FR3077680A1 - Emetteur, dispositif emetteur et ecran d'affichage et procede de fabrication associes - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un émetteur (25) adapté pour émettre un premier rayonnement, l'émetteur (25) comprenant : - un substrat (55), - une mesa constituée d'un premier matériau semi-conducteur ayant une première valeur de bande interdite, la mesa ayant un côté supérieur (70) et un côté latéral (75), - une couche de recouvrement (45) comprenant une ou plusieurs couche(s) émettrice(s) de rayonnement (85) constituée(s) d'un deuxième matériau semi-conducteur ayant une deuxième valeur de bande interdite strictement inférieure à la première valeur de bande interdite, chaque couche émettrice de rayonnement (85) ayant une première partie (95) correspondant au côté supérieur (70) et une deuxième partie (100) correspondant au côté latéral (75), une première épaisseur (e1) étant définie pour la première partie (95) et une deuxième épaisseur (e2) étant définie pour la deuxième partie (100), la deuxième épaisseur (e2) étant strictement inférieure à la première épaisseur (e1).
Description
*54) EMETTEUR, DISPOSITIF EMETTEUR ET ECRAN D'AFFICHAGE ET PROCEDE DE FABRICATION ASSOCIES.
FR 3 077 680 - A1 (57) La présente invention concerne un émetteur (25) aclapté pour émettre un premier rayonnement, l'émetteur (25) comprenant:
- un substrat (55),
- une mesa constituée d'un premier matériau semiconducteur ayant une première valeur de bande interdite, la mesa ayant un côté supérieur (70) et un côté latéral (75),
- une couche de recouvrement (45) comprenant une ou plusieurs couche(s) émettrice(s) de rayonnement (85) constituée(s) d'un deuxième matériau semi-conducteur ayant une deuxième valeur de bande interdite strictement inférieure à la première valeur de bande interdite, chaque couche émettrice de rayonnement (85) ayant une première partie (95) correspondant au côté supérieur (70) et une deuxième partie (100) correspondant au côté latéral (75), une première épaisseur (e1 ) étant définie pour la première partie (95) et une deuxième épaisseur (e2) étant définie pour la deuxième partie (100), la deuxième épaisseur (e2) étant strictement inférieure à la première épaisseur (e1).
Émetteur, dispositif émetteur et écran d’affichage et procédé de fabrication associés
La présente invention concerne un émetteur. La présente invention concerne également un dispositif émetteur comprenant au moins deux tels émetteurs. La présente invention concerne également un écran d’affichage comprenant un ensemble de tels dispositifs émetteurs. La présente invention concerne encore un procédé de fabrication d’un tel émetteur.
Les structures luminescentes comprennent un empilement de couches semiconductrices superposées structurées de sorte à former un ensemble de mesas luminescentes séparées. Ces structures sont généralement fabriquées en éliminant par gravure une partie d’un empilement de couches bidimensionnelles de sorte à définir les mesas luminescentes. L’émission de lumière est fournie par une couche luminescente qui se trouve généralement au niveau ou à proximité du dessus des mesas.
Étant donné que les mesas luminescentes sont séparées les unes des autres, de telles structures permettent un contrôle facile de l’émission de chaque mesa, puisque chaque mesa peut être alimentée indépendamment en électricité avec un risque réduit de fuite de courant vers une mesa voisine. En raison des avantages susmentionnés, il a été suggéré d’utiliser de telles structures luminescentes en tant que partie d’écrans d’affichage, chaque mesa formant un pixel si l’écran est un écran monochrome ou un sous-pixel si l’écran est un écran polychrome. La résolution spatiale d’un tel écran d’affichage est par conséquent directement liée aux dimensions latérales de la mesa.
Toutefois, les côtés latéraux exposés des mesas donnent lieu à une recombinaison de surface accrue des porteurs. Le rendement d’émission de lumière global (également appelé « rendement à la prise murale ») de ces structures diminue par conséquent avec les dimensions latérales des mesas, puisque des dimensions latérales réduites conduisent à une augmentation relative de la surface des côtés latéraux par rapport à la surface de la couche luminescente. Par conséquent, le rendement à la prise murale des pixels ou écrans d’affichage à base de mesas diminue lorsque la résolution de l’écran augmente, en particulier, lorsque la dimension latérale des mesas est de l’ordre de 10 micromètres (pm) ou moins.
Il existe par conséquent un besoin pour un émetteur de lumière ayant de petites dimensions latérales et ayant un rendement à la prise murale élevé.
À cette fin, la présente description concerne un émetteur adapté pour émettre un premier rayonnement, l’émetteur comprenant :
- un substrat,
- une mesa, la mesa étant constituée d’un premier matériau semi-conducteur, le premier matériau semi-conducteur ayant une première valeur de bande interdite, la mesa ayant un côté supérieur et un côté latéral, le côté latéral entourant le côté supérieur et s’étendant entre le substrat et le côté supérieur,
- une couche de recouvrement comprenant une ou plusieurs couche(s) émettrice(s) de rayonnement, au moins une couche émettrice de rayonnement étant constituée d’un deuxième matériau semi-conducteur, le deuxième matériau semi-conducteur ayant une deuxième valeur de bande interdite, la deuxième valeur de bande interdite étant strictement inférieure à la première valeur de bande interdite, chaque couche émettrice de rayonnement ayant une première partie correspondant au côté supérieur et une deuxième partie correspondant au côté latéral, une première épaisseur étant définie pour la première partie et une deuxième épaisseur étant définie pour la deuxième partie, la deuxième épaisseur étant strictement inférieure à la première épaisseur.
Selon des modes de réalisation spécifiques, l’émetteur comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises séparément ou selon toute combinaison possible :
- au moins une des propriétés suivantes est satisfaite :
• la première partie couvre au moins partiellement le côté supérieur de la mesa et la deuxième partie couvre au moins partiellement le côté latéral de la mesa ;
• la deuxième partie forme au moins un puits quantique, et • le côté latéral comprend une pluralité de faces planes.
- au moins une des propriétés suivantes est satisfaite :
• le substrat est constitué d’un matériau semi-conducteur, la mesa s’étendant selon une première direction perpendiculaire au substrat à partir du substrat et étant connectée électriquement au substrat, le substrat ayant une surface principale entourant la mesa dans un plan perpendiculaire à la première direction, le substrat comprenant en outre une couche électriquement isolante s’étendant sur la surface principale, la couche isolante formant une barrière entre le substrat et Ja couche de recouvrement, et • pour chaque point du côté latéral, un axe correspondant à la direction traversant le point et perpendiculaire au côté latéral est défini, et dans lequel l’angle entre une première direction perpendiculaire au substrat et l’axe est compris entre 30 degrés et 80 degrés.
- au moins une des propriétés suivantes est satisfaite :
• au moins un du premier matériau semi-conducteur et du deuxième matériau semi-conducteur est un nitrure d’éléments III, et • une structure cristalline est définie pour le premier matériau semiconducteur, la structure cristalline ayant au moins une direction polaire et au moins une direction semi-polaire, le côté supérieur étant perpendiculaire à l’axe polaire, un axe correspondant à la direction traversant le point et perpendiculaire au côté latéral étant défini pour chaque point du côté latéral, l’axe étant perpendiculaire à la direction semi-polaire.
- au moins une des propriétés suivantes est satisfaite :
• l’émetteur comprend en outre un premier contact électrique connecté électriquement à la première partie, l’émetteur étant configuré pour émettre le premier rayonnement lorsqu’un courant électrique passe à travers le premier contact électrique, la couche de recouvrement et la mesa, le premier contact électrique étant en outre connecté électriquement à la deuxième partie ;
• l’émetteur comprend en outre un premier contact électrique connecté électriquement à la première partie, l’émetteur étant configuré pour émettre le premier rayonnement lorsqu’un courant électrique passe à travers le premier contact électrique, la couche de recouvrement et la mesa, le premier contact électrique comprenant une première couche de connexion et une deuxième couche barrière, la deuxième couche de barrière étant interposée entre la première couche de connexion et la couche de recouvrement, la première couche de connexion étant constituée d’un quatrième matériau, le quatrième matériau étant un matériau électriquement conducteur ou un matériau semi-conducteur, la deuxième couche barrière étant constituée d’un matériau isolant, la couche de recouvrement, la deuxième couche barrière et la première couche de connexion formant une jonction à effet tunnel ;
• la couche de recouvrement comprend au moins deux couches émettrices de rayonnement superposées constituées du deuxième matériau semiconducteur, une première couche barrière constituée d’un troisième matériau semi-conducteur étant intercalée entre chaque paire de couches d’émission de rayonnement successives, le troisième matériau semi-conducteur ayant une troisième valeur de bande interdite, la troisième valeur de bande interdite étant strictement supérieure à la deuxième valeur de bande interdite, et • le premier rayonnement comprend un premier ensemble d’ondes électromagnétiques, la couche émettrice de rayonnement étant configurée pour émettre un deuxième rayonnement comprenant un deuxième ensemble d’ondes électromagnétiques, l’émetteur comprenant en outre un convertisseur de rayonnement configuré pour absorber le deuxième rayonnement et pour émettre en réponse le premier rayonnement, une longueur d’onde étant définie pour chaque onde électromagnétique, le premier ensemble correspondant à une première plage de longueurs d’onde et le deuxième ensemble correspondant à une deuxième plage de longueurs d’onde, la première plage ayant une première longueur d’onde moyenne et la deuxième plage ayant une deuxième longueur d’onde moyenne, la première longueur d’onde moyenne étant différente de la deuxième longueur d’onde moyenne.
