FR3075464A1 - Dispositif optoelectronique a diodes electroluminescentes - Google Patents
Dispositif optoelectronique a diodes electroluminescentes Download PDFInfo
- Publication number
- FR3075464A1 FR3075464A1 FR1762269A FR1762269A FR3075464A1 FR 3075464 A1 FR3075464 A1 FR 3075464A1 FR 1762269 A FR1762269 A FR 1762269A FR 1762269 A FR1762269 A FR 1762269A FR 3075464 A1 FR3075464 A1 FR 3075464A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- light
- active area
- emitting diode
- semiconductor layer
- type doped
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/15—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission
- H01L27/153—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars
- H01L27/156—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars two-dimensional arrays
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/08—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a plurality of light emitting regions, e.g. laterally discontinuous light emitting layer or photoluminescent region integrated within the semiconductor body
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/36—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
- H01L33/38—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape
- H01L33/382—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape the electrode extending partially in or entirely through the semiconductor body
Abstract
L'invention concerne un dispositif (10) comprenant au moins des premières et deuxièmes diodes électroluminescentes (16B, 16G), chaque première et deuxième diode électroluminescente comprenant une couche semiconductrice dopée de type N (28) et une couche semiconductrice dopée de type P (34). Chaque première diode électroluminescente comprend une première zone active (30B) adaptée à émettre un premier rayonnement électromagnétique, prise en sandwich entre la couche semiconductrice de type N et la couche semiconductrice de type P. Chaque deuxième diode électroluminescente comprend un premier empilement de la première zone active et d'une deuxième zone active (30G) adaptée à émettre un deuxième rayonnement électromagnétique. Pour chaque deuxième diode électroluminescente, le premier empilement est pris en sandwich entre la couche semiconductrice de type N et la couche semiconductrice de type P, la deuxième zone active étant située plus près de la couche semiconductrice dopée de type P que la première zone active.
Description
DISPOSITIF OPTOELECTRONIQUE A DIODES ELECTROLUMINESCENTES
Domaine
La présente demande concerne un dispositif optoélectronique émission multispectrale diodes électroluminescentes, notamment base de matériaux semiconducteurs, et leurs procédés de fabrication.
Exposé de l'art antérieur
Il existe des dispositifs optoélectroniques des diodes électroluminescentes à base de comprenant matériaux semiconducteurs comprenant notamment un empilement de couches semiconductrices comportant majoritairement au moins un élément du groupe III et un élément du groupe V, appelé par la suite composé III-V, notamment le nitrure de gallium (GaN) et le nitrure de gallium et d'indium (GalnN). Il est connu que l'augmentation de la proportion d'indium dans le GalnN permet d'augmenter la longueur d'onde du rayonnement émis par la diode électroluminescente. Ceci permet de réaliser des diodes électroluminescentes émettant de la lumière verte, rouge et bleue.
Un dispositif optoélectronique à émission multispectrale, notamment un écran d'affichage, un dispositif de projection ou une source lumineuse multispectrale, à base de diodes électroluminescentes peut comprendre des diodes électroluminescentes émettant de la lumière selon au moins deux
B15744 - DD17736 longueurs d'ondes différentes, notamment des diodes électroluminescentes émettant de la lumière rouge, verte ou bleue.
Un exemple de procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique à émission multispectrale comprenant des premières diodes électroluminescentes émettant de la lumière à une première longueur d'onde et des deuxièmes diodes électroluminescentes émettant de la lumière à une deuxième longueur d'onde comprend la formation, sur la totalité d'un substrat, d'un premier empilement de couches semiconductrices correspondant aux premières diodes électroluminescentes, la gravure du premier empilement pour délimiter les premières diodes électroluminescentes à des premiers emplacements sur le substrat, la formation, sur la totalité de la structure obtenue, d'un deuxième empilement de couches semiconductrices correspondant aux deuxièmes diodes électroluminescentes et la gravure du deuxième empilement pour délimiter les deuxièmes diodes électroluminescentes à des deuxièmes emplacements sur le substrat. Un inconvénient d'un tel procédé est qu'il comprend une alternance d'étapes de dépôts et d'étapes de gravure ce qui peut nécessiter le déplacement du dispositif optoélectronique d'un réacteur à un autre ou la mise en place dans un même réacteur de différents appareils selon l'étape réalisée, d'où des risques importants de pollution, notamment de contaminations chimiques et particulaires.
Un autre exemple de procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique comprenant les premières et deuxièmes diodes électroluminescentes comprend la croissance localisée sur le substrat du premier empilement seulement aux premiers emplacements pour former les premières diodes électroluminescentes et la croissance localisée du deuxième empilement sur le substrat seulement aux deuxièmes emplacements pour former les deuxièmes diodes électroluminescentes. Un inconvénient d'un tel procédé est que, lorsque les dimensions latérales des diodes électroluminescentes, sont inférieures à 30 pm, les procédés de formation localisée de couches
B15744 - DD17736 semiconductrices, mettant notamment en oeuvre des procédés de dépôt chimique en phase vapeur aux organométalliques (MOCVD, acronyme anglais pour Metal-Organic Chemical Vapor Déposition) , conduisent à la formation de structures tridimensionnelles et plus à la formation de couches planes.
