci. L'ensemble formé par chaque fil 20 et la coque 26 associée constitue une diode électroluminescente DEL. La coque 26 comprend notamment une couche active qui est la couche depuis 15 laquelle est émise la majorité du rayonnement électromagnétique fourni par la diode électroluminescente DEL. Les diodes électroluminescentes DEL peuvent être connectées en parallèle et former un ensemble de diodes électroluminescentes. L'ensemble peut comprendre de quelques diodes électroluminescentes DEL à 20 plusieurs milliers de diodes électroluminescentes. Les diodes électroluminescentes DEL sont polarisées en appliquant une différence de tensions entre les plots de contact 32 et l'électrode 6. Ceci entraîne la circulation de porteurs de charges entre les plots de contact 32 et l'électrode 6, ce qui 25 est représenté en figure 1, par des lignes fléchées en traits pointillés 36. En particulier, un courant de porteurs de charges traverse la partie latérale 38 de la coque 26 recouvrant les flancs latéraux 24 du fil 20 et un courant de porteurs de charges traverse la partie sommitale 39 de la coque 26 30 recouvrant le sommet 25 du fil 20. Le passage de porteurs de charges au travers de la couche active de la coque 26 entraîne l'émission d'un rayonnement par la diode électroluminescente DEL. Chaque couche de l'empilement de couches formant la 35 coque 26 est généralement déposée par épitaxie sur le fil 20.
B12776 9 Les propriétés cristallographiques de la couche active dépendent alors de la structure cristallographique sous-jacente du fil 20. En particulier, les plans cristallographiques de croissance de la couche active de la coque 26 sont différents selon que la couche active se trouve dans la partie latérale 38 de la coque 26 ou dans la partie sommitale 39 de la coque 26. La longueur d'onde du rayonnement émis par la couche active d'une diode électroluminescente dépend notamment de l'orientation des plans cristallographiques de croissance. De ce fait, la couche active située dans la partie latérale 38 de la coque 26 émet un rayonnement à une longueur d'onde différente de la couche active située dans la partie sommitale 39 de la coque 26. Il peut être souhaitable de réduire, voire de 15 supprimer, le rayonnement émis par la couche active située dans la partie sommitale 39 de la coque 26. Selon un mode de réalisation, ceci est obtenu en réduisant, voire en supprimant, pour chaque diode électroluminescente DEL, les courants de porteurs de charges traversant 20 la couche active dans la partie sommitale 39 de la coque 26, appelés courants de fuite dans la suite de la description. La figure 2 est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un mode de réalisation d'un dispositif optoélectronique 40 à diodes électroluminescentes. 25 Le dispositif optoélectronique 40 comprend l'ensemble des éléments du dispositif optoélectronique 5 représenté en figure 1 et comprend, en outre, une zone 42 de contact dégradé entre la coque 26 et l'électrode 30. La zone 42 de contact dégradé est située au niveau de la partie sommitale 39 de la 30 coque 26 et, éventuellement, sur une bande de la partie latérale 38 de la coque 26 contigüe à la partie sommitale 39. La zone 42 de contact dégradé peut correspondre à une zone où la résistance de contact entre la coque 26 et l'électrode 30 est augmentée et/ou la barrière de potentiel 35 entre la coque 26 et l'électrode 30 est augmentée. Il s'agit, B12776 10 par exemple, d'une zone dans laquelle la rugosité est augmentée. A titre de variante, il s'agit d'une zone dans laquelle la nature cristallographique de la surface de la coque 26 est modifiée. A titre d'exemple, la résistance spécifique de contact entre l'électrode 30 et la partie sommitale 39 de la coque 26 est supérieure à 10-2 ohms.cm2, alors que la résistance spécifique de contact entre l'électrode 30 la partie latérale 38 de la coque 26 en dehors de la zone 42 est inférieure à 10-3 ohms.cm2.
De ce fait, la circulation de porteurs de charges entre l'électrode 30 et la coque 26 tend à se produire, de façon privilégiée, là où la résistance de contact et/ou la barrière de potentiel entre la coque 26 et l'électrode 30 est la plus faible, c'est-à-dire au niveau des parties latérales 38 de la coque 26. Ceci est illustré par des lignes fléchées en traits pointillés 44 en figure 2. Il n'y a pas, ou sensiblement pas, circulation de porteurs de charges entre l'électrode 30 et la coque 26 dans la partie sommitale 39 de la coque 26. L'électrode 6 est adaptée, avec l'électrode 30, à polariser la couche active de chaque fil 20. L'électrode 6 peut être en métal, par exemple en aluminium, en argent, en cuivre, en titane ou en zinc. L'électrode 6 peut correspondre à une structure monocouche ou multicouche. A titre d'exemple, l'électrode 6 a une épaisseur comprise entre 20 nia et 500 nia, de préférence entre 100 nia et 300 nia. Le substrat 10 peut correspondre à une structure monobloc ou correspondre à une couche recouvrant un support constitué d'un autre matériau. Le substrat 10 est de préférence un substrat semiconducteur, par exemple un substrat en silicium, en germanium, en carbure de silicium, en un composé III-V, tel que du GaN ou du GaAs, ou un substrat en ZnO. De préférence, le substrat 10 est un substrat de silicium monocristallin. De préférence, il s'agit d'un substrat semiconducteur compatible avec les procédés de fabrication mis en oeuvre en micro- électronique. Le substrat 10 peut correspondre à une structure B12776 11 multicouches de type silicium sur isolant, également appelée SOI (acronyme anglais pour Silicon On Insulator). L'épaisseur du substrat 10 peut être comprise entre 20 gm et 1500 pin, par exemple d'environ 1000 pin.