- au moins une des propriétés suivantes est satisfaite :
• le rapport entre la première épaisseur et la deuxième épaisseur est compris entre 1,5 et 6 ;
• la mesa a une dimension latérale minimale et une hauteur, la hauteur étant mesurée dans une première direction perpendiculaire au substrat et la dimension latérale minimale étant mesurée dans un plan perpendiculaire à la première direction, la hauteur étant strictement inférieure à la dimension latérale minimale ;
• la mesa forme un tronc ayant une base en contact avec le substrat, la base étant un rectangle ;
• la mesa forme un tronc ayant une base en contact avec le substrat, la base étant un hexagone ;
• la mesa a une hauteur mesurée le long d’une première direction perpendiculaire au substrat, la hauteur étant comprise entre 100 nanomètres et 1000 nanomètres, et • le côté supérieur a une surface comprise entre 9 micromètres carrés et 900 micromètres carrés.
Un dispositif émetteur comprenant au moins deux émetteurs tels que définis précédemment est également proposé.
Selon des modes de réalisation spécifiques, le dispositif émetteur comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises séparément ou selon toute combinaison possible :
- les côtés latéraux des mesas sont en contact l’un avec l’autre.
- chaque émetteur comprend un premier contact électrique connecté électriquement à la première partie de l’émetteur, le dispositif émetteur comprenant en outre une seule structure de connexion, la structure de connexion comprenant une mesa, une couche de recouvrement et un deuxième contact électrique, le deuxième contact électrique couvrant au moins partiellement le côté supérieur et au moins partiellement le côté latéral de la mesa de la structure de connexion, le deuxième contact électrique étant connecté électriquement au substrat, chaque émetteur étant configuré pour émettre le premier rayonnement correspondant lorsqu’un courant électrique passe à travers le premier contact électrique correspondant, la couche de recouvrement correspondante, la mesa correspondante, le substrat et le deuxième contact électrique.
- le dispositif émetteur comprend trois émetteurs, chaque premier rayonnement comprend un premier ensemble d’ondes électromagnétiques, une longueur d’onde étant définie pour chaque onde électromagnétique, chaque premier ensemble correspondant à une première plage de longueurs d’onde, chaque première plage ayant une première longueur d’onde moyenne correspondante, la première longueur d’onde moyenne de chaque émetteur étant différente de la première longueur d’onde moyenne de chaque autre émetteur.
Un écran d’affichage comprenant un ensemble de dispositifs émetteurs tels que définis précédemment est également proposé.
La présente description concerne également un procédé de fabrication d’un émetteur adapté pour émettre un premier rayonnement, le procédé comprenant les étapes de :
- fourniture d’un substrat,
- création d’une mesa constituée d’un premier matériau semi-conducteur, le premier matériau semi-conducteur ayant une première valeur de bande interdite, la mesa ayant un côté supérieur et un côté latéral, le côté latéral entourant le côté supérieur et s’étendant entre le substrat (55) et le côté supérieur, et
- dépôt sur la mesa d’une couche de recouvrement comprenant une ou plusieurs couche(s) émettrice(s) de rayonnement, au moins une couche émettrice de rayonnement étant constituée d’un deuxième matériau semi-conducteur, le deuxième matériau semiconducteur ayant une deuxième valeur de bande interdite, la deuxième valeur de bande interdite étant strictement inférieure à la première valeur de bande interdite, chaque couche émettrice de rayonnement ayant une première partie correspondant au côté supérieur et une deuxième partie correspondant au côté latéral, une première épaisseur étant définie pour la première partie et une deuxième épaisseur étant définie pour la deuxième partie, la deuxième épaisseur étant strictement inférieure à la première épaisseur.
La présente description décrit en outre un procédé de fabrication d’un dispositif émetteur comprenant un premier émetteur et au moins un deuxième émetteur, chaque émetteur étant adapté pour émettre un premier rayonnement correspondant, le procédé comprenant les étapes de :
- fourniture d’un substrat,
- création, pour chaque émetteur, d’une mesa constituée d’un premier matériau semi-conducteur, le premier matériau semi-conducteur ayant une première valeur de bande interdite, la mesa ayant un côté supérieur et un côté latéral, le côté latéral entourant le côté supérieur et s’étendant entre le substrat et le côté supérieur, et
- dépôt sur chaque mesa d’une couche de recouvrement comprenant une ou plusieurs couche(s) émettrice(s) de rayonnement, au moins une couche émettrice de rayonnement étant constituée d’un deuxième matériau semi-conducteur, le deuxième matériau semi-conducteur ayant une deuxième valeur de bande interdite, la deuxième valeur de bande interdite étant strictement inférieure à la première valeur de bande interdite, chaque couche émettrice de rayonnement ayant une première partie correspondant au côté supérieur et une deuxième partie correspondant au côté latéral, une première épaisseur étant définie pour la première partie et une deuxième épaisseur étant définie pour la deuxième partie, la deuxième épaisseur étant strictement inférieure à la première épaisseur.
Selon un mode de réalisation spécifique, le substrat a un premier côté et un deuxième côté, le premier côté supportant les mesas, le premier côté et le deuxième côté étant parallèles l’un à l’autre, chaque premier rayonnement comprenant un premier ensemble d’ondes électromagnétiques, la couche émettrice de rayonnement de chaque deuxième émetteur étant configurée pour émettre un deuxième rayonnement comprenant un deuxième ensemble d’ondes électromagnétiques, le procédé comprenant en outre une étape de formation, pour chaque émetteur, d’un premier contact électrique connecté électriquement à la première partie, l’émetteur étant configuré pour émettre le premier rayonnement correspondant lorsqu’un courant électrique passe à travers le premier contact électrique, la couche de recouvrement et la mesa. Le procédé comprend également une étape de connexion de chaque premier contact électrique à un circuit de commande adapté pour générer chaque courant électrique et une étape de mise en place, sur le deuxième côté du substrat, d’un convertisseur de rayonnement configuré pour absorber le deuxième rayonnement et pour émettre en réponse le premier rayonnement correspondant au deuxième émetteur, une longueur d’onde étant définie pour chaque onde électromagnétique, le premier ensemble du deuxième émetteur correspondant à une première plage de longueurs d’onde et le deuxième ensemble correspondant à une deuxième plage de longueurs d’onde, la première plage ayant une première longueur d’onde moyenne et la deuxième plage ayant une deuxième longueur d’onde moyenne, la première longueur d’onde moyenne étant différente de la deuxième longueur d’onde moyenne.
Des caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront clairement dans la description suivante, fournie uniquement à titre d’exemple non limitatif, et en faisant référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue de dessus partielle d’un écran d’affichage comprenant un ensemble de dispositifs émetteurs,
- la figure 2 est une vue de côté d’une coupe d’un dispositif émetteur le long de l’axe ll-ll sur la figure 1, chaque dispositif émetteur comprenant un ensemble d’émetteurs,
- la figure 3 est une vue de côté agrandie d’une coupe d’une émetteur de la figure 2,
- les figures 4 à 12 sont des vues schématiques des résultats à divers stades d’un exemple d’un procédé de fabrication d’un dispositif émetteur,
- les figures 13 à 17 sont des vues de côté schématiques d’exemples de dispositifs émetteurs,
- les figures 18 à 20 sont des vues schématiques des résultats à divers stades d’un autre exemple d’un procédé de fabrication d’un dispositif émetteur, et
- la figure 21 est une vue de côté schématique d’un autre exemple de dispositif émetteur.
Un écran d’affichage 10 est représenté partiellement sur la figure 1 et représenté schématiquement sur la figure 12.
L’écran d’affichage 10 est, par exemple, intégré dans un dispositif électronique tel qu’un téléphone mobile, une tablette ou un ordinateur portable. Dans un autre mode de réalisation, l’écran d’affichage 10 peut être intégré dans un dispositif d’affichage dédié tel qu’un poste de télévision, un écran d’ordinateur de bureau, une montre intelligente ou des lunettes intelligentes.
L’écran d’affichage 10 est configuré pour afficher un ensemble d’images.
L’écran d’affichage 10 comprend un ensemble de dispositifs émetteurs 15 et un circuit de commande 20.
Chaque dispositif émetteur 15, également appelé « élément d’image », ou en bref « pixel » est configuré pour émettre au moins un premier rayonnement.
À des fins de simplification, le dispositif émetteur 15 est appelé pixel 15 par la suite.
Par exemple, chaque pixel 15 est configuré pour émettre l’une d’un ensemble d’ondes électromagnétiques comprenant trois premiers rayonnements.