Résumé
Un objet d'un mode de réalisation vise à pallier tout ou partie des inconvénients des dispositifs optoélectroniques à diodes électroluminescentes décrits précédemment et de leurs procédés de fabrication.
Un autre objet d'un mode de réalisation est que les diodes électroluminescentes comprennent un empilement de couches semiconductrices comportant notamment majoritairement un composé III-V.
Un autre objet d'un mode de réalisation est que les diodes électroluminescentes comprennent un empilement de couches semiconductrices sensiblement planes.
Un autre objet d'un mode de réalisation est que les dimensions latérales des diodes électroluminescentes sont réduites, notamment inférieures à 30 pm.
Un autre objet d'un mode de réalisation est que le dispositif optoélectronique à émission multispectrale comprend une matrice de pixels d'affichage émettant de la lumière selon au moins deux longueurs d'ondes différentes, par exemple trois longueurs d'ondes différentes, notamment de la lumière verte, rouge et bleue.
Un autre objet d'un mode de réalisation est que le procédé de fabrication du dispositif optoélectronique comprend un nombre réduit d'étapes.
Un autre objet d'un mode de réalisation est que les risques de pollution lors de la fabrication du dispositif optoélectronique sont réduits.
Un autre objet d'un mode de réalisation est que le rendement du procédé de fabrication du dispositif optoélectronique est amélioré.
B15744 - DD17736
Ainsi, un mode de optoélectronique électroluminescentes réalisation comprenant et au moins des prévoit un dispositif des premières deuxièmes diodes diodes électroluminescentes, électroluminescente comprenant de type N et une couche semiconductrice dopée de type P. Chaque première diode électroluminescente comprend une première zone active adaptée à émettre un premier rayonnement électromagnétique à une première longueur d'onde, prise en sandwich entre la couche semiconductrice dopée de type N et la couche semiconductrice dopée de type P. Chaque deuxième diode électroluminescente comprend un premier empilement de la première zone active et d'une deuxième zone active adaptée à émettre un deuxième rayonnement électromagnétique à une deuxième longueur d'onde différente de la première longueur d'onde. Pour chaque deuxième diode électroluminescente, le premier empilement est pris en sandwich chaque première une couche et deuxième diode semiconductrice dopée entre la couche semiconductrice dopée de type N et la couche semiconductrice dopée de type P, la deuxième zone active étant située plus près de la couche semiconductrice dopée de type P que la première zone active.
Selon un mode de réalisation, chaque première zone active comprend un premier puits quantique unique ou des premiers puits quantiques multiples adaptés à émettre le premier rayonnement.
Selon un mode de réalisation, chaque deuxième zone active comprend un deuxième puits quantique unique ou des deuxièmes puits quantiques multiples adaptés à émettre le deuxième rayonnement.
Selon un mode de réalisation, chaque première zone active et/ou chaque deuxième zone active comprend au moins une couche semiconductrice majoritairement en un composé III-V.
Selon un mode de réalisation, les cathodes des premières et deuxièmes diodes électroluminescentes sont connectées électriquement les unes aux autres.
B15744 - DD17736
Selon un mode de réalisation, au moins l'une des premières diodes électroluminescentes et l'une des deuxièmes diodes électroluminescentes sont séparée par un élément conducteur électriquement s'étendant entre ladite première diode électroluminescente et ladite deuxième diode électroluminescente au moins le long de la couche semiconductrice dopée de type P de ladite première diode électroluminescente, de la première zone active de ladite première diode électroluminescente, de la couche semiconductrice dopée de type P de ladite deuxième diode électroluminescente et des première et deuxième zones actives de ladite deuxième diode électroluminescente et isolé électriquement de la couche semiconductrice dopée de type P de ladite première diode électroluminescente, de la première zone active de ladite première diode électroluminescente, de la couche semiconductrice dopée de type P de ladite deuxième diode électroluminescente et des première et deuxième zones actives de ladite deuxième diode électroluminescente et connecté électriquement à la couche semiconductrice dopée de type N de ladite première diode électroluminescente et à la couche semiconductrice dopée de type N de ladite deuxième diode électroluminescente.
Selon un mode de réalisation, chaque première et deuxième diode électroluminescente comprend une couche de blocage d'électrons entre la couche dopée de type P et la première ou deuxième zone active.
Selon un mode de réalisation, le dispositif optoélectronique comprend en outre des troisièmes diodes électroluminescentes. Chaque troisième diode électroluminescente comprend un deuxième empilement de la première zone active, de la deuxième zone active et d'une troisième zone active adaptée à émettre un troisième rayonnement électromagnétique à une troisième longueur d'onde différente de la première longueur d'onde et de la deuxième longueur d'onde. Pour chaque troisième diode électroluminescente, le deuxième empilement est pris en sandwich entre la couche semiconductrice dopée de type N et la couche semiconductrice dopée de type P (34), la troisième zone active
B15744 - DD17736 étant située plus près de la couche semiconductrice dopée de type P que la première zone active et la deuxième zone active.
Selon un mode de réalisation, chaque troisième zone active comprend un troisième puits quantique unique ou des troisièmes puits quantiques multiples adaptés à émettre le troisième rayonnement.