Le substrat 10 peut être non dopé, faiblement dopé ou préférentiellement fortement dopé. Dans le cas où le substrat est fortement dopé, le substrat semiconducteur 10 peut être dopé de façon à baisser la résistivité électrique jusqu'à une résistivité proche de celle des métaux, de préférence inférieure à quelques mohm.cm. Le substrat 10 est, par exemple, un substrat fortement dopé avec une concentration de dopants comprise entre 5*1016 atomes/cm3 et 2*1020 atomes/cm3. Dans le cas d'un substrat 10 de silicium, des exemples de dopants de type P sont le bore (B) ou l'indium (In) et des exemples de dopants de type N sont le phosphore (P), l'arsenic (As), ou l'antimoine (Sb). La face 12 du substrat 10 de silicium peut être une face (100). La couche de germination 16 est en un matériau favorisant la croissance des fils 20. Selon un autre mode de 20 réalisation, la couche de germination 16 est remplacée par des plots de germination. La couche isolante 18 n'est alors pas présente et chaque fil 20 repose sur l'un des plots de germination. Un traitement peut être prévu pour protéger les flancs latéraux des plots de germination et la surface des 25 parties du substrat non recouvertes par les plots de germination pour empêcher la croissance des fils sur les flancs latéraux des plots de germination et sur la surface des parties du substrat non recouvertes par les plots de germination. Le traitement peut comprendre la formation d'une région diélectrique sur les flancs 30 latéraux des plots de germination et s'étendant sur et/ou dans le substrat entre les plots, les fils ne croissant pas sur la région diélectrique. A titre d'exemple, le matériau composant la couche de germination 16 peut être un nitrure, un carbure ou un borure 35 d'un métal de transition de la colonne IV, v ou vr du tableau B12776 12 périodique des éléments ou une combinaison de ces composés. A titre d'exemple, la couche de germination 16 peut être en nitrure d'aluminium (A.1N), en bore (B), en nitrure de bore (BN), en titane (Ti), en nitrure de titane (TiN), en tantale (Ta), en nitrure de tantale (TaN), en hafnium (Hf), en nitrure d'hafnium (HfN), en niobium (Nb), en nitrure de niobium (NbN), en zirconium (Zr), en borate de zirconium (ZrB2), en nitrure de zirconium (ZrN), en carbure de silicium (SiC), en nitrure et carbure de tantale (TaCN), en nitrure de magnésium sous la forme MgxNy, où x est environ égal à 3 et y est environ égal à 2, par exemple du nitrure de magnésium selon la forme Mg3N2 ou du nitrure de gallium et de magnésium (MgGaN), en tungstène (W), en nitrure de tungstène (WN) ou en une combinaison de ceux-ci. La couche de germination 16 peut être dopée du même 15 type de conductivité que le substrat 10. Les couches isolantes 18, 28 peuvent être en un matériau diélectrique, par exemple en oxyde de silicium (Si02), en nitrure de silicium (SixNy, où x est environ égal à 3 et y est environ égal à 4, par exemple du Si3N4), en oxynitrure de 20 silicium (SiOxNy où x peut être environ égal à 1/2 et y peut être environ égal à 1, par exemple du Si2ON2), en oxyde d'aluminium (A1203), en oxyde d'hafnium (Hf02) ou en diamant. A titre d'exemple, l'épaisseur de la couche isolante 18 et de la couche isolante 28 est comprise entre 5 nm et 500 nm, par 25 exemple égale à environ 100 nm. Les fils 20 sont, au moins en partie, formés à partir d'au moins un matériau semiconducteur. Le matériau semiconducteur peut être du silicium, du germanium, du carbure de silicium, un composé III-V, un composé II-VI ou une combinaison 30 d'au moins deux de ces composés. Les fils 20 peuvent être, au moins en partie, formés à partir de matériaux semiconducteurs comportant majoritairement un composé III-V, par exemple un composé III-N. Des exemples d'éléments du groupe III comprennent le gallium (Ga), l'indium 35 (In) ou l'aluminium (A.1). Des exemples de composés III-N sont B12776 13 GaN, AIN, InN, InGaN, AlGaN ou AlInGaN. D'autres éléments du groupe V peuvent également être utilisés, par exemple, le phosphore ou l'arsenic. De façon générale, les éléments dans le composé III-V peuvent être combinés avec différentes fractions molaires. Les fils 20 peuvent être, au moins en partie, formés à partir de matériaux semiconducteurs comportant majoritairement un composé II-VI. Des exemples d'éléments du groupe II comprennent des éléments du groupe IIA, notamment le béryllium (Be) et le magnésium (Mg) et des éléments du groupe IIB, notamment le zinc (Zn) et le cadmium (Cd). Des exemples d'éléments du groupe VI comprennent des éléments du groupe VIA, notamment l'oxygène (0) et le tellure (Te). Des exemples de composés II-VI sont ZnO, ZnMg0, CdZnO ou CdZnMg0. De façon générale, les éléments dans le composé II-VI peuvent être combinés avec différentes fractions molaires. Les fils 20 peuvent comprendre un dopant. A titre d'exemple, pour des composés III-V, le dopant peut être choisi parmi le groupe comprenant un dopant de type P du groupe II, par exemple, du magnésium (Mg), du zinc (Zn), du cadmium (Cd) ou du mercure (Hg), un dopant du type P du groupe IV, par exemple du carbone (C) ou un dopant de type N du groupe IV, par exemple du silicium (Si), du germanium (Ge), du sélénium (Se), du souffre (S), du terbium (Tb) ou de l'étain (Sn).