En variante, des modes de réalisation ayant un pixel 15 configuré pour émettre plus ou moins de trois rayonnements (par exemple, quatre) peuvent être considérés.
Chaque premier rayonnement comprend un premier ensemble d’ondes électromagnétiques.
Une longueur d’onde est définie pour chaque onde électromagnétique.
Chaque premier ensemble correspond à une première plage de longueurs d’onde. La première plage de longueurs d’onde est le groupe formé par l’ensemble des longueurs d’onde du premier ensemble d’ondes électromagnétiques.
Une première longueur d’onde moyenne est définie pour chaque première plage de 10 longueurs d’onde.
Chaque pixel 15 comprend au moins un émetteur de lumière 25, et au moins une structure de connexion 30. Par exemple, chaque pixel 15 comprend trois émetteurs de lumière 25 et une seule structure de connexion 30.
Chaque émetteur de lumière 25 est configuré pour émettre un premier rayonnement 15 respectif. En particulier, chaque émetteur de lumière 25 est configuré pour émettre le premier rayonnement respectif lorsqu’un premier courant électrique passe à travers l’émetteur de lumière 25.
La première longueur d’onde moyenne de chaque émetteur de lumière 25 est, par exemple, différente de la première longueur d’onde moyenne de chaque autre émetteur 20 de lumière 25 du même pixel 15.
Selon un mode de réalisation, la première longueur d’onde moyenne d’un émetteur de lumière 25 est comprise entre 430 nanomètres (nm) et 480 nm, la première longueur d’onde moyenne d’un autre émetteur de lumière 25 est comprise entre 500 nm et 560 nm et la première longueur d’onde moyenne du troisième émetteur de lumière 25 est 25 comprise entre 580 nm et 680 nm.
Des modes de réalisation dans lesquels les premières longueurs d’onde moyennes de deux émetteurs de lumière 25 différents d’un seul pixel 15 sont identiques peuvent également être considérés.
Comme le montre la figure 2, chaque émetteur de lumière 25 comprend un substrat 30 55, une mesa 40, une couche de recouvrement 45, un premier contact électrique 50, un convertisseur de rayonnement 52 et une couche isolante 60.
Le substrat 55 est configuré pour supporter la mesa 40, la couche de recouvrement 45 et le premier contact électrique 50.
Le substrat 55 est, par exemple, commun à l’ensemble des émetteurs de lumière 25 35 et au bloc de contact ou à la structure de connexion.
Dans certains modes de réalisation, le substrat 55 peut en outre comprendre une plaque de support 120. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 2 et 3, le substrat 55 ne comprend pas de plaque de support 120.
Le substrat 55 est, par exemple, plan. Un substrat plan est un substrat ayant une surface principale 65 plane.
Une’direction normale D est définie pour le substrat 55. La surface principale 65 du substrat 55 est perpendiculaire à la direction normale D.
La surface principale 65 entoure chaque mesa 40 dans un plan perpendiculaire à la direction normale D.
Le substrat 55 est constitué d’un premier matériau semi-conducteur. Une première valeur de bande interdite est définie pour le premier matériau semi-conducteur.
L’expression « valeur de bande interdite » doit être entendue comme signifiant la valeur de la bande interdite entre la bande de valence et la bande de conduction du matériau.
La valeur de bande interdite est, par exemple, mesurée en électrons-volts (eV).
La bande de valence est définie comme étant, parmi les bandes d’énergie permises pour les électrons dans le matériau, la bande qui a l’énergie la plus élevée tout en étant complètement remplie à une température inférieure ou égale à 20 Kelvin (K).
Un premier niveau d’énergie est défini pour chaque bande de valence. Le premier niveau d’énergie est le niveau d’énergie le plus élevé de la bande de valence.
La bande de conduction est définie comme étant, parmi les bandes d’énergie permises pour les électrons dans le matériau, la bande qui a l’énergie la plus faible tout en étant complètement remplie à une température inférieure ou égale à 20 K.
Un deuxième niveau d’énergie est défini pour chaque bande de conduction. Le deuxième niveau d’énergie est le niveau, d’énergie le plus élevé de la bande de conduction.
Ainsi, chaque valeur de bande interdite est mesurée entre le premier niveau d’énergie et le deuxième niveau d’énergie du matériau.
Un matériau semi-conducteur est un matériau ayant une valeur de bande interdite strictement supérieure à zéro et inférieure ou égale à 6,5 eV.
Le premier matériau semi-conducteur est, par exemple, un nitrure d’éléments III. Les nitrures d’éléments III sont un groupe de matériaux comprenant GaN, AIN et InN et les alliages de GaN, AIN et InN.
Selon un mode de réalisation, le premier matériau est du GaN.
Le dopage est défini comme la présence, dans un matériau, d’impuretés amenant des porteurs de charge libres. Les impuretés sont, par exemple, les atomes d’un élément qui n’est pas naturellement présent dans le matériau.
Lorsque les impuretés augmentent la densité volumique des trous dans le matériau, par rapport au matériau non dopé, le dopage est de type p. Par exemple, une couche de GaN est dopée p en ajoutant des atomes de magnésium (Mg).
Lorsque les impuretés augmentent la densité volumique des électrons libres dans le matériau, par rapport au matériau non dopé, le dopage est de type n. Par exemple, une couche de GaN est dopée n en ajoutant des atomes de silicium (Si).
Le premier matériau est par exemple dopé n. Toutefois, le type de dopage peut varier dans certains modes de réalisation.
Le premier matériau est, par exemple, un matériau cristallin. Un cristal ou matériau cristallin est un matériau solide dont les constituants (tels que les atomes, molécules ou ions) sont agencés en une structure microscopique hautement ordonnée, formant un réseau cristallin qui s’étend dans toutes les directions.
Une structure cristalline est définie pour le premier matériau. En cristallographie, la structure de cristal est une description de l’agencement ordonné d’atomes, ions ou molécules dans un matériau cristallin.
La structure cristalline est, par exemple, une structure polaire. Une structure polaire est une structure cristalline dans laquelle les barycentres des charges électriques positives et négatives sont séparés dans l’espace.
La structure cristalline a, par exemple, une direction polaire, au moins une direction non polaire et au moins une direction semi-polaire.
Une direction polaire est une direction le long de laquelle les barycentres des charges électriques positives et négatives sont séparés dans l’espace.
Une direction non polaire est une direction le long de laquelle les barycentres des charges électriques positives et négatives sont identiques.
Une direction semi-polaire est une direction qui forme un angle non nul avec à la fois l’axe polaire et toutes les directions non polaires du matériau.
Par exemple, la structure cristalline est une structure hexagonale telle que la wurtzite. La wurtzite est la structure cristalline la plus courante des nitrures III. L’axe polaire de la structure de wurtzite est appelé axe c.
La direction normale D est, par exemple, parallèle à la direction polaire de la structure cristalline.
La couche isolante 60 s’étend sur la surface principale 65. La couche isolante 60 entoure, par exemple, chaque mesa 40 dans un plan perpendiculaire à la direction normale D.
La couche isolante 60 est constituée d’un matériau électriquement isolant. Par exemple, la couche isolante 60 est constituée d’oxyde de silicium.
La couche isolante 60 forme une barrière entre 1a couche de recouvrement 45 et le substrat 55. En particulier, la couche isolante 60 empêche un courant électrique de passer entre la couche de recouvrement 45 et le substrat 55 sans passer à travers la mesa 40.
Chaque mesa 40 s’étend à partir du substrat 55 ler long de la direction normale D.
Chaque mesa 40 a un côté supérieur 70, un côté latéral 75 et une base 80.
La mesa 40 est délimitée le long de la direction normale D par la base 80 et le côté supérieur 70.
Chaque mesa 40 est, par exemple, de la forme d’un tronc.
En géométrie, un tronc est la partie d’un solide qui se trouve entre un ou deux plans parallèles coupant le solide. Une pyramide tronquée est un exemple de tronc.
Par exemple, la mesa 40 est de la forme d’une pyramide droite tronquée. En géométrie, une pyramide est un polyèdre formé en reliant une base polygonale 80 et un point, appelé le sommet. Une pyramide droite a son sommet directement au-dessus du centroïde de sa base 80.
Plus précisément, la mesa 40 est de la forme d’une pyramide tronquée dont le sommet est aligné avec le centroïde de la base 80 le long-de la direction normale D.
Chaque mesa 40 a une hauteur h mesurée le long de la direction normale D et des dimensions latérales mesurées dans un plan perpendiculaire à la direction normale. Parmi les dimensions latérales, une dimension latérale minimale I de la mesa est définie comme la dimension de la mesa 40, mesurée le long de la direction le long de laquelle, parmi toutes les dimensions perpendiculaires à la direction normale D, la mesa 40 a la dimension la plus petite.
Lorsque la mesa 40 est de la forme d’une pyramide droite tronquée dont la base 80 a un nombre égal de côtés, la dimension latérale minimale I est la distance entre deux côtés opposés de la base 80.
La hauteur h est strictement inférieure à la dimension latérale minimale I.