Un mode de réalisation prévoit également un procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique comprenant des premières diodes électroluminescentes et des deuxièmes diodes électroluminescentes, le procédé comprenant les étapes successives suivantes :
a) former successivement sur une couche semiconductrice dopée de type N, une première zone active adaptée à émettre un premier rayonnement électromagnétique à une première longueur d'onde et une deuxième zone active adaptée à émettre un deuxième rayonnement électromagnétique à une deuxième longueur d'onde différente de la première longueur d'onde ;
b) graver la deuxième zone active aux emplacements des premières diodes électroluminescentes ;
c) former une couche semiconductrice dopée de type P ; et
d) délimiter les premières et deuxièmes diodes électroluminescentes.
Selon un mode de réalisation, le dispositif optoélectronique comprend en outre des troisièmes diodes électroluminescentes et l'étape a) comprend en outre la formation, sur la deuxième zone active, d'une troisième zone active adaptée à émettre un troisième rayonnement électromagnétique à une troisième longueur d'onde différente de la première longueur d'onde et de la deuxième longueur d'onde.
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 :
B15744 - DD17736 les figures 1 et 2 sont des vues en coupe, partielles et schématiques, d'un mode de réalisation d'un dispositif optoélectronique ; et les figures 3A à 3U sont des vues en coupe, partielles et schématiques, de structures obtenues à des étapes successives d'un mode de réalisation d'un procédé de fabrication du dispositif optoélectronique des figures 1 et 2.
Description détaillée
De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures et, de plus, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle. Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position relative, tels que les termes dessus, dessous, supérieur, inférieur, etc., il est fait référence à l'orientation des figures ou à un dispositif optoélectronique dans une position normale d'utilisation.
Par souci de clarté, seuls les éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, les structures des circuits de commande des dispositifs optoélectroniques sont bien connues de l'homme du métier et ne sont pas décrites en détail par la suite. Dans la suite de la description, les expressions sensiblement, environ, de l'ordre de et approximativement signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.
Dans la suite de la description, on appelle zone active d'une diode électroluminescente la région de la diode électroluminescente depuis laquelle est émise la majorité du rayonnement électromagnétique fourni par la diode électroluminescente.
Selon un mode de réalisation, le dispositif optoélectronique comprend au moins des premières diodes électroluminescentes adaptées à émettre un premier rayonnement électromagnétique à une première longueur d'onde et des deuxièmes diodes électroluminescentes adaptées à émettre un deuxième rayonnement électromagnétique à une deuxième longueur d'onde
B15744 - DD17736 différente de la première longueur d'onde. Chaque première diode électroluminescente comprend une première zone active comprenant un puits quantique unique ou des puits quantiques multiples adaptés à émettre le premier rayonnement, la première zone active étant prise en sandwich entre une couche semiconductrice dopée de type N et une couche semiconductrice dopée de type P. Chaque deuxième diode électroluminescente comprend un empilement de la première zone active et d'une deuxième zone active, la deuxième zone active comprenant un puits quantique unique ou des puits quantiques multiples adaptées à émettre le deuxième rayonnement, l'empilement de la première zone active et de la deuxième zone active étant pris en sandwich entre une couche semiconductrice dopée de type N et une couche semiconductrice dopée de type P, la deuxième zone active étant située plus près de la couche semiconductrice dopée de type P que la première zone active.
En fonctionnement, lorsqu'une tension adaptée est appliquée entre les couches semiconductrices P et N de la première diode électroluminescente ou un courant d'intensité adaptée est injecté dans la première diode électroluminescente, la première zone active de la première diode électroluminescente émet le premier rayonnement. Lorsqu'une tension adaptée est appliquée entre les couches semiconductrices P et N de la deuxième diode électroluminescente ou un courant d'intensité adaptée est injecté dans la deuxième diode électroluminescente, seule la deuxième zone active de la deuxième diode électroluminescente émet le deuxième rayonnement alors que la première zone active de la deuxième diode électroluminescente n'émet pas ou sensiblement pas le premier rayonnement. En effet, les inventeurs ont mis en évidence que, en raison de la différence de mobilités entre les électrons et les trous, les recombinaisons électrons-trous qui conduisent à l'émission de lumière se produisent de préférence plus près de la couche semiconductrice dopée de type P que de la couche semiconductrice dopée de type N, c'est-à-dire dans la deuxième zone active pour la deuxième diode électroluminescente. De ce fait, lorsque la différence de potentiels entre les couches
B15744 - DD17736 semiconductrices P et N de la deuxième diode électroluminescente n'est pas trop élevée, sensiblement toutes les recombinaisons électrons-trous qui conduisent à l'émission de lumière se produisent, pour la deuxième diode électroluminescente, sensiblement seulement dans la deuxième zone active et pas dans la première zone active.
Le procédé d'un tel dispositif optoélectronique peut alors comprendre des étapes initiales de formation, sur un support, d'un empilement comprenant les première et deuxième zones actives et des étapes ultérieures de gravure de la première zone active aux emplacements des premières diodes électroluminescentes. De ce fait, les étapes de gravure sont mises en oeuvre après la réalisation de toutes les étapes de dépôts pour former première et deuxième zones actives. Par rapport à un procédé dans lequel les étapes de dépôt pour former les première et deuxième zones actives sont alternées avec des étapes de gravure, les risques de pollution sont réduits. En outre, le rendement du procédé, c'est-à-dire le taux d'obtention de composants fonctionnels répondant aux spécifications, est amélioré.