La section droite des fils 20 peut avoir différentes formes, telles que, par exemple, une fo= ovale, circulaire OU polygonale, notamment triangulaire, rectangulaire, carrée ou hexagonale. Ainsi, on comprend que, quand on mentionne ici le "diamètre" dans une section droite d'un fil ou d'une couche déposée sur ce fil, il s'agit d'une grandeur associée à la surface de la structure visée dans cette section droite, correspondant, par exemple, au diamètre du disque ayant la même surface que la section droite du fil. La hauteur H1 de chaque fil 20 peut être comprise entre 250 nm et 50 lm. Chaque fil 20 35 peut avoir une structure semiconductrice allongée selon un axe B12776 14 sensiblement perpendiculaire à la face 12. Chaque fil 20 peut avoir une forme générale cylindrique. Les axes de deux fils 20 adjacents peuvent être distants de 0,5 gm à 10 lm et de préférence de 1,5 gm à 4 pin. A titre d'exemple, les fils 20 5 peuvent être régulièrement répartis, notamment selon un réseau hexagonal. De préférence, le diamètre moyen du fil 20 est compris entre 200 nia et 1 pin, de préférence entre 300 nm et 800 nia. A titre d'exemple, lorsque le fil 20 a une section droite hexagonale, le sommet 25 du fil 20 correspond au plan 10 cristallographique polaire -c et les flancs latéraux 24 correspondent aux plans cristallographiques non-polaires m. A titre d'exemple, la portion inférieure 22 de chaque fil 20 est principalement constituée du composé III-N, par exemple du nitrure de gallium, dopé du même type que le substrat 15 10, par exemple de type N, par exemple au silicium. La portion inférieure 22 s'étend sur une hauteur H2 qui peut être comprise entre 100 nia et 25 pin. A titre d'exemple, la portion supérieure 23 de chaque fil 20 est au moins partiellement réalisée dans un composé III- 20 N, par exemple du GaN. La portion supérieure 23 peut être dopée de type N, éventuellement moins fortement dopée que la portion inférieure 22, ou ne pas être intentionnellement dopée. La portion supérieure 23 s'étend sur une hauteur H3 qui peut être comprise entre 100 nm et 25 pin. 25 La figure 3 est une vue plus détaillée d'un mode de réalisation de la coque 26. La coque 26 peut comprendre un empilement de plusieurs couches comprenant notamment : - une couche active 45 recouvrant la portion 30 supérieure 23 du fil 20 associé ; - une couche intermédiaire 46 de type de conductivité opposé à la portion inférieure 22 et recouvrant la couche active 45 ; et - une couche de liaison 47 recouvrant la couche 35 intermédiaire 46 et recouverte par l'électrode 30.
B12776 15 La couche active 45 est la couche depuis laquelle est émise la majorité du rayonnement fourni par la diode électroluminescente DEL. Selon un exemple, la couche active 45 peut comporter des moyens de confinement, tels que des puits quantiques multiples. Elle est, par exemple, constituée d'une alternance de couches de GaN et de InGaN ayant des épaisseurs respectives de 3 à 100 nia (par exemple 8 nia) et de 1 à 50 nia (par exemple 2,5 nia) . Les couches de GaN peuvent être dopées, par exemple de type N ou P. Selon un autre exemple, la couche active peut comprendre une seule couche d'InGaN, par exemple d'épaisseur supérieure à 5 nia. La couche intermédiaire 46, par exemple dopée de type P, peut correspondre à une couche semiconductrice ou à un empilement de couches semiconductrices et permet la formation d'une jonction P-N ou P-I-N, la couche active 45 étant comprise entre la couche intermédiaire 46 de type P et la portion supérieure 23 de type N de la jonction P-N ou P-I-N. L'épaisseur de la couche intermédiaire 46 peut varier de 20 nia à 500 nia. La couche de liaison 47 peut correspondre à une couche semiconductrice ou à un empilement de couches semiconductrices et permet la formation d'un contact ohmique entre la couche intermédiaire 46 et l'électrode 30 à l'exception de la zone 42. A titre d'exemple, la couche de liaison 47 peut être dopée fortement du type opposé à la portion inférieure 22 de chaque fil 20. L'épaisseur de la couche de liaison 47 peut varier de 2 nia à 50 nia. Les couches 46 et 47 peuvent être confondues. L'empilement de couches semiconductrices peut comprendre une couche de blocage d'électrons formée d'un alliage ternaire, par exemple en nitrure de gallium et d'aluminium (AlGaN) ou en nitrure d'indium et d'aluminium (.AlInN) en contact avec la couche active 45 et la couche intermédiaire 46, pour assurer une bonne répartition des porteurs électriques dans la couche active.
B12776 16 L'électrode 30 est adaptée à polariser la couche active de chaque fil 20 et à laisser passer le rayonnement électromagnétique émis par les diodes électroluminescentes DEL. Le matériau formant l'électrode 30 peut être un matériau 5 transparent et conducteur tel que de l'oxyde d'indium-étain (ou ITO, acronyme anglais pour Indium Tin Oxide), de l'oxyde de zinc dopé à l'aluminium ou du graphène. A titre d'exemple, la couche d'électrode 30 a une épaisseur comprise entre 5 nm et 200 nm, de préférence entre 20 nm et 50 nm. 10 La couche conductrice 32 correspond, de préférence à une couche métallique, par exemple en aluminium, en argent, en cuivre ou en zinc. A titre d'exemple, la couche conductrice 32 a une épaisseur comprise entre 20 nm et 1000 nm, de préférence entre 100 nm et 200 nm. 15 La couche d'encapsulation 34 est réalisée en un matériau isolant au moins partiellement transparent. L'épaisseur maximale de la couche d'encapsulation 34 est comprise entre 250 nm et 50 gm de sorte que la couche d'encapsulation 34 recouvre complètement l'électrode 30 au sommet des diodes 20 électroluminescentes DEL. La figure 4 est une vue agrandie, partielle et schématique, de la figure 2 selon un mode de réalisation dans lequel la zone 42 de contact dégradé comprend, en outre, des reliefs 49. Ceci signifie que la paroi de la partie sommitale 39 25 de la coque 26 en contact avec l'électrode 30 n'est pas plane et sensiblement perpendiculaire à l'axe du fil 20. Ceci permet d'améliorer l'extraction de la lumière piégée dans la coque 26 et dans le fil 20 hors de la coque 26 vers la couche d'encapsulation 34. 30 Un mode de réalisation d'un procédé de fabrication permettant l'obtention du dispositif optoélectronique 40 comprend les étapes suivantes : (1) Formation sur la face 12 du substrat 10 de la couche de germination 16. La couche de germination peut être 35 déposée par un procédé du type dépôt chimique en phase vapeur B12776 17 (CVD, sigle anglais pour Chemical Vapor Deposition) ou dépôt chimique en phase vapeur organométallique (MOCVD, acronyme anglais pour Metal-Organic Chemical Vapor Deposition), également connu sous le nom d'épitaxie organométallique en phase vapeur (ou MOVPE, acronyme anglais pour Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy). Toutefois, des procédés tels que l'épitaxie par jets moléculaires (MBE, acronyme anglais pour Molecular-Beam Epitaxy), la MBE à source de gaz (GSMBE), la MBE organométallique (MOMBE), la MBE assistée par plasma (RAMBE), l'épitaxie par couche atomique (ALE, acronyme anglais pour Atomic Layer Epitaxy), l'épitaxie en phase vapeur aux hydrures (HVPE, acronyme anglais pour Hydride Vapor Phase Epitaxy) peuvent être utilisés ou un procédé de dépôt de couche mince atomique (ALD, acronyme anglais pour Atomic Layer Deposition).