La hauteur h est comprise entre 100 nm et 2 pm.
La mesa 40 est constituée d’un matériau semi-conducteur. Par exemple, la mesa 40 est constituée du premier matériau semi-conducteur.
La mesa 40 est connectée électriquement au substrat 55. Dans un mode de réalisation, la mesa 40 est venue de matière avec le substrat 55.
Le côté supérieur 70 est, par exemple, plan. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2, le côté supérieur 70 est perpendiculaire à la direction normale D.
Le côté supérieur 70 est polygonal.
Comme le montre la figure 1, la base 80 est, par exemple, rectangulaire. Un côté supérieur 70 carré est un exemple de côté supérieur 70 rectangulaire.
Dans d’autres modes de réalisation, le côté supérieur 70 est hexagonal ou triangulaire.
Le côté supérieur 70 a une surface comprise entre 4 micromètres carrés (pm2) et 900 micromètres carrés (pm2).
Le côté latéral 75 s’étend entre le substrat 55 et le côté supérieur 70.
Comme le montre la figure 3, le côté latéral 75 entoure le côté supérieur 70. Le côté latéral 75 délimite la mesa 40 dans un plan perpendiculaire à la direction normale D.
Un axe A est défini pour chaque point du côté latéral 75. L’axe A correspond à la direction traversant le point et perpendiculaire en ce point au côté latéral 75.
Un angle a entre la direction normale et l’axe A est, en tout point du côté latéral 75, strictement inférieur à 90 degrés (°). En particulier, l’angle a est compris entre 30 et 80°. Par exemple, chaque axe A est perpendiculaire à une direction semi-polaire.
En d’autres termes, un angle β entre la direction normale D et une ligne sur le côté latéral 75, la ligne étant comprise dans un plan vertical comprenant la direction normale D, est strictement supérieur à zéro, par exemple, compris entre 10° et 60°.
Selon un mode de réalisation, chaque angle a est compris entre 50° et 80°. En d’autres termes, l’angle β est compris entre 10° et 40°.
Le côté latéral 75 comprend, par exemple, une pluralité de faces planes. En particulier, lorsque la mesa 40 est une pyramide tronquée, chaque face plane est rectangulaire et s’étend d’un côté de la base 80 à un côté du côté supérieur 70. Dans ce cas, les angles a de n’importe quels deux points d’une même face plane sont identiques.
Selon un mode de réalisation, les côtés latéraux 75 d’au moins deux émetteurs 25 d’un seul pixel sont en contact l’un avec l’autre.
La base 80 de la mesa 40 est en contact avec le substrat 55.
La base 80 a une surface strictement supérieure à la surface du côté supérieur 70.
La base 80 est polygonale. Une base rectangulaire ou hexagonale 80 est un exemple de base polygonale 80. Par exemple, la forme de la base 80 est la même que la forme du côté supérieur 70.
Selon l’exemple représenté sur la figure 1, les côtés des bases 80 de chaque mesa 40 sont parallèles l’un à l’autre.
La couche de recouvrement 45 est représentée de manière plus détaillée sur la figure 3.
La couche de recouvrement 45 couvre au moins une partie de la mesa 40.
La couche de recouvrement 45 est adaptée pour transmettre le premier courant électrique de la mesa 40 au premier contact électrique 50.
La couche de recouvrement 45 s’étend sur au moins une partie du côté supérieur 70 et au moins une partie du côté latéral 75. En particulier, la couche de recouvrement 45 a une partie de dessus 77 en contact avec le côté supérieur 70 et une partie latérale 78 en contact avec le côté latéral 75.
Chaque couche de recouvrement 45 est intercalée entre le premier contact électrique 50 et la mesa 40 de sorte que le premier courant électrique passant entre la mesa 40 et le premier contact électrique 50 passe à travers la couche de recouvrement 45.
La couche de recouvrement 45 comprend au moins une couche émettrice de rayonnement 85. Par exemple, la couche de recouvrement 45 comprend une pluralité de couches émettrices de rayonnement 85 superposées et au moins une première couche barrière 90.
La couche de recouvrement 45 est configurée de telle sorte que, lorsque le premier courant électrique passe à travers la couche de recouvrement 45, le premier courant électrique passe à travers chaque couche émettrice de rayonnement 85.
Chaque couche émettrice de rayonnement 85 est configurée pour émettre un rayonnement lorsque le premier courant électrique passe à travers la couche émettrice de rayonnement 85. Par exemple, chaque couche émettrice de rayonnement 85 est configurée pour émettre un deuxième rayonnement.
Chaque deuxième rayonnement comprend un deuxième ensemble d’ondes électromagnétiques.
Chaque deuxième ensemble d’ondes électromagnétiques correspond à une deuxième plage de longueurs d’onde. La deuxième plage de longueurs d’onde est le groupe formé par toutes les longueurs d’onde du deuxième ensemble d’ondes électromagnétiques.
Une deuxième longueur d’onde moyenne est définie pour chaque deuxième plage de longueurs d’onde. La deuxième longueur d'onde moyenne est différente de la première longueur d’onde moyenne du premier rayonnement correspondant à l’émetteur de lumière 25 dont la couche émettrice de rayonnement 85 constitue une partie. Par exemple, la deuxième longueur d’onde moyenne est strictement inférieure à la première longueur d’onde moyenne.
Selon un autre mode de réalisation, la deuxième longueur d’onde moyenne est égale à la première longueur d’onde moyenne du premier rayonnement.
Le premier matériau semi-conducteur est transparent au deuxième rayonnement.
Chaque couche émettrice de rayonnement 85 est constituée d’un deuxième matériau semi-conducteur.
Le deuxième matériau semi-conducteur a une deuxième valeur de bande interdite. La deuxième valeur de bande interdite est strictement inférieure à la première valeur de bande interdite.
Le deuxième matériau semi-conducteur est un matériau cristallin. Par exemple, le deuxième matériau semi-conducteur a la même structure cristalline que le premier matériau semi-conducteur. Des modes de réalisation dans lesquels le deuxième matériau semi-conducteur a une structure différente du premier matériau semi-conducteur peuvent être envisagés.
Le deuxième matériau semi-conducteur est, par exemple, un matériau lll-N. En particulier, lorsque le premier matériau semi-conducteur est du GaN, le deuxième matériau semi-conducteur est de l’InGaN.
Chaque couche émettrice de rayonnement 85 s’étend sur le côté latéral 75 et sur le côté supérieur 70.
En particulier, chaque couche émettrice de rayonnement 85 couvre au moins une partie du côté latéral 75 et du côté supérieur 70. En d’autres termes, chaque couche émettrice de rayonnement 85 est supportée par le côté latéral 75 et le côté supérieur 70.
Chaque couche émettrice de rayonnement 85 a une première partie 95 et une deuxième partie 100.
La première partie 95 d’une couche émettrice de rayonnement 85 est la partie de la couche émettrice de rayonnement 85 qui fait partie de la partie de dessus 77 de la couche de recouvrement 45.
La première partie 95 correspond au côté supérieur 70. En particulier, la première partie 95 couvre au moins une partie du côté supérieur 70. Par exemple, la première partie 95 couvre entièrement le côté supérieur 70.
La première partie 95 est perpendiculaire à la direction normale D.
La première partie 95 a une première épaisseur e1. La première épaisseur e1 est mesurée le long de la direction normale D.
Dans le cas d’un seul puits quantique, la première épaisseur e1 est comprise entre 1 nm et 20 nm.
Les premières parties 95 de l’ensemble des couches émettrices de rayonnement 85 dans un même émetteur 25 sont superposées le long de la direction normale D. En d’autres termes, les premières parties 95 forment un empilement de premières parties 95 empilées le long de la direction normale D.
La deuxième partie 100 d’une couche émettrice de rayonnement 85 est la partie de la couche émettrice de rayonnement 85 qui appartient à la partie latérale 78 de la couche de recouvrement 45.
La deuxième partie 100 correspond au côté latéral 75. En particulier, la deuxième partie 100 couvre au moins une partie du côté latéral 75.
Selon un mode de réalisation, la deuxième partie couvre au moins 30 pourcent (%) de la surface du côté latéral 75. Par exemple, la deuxième partie 100 couvre au moins 50 % du côté latéral 75. Des modes de réalisation où la deuxième partie 100 couvre au moins 90 % du côté latéral 75, notamment couvre entièrement le côté latéral 75, peuvent être envisagés.
Les valeurs ci-dessus du pourcentage de la surface du côté latéral 75 couvert par la deuxième partie sont, par exemple, calculées en considérant uniquement la surface du côté latéral 75 qui n’est pas en contact avec la couche isolante 60.
Toutefois, des modes de réalisation où le pourcentage de la surface du côté latéral 75 couvert par la deuxième partie est calculé en considérant à la fois la surface du côté latéral 75 qui n’est pas en contact avec la couche isolante 60 et la surface du côté latéral 75 qui est couverte par la couche isolante 60 peuvent être considérés.
La deuxième partie 100 est perpendiculaire, en tout point du côté latéral 75, à l’axe A.