La figure 1 représente un mode de réalisation d'un dispositif optoélectronique 10 à émission multispectrale, correspondant, par exemple, à un écran d'affichage, à un dispositif de projection d'images ou à une source lumineuse multispectrale. La figure 1 est une vue en coupe de la figure 2 selon la ligne I-I et la figure 2 est une vue en coupe de la figure 1 selon la ligne II-II.
Le dispositif 10 comprend deux circuits intégrés 12, 14. Le premier circuit intégré 12 comprend des diodes électroluminescentes 16R, 16G et 16B et est appelé circuit optoélectronique ou puce optoélectronique dans la suite de la description. A titre d'exemple, trois diodes électroluminescentes 16R, 16G et 16B sont représentées en figure 1 et neuf diodes électroluminescentes sont représentées en figure 2.
B15744 - DD17736
Les diodes électroluminescentes 16R, 16G et 16B se divisent en diodes électroluminescentes 16B adaptées à émettre un rayonnement à une première longueur d'onde, par exemple de la lumière bleue, en diodes électroluminescentes 16G adaptées à émettre un rayonnement à une deuxième longueur d'onde, par exemple de la lumière verte et en en diodes électroluminescentes 16R adaptées à émettre un rayonnement à une troisième longueur d'onde, par exemple de la lumière rouge.
Le deuxième circuit intégré 14 comprend des composants électroniques, non représentés, notamment des transistors, utilisés pour la commande des diodes électroluminescentes 16R, 16G, 16B du premier circuit intégré 12. Le deuxième circuit intégré 14 est appelé circuit de commande ou puce de commande dans la suite de la description. Le circuit optoélectronique 12 est fixé au circuit de commande 14, par exemple par des billes conductrices électriquement 18. A titre de variante, le circuit optoélectronique 12 peut être fixé au circuit de commande 14 par d'autres procédés, notamment par collage moléculaire ou par des microtubes.
Selon un mode de réalisation, le circuit optoélectronique 12 comprend deux faces 20 et 22 opposées et de préférence planes et parallèles. Le circuit optoélectronique 12 est adapté à émettre de la lumière du côté de la face 20. Chaque diode électroluminescente 16R, 16G, 16B comprend du haut vers le bas en figure 1 :
un substrat 24 comprenant une seule couche semiconductrice ou un empilement d'au moins deux couches semiconductrices, le substrat 24 comprenant dans le présent mode de réalisation un empilement de deux couches semiconductrices 26, 28, par exemple une couche semiconductrice 26 non intentionnellement dopée et une couche semiconductrice 28 semiconductrice dopée d'un premier type de conductivité, par exemple de type N ;
pour chaque diode électroluminescente 16B, une zone active 30B adaptée à émettre le rayonnement à la première longueur
B15744 - DD17736 d'onde, pour chaque diode électroluminescente 16G, un empilement de la zone active 30B et d'une zone active 30G, la zone active 30G étant adaptée à émettre le rayonnement à la deuxième longueur d'onde, la zone active 30B étant située du côté du substrat 24 et pour chaque diode électroluminescente 16R, un empilement de la zone active 30B, de la zone active 30G et d'une zone active 30R, la zone active 3OR étant adaptée à émettre le rayonnement à la troisième longueur d'onde, les zones actives 30B et 30G étant situées du côté du substrat 24 ;
une couche de blocage d'électrons 32 ;
une couche semiconductrice 34 dopée d'un deuxième type de conductivité opposé au premier type de conductivité, par exemple dopée de type P ;
une couche conductrice électriquement 36 ;
une couche isolante électriquement 38 ; et un plot conducteur électriquement 40, ayant par exemple une structure multicouche, exposé sur la face 22 et au contact de la couche conductrice électriquement 36 au travers de la couche isolante électriquement 38.
Le circuit optoélectronique 12 comprend en outre des tranchées 42 entourant les diodes électroluminescentes 16R, 16G, 16B, s'étendant de la face 20 à la face 22. Chaque tranchée 42 comprend deux parois latérales 44 opposées sensiblement planes, par exemple sensiblement parallèles, recouvertes d'une couche isolante électriquement 46 à l'exception des parties au contact du substrat 24. Le coeur 48 de chaque tranchée 42 est conducteur électriquement. Le coeur 48 peur avoir une structure multicouch; Le coeur 48 est en contact avec le substrat 24 et est isolé électriquement des couches 32, 34, 36 et des zones actives 30B, 30G et 30R.
Chaque couche semiconductrice 26, 28, 32, 34 et chaque couche semiconductrice de la zone active 30R, 30G, 30B est, par exemple, majoritairement au moins en un composé III-V ou un composé II-VI, notamment un composé III-N. Des exemples de composés III-N sont GaN, AIN, InN, InGaN, AlGaN ou AlInGaN.
B15744 - DD17736
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.
Chaque zone active 30R, 30G, 30B peut comprendre un puits quantique unique. Elle peut alors comprendre un matériau semiconducteur différent du matériau semiconducteur formant les couches semiconductrices 28 et 34 et ayant une bande interdite inférieure à celle des couches semiconductrices 28 et 34. Chaque zone active 3OR, 30G, 30B peut comprendre des puits quantiques multiples. Elle comprend alors un empilement de couches semiconductrices formant une alternance de puits quantiques et de couches barrières. Chaque zone active 30R, 30G, 30B comprend par exemple une alternance de couches de Gan et de InGaN. La couche de blocage d'électrons 32 peut alors être en AlGaN.