En outre, des procédés tels l'évaporation ou la pulvérisation cathodique réactive peuvent être utilisés. Dans le cas où la couche de germination 16 est remplacée par des plots de germination, les plots de germination peuvent être obtenus par le dépôt d'une couche de germination sur la face 12 et par la gravure de portions de la couche de germination jusqu'à la face 12 du substrat 10 pour délimiter les plots de germination. Lorsque la couche de germination 16 est en nitrure d'aluminium, elle peut être sensiblement texturée et posséder une polarité préférentielle. La texturation de la couche de germination 16 peut être obtenue par un traitement supplémentaire réalisé après le dépôt de la couche de germination. Il s'agit, par exemple, d'un recuit sous flux d'ammoniac (NH3). (2) Dépôt de la couche isolante 18 sur la couche de germination 16 et gravure des ouvertures 19 dans la couche isolante 18 pour exposer des parties de la couche de germination 16. Lorsque des plots de germination sont prévus à la place de la couche de germination, l'étape (2) peut comprendre la protection des portions de la face 12 du substrat 10 non B12776 18 recouvertes des plots de germination pour éviter la croissance ultérieure de fils sur ces portions. Ceci peut être obtenu par une étape de nitruration qui entraîne la formation, en surface du substrat 10, entre les plots de germination de régions de nitrure de silicium (par exemple SiN ou Si3N4). Ceci peut également être obtenu par une étape de masquage du substrat 10 entre les plots de germination 16, incluant le dépôt d'une couche par exemple d'un diélectrique Si02 ou SiN ou Si3N4 puis la gravure de cette couche hors des plots de germination après une étape de photolithographie. Dans ce cas, la couche de masquage peut déborder au-dessus des plots de germination. (3) Croissance de la portion inférieure 22 de chaque fil 20 sur la hauteur H2. Chaque fil 20 croît depuis les zones exposées de la couche de germination 16.
Le procédé de croissance des fils 20 peut être un procédé du type CVD, MOCVD, MBE, GSMBE, PAMBE, ALE, HVPE, ALD. En outre, des procédés électrochimiques peuvent être utilisés, par exemple, le dépôt en bain chimique (CBD, sigle anglais pour Chemical Bath Deposition), les procédés hydrothermiques, la pyrolyse d'aérosol liquide ou l'électrodépôt. A titre d'exemple, le procédé de croissance des fils peut comprendre l'injection dans un réacteur d'un précurseur d'un élément du groupe III et d'un précurseur d'un élément du groupe V. Des exemples de précurseurs d'éléments du groupe III sont le triméthylgallium (TMGa), le triéthylgallium (TEGa), le triméthylindium (TMIn) ou le triméthylaluminium (TMA1). Des exemples de précurseurs d'éléments du groupe V sont l'ammoniac (NH3), le tertiarybutylphosphine (TBP), l'arsine (A5H3), ou le diméthylhydrazine asymétrique (UDMH).
Selon un mode de réalisation de l'invention, dans une première phase de croissance des fils du composé III-V, un précurseur d'un élément supplémentaire est ajouté en excès en plus des précurseurs du composé III-V. L'élément supplémentaire peut être le silicium (Si). Un exemple de précurseur du silicium est le silane (SiH4).
B12776 19 La présence de silane parmi les gaz précurseurs entraîne l'incorporation de silicium au sein du composé GaN. On obtient ainsi une portion inférieure 22 dopée de type N. En outre, ceci peut se traduire par la formation d'une couche de nitrure de silicium, non représentée, qui recouvre le pourtour de la portion 22 de hauteur H2, à l'exception du sommet au fur et à mesure de la croissance de la portion 22. (4) Croissance de la portion supérieure 23 de hauteur H3 de chaque fil 20 sur le sommet de la portion 10 inférieure 22. Pour la croissance de la portion supérieure 23, les conditions de fonctionnement du réacteur MOCVD décrites précédemment sont, à titre d'exemple, maintenues à l'exception du fait que le flux de silane dans le réacteur est réduit, par exemple d'un facteur supérieur ou égal à 10, ou arrêté. Même 15 lorsque le flux de silane est arrêté, la portion supérieure 23 peut être dopée de type N en raison de la diffusion dans cette portion active de dopants provenant des portions passivées adjacentes ou en raison du dopage résiduel du GaN. (5) Formation par épitaxie, pour chaque fil 20, des 20 couches 45, 46, 47 composant la coque 26. Compte tenu de la présence de la couche de nitrure de silicium recouvrant le pourtour de la portion inférieure 22, le dépôt des couches composant la coque 26 ne se produit que sur la portion supérieure 23 du fil 20 qui n'est pas recouverte d'une couche 25 diélectrique. (6) Formation de la couche isolante 28, par exemple par dépôt conforme d'une couche isolante sur la totalité de la structure obtenue à l'étape (5) et gravure de cette couche pour exposer, en partie ou en totalité, la coque 26. 