Les deuxièmes parties 100 de toutes les couches émettrice de rayonnement 85 dans un même émetteur 25 sont superposées les unes aux autres. En d’autres termes, ces deuxièmes parties 100 forment un empilement de deuxièmes parties 100. Les deuxièmes parties 100 sont empilées le long de l’axe A.
Chaque deuxième partie 100 a une deuxième épaisseur e2. La deuxième épaisseur e2 est mesurée, en tout point de la deuxième partie 100, le long de l’axe A correspondant.
La deuxième épaisseur e2 est strictement inférieure à la première épaisseur e1. Par exemple, un rapport de la première épaisseur e1 et de la deuxième épaisseur e2 est compris entre 1,5 et 6.
La deuxième partie 100 est agencée de telle sorte qu’un niveau d’énergie de porteurs de charge à l’intérieur de la deuxième partie 100 est strictement supérieur à un niveau d’énergie de porteurs de charge à l’intérieur de la première partie 95.
La deuxième épaisseur e2 est telle que la deuxième partie 100 forme un puits quantique pour les porteurs de charge dans le deuxième matériau.
Structurellement, un puits quantique unique est réalisé en intercalant une couche d’un premier matériau semi-conducteur entre deux couches d’un deuxième matériau semi-conducteur, le premier matériau semi-conducteur et le deuxième matériau semiconducteur ayant différentes valeurs de bande interdite. Au contraire, une structure à multiples puits quantiques est un empilement de couches semi-conductrices avec une alternance de puits quantiques et de barrières.
Fonctionnellement, un puits quantique est une structure dans laquelle il se produit un confinement quantique, pour au moins un type de porteurs de charge, dans une direction. Les effets du confinement quantique se produisent lorsque la dimension de la structure le long de cette direction devient comparable ou inférieure à la longueur d’onde de de Broglie des porteurs, qui sont généralement des électrons et/ou trous conduisant à des niveaux d’énergie appelés « sous-bandes d’énergie ».
Dans un tel puits quantique, les porteurs peuvent uniquement avoir des valeurs d’énergie discrètes mais sont, généralement, aptes à se déplacer à l’intérieur d’un plan perpendiculaire à la direction dans laquelle le confinement se produit. Les valeurs d’énergie disponibles pour les porteurs, également appelées « niveaux d’énergie » augmentant lorsque les dimensions du puits quantique diminuent le long de la direction dans laquelle le confinement se produit. Ainsi, étant donné que la deuxième épaisseur e2 de la deuxième partie 95 est plus petite que la première épaisseur e1 de la première partie 100, les niveaux d’énergie dans la deuxième partie 95 sont plus élevés que les niveaux d’énergie dans la première partie 100.
En mécanique quantique, la « longueur d’onde de de Broglie » est la longueur d’onde d’une particule lorsque la particule est considérée comme une onde. La longueur d’onde de de Broglie des électrons est également appelée « longueur d’onde électronique ». La longueur d’onde de de Broglie d’un porteur de charge dépend du matériau dans lequel se trouve le porteur.
Une deuxième partie 100 ayant une deuxième épaisseur e2 strictement inférieure au produit de la longueur d’onde électronique des électrons dans le deuxième matériau semi-conducteur par cinq est un exemple de puits quantique.
La deuxième épaisseur e2 est, par exemple, comprise entre 0,3 nm et 10 nm.
Chaque couche barrière 90 est constituée d’un troisième matériau semi-conducteur. Le troisième matériau semi-conducteur a une troisième valeur de bande interdite. La troisième valeur de bande interdite est strictement supérieure à la deuxième valeur de bande interdite.
Dans un mode de réalisation, le troisième matériau semi-conducteur est le premier matériau semi-conducteur. Par exemple, le troisième matériau semi-conducteur est un matériau de nitrure III tel que GaN.
Le troisième matériau semi-conducteur est, par exemple, dopé. Le type de dopage du troisième matériau semi-conducteur est, par exemple, différent du type de dopage du premier matériau semi-conducteur. En particulier, le troisième matériau semi-conducteur est dopé p.
Une couche barrière 90 est intercalée entre chaque paire de couches émettrices de rayonnement 85 successives.
Dans un mode de réalisation, une couche barrière 90 couvre également la couche émettrice de rayonnement 85 qui est la plus éloignée de la mesa 40. Cette couche barrière 90 forme une barrière entre la couche émettrice de rayonnement 85 qui est la plus éloignée de la mesa 40 et l’extérieur de l’émetteur 25.
Chaque couche barrière 90 a une épaisseur comprise entre 1 nm et 30 nm. Le premier contact électrique 50 est configuré pour transmettre le premier courant électrique du circuit de commande 20 à la couche de recouvrement 45.
Le premier contact électrique 50 est en contact avec la partie de dessus 77 de la couche de recouvrement 45. Par exemple, le premier contact électrique 50 est connecté électriquement à la fois à la partie de dessus 77 et à la partie latérale 78, et par conséquent, à la fois à la première partie 95 et à la deuxième partie 100 de la couche luminescente 85.
Le premier contact électrique 50 est, par exemple, constitué d’un matériau métallique.
Dans un autre mode de réalisation, le premier contact électrique 50 comprend une couche de connexion et une deuxième couche barrière.
La couche de connexion est constituée d’un quatrième matériau. Le quatrième matériau est un matériau électriquement conducteur ou un matériau semi-conducteur. Le quatrième matériau est fortement dopé d’un premier type de conductivité avec des dopants à une concentration de dopants supérieure à 1019 atomes/cm3, de préférence supérieure à 102° atomes/cm3.
La deuxième couche barrière est constituée d’un matériau électriquement isolant.
La deuxième couche barrière est intercalée entre la couche de connexion et la couche de recouvrement 45.
La deuxième couche barrière est configurée de telle sorte que la couche de recouvrement 45, la deuxième couche barrière et la couche de connexion forment une jonction tunnel.
Dans un tel contexte, la couche de recouvrement est un semi-conducteur fortement dopé d’un deuxième type de conductivité avec des dopants à une concentration de dopants supérieure à 1019 atomes/cm3, de préférence supérieure à 1020 atomes/cm3. Le deuxième type de conductivité est différent du premier type de semi-conducteur.
Une jonction à effet tunnel est une structure comprenant une barrière, telle qu’une couche isolante ou un potentiel électrique mince, entre deux matériaux électroconducteurs. En raison de la minceur de la barrière, les électrons peuvent passer à travers la barrière par la technique de tunnelage quantique même si la barrière est constituée d’un matériau isolant.
La deukième couche barrière a une épaisseur comprise entre 50 nm et 300 nm.
Le convertisseur de rayonnement 52 est adapté pour convertir le deuxième rayonnement en le premier rayonnement.
Le convertisseur de rayonnement 52 est un matériau photoluminescent, par exemple, un phosphore ou un nanophosphore.
En variante, le matériau photoluminescent est un ensemble de particules. Un exemple d’un matériau photoluminescent est un grenat d’yttrium-aluminium (YAG Yttrium-Aluminum Garnet) activé par l’ion de cérium trivalent, également appelé YAG:Ce ou YAG:Ce3+. La taille moyenne des particules de matériaux photoluminescents classiques est supérieure à 5 pm.
Dans un mode de réalisation, le matériau photoluminescent est une matrice ayant des particules monocristallines dans la gamme nanométrique d’un matériau semiconducteur, également appelées ci-après nanocristaux semi-conducteurs ou particules de nanophosphores, dispersées à l’intérieur.
Selon un mode de réalisation, la taille moyenne des nanocristaux est dans la plage de 0,5 nm à 1,000 nm, de préférence, de 0,5 nm à 500 nm, plus préférablement, de 1 nm à 100 nm, en particulier de 2 nm à 30 nm. Pour les dimensions inférieures à 50 nm, les propriétés de photoconversion de nanocristaux semi-conducteurs dépendent essentiellement de phénomènes de confinement quantique. Les nanocristaux semiconducteurs correspondent donc à des boîtes quantiques ou points quantiques.
Selon un mode de réalisation, le matériau semi-conducteur des cristaux semiconducteurs est sélectionné dans le groupe comprenant séléniure de cadmium (CdSe), phosphure d’indium (InP), sulfure de cadmium (CdS), sulfure de zinc (ZnS), séléniure de zinc (ZnSe), tellurure de cadmium (CdTe), tellurure de zinc (ZnTe), oxyde de cadmium (CdO), oxyde de zinc et de cadmium (ZnCdO), sulfure de cadmium et de zinc (CdZnS), séléniure de cadmium et de zinc (CdZnSe), sulfure d’argent et d’indium (AglnS2), et un mélange d’au moins deux de ces composés.
La matrice est constituée d’un matériau au moins partiellement transparent. La matrice est par exemple constituée de silice. La matrice est par exemple constituée d’au moins un polymère partiellement transparent, en particulier de silicium, d’époxy ou d’acide polyacétique (PLA). La matrice peut être constituée d’au moins un polymère partiellement transparent utilisé avec des imprimantes en trois dimensions, tel que le PLA. Selon un mode de réalisation, la matrice contient de 2 % à 90 %, de préférence, de 10 % à 60 %, en masse de nanocristaux, par exemple, environ 20 % en masse de nanocristaux.