La couche isolante 38 peut être en un matériau diélectrique, par exemple en oxyde de silicium (SiOg), en nitrure de silicium (SixNy, où x est environ égal à 3 et y est environ égal à 4, par exemple du S13N4) , en oxynitrure de silicium (notamment de formule générale SiOxNy, par exemple du SigONg) ou en oxyde d'hafnium (HfOg). A titre d'exemple, l'épaisseur de la couche isolante 38 est comprise entre 1 nm et 10 pm. La couche isolante 38 peut avoir une structure monocouche ou correspondre à un empilement de deux couches ou de plus de deux couches.
Le matériau composant chaque couche conductrice électriquement 36 peut être du siliciure de nickel (NiSi) , de l'aluminium (Al), du siliciure d'aluminium (AISi), du titane (Ti) du siliciure de titane (TiSi), du tungstène (W) , ou de l'argent (Ag). Le coeur 48 de chaque tranchée 42 et les plots conducteurs 40 peuvent au moins en partie être en un métal, par exemple l'aluminium, l'argent, le cuivre (Cu), le titane, l'or (Au) ou le zinc (Zn).
L'épaisseur du substrat 24 peut être comprise entre 0,1 pm et 20 pm. L'épaisseur de la couche de blocage d'électrons 32 peut être comprise entre 1 nm et 100 nm. L'épaisseur de la
B15744 - DD17736 couche semiconductrice 34 peut être comprise entre 50 nm et 1 pm. L'épaisseur de chaque zone active 30R, 30G, 30B peut être comprise entre 1 nm et 200 nm. La largeur de chaque diode électroluminescente 16R, 16G, 16B, mesurée dans un plan parallèle à la face 20, peut être inférieure à 500 pm, de préférence comprise entre 2 pm et 500 pm, plus préférentiellement inférieure à 30 pm. En figure 2, chaque diode électroluminescente 16R, 16G, 16B a en vue de dessus une forme carrée. La forme en vue de dessus de chaque diode électroluminescente peut être différente d'un carré, et est par exemple triangulaire, rectangulaire ou hexagonale.
La largeur de chaque tranchée 42, mesurée dans un plan parallèle à la face 20, peut être comprise entre 300 nm et 5000 nm.
Les figures 3A à 3U sont des vues en coupe, partielles et schématiques, de structures obtenues à des étapes successives d'un mode de réalisation d'un procédé de fabrication du dispositif optoélectronique 10 des figures 1 et 2.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend les étapes suivantes :
1) Formation successivement sur un support 50, des couches semiconductrices 26, 28 formant le substrat 24, des couches de la zone active 30B, des couches de la zone active 30G et des couches de la zone active 30R (figure 3A) .
Le support 50 peut correspondre à une structure monobloc ou correspondre à une couche recouvrant une base constituée d'un autre matériau. Le support 50 peut être en un matériau isolant électriquement, par exemple en saphir. Le support 50 peut être un support semiconducteur, par exemple un support au moins en partie en silicium, en germanium, en carbure de silicium, ou en un composé III-V, tel que du GaN ou du GaAs. De façon générale, le support 50 peut être de tout type tant que la face sur laquelle repose la couche semiconductrice 26 est en un matériau ayant un paramètre de maille qui se rapproche de celui de la zone active 30B. L'épaisseur totale du support 50 peut être comprise entre 50 pm et 1,5 mm.
B15744 - DD17736
Le procédé de croissance des couches semiconductrices 26, 28 et des couches semiconductrices des zones actives 30B, 30G et 3OR peut être un procédé du type dépôt chimique en phase vapeur (CVD, sigle anglais pour Chemical Vapor Déposition) ou dépôt chimique en phase vapeur aux organométalliques (MOCVD), 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 (PAMBE), l'épitaxie par couche atomique (ALE, acronyme anglais pour Atomic Layer Epitaxy) ou l'épitaxie en phase vapeur aux hydrures (HVPE, acronyme anglais pour Hydride Vapor Phase Epitaxy) peuvent être utilisés. En outre, des procédés électrochimiques peuvent être utilisés, par exemple, le dépôt en bain chimique (CBD, sigle anglais pour Chemical Bath Déposition), les procédés hydrothermiques, la pyrolise d'aérosol liquide ou 1'électrodépôt.
Dans le présent mode de réalisation, les couches semiconductrices de la zone active 30B sont formées les premières sur la couche semiconductrice 28 et les couches semiconductrices de la zone active 30R sont formées les dernières sur les couches semiconductrices de la zone active 30G. Ceci peut être avantageux dans la mesure où, dans le cas où les zones actives 30R, 30G, 30B comprennent une alternance de couches de GaN et InGaN, la proportion de In dans les couches de InGaN est la plus élevée pour la zone active 30R et la moins élevée pour la zone active 30B, de sorte que des couche semiconductrices formées par épitaxie sur les couches de la zones actives 3OR peuvent présenter davantage de défauts que lorsqu'elles sont formées par épitaxie sur les couches de la zones actives 30B.
2) Formation, sur les couches de la zone active 30R, d'une couche de résine 52 aux emplacements prévus des diodes électroluminescentes 16R et gravure des couches de la zone active
B15744 - DD17736
30R aux emplacements prévus des diodes électroluminescentes 16G et 16B (figure 3B).
3) Formation, sur les couches de la zone active 30R, d'une couche de résine 54 aux emplacements prévus des diodes 16G et gravure des couches de la zone active 30G aux emplacements prévus des diodes électroluminescentes 16B (figure 3C).
4) Retrait des couches de résine 52 et 54 (figure 3D) .
5) Formation successivement, sur la totalité de la surface supérieure de la structure obtenue à l'étape 4), de la couche de blocage d'électrons 32 et de la couche semiconductrice 34, notamment par les procédés décrits à l'étape 1) (figure 3E).
6) Formation de la couche conductrice électriquement 36 sur la totalité de la couche 34, par exemple par MOCVD ou tous autres modes de dépôt des matériaux conducteurs tels que cités précédemment (figure 3F) .
7) Formation de la couche isolante 38 qui joue par la suite le rôle d'un masque, comprenant par exemple une couche de dioxyde de silicium, sur la totalité de la couche 36, par exemple par CVD ou tous autres modes de dépôt des matériaux isolants tels que cités précédemment (figure 3G).
8) Formation d'une couche de résine 58 sur la totalité du masque 38 (figure 3H).
9) Formation d'ouvertures 60 traversantes dans la couche de résine 58 au niveau des emplacements prévus des plots conducteurs 40, notamment par des procédés de photolithographie (figures 31) .
10) Gravure d'ouvertures 62 dans le masque 38 dans le prolongement des ouvertures 60, les ouvertures 62 s'étendant seulement sur une partie de l'épaisseur du masque 38 (figures 3J). La gravure peut être une gravure sèche, notamment une gravure assistée au plasma ou une gravure par faisceau d'ions, ou une gravure humide.
11) Dépôt de résine 64 pour recouvrir les ouvertures (figure 3K).
B15744 - DD17736
12) Formation d'ouvertures 66 traversantes dans la couche de résine 58 au niveau des emplacements prévus des tranchées 42 (figures 3L).
13) Gravure d'ouvertures 68 dans le masque 38 dans le prolongement des ouvertures 66, les ouvertures 68 s'étendant sur la totalité de l'épaisseur du masque 38 (figures 3M). La couche conductrice 36 peut jouer le rôle de couche d'arrêt pour la gravure des ouvertures 68. La gravure peut être une gravure plasma.
14) Retrait de la couche de résine 58 et gravure d'ouvertures 70 (figure 3N) dans le prolongement des ouvertures 68, les ouvertures 70 s'étendant sur la totalité de l'épaisseur de la couche conductrice 36, de la couche semiconductrice 34, de la couche de blocage d'électrons 32, de la zone active 30R (lorsqu'elle est présente), de la zone active 30G (lorsqu'elle est présente) et de la zone active 30B. La couche semiconductrice 28 peut jouer le rôle de couche d'arrêt pour la gravure des ouvertures 70. La gravure peut être une gravure plasma.
15) Formation d'une couche isolante électriquement 72 sur la totalité de surface supérieure de la structure obtenue à l'étape 14), et en particulier sur les parois des ouvertures 68 et 70, par exemple par CVD (figure 30).
16) Gravure anisotrope de la couche isolante 72 (figure 3P) pour conserver seulement les parties de la couche isolante que sur les parois sensiblement perpendiculaires à la direction d'empilement des couches semiconductrices. On forme ainsi les portions isolantes 46 des tranchées 42.
17) Gravure d'ouvertures 74 (figure 3Q) dans le prolongement des ouvertures 70, les ouvertures 74 s'étendant sur la totalité de l'épaisseur du substrat 24. Le support 50 peut jouer le rôle de couche d'arrêt pour la gravure des ouvertures 74. La gravure peut être une gravure plasma à base de chlore.
18) Gravure anisotrope du masque 38 (figure 3R) pour amincir l'épaisseur du masque 38 ce qui entraîne un transfert des ouvertures 62 jusqu'à ce que les ouvertures 62 débouchent sur la
B15744 - DD17736 couche conductrice 36 et exposent des parties de la couche conductrice 36.
19) Formation d'une couche d'accroche 76, par exemple en aluminium, en titane, en cuivre, en nitrure de titane ou d'un empilement de deux couches ou de plus de couches de ces matériaux, sur la totalité de la surface supérieure de la structure obtenue à l'étape 18) et notamment sur les parois des ouvertures 62 et 74 (figure 3S) . La couche d'accroche 7 6 peut être déposée par dépôt électrochimique (ECD, sigle anglais pour electrochemical déposition).
20) Formation d'une couche conductrice 78, par exemple en cuivre, sur la totalité de la couche d'accroche 76, la couche conductrice 78 remplissant notamment les ouvertures 62 et les ouvertures 70, 74 (figure 3T).
21) Gravure de la couche conductrice 78, de la couche d'accroche 76, et d'une partie du masque 38 par exemple par polissage mécano-chimique (CMP, sigle anglais pour Chemical Mechanical Polishing), pour délimiter chaque plot conducteur 40 et le coeur conducteur 48 de chaque tranchée 42 (figure 3U) .
Le procédé comprend en outre des étapes de retrait du support 50 et la fixation du circuit optoélectronique 12 obtenu au circuit de commande 14.
Des modes de réalisation particuliers ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de 1'art.
En particulier, bien que dans les modes de réalisation décrits précédemment, les couches semiconductrices de la zone active 30B soient formées les premières sur la couche semiconductrice 28 et les couches semiconductrices de la zone active 30R sont formées les dernières sur les couches semiconductrices de la zone active 30G, l'ordre de formation des couches semiconductrices peut être modifiée. En particulier, les couches semiconductrices de la zone active 30R peuvent être formées les premières sur la couche semiconductrice 28. Dans ce cas, chaque diode photoluminescente 16R ne comprend que la zone
B15744 - DD17736 active 30R prise en sandwich entre les couches 28 et 32. Ceci peut être avantageux dans la mesure où l'efficacité quantique interne (IQE) de la zone active 30R peut être inférieure à celle des zones actives 30G et 30B.
En outre, bien que dans les modes de réalisation décrits précédemment, le circuit optoélectronique 12 soit fixé au circuit de commande 14, le circuit optoélectronique 12 et le circuit de commande 14 peuvent être chacun fixés à un support, par exemple un circuit imprimé.
Claims (11)
- REVENDICATIONS1. Dispositif optoélectronique (10) comprenant au moins des premières diodes électroluminescentes (16B) et des deuxièmes diodes électroluminescentes (16G), chaque première et deuxième diode électroluminescente comprenant une couche semiconductrice dopée de type N (28) et une couche semiconductrice dopée de type P (34), dans lequel chaque première diode électroluminescente comprend une première zone active (30B) adaptée à émettre un premier rayonnement électromagnétique à une première longueur d'onde, prise en sandwich entre la couche semiconductrice dopée de type N et la couche semiconductrice dopée de type P, dans lequel chaque deuxième diode électroluminescente comprend un premier empilement de la première zone active et d'une deuxième zone active (30G) adaptée à émettre un deuxième rayonnement électromagnétique à une deuxième longueur d'onde différente de la première longueur d'onde et dans lequel, pour chaque deuxième diode électroluminescente, le premier empilement est pris en sandwich entre la couche semiconductrice dopée de type N et la couche semiconductrice dopée de type P, la deuxième zone active étant située plus près de la couche semiconductrice dopée de type P que la première zone active.
- 2. Dispositif optoélectronique selon la revendication 1, dans lequel chaque première zone active (30B) comprend un premier puits quantique unique ou des premiers puits quantiques multiples adaptés à émettre le premier rayonnement.
- 3. Dispositif optoélectronique selon la revendication 1 ou 2, dans lequel chaque deuxième zone active (30G) comprend un deuxième puits quantique unique ou des deuxièmes puits quantiques multiples adaptés à émettre le deuxième rayonnement.
- 4. Dispositif optoélectronique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel chaque première zone active (30B) et/ou chaque deuxième zone active (30G) comprend au moins une couche semiconductrice majoritairement en un composé III-V.B15744 - DD17736
- 5. Dispositif optoélectronique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les cathodes des premières et deuxièmes diodes électroluminescentes (16B, 16G) sont connectées électriquement les unes aux autres.
- 6. Dispositif optoélectronique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel au moins l'une des premières diodes électroluminescentes (16B) et l'une des deuxièmes diodes électroluminescentes (16G) sont séparée par un élément (48) conducteur électriquement s'étendant entre ladite première diode électroluminescente et ladite deuxième diode électroluminescente au moins le long de la couche semiconductrice dopée de type P (34) de ladite première diode électroluminescente, de la première zone active (30B) de ladite première diode électroluminescente, de la couche semiconductrice dopée de type P de ladite deuxième diode électroluminescente et des première et deuxième zones actives (30B, 30G) de ladite deuxième diode électroluminescente et isolé électriquement de la couche semiconductrice dopée de type P de ladite première diode électroluminescente, de la première zone active (30B) de ladite première diode électroluminescente, de la couche semiconductrice dopée de type P de ladite deuxième diode électroluminescente et des première et deuxième zones actives (30B, 30G) de ladite deuxième diode électroluminescente et connecté électriquement à la couche semiconductrice dopée de type N (28) de ladite première diode électroluminescente et à la couche semiconductrice dopée de type N de ladite deuxième diode électroluminescente.
- 7. Dispositif optoélectronique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel chaque première et deuxième diode électroluminescente (16B, 16G) comprend une couche de blocage d'électrons (32) entre la couche dopée de type P (34) et la première ou deuxième zone active (30B, 30G).
- 8. Dispositif optoélectronique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant en outre des troisièmes diodes électroluminescentes (16R), dans lequel chaque troisième diode électroluminescente comprend un deuxièmeB15744 - DD17736 empilement de la première zone active, de la deuxième zone active et d'une troisième zone active (30R) adaptée à émettre un troisième rayonnement électromagnétique à une troisième longueur d'onde différente de la première longueur d'onde et de la deuxième longueur d'onde et dans lequel, pour chaque troisième diode électroluminescente, le deuxième empilement est pris en sandwich entre la couche semiconductrice dopée de type N (28) et la couche semiconductrice dopée de type P (34), la troisième zone active étant située plus près de la couche semiconductrice dopée de type P que la première zone active et la deuxième zone active.
- 9. Dispositif optoélectronique selon la revendication 8, dans lequel chaque troisième zone active (30R) comprend un troisième puits quantique unique ou des troisièmes puits quantiques multiples adaptés à émettre le troisième rayonnement.
- 10. Procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique (10) comprenant des premières électroluminescentes (16B) et des deuxièmes électroluminescentes (16G), le procédé comprenant les successives suivantes :a) former successivement sur une couche semiconductrice dopée de type N (28), une première zone active (30B) adaptée à émettre un premier rayonnement électromagnétique à une première longueur d'onde et une deuxième zone active (30G) adaptée à émettre un deuxième rayonnement électromagnétique à une deuxième longueur d'onde différente de la première longueur d'onde ;b) graver la deuxième zone active aux emplacements des premières diodes électroluminescentes ;c) former une couche semiconductrice dopée de type P (34) ; etd) délimiter les premières et deuxièmes diodes électroluminescentes.
- 11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel le dispositif optoélectronique (10) comprend en outre des troisièmes diodes électroluminescentes (16R) et dans lequel l'étape a) comprend en outre la formation, sur la deuxième zone active (30G),B15744 - DD17736 d'une troisième zone active (30R) adaptée à émettre un troisième rayonnement électromagnétique à une troisième longueur d'onde différente de la première longueur d'onde et de la deuxième longueur d'onde.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1762269A FR3075464A1 (fr) | 2017-12-15 | 2017-12-15 | Dispositif optoelectronique a diodes electroluminescentes |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1762269A FR3075464A1 (fr) | 2017-12-15 | 2017-12-15 | Dispositif optoelectronique a diodes electroluminescentes |
| FR1762269 | 2017-12-15 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3075464A1 true FR3075464A1 (fr) | 2019-06-21 |
Family
ID=61873439
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR1762269A Pending FR3075464A1 (fr) | 2017-12-15 | 2017-12-15 | Dispositif optoelectronique a diodes electroluminescentes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3075464A1 (fr) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150325598A1 (en) * | 2012-12-14 | 2015-11-12 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Display device and method for producing a display device |
| WO2016197062A1 (fr) * | 2015-06-05 | 2016-12-08 | Ostendo Technologies, Inc. | Structures électroluminescentes à injection de fréquence porteuse sélective dans de multiples couches actives |
| WO2017192667A1 (fr) * | 2016-05-04 | 2017-11-09 | Schneider Jr Richard P | Dispositif d'affichage à visualisation directe multicolore monolithique contenant diodes électroluminescentes (del) de couleurs différents et son procédé de fabrication |
-
2017
- 2017-12-15 FR FR1762269A patent/FR3075464A1/fr active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150325598A1 (en) * | 2012-12-14 | 2015-11-12 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Display device and method for producing a display device |
| WO2016197062A1 (fr) * | 2015-06-05 | 2016-12-08 | Ostendo Technologies, Inc. | Structures électroluminescentes à injection de fréquence porteuse sélective dans de multiples couches actives |
| WO2017192667A1 (fr) * | 2016-05-04 | 2017-11-09 | Schneider Jr Richard P | Dispositif d'affichage à visualisation directe multicolore monolithique contenant diodes électroluminescentes (del) de couleurs différents et son procédé de fabrication |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3646383B1 (fr) | Dispositif optoelectronique comportant des structures semiconductrices tridimensionnelles en configuration axiale | |
| EP3070752B1 (fr) | Procédé de fabrication de dispositif optoélectronique à diode électroluminescente | |
| EP3455882B1 (fr) | Procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique comportant une pluralité de diodes au nitrure de gallium | |
| EP3053195B1 (fr) | Dispositif optoelectronique a diodes electroluminescentes | |
| FR3061607A1 (fr) | Dispositif optoelectronique a diodes electroluminescentes | |
| CN110168753B (zh) | 具有发光二极管的光电器件 | |
| US11374147B2 (en) | Process for manufacturing an optoelectronic device having a diode matrix | |
| EP3648165A1 (fr) | Dispositif d'affichage électroluminescent multi-couleurs et procédé de fabrication d'un tel dispositif | |
| FR3061608A1 (fr) | Dispositif optoelectronique a diodes electroluminescentes | |
| US11662066B2 (en) | Optoelectronic device with light-emitting diodes | |
| EP3891813B1 (fr) | Dispositif d'affichage électroluminescent multi-couleurs et procédé de fabrication d'un tel dispositif | |
| US20090026486A1 (en) | Nitride based compound semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same | |
| EP3384531B1 (fr) | Dispositif optoelectronique comprenant un composant electroluminescent et un transistor | |
| FR3068516B1 (fr) | Dispositif optoelectronique comprenant des diodes electroluminescentes | |
| FR3068515B1 (fr) | Dispositif optoélectronique comprenant des diodes électroluminescentes | |
| FR3068514B1 (fr) | Dispositif optoelectronique | |
| US11973172B2 (en) | Subpixel light emitting diodes for direct view display and methods of making the same | |
| FR3075464A1 (fr) | Dispositif optoelectronique a diodes electroluminescentes | |
| US20230223494A1 (en) | Light emitting diodes and method of making thereof by selectively growing active layers from trench separated areas | |
| EP3900055A1 (fr) | Dispositif optoelectronique a jonction pn |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RX | Complete rejection |
Effective date: 20200324 |