30 (7) Formation de la zone 42 de contact dégradé. Selon un mode de réalisation, la zone 42 de contact dégradé est réalisée par une exposition à une solution chimique localisée au sommet de la coque 26. Il peut s'agir, par exemple, d'une solution aqueuse contenant des substances chimiques présentant 35 des propriétés basiques, par exemple de l'hydroxyde d'ammonium B12776 20 tétraméthyle (TMAH, acronyme anglais pour Tetramethylammonium Hydroxide) ou d'une solution chimique à base de KOH, de H3PO4, de NH4OH, de H2SO4 ou de H202. Dans ce cas, une couche de protection, par exemple une couche isolante, peut être déposée sur l'ensemble de la structure obtenue à l'étape (6) et des ouvertures sont réalisées dans la couche de protection pour exposer le sommet 25 de chaque fil 20. L'exposition à une solution chimique peut avoir plusieurs effets sur la surface du sommet de la coque 26 : oxydation, modification de la position du niveau de Fermi, génération de niveau dans la bande interdite. La solution chimique peut, en outre, entraîner la formation de reliefs sur le sommet de la coque 26. Comme les fils 20 peuvent ne pas tous avoir exactement la même hauteur, une bordure de la partie latérale 38 de la coque 26 contigüe à la partie sommitale 39 de la coque 26 peut être exposée pour assurer que la partie sommitale 39 de la coque 26 recouvrant chaque fil 20 est exposée. Selon un autre mode de réalisation, la zone 42 de contact dégradé est réalisée par une étape de gravure physique qui a pour but de dégrader localement la surface de la partie sommitale 39 de la coque 26 au sommet du fil 20. On peut citer comme exemple des gravures utilisant des plasmas à base de chlore, de fluor, d'hydrogène, d'oxygène, d'argon, de xénon... Il peut s'agir d'une gravure physique au plasma isotrope, par exemple par un plasma couplé par induction, également appelé plasma ICP (acronyme anglais pour Inductively Coupled Plasma). Dans ce cas, une couche de protection, par exemple une couche isolante, peut être déposée sur l'ensemble de la structure obtenue à l'étape (6) et des ouvertures sont réalisées dans la couche de protection pour exposer le sommet 25 de chaque fil 20. Il peut s'agir d'une gravure physique au plasma anisotrope dans laquelle une gravure n'est réalisée sensiblement que selon la direction perpendiculaire à la face 12. Dans ce cas, la gravure peut être réalisée sans masque de protection puisque les flancs latéraux de la coque 26 ne sont pas gravés par le plasma.
B12776 21 Selon un autre mode de réalisation, la zone 42 de contact dégradé est réalisée par une étape d'implantation d'ions dans la couche externe de la coque 26 qui dégrade localement la partie sommitale 39 de la coque 26, notamment qui dégrade la qualité cristalline de la partie sommitale 39 de la coque 26. A titre d'exemple, lorsque la couche externe de la coque 26 est en GaN dopé de type P au magnésium, l'implantation d'ions hydrogène (H) qui passivent les atomes de magnésium contenus dans la couche externe de la coque 26 peuvent permettre de réduire le niveau de dopage dans la couche externe de la coque 26 et donc d'augmenter la résistivité de la couche externe de la coque 26 dans la partie sommitale 39 de la coque 26. Dans ce cas, une couche de protection peut être déposée sur l'ensemble de la structure obtenue à l'étape (6) et des ouvertures sont réalisées dans la couche de protection pour exposer le sommet 25 de chaque fil 20. Selon un autre mode de réalisation, la zone 42 de contact dégradé est réalisée à la fois par une étape de gravure et une étape d'implantation ionique. (8) Formation de l'électrode 30, par exemple par dépôt conforme. (9) Formation de la couche conductrice 32 par exemple par dépôt physique en phase vapeur (PVD, acronyme anglais pour Physical Vapor Deposition) sur l'ensemble de la structure obtenue à l'étape (8) ou par exemple par évaporation ou par pulvérisation cathodique et gravure de cette couche pour exposer chaque fil 20. (10) Formation de la couche d'encapsulation 34. Lorsque la couche d'encapsulation 34 est en silicone, la couche 30 d'encapsulation 34 peut être déposée par un procédé de dépôt à la tournette, par un procédé d'impression par jet ou par un procédé de sérigraphie. Lorsque la couche d'encapsulation 34 est un oxyde, elle peut être déposée par CVD. (11) Amincissement éventuel du substrat 10, formation 35 de l'électrode 6 sur la face 14 et découpe du substrat 10 pour B12776 22 séparer les dispositifs optoélectroniques lorsque plusieurs dispositifs optoélectroniques sont formés sur un même substrat. Dans le mode de réalisation décrit précédemment, la couche isolante 28 recouvre la totalité du pourtour de la 5 portion inférieure 22 de chaque fil 20 et une partie de la coque 26. A titre de variante, une partie de la portion inférieure 22 peut ne pas être recouverte par la couche isolante 28, la couche isolante 28 recouvrant alors le fil 20 sur une hauteur inférieure à H2 et la coque 26 peut recouvrir le fil 20 sur une 10 hauteur supérieure à H3. La couche 28 peut ne pas recouvrir la portion inférieure 22 de chaque fil 20. Dans ce cas, la coque 26 peut recouvrir chaque fil 20 sur la hauteur H1. Selon une autre variante, la couche isolante 28 peut recouvrir une partie de la portion supérieure 23 de chaque fil 20. Dans ce cas, la couche 15 isolante 28 recouvre le fil 20 sur une hauteur supérieure à H2 et la coque 26 recouvre le fil 20 sur une hauteur inférieure à H3. La figure 5 est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un autre mode de réalisation d'un dispositif 20 optoélectronique 50 à diodes électroluminescentes. Le dispositif optoélectronique 50 comprend l'ensemble des éléments du dispositif optoélectronique 40 représenté en figure 2, à l'exception de la zone 42 de contact dégradé, et comprend, en outre, une portion isolante 52 entre la partie 25 sommitale 39 de la coque 26 et l'électrode 30. La portion isolante 52 est en un matériau diélectrique, par exemple en oxyde de silicium (5i02), en nitrure de silicium (SixNy, où x est environ égal à 3 et y est environ égal à 4, par exemple du Si3N4), en oxynitrure de silicium (SiOxNy où x peut être environ 30 égal à 1/2 et y peut être environ égal à 1, par exemple du Si2ON2), en oxyde d'aluminium (A1203), en oxyde d'hafnium (Hf02), en oxyde de titane (TiO) ou en diamant. A titre d'exemple, l'épaisseur de la portion isolante 52 est comprise entre 5 nia et 500 nia, par exemple égale à environ 30 nia. Des 35 portions isolantes 54 peuvent être prévues sur la couche B12776 23 isolante 28 entre les fils 20. Les portions isolantes 54 permettent, de façon avantageuse, d'accroître l'isolation de l'électrode 30 par rapport au substrat 10. Une variante de ce mode de réalisation consiste, dans 5 le dispositif 50 de la figure 5, à remplacer la portion isolante diélectrique 52 par un matériau semiconducteur à large bande interdite, pour lequel la largeur de bande interdite est, par exemple, supérieure à 5 eV. Des exemples de tels matériaux sont AIN, BN, des composés ternaires tels que AlxGai_xN ou AlxIni_xN 10 ou des composés quaternaires tels que AlxGayIni_x_yN avec des concentrations x en aluminium qui permettent d'obtenir la bande interdite souhaitée. L'avantage de ces matériaux, et notamment de l'AIN, est qu'ils peuvent être déposés par MOCVD à différentes étapes : 15 au sommet du fil 20 avant l'étape (5) de formation de la coque 26 ; et/ou après l'étape (5) au sommet de la coque 26. Dans ces deux cas, la portion du matériau à large bande interdite sert de barrière de courant. 20 A titre d'exemple, l'épaisseur d'AIN déposée peut varier entre 5 nia et 100 nia. Des conditions de croissance particulières sont requises pour favoriser le dépôt de cette couche préférentiellement sur la partie sommitale 39 de la coque 26 et la limiter sur sa partie latérale. La portion 52 peut 25 recouvrir légèrement la partie latérale 38 de la coque 26 contigüe à la partie sommitale 39 de la coque 26. La figure 6 est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un autre mode de réalisation d'un dispositif optoélectronique 55 à diodes électroluminescentes. 30 Le dispositif optoélectronique 55 comprend l'ensemble des éléments du dispositif optoélectronique 50 représenté en figure 5, à la différence que la portion 52 entre la partie sommitale 39 de la coque 26 et l'électrode 30 et les portions isolantes 54 ne sont pas présentes. Le dispositif 55 comprend, 35 en outre, une portion 56 d'un matériau semiconducteur à large B12776 24 bande interdite entre la partie sommitale 25 du fil 20 et la coque 26. La portion 56 peut recouvrir légèrement la partie latérale 24 du fil 20 contigüe à la partie sommitale 25 du fil 20 de la coque 26. La portion 56 déposée sur la partie sommitale 25 du fil 20 permet d'isoler complètement cette partie du fil indépendamment des propriétés électriques des couches 45, 46, 47. Un mode de réalisation du procédé de fabrication du dispositif optoélectronique 50 comprend les étapes (1) à (11) que l'étape (7) est décrites précédemment à la différence remplacée par l'étape (7)' suivante : (7)' Dépôt anisotrope d'un matériau isolant sur la structure obtenue à l'étape (6) au cours duquel le matériau que selon la direction isolant n'est déposé sensiblement perpendiculaire à la face 12. Il peut s'agir d'un dépôt par bombardement d'électrons ou d'ions. Un tel dépôt entraîne, en plus de la formation de la portion isolante 52 sur la partie sommitale 39 de la coque 26, la formation de portions isolantes 54 sur la couche isolante 28 entre les fils 20. Les portions isolantes 54 permettent, de façon avantageuse, d'accroître l'isolation de l'électrode 30 par rapport au substrat 10. A titre de variante, une étape de retrait des portions isolantes 54 peut être réalisée. La figure 7 est une vue en coupe, partielle et 25 schématique, d'un autre mode de réalisation d'un dispositif optoélectronique 60 à diodes électroluminescentes. Le dispositif optoélectronique 60 comprend l'ensemble des éléments du dispositif optoélectronique 40 représenté en figure 2, à l'exception de la zone 42 de contact dégradé, et 30 comprend, en outre, une portion 62 d'un matériau conducteur dont le travail de sortie est choisi de façon à favoriser la formation d'un contact Schottky avec la partie sommitale 39 de la coque 26. A titre d'exemple, lorsque la couche externe de la coque 26 est dopée de type P, la portion 62 est choisie avec un 35 faible travail de sortie, par exemple inférieur ou égal à 5. Des B12776 25 exemples de matériaux à faible travail de sortie comprennent le titane, l'aluminium, l'argent et le chrome. A titre d'exemple, lorsque la couche externe de la coque 26 est dopée de type N, la portion 62 est choisie avec un travail de sortie élevé, par exemple supérieur ou égal à 5. Des exemples de matériaux à travail de sortie élevé comprennent le platine, le nickel, le palladium et l'or. A titre d'exemple, l'épaisseur de la portion conductrice 62 est comprise entre 5 nm et 500 nia, par exemple égale à environ 30 rua. Un mode de réalisation du procédé de fabrication du dispositif optoélectronique 60 comprend les étapes (1) à (11) décrites précédemment à la différence que l'étape (7) est remplacée par l'étape (7)" suivante : (7)" Dépôt anisotrope du matériau conducteur à travail de sortie adapté sur la structure obtenue à l'étape (6) dans lequel le matériau conducteur n'est déposé sensiblement que selon la direction perpendiculaire à la face 12. Il peut s'agir d'un dépôt par bombardement d'électrons ou d'ions. Un tel dépôt entraîne, en plus de la formation de la portion conductrice 62 sur la partie sommitale 39 de la coque 26, la formation de portions 64 du matériau conducteur sur la couche isolante 28 entre les fils 20. Les portions conductrices 64 permettent, de façon avantageuse, de diminuer la résistance de l'électrode 30.
A titre de variante, une étape de retrait des portions conductrices 64 peut être prévue. La figure 8 est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un autre mode de réalisation d'un dispositif optoélectronique 70 à diodes électroluminescentes.
Le dispositif optoélectronique 70 comprend l'ensemble des éléments du dispositif optoélectronique 40 représenté en figure 2, à l'exception de la zone 42 de contact dégradé. En outre, la concentration de dopants de la couche intermédiaire 46 et/ou de la couche de liaison 47, au moins au niveau de la partie sommitale 39 de la coque 26 est supérieure ou égale à B12776 26 5.1019 atomes/cm3, de préférence supérieure ou égale à 1020 atomes/cm3. La concentration de dopants de la couche de liaison 47 et de la couche intermédiaire 46 peut être supérieure ou égale à 5.1019 atomes/cm3, de préférence supérieure ou égale à 1020 atomes/cm3, pour la totalité de la coque 26. Par des essais, les inventeurs ont observé une diminution de la résistivité de la couche de liaison 47 et de la couche intermédiaire 46 pour la partie latérale 38 de la coque 26 et pour la partie sommitale 39 de la coque 26 lorsque la concentration de dopants était augmentée jusqu'à 5.1019 atomes/cm3 dans la couche de liaison 47 et dans la couche intermédiaire 46 de la coque 26. Toutefois, lorsque la concentration de dopants était augmentée au-delà de 5.1019 atomes/cm3 dans la couche de liaison 47 et dans la couche intermédiaire 46, les inventeurs ont observé des effets opposés sur la résistivité de ces couches dans la partie latérale 38 de la coque 26 et dans la partie sommitale 39 de la coque 26. En effet, pour la partie latérale 38, une diminution de la résistivité des couches 46, 47 a été observée tandis que, pour la partie sommitale 39, une augmentation de la résistivité des couches 46, 47 a été observée. Les couches 46, 47 se divisent alors en une portion 72 à faible résistivité sur la partie latérale 38 de la coque 26 et une portion 74 à résistivité élevée sur la partie sommitale 39 de la coque 26.
A titre d'exemple, lorsque les couches 46 et 47 sont en GaN, le dopant peut être un dopant de type P, notamment le magnésium. Une explication de l'augmentation de la résistivité des couches 46, 47 serait la suivante. La partie sommitale 39 des couches 46, 47 de la coque 26 correspond à des plans cristallographiques -c tandis que la partie latérale 38 de ces couches 46, 47 correspond à des plans cristallographiques m. La densité d'accepteurs d'électrons initialement y augmente avec la concentration du précurseur de dopage (Mg). Ensuite, pour une valeur de dopage supérieure à 5.1019 atomes/cm3, ce dopant B12776 27 entraine une diminution de la densité d'accepteurs d'électrons. Donc sur un plan cristallographique -c, pour des fortes concentrations de dopant, la densité d'accepteurs va être faible. Au contraire, pour les plans cristallographiques m, la densité d'accepteurs continue d'augmenter avec la concentration de dopants. De ce fait, lorsque la concentration de dopants de type P est élevée, les couches 46 et/ou 47 ont une faible valeur d'accepteurs d'électrons dans les plans cristallographiques -c et une valeur élevée d'accepteurs d'électrons dans les plans cristallographiques m d'où une plus forte résistivité dans les plans cristallographiques -c. Pour annuler sensiblement complètement le passage de courant dans la partie sommitale 39 de la coque 26, il peut, en outre, être réalisé un dopage supplémentaire des couches 46 et/ou 47 de la coquille 26 avec un dopant du type donneur d'électrons. Après ce dopage, les couches 46 et/ou 47 sont dopées de type N dans les plans cristallographiques -c et le courant ne circule pas à travers des plans cristallographiques -c. Toutefois, les couches 46 et/ou 47 restent dopées de type P dans les plans cristallographiques m et le courant circule uniquement au travers des plans cristallographiques m. Une couche barrière de courant peut aussi être réalisée par l'insertion d'une couche qui reste de type N malgré l'utilisation de dopants de type P, par exemple une couche d'alliage AlGaInN riche en indium, la concentration d'indium étant nettement supérieure à la somme des concentrations d'aluminium et de gallium. Un mode de réalisation du procédé de fabrication du dispositif optoélectronique 70 comprend les étapes (1) à (11) décrites précédemment à la différence que l'étape (7) n'est pas présente et que l'étape (5) est remplacée par l'étape (5)' suivante : (5) ' Formation par épitaxie, pour chaque fil 20, des couches 45, 46, 47 composant la coque 26. A titre d'exemple, 35 lors de la formation des couches 46 et 47, le procédé de B12776 28 croissance de ces couches peut comprendre l'injection dans un réacteur d'un précurseur d'un élément du groupe III, d'un précurseur d'un élément du groupe V, et d'un précurseur d'un dopant du composé III-V obtenu. A titre d'exemple, il peut s'agir d'un dopant de type P du composé III-V. Lorsque le composé III-V est le GaN, le dopant peut être le magnésium et le précurseur peut être le di(cyclopentadiényl)magnésium ((C5H5)2Mg). Le débit du précurseur du dopant est sélectionné pour que la concentration de dopants obtenue soit supérieure ou égale à 5.1019 atomes/cm3. Selon un autre mode de réalisation, la concentration de dopants supérieure ou égale à 5.1019 atomes/cm3 dans les couches 46 et 47 peut être obtenue par au moins une étape d'implantation de dopants mise en oeuvre après la formation des 15 couches 46 et 47. L'implantation de dopants peut être mise en oeuvre pour les couches 46 et 47 de la totalité de la coque 16. A titre de variante, l'implantation de dopants peut être réalisée seulement pour la partie sommitale 39 de la coque 26. Des modes de réalisation particuliers de la présente 20 invention ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. De plus, bien que, dans les modes de réalisation décrits précédemment, chaque fil 20 comprenne une portion passivée 22, à la base du fil en contact avec la couche de germination 16, cette portion passivée 22 peut 25 ne pas être présente. En outre, bien que dans les modes de réalisation décrits précédemment, les diodes électroluminescentes DEL sont situées en face avant du substrat 10 et l'électrode 6 est placée en face arrière du substrat 10, il est clair que l'électrode 6 30 peut être prévue en face avant du substrat. Dans ce but, l'électrode peut être reliée à une région semiconductrice, plus fortement dopée que le substrat, s'étendant sous la couche de germination 16. A titre de variante, l'électrode peut être reliée à une couche conductrice, par exemple une couche 35 métallique, s'étendant sous la couche de germination 16, ou B12776 29 l'électrode peut être reliée directement à la couche de germination 16. Divers modes de réalisation avec diverses variantes ont été décrits ci-dessus. On note que l'homme de l'art peut 5 combiner divers éléments de ces divers modes de réalisation et variantes sans faire preuve d'activité inventive. En particulier, il peut être déposé une portion isolante 52 ou une portion 62 d'un matériau conducteur sur la coque 26 et être en outre réalisé une dégradation de la qualité de la couche externe 10 de la coque au sommet du fil 20.
Claims (18)
- REVENDICATIONS1. Dispositif optoélectronique (40 ; 50 ; 60) comprenant : des diodes électroluminescentes (DEL), chaque diode électroluminescente comprenant un élément semiconducteur (20) 5 filaire, conique ou tronconique ayant des flancs latéraux (24) et un sommet (25), et une coque (26) comprenant au moins une couche active recouvrant l'élément semiconducteur, adaptée à émettre un rayonnement et recouverte d'au moins une couche semiconductrice (46, 47), la coque comprenant une première 10 partie (39) recouvrant le sommet et se prolongeant par une deuxième partie (38) recouvrant au moins partiellement les flancs latéraux ; une couche conductrice (30) au moins partiellement transparente recouvrant la couche semiconductrice de la coque de 15 chaque diode électroluminescente ; et pour chaque diode électroluminescente, des moyens (42 ; 52 ; 56 ; 62 ; 74) pour réduire ou annuler le passage de porteurs de charges entre la couche conductrice et la couche semiconductrice au niveau de la première partie de la coque ou 20 entre la couche active et l'élément semiconducteur au niveau de la première partie de la coque.
- 2. Dispositif optoélectronique selon la revendication 1, dans lequel la résistance spécifique de contact entre la couche conductrice (30) et la couche semiconductrice (47) au 25 niveau de la première partie (39) de la coque (26) est strictement supérieure à la résistance spécifique de contact entre la couche conductrice et la majorité de la deuxième partie (38) de la coque.
- 3. Dispositif optoélectronique selon la revendication 30 1, dans lequel la barrière de potentiel entre la couche conductrice (30) et la couche semiconductrice (47) au niveau de la première partie (39) de la coque (26) est strictement supérieure à la barrière de potentiel entre la coucheB12776 31 conductrice et la couche semiconductrice (47) au niveau de la majorité de la deuxième partie (38) de la coque.
- 4. Dispositif optoélectronique selon la revendication 1, dans lequel la couche semiconductrice (47) au niveau de la première partie (39) de la coque (26) a une rugosité strictement supérieure à la rugosité de la couche semiconductrice (47) au niveau de la majorité de la deuxième partie (38) de la coque.
- 5. Dispositif optoélectronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant, pour chaque diode électroluminescente, une portion isolante (52) entre la couche conductrice (30) et la couche semiconductrice (47) au niveau de la première partie (39) de la coque (26).
- 6. Dispositif optoélectronique selon la revendication 5, dans lequel l'épaisseur de la portion isolante (52) est 15 supérieure ou égale à 10 nm.
- 7. Dispositif optoélectronique selon la revendication 5 ou 6, dans lequel la portion isolante (52) est en oxyde de silicium, en nitrure de silicium ou en oxynitrure de silicium.
- 8. Dispositif optoélectronique selon l'une quelconque 20 des revendications 1 à 4, comprenant, pour chaque diode électroluminescente, une portion (56) semiconductrice entre la couche conductrice (30) et la couche semiconductrice (47) ou entre la couche semiconductrice et l'élément semiconducteur (20), la portion semiconductrice étant en un matériau 25 semiconducteur ayant une bande interdite dont la largeur est supérieure à 5 eV.
- 9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel la portion semiconductrice (56) est en nitrure d'aluminium.
- 10. Dispositif optoélectronique selon l'une quelconque 30 des revendications 1 à 4, comprenant une portion conductrice (62) interposée entre la couche conductrice (30) et la couche semiconductrice (47) au niveau de la première partie (39) de la coque (26) adaptée à former un contact Schottky avec la première partie de la coque (26).B12776 32
- 11. Dispositif optoélectronique selon la revendication 10, dans lequel la couche semiconductrice (46, 47) est dopée de type P et dans lequel la portion conductrice (62) est en un métal ayant un travail de sortie supérieur ou égal à 5, notamment un métal choisi parmi le groupe comprenant le titane l'aluminium, l'argent, et le chrome.
- 12. Dispositif optoélectronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel chaque élément semiconducteur (20) est majoritairement en un matériau choisi parmi le groupe comprenant le silicium, le germanium, le carbure de silicium, un composé III-V, un composé II-VI ou une combinaison d'au moins deux de ces composés.
- 13. Dispositif optoélectronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel la couche semiconductrice (46, 47) de la coque (26) est majoritairement en un matériau choisi parmi un composé III-V, un composé II-VI ou une combinaison d'au moins deux de ces composés.
- 14. Dispositif optoélectronique selon la revendication 13, dans lequel la couche semiconductrice (46, 47) de la coque (26) comprend majoritairement du nitrure de gallium.
- 15. Dispositif optoélectronique selon la revendication 13 ou 14, dans lequel la couche semiconductrice (46, 47) comprend une concentration de dopants d'un premier type supérieure ou égale à 5.1019 atomes/cm3.
- 16. Dispositif optoélectronique selon la revendication 15, dans lequel la couche semiconductrice (46, 47) est dopée de type P.
- 17. Dispositif optoélectronique selon l'une quelconque des revendications 13 à 16, dans lequel la couche semiconductrice (46, 47) est dopée d'un premier type de conductivité au niveau de la première partie (39) de la coque (26) et comprend au moins une partie dopée d'un second type de conductivité au niveau de la deuxième partie (38) de la coque (26).B12776 33
- 18. Dispositif optoélectronique selon la revendication 17, dans lequel la couche semiconductrice (46, 47) contient, au niveau de la première partie (39) de la coque (26), une portion de type N insérée dans une couche de type P.
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