Selon d’autres modes de réalisation possibles, le convertisseur de rayonnement 52 comprend un groupe de particules semi-conductrices logées dans une résine photosensible. Comme le montre la figure 2, le convertisseur de rayonnement 52 est supporté par une face inférieure 102 du substrat 55 opposée à la surface principale 65, et faisant face à la mesa 40.
La face inférieure 102 est, par exemple, parallèle à la surface principale 65. Dans l’exemple représenté sur la figure 2, la face inférieure 102 délimite le substrat 55 le long de la direction normale D.
Le substrat 55 est, par exemple, délimité le long de la direction normale D par la surface principale 65 et la surface inférieure 102.
Une distance entre la surface inférieure 102 et la surface principale 65, mesurée le long de la direction normale est, par exemple, comprise entre 500 nm et 50 pm.
La structure de connexion 30 est configurée pour connecter électriquement le substrat 55 et le circuit de commande 20.
La structure de connexion 30 comprend, par exemple, une mesa 40, une couche de recouvrement 45 et un deuxième contact électrique 105.
La mesa 40 et la couche de recouvrement 45 de la structure de connexion 30 sont identiques à la mesa 40 et la couche de recouvrement 45 des émetteurs de lumière.
Le deuxième contact électrique 105 connecte électriquement le circuit de commande 20 et le substrat 55. Par exemple, le deuxième contact électrique 105 connecte le circuit de commande 20 et le substrat 55 à travers la couche isolante 6Q.
Le deuxième contact électrique 105 est constitué d’un matériau électro-conducteur tel qu’un matériau métallique.
Le deuxième contact électrique 105 est supporté par la mesa 40 et la couche de recouvrement 45 de la structure de connexion 30. Par exemple, le deuxième contact électrique 105 couvre au moins une partie de la partie de dessus 77 et de la partie latérale 78 de la structure de connexion 30.
Le circuit de commande 20 est configuré pour générer le premier courant électrique correspondant à chaque émetteur de lumière 25 et pour transmettre chaque premier courant électrique à l’émetteur de lumière 25 correspondant.
Le circuit de commande 20 comprend, par exemple, des plots de connexion 110 connectés chacun à un premier ou deuxième contact électrique 50, 105.
Plus précisément, le plot de connexion 110 correspondant-au deuxième contact électrique 105 est en contact avec une partie du deuxième contact électrique 105. Ladite partie du deuxième contact électrique 105 est intercalée entre la première partie 95 de la couche de recouvrement 45 correspondante et le plot de connexion 110.
Le fonctionnement de l’émetteur de lumière 25 va maintenant être décrit.
Lorsque le circuit de commande 20 génère le premier courant électrique, le premier courant électrique passe, successivement, à travers le deuxième contact électrique 105, le substrat 55, la mesa 40, la couche de recouvrement 45 et le premier contact électrique 50.
Le flux de courant aboutit à l’arrivée d’électrons et trous dans chaque couche luminescente 85. La recombinaison des paires électron-trou dans la couche ou les couche(s) luminescente(s) 85 conduit à l’émission du deuxième rayonnement.
Au moins une partie du deuxième rayonnement est absorbé par le convertisseur 52. L’absorption du deuxième rayonnement amène le convertisseur à émettre le premier rayonnement.
Pendant le fonctionnement de l’émetteur de lumière 25, les porteurs de charge sont repoussés par les deuxièmes parties 100 de la couche ou des couches luminescente(s) 85 car les niveaux d’énergie des porteurs de charge dans les deuxièmes parties 100 sont plus élevés que les niveaux de charge des mêmes porteurs à l’intérieur des premières parties 95. Les porteurs de charge sont par conséquent écartés du côté latéral 75 de la mesa 40.
La recombinaison de surface des porteurs sur le côté latéral 75 de la mesa 40 est par conséquent réduite lorsqu’elle est comparée à un émetteur de lumière 25 qui ne comprend pas de deuxièmes parties 100. En conséquence, le rendement d’émission de l’émetteur de lumière 25 est plus élevé que celui d’un émetteur de lumière 25 connu dans l’état de la technique.
Un tel effet augmente lorsque la dimension latérale des mesas 40 diminue. En outre, cet effet est plus fort si 30 % ou plus de la surface du côté latéral 75 est couvert par la deuxième partie 100.
L’utilisation d’une deuxième partie 100 plus mince que la première partie 95 est une manière d’obtenir des niveaux d’énergie plus élevés dans la deuxième partie 100 que dans la première partie 95 qui est facilement reproductible lorsque la deuxième partie 100 est suffisamment mince pour former un puits quantique. Un rapport première épaisseur sur deuxième épaisseur compris entre 1,5 et 6 correspond à une différence d’énergie entre les première et deuxième parties 95, 100 qui permet une bonne répulsion des porteurs à partir de la deuxième partie 100.
Le dépôt des couches luminescentes 85 sur une mesa 40 dont l’angle a est compris entre 10° et 50° permet d’obtenir facilement une telle deuxième partie 100 plus mince. En effet, le matériau déposé sur de telles faces latérales 75 croît plus lentement que lorsqu’il est déposé sur le côté supérieur 70 en raison de la géométrie des chambres de dépôt de matériaux classiques.
Une telle obtention facile du pixel 15 est maintenant décrite en faisant référence à un exemple de mise en œuvre d’un procédé de fabrication d’un tel pixel 15 qui est illustré schématiquement par les figures 4 à 12.
Un procédé de fabrication du pixel 15 comprend une étape de fourniture, une étape de création, une étape d’isolation, une étape de dépôt, une étape de formation, une étape de connexion et une étape de mise en place.
Lors de l’étape de fourniture, le substrat 55 est fourni. Lors de l’étape de fourniture, le substrat 55 comprend une plaque de support 120 supportant le substrat 55. La plaque de support 120 est, par exemple, une plaque de silicium ou de saphir (voir notamment la figure 4).
Lors de l’étape de création, chaque mesa 40 est créée. Par exemple, chaque mesa 40 est créée par élimination par gravure d’une partie du substrat 55 (voir notamment la figure 5).
Lors de l’étape d’isolation, la couche isolante 60 est déposée sur des zones sélectionnées de la surface principale du substrat 55.
Par exemple, le matériau électro-isolant est déposé sur le substrat 55 et les mesas 40, et puis retiré des mesas 40. Dans d’autres modes de réalisation, une couche de résine photosensible est déposée sur les mesas 40 de sorte que le matériau électroisolant est uniquement déposé sur la surface principale 65.
L’étape de dépôt comprend le dépôt de chaque couche de recouvrement 45 sur la mesa 40 correspondante (voir notamment la figure 6). Par exemple, une couche de recouvrement 45 identique est déposée sur chaque mesa 40.
Le dépôt est, par exemple, réalisé au moyen d’une technique de dépôt telle qu’un dépôt chimique en phase vapeur par composés organométalliques (Metal-Organic Chemical Vapor Déposition - MOCVD).
Le MOCVD est également appelé « MOVPE », qui signifie « Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy » (épitaxie en phase vapeur par composés organométalliques). D’autres procédés de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) peuvent également être envisagés.
Toutefois, d’autres techniques de dépôt peuvent être utilisées, telles que l’épitaxie par jets moléculaires (Molecular Beam Epitaxy - MBE), la MBE à source gazeuse (GSMBE), la MBE aux organométalliques (MOMBE), la MBE assistée par plasma (PAMBE), l’épitaxie en couches atomiques (Atomic-layer Epitaxy - ALE) ou l’épitaxie en phase vapeur aux hydrures (Hydride Vapor Phase Epitaxy - HVPE).
En raison des différentes orientations cristallines du côté supérieur 70 et du côté latéral 75, le dépôt des couches luminescentes 85 aboutit à une deuxième épaisseur e2 inférieure à la première épaisseur e1.
Lors de l’étape de formation, chaque premier contact électrique 50 est formé. Par exemple, chaque premier contact électrique 50 et chaque deuxième contact électrique 105 sont déposés simultanément sur les mesas 40 correspondantes et les couches de recouvrement 45 comme illustré sur la figure 7.
Dans un mode de réalisation, une couche de résine protectrice est formée, avant dépôt, sur le substrat 55, les mesas 40 et les couches de recouvrement 45 et modelée pour laisser uniquement apparentes les zones sur lesquelles les contacts électriques 50, 105 doivent être déposés (voir figures 8 et 9).
Les contacts électriques 50, 105 sont, par exemple, déposés au moyen d’une technique de dépôt de métal telle que le dépôt par faisceau d’électrons, l’évaporation thermique et le dépôt cathodique.
Chaque premier et deuxième contact électrique 50, 105 est ensuite connecté électriquement au circuit de commande 20 lors de l’étape de connexion (voir figure 9).
La plaque de support est retirée du substrat 55 pour exposer la face inférieure 102 du substrat 55 (voir figure 10).
Chaque convertisseur de rayonnement 52 est ensuite formé à l’opposé de la mesa correspondante 40 sur la face inférieure 102. La lithographie est un exemple de procédé approprié pour mettre en place un tel convertisseur (voir figure 11).
La fabrication d’un pixel a été au préalable décrite dans le cas d’un pixel 15 comprenant plusieurs émetteurs de lumière. Un procédé de fabrication d’un seul émetteur de lumière 25 peut toutefois comprendre l’étape de fourniture et l’étape de dépôt, à condition que seule une mesa 40 soit créée pendant l’étape de création et que la couche de recouvrement 45 soit déposée uniquement sur la mesa 40 créée lors de l’étape de dépôt.
Chaque procédé de fabrication est ainsi facile à mettre en œuvre.
L’émetteur 25 offre également des avantages qui sont maintenant décrits.
Lorsque le premier contact électrique 50 est connecté électriquement à la deuxième partie 100, le courant électrique se propage entre la deuxième partie 100 et le premier contact électrique 50 le long de l’axe A. Lorsque l’axe A est parallèle à une direction semipolaire de la structure cristalline, l’injection de trous dans la couche de recouvrement 45 est facilitée.
En raison de la plus grande surface de contact entre la couche de recouvrement 45 et le premier contact électrique 50, la tension est réduite et le rendement à la prise murale est amélioré (voir figure 14).
La présence de la couche isolante 60 réduit les pertes électriques par le biais d’un court-circuit entre le substrat 55 et la couche de recouvrement 45. Le même effet est obtenu si les mesas 40 d’émetteurs de lumière voisins sont en contact l’une avec l’autre, puisque que dans ce cas le contact électrique entre les couches de recouvrement 45 et le substrat 55 est éliminé.
Lorsque la structure cristalline du matériau est hexagonale, une forme hexagonale de la base 80 permet aux propriétés des faces du côté latéral 75 d’être identiques les unes avec les autres en raison de la symétrie hexagonale de la wurtzite.
De plus, les bases hexagonales ou rectangulaires 80 permettent aux mesas 40 d’être agencées sur le substrat 55 d’une manière compacte, et par conséquent au pixel 15 d’être plus petit. La résolution d’un écran d’affichage 10 incluant un ensemble de pixels 15 est par conséquent plus élevée.
L’utilisation de convertisseurs de lumière 52 permet aux émetteurs de lumière 25 ayant des couches luminescentes 85 identiques d’émettre différents premiers rayonnements, en particulier différentes couleurs de premiers rayonnements, tout en étant facilement fabriqués, étant donné que seule une étape de dépôt est effectuée pour déposer l’ensemble des couches luminescentes 85.
Lorsque chacun des trois émetteurs de lumière 25 d’un seul pixel 15 émet un premier rayonnement différent, le pixel peut être utilisé en tant que pixel de couleur sur un écran d’affichage.
Toutefois, des modes de réalisation dans lesquels un ou plusieurs des émetteurs de lumière 25 ne comprennent pas de convertisseur de rayonnement 52 peuvent être envisagés. Dans ce cas, le rayonnement émis par les couches luminescentes 85 est la première émission.
Par exemple, deux des émetteurs de lumière 25 comprennent des convertisseurs de rayonnement 52 mais le troisième émetteur de lumière 25 ne comprend pas de convertisseur de rayonnement 52, en particulier lorsque le troisième émetteur de lumière émet un premier rayonnement bleu. Dans un autre mode de réalisation, aucun des émetteurs de lumière 25 ne comprend de convertisseur de rayonnement 52, les couches luminescentes 85 des émetteurs de lumière 25 étant configurées pour émettre des Gfemierpremiers rayonnements ayant différentes longueurs d’onde moyennes, par exemple si les deuxièmes matériaux des émetteurs de lumière 25 sont différents.
Les émetteurs de lumière 25 dépourvus de convertisseur de rayonnement 52 sont plus efficaces.
De plus, des modes de réalisation dans lesquels chaque émetteur de lumière 25 comprend un convertisseur de rayonnement 52 peuvent être envisagés. Par exemple, chaque couche émettrice de rayonnement 85 est un rayonnement ultraviolet, et chaque convertisseur de rayonnement 52 convertit le rayonnement ultraviolet en le premier rayonnement correspondant.
La mesa 40 a été décrite ci-dessus dans le cas d’une forme pyramidale tronquée. Toutefois, la forme de la mesa 40 peut varier.
Dans un mode de réalisation, la mesa 40 est de la forme d’un cône tronqué. Par exemple, le côté supérieur 70 et la base 80 sont circulaires.
Dans l’exemple ci-dessus, seule la deuxième partie 95 a été décrite comme un puits quantique. Toutefois, des modes de réalisation dans lesquels la première partie 95 forme un puits quantique peuvent être envisagés. L’efficacité d’émission des puits quantiques est souvent supérieure à celle de couches plus épaisses.
Il est à noter qu’une couche de planarisation peut être utilisée. Une couche de planarisation est ne couche de matériau déposée sur le substrat 55, sur les mesas 40 et sur les couches de recouvrement 45 de sorte que les mesas 40 et les couches de recouvrement 45 sont incorporées dans la couche de planarisation qui forme une surface plane. Une surface plane peut être avantageuse pour le traitement du dispositif et peut permettre une injection électrique plus uniforme (voir figure 17).
La couche de planarisation est, par exemple, constituée du premier matériau semiconducteur.
Dans un mode de réalisation, la couche de planarisation est dopée. En particulier, la couche de planarisation a un type de dopage différent de celui de la mesa 40.
Dans un exemple spécifique, la couche de planarisation est constituée de GaN dopé p.
La couche luminescente 85 a été décrite comme une couche compacte d’un seul matériau. Des modes de réalisation dans lesquels la couche luminescente 85 est un super-réseau sont également envisagés. Les super-réseaux sont des couches formées par un empilement de sous-couches de deux matériaux différents ou plus, formant un motif qui est répété le long de la direction d’empilement, les sous-couches étant si minces qu’un couplage quantique entre sous-couches existe.
Les différents matériaux semi-conducteurs décrits plus haut sont des matériaux de nitrure III à structure de wurtzite. Toutefois, d’autres structures cristallines et matériaux peuvent être utilisés.
Par exemple, n’importe lequel du premier, du deuxième, du troisième et du quatrième matériau semi-conducteur peut être choisi parmi les matériaux arséniure tels que AlAs, GaAs, InAs, parmi les matériaux phosphure tels que AIP, GaP, InP, parmi les matériaux ll-VI tels que ZnSe, CdSe, ZnTe, CdTe, parmi les matériaux IV tels que Si et Ge, ou parmi n’importe quel alliage de ces matériaux.
En tant qu’illustration générale des différents modes de réalisation qui peuvent être considérés, il est notamment fait référence aux figures 13 à 17 qui sont des vues de côté schématiques d’exemples de pixels.
La figure 13 correspond à une mesa microLED ; la figure 14 à un métal p chevauchant ; la figure 15 à contact de jonction à effet tunnel ; la figure 16 à une microLED à mesa compacte et la figure 17 à une microLED à mesa compacte avec surface planarisée.
De plus, des modes de réalisation dans lesquels des super-réseaux sont ajoutés en dessous des puits quantiques peuvent être considérés.
Un autre exemple de procédé de fabrication du pixel 15 est illustré sur les figures 18 à 20.
Selon cet exemple, la couche de recouvrement 45 est déposée avant dépôt de la couche isolante 60. La couche de recouvrement 45 couvre ainsi à la fois les mesas 40 et la surface principale 65 (voir figure 18).
Pendant une étape de retrait suivante, la partie de la couche de recouvrement 45 qui couvre la surface principale 65 est retirée, par exemple par gravure (voir figure 19). Dans un mode de réalisation, la partie de la couche de recouvrement 45 qui couvre la partie la plus basse des mesas 40, et qui est ainsi en contact électrique avec la surface principale 65, est également retirée.
L’étape d’isolation peut éventuellement être effectuée après le retrait pour couvrir la surface principale 65 avec un matériau électriquement isolant (voir figure 20).
La structure de connexion 30 a été décrite ci-dessus comme comprenant une mesa 40, une couche de recouvrement 45 et un deuxième contact électrique 105. Toutefois, des modes de réalisation plus simples dans lesquels la structure de connexion ne comprend que le deuxième contact électrique 105 peuvent être envisagés. Dans ce cas, le deuxième contact électrique est, par exemple, un bloc de matériau électriquement conducteur dont la hauteur totale est égale à la hauteur totale des émetteurs 25 (voir figure 21).
Claims (10)
- REVENDICATIONS1Émetteur (25) adapté pour émettre un premier rayonnement, l’émetteur (25) comprenant :- un substrat (55),- une mesa (40), la mesa (40) étant constituée d’un premier matériau semiconducteur, le premier matériau semi-conducteur ayant une première valeur de bande interdite, la mesa (40) ayant un côté supérieur (70) et un côté latéral (75), le côté latéral (75) entourant le côté supérieur (70) et s’étendant entre le substrat (55) et le côté supérieur (70),- une couche de recouvrement (45) comprenant une ou plusieurs couche(s) émettrice(s) de rayonnement (85), au moins une couche émettrice de rayonnement (85) étant constituée d’un deuxième matériau semi-conducteur, le deuxième matériau semiconducteur ayant une deuxième valeur de bande interdite, la deuxième valeur de bande interdite étant strictement inférieure à la première valeur de bande interdite, chaque couche émettrice de rayonnement (85) ayant une première partie (95) correspondant au côté supérieur (70) et une seconde partie (100) correspondant au côté latéral (75), une première épaisseur (e1) étant définie pour la première partie (95) et une seconde épaisseur (e2) étant définie pour la seconde partie (100), la seconde épaisseur (e2) étant strictement inférieure à la première épaisseur (e1).
- 2, - Émetteur selon la revendication 1, dans lequel au moins une des propriétés suivantes est satisfaite :- la première partie (95) couvre au moins partiellement le côté supérieur (70) de la mesa et la seconde partie (100) couvre au moins partiellement le côté latéral (75) de la mesa (40);- la seconde partie (100) forme au moins un puits quantique, et- le côté latéral (75) comprend une pluralité de faces planes.
- 3. - Émetteur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel au moins une des propriétés suivantes est satisfaite :- le substrat (55) est constitué d’un matériau semi-conducteur, la mesa (40) s’étendant le long d’une première direction (D) perpendiculaire au substrat (55) à partir du substrat (55) et étant connectée électriquement au substrat (55), le substrat (55) ayant une surface principale (65) entourant la mesa (40) dans un plan perpendiculaire à la première direction (D), le substrat (55) comprenant en outre une couche électriquement isolante (60) s’étendant sur la surface principale (65), la couche isolante (60) formant une barrière entre le substrat (55) et la couche de recouvrement (45), et- pour chaque point du côté latéral (75), un axe (A) correspondant à la direction traversant le point et perpendiculaire au côté latéral (75) est défini, et dans lequel l’angle (a) entre une première direction (D) perpendiculaire au substrat (55) et l’axe (A) est compris entre 30 degrés et 80 degrés.
- 4. - Émetteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel au moins une des propriétés suivantes est satisfaite :- au moins un du premier matériau semi-conducteur et du deuxième matériau semiconducteur est un matériau de nitrure lll, et- une structure cristalline est définie pour le premier matériau semi-conducteur, la structure cristalline ayant au moins une direction polaire et au moins une direction semi-polaire, le côté supérieur (70) étant perpendiculaire à l’axe polaire, un axe correspondant à la direction traversant le point et perpendiculaire au côté latéral (75) étant défini pour chaque point du côté latéral (75), l’axe (A) étant perpendiculaire à la direction semi-polaire.
- 5. - Émetteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel au moins une des propriétés suivantes est satisfaite :- l’émetteur (25) comprend en outre un premier contact électrique (50) connecté électriquement à la première partie (95), l’émetteur (25) étant configuré pour émettre le premier rayonnement lorsqu’un courant électrique passe à travers le premier contact électrique (50), la couche de recouvrement (45) et la mesa (40), le premier contact électrique (50) étant en outre connecté électriquement à la seconde partie (100);- l’émetteur (25) comprend en outre un premier contact électrique (50) connecté électriquement à la première partie (95), l’émetteur (25) étant configuré pour émettre le premier rayonnement lorsqu’un courant électrique passe à travers le premier contact électrique (50), la couche de recouvrement (45) et la mesa (40), le premier contact électrique (50) comprenant une première couche de connexion et une seconde couche de barrière, la seconde couche de barrière étant intercalée entre la première couche de connexion et la couche de recouvrement (45), la première couche de connexion étant constituée d’un quatrième matériau, le quatrième matériau étant un matériau électro-conducteur ou un matériau semi-conducteur, la seconde couche de barrière étant constituée d’un matériau isolant, la couche de recouvrement (45), la seconde couche de barrière et la première couche de connexion formant une jonction à effet tunnel ;- la couche de recouvrement (45) comprend au moins deux couches émettrices de rayonnement (85) superposées constituée du deuxième matériau semi-conducteur, une première couche de barrière (90) constituée d’un troisième matériau semiconducteur étant intercalée entre chaque paire de couches émettrices de rayonnement (85) successives, le troisième matériau semi-conducteur ayant une troisième valeur de bande interdite, la troisième valeur de bande interdite étant strictement supérieure à la deuxième valeur de bande interdite, et- le premier rayonnement comprend un premier ensemble d’ondes électromagnétiques, la couche émettrice de rayonnement (85) étant configurée pour émettre un second rayonnement comprenant un second ensemble d’ondes électromagnétiques, l’émetteur (25) comprenant en outre un convertisseur de rayonnement (52) configuré pour absorber le second rayonnement et pour émettre en réponse au premier rayonnement, une longueur d’onde définie pour chaque onde électromagnétique, le premier ensemble correspondant à une première plage de longueurs d’onde et le second ensemble correspondant à une seconde plage de longueurs d’onde, la première plage ayant une première longueur d’onde moyenne et la seconde plage ayant une seconde longueur d’onde moyenne, la première longueur d’onde moyenne étant différente de la seconde longueur d’onde moyenne.
- 6.- Émetteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel au moins une des propriétés suivantes est satisfaite :-le rapport entre la première épaisseur (e1) et la seconde épaisseur (e2) est compris entre 1,5 et 6 ;- la mesa (40) a une dimension latérale minimale (I) et une hauteur (h), la hauteur (h) étant mesurée dans une première direction (D) perpendiculaire au substrat (55) et la dimension latérale minimale (I) étant mesurée dans un plan perpendiculaire à la première direction (D), la hauteur (h) étant strictement inférieure à la dimension latérale minimale (I) ;- la mesa (40) forme un tronc ayant une base (80) en contact avec le substrat (55), la base (80) étant un rectangle ou un hexagone ;- la mesa (40) a une hauteur (h) mesurée le long d’une première direction (D) perpendiculaire au substrat (55), la hauteur (h) étant comprise entre 100 nanomètres et 1000 nanomètres, et- le côté supérieur (70) a une surface comprise entre 9 micromètres carrés et 900 micromètres carrés.
- 7, - Dispositif émetteur comprenant au moins deux émetteurs (25) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.
- 8, - Écran d’affichage comprenant un ensemble de dispositifs émetteurs (15) selon la revendication 7.
- 9, - Procédé de fabrication d’un émetteur (25) adapté pour émettre un premier rayonnement, le procédé comprenant les étapes de :- fourniture d’un substrat (55),- création d’une mesa (40) constituée d’un premier matériau semi-conducteur, le premier matériau semi-conducteur ayant une première valeur de bande interdite, la mesa (40) ayant un côté supérieur (70) et un côté latéral (75), le côté latéral (75) entourant le côté supérieur (70) et s’étendant entre le substrat (55) et le côté supérieur (70), et- dépôt sur la mesa (40) d’une couche de recouvrement (45) comprenant une ou plusieurs couche(s) émettrice(s) de rayonnement (85), au moins une couche émettrice de rayonnement (85) étant constituée d’un deuxième matériau semi-conducteur, le deuxième matériau semi-conducteur ayant une deuxième valeur de bande interdite, la deuxième valeur de bande interdite étant strictement inférieure à la première valeur de bande interdite, chaque couche émettrice de rayonnement (85) ayant une première partie (95) correspondant au côté supérieur (70) et une seconde partie (100) correspondant au côté latéral (75), une première épaisseur (e1 ) étant définie pour la première partie (95) et une seconde épaisseur (e2) étant définie pour la seconde partie (100), la seconde épaisseur (e2) étant strictement inférieure à la première épaisseur (e1 ).
- 10, -Procédé de fabrication d’un dispositif émetteur (15) comprenant un premier émetteur (25) et au moins un second émetteur (25), chaque émetteur (25) étant adapté pour émettre un premier rayonnement correspondant, le procédé comprenant les étapes de :- fourniture d’un substrat (55),- création, pour chaque émetteur(25), d’une mesa (40) constituée d’un premier matériau semi-conducteur, le premier matériau semi-conducteur ayant une première valeur de bande interdite, la mesa (40) ayant un côté supérieur (70) et un côté latéral (75), le côté latéral (75) entourant le côté supérieur (70) et s’étendant entre le substrat (40) et le côté supérieur (70), et- dépôt sur chaque mesa (40) d’une couche de recouvrement (45) comprenant une ou plusieurs couche(s) émettrice(s) de rayonnement (85), au moins une couche émettrice 5 de rayonnement (85) étant constituée d’un deuxième matériau semi-conducteur, le deuxième matériau semi-conducteur ayant une deuxième valeur de bande interdite, la deuxième valeur de bande interdite étant strictement inférieure à la première valeur de bande interdite, chaque couche émettrice de rayonnement (85) ayant une première partie (95) correspondant au côté supérieur (70) et une seconde partie (100) correspondant au 10 côté latéral (75), une première épaisseur (e1) étant définie pour la première partie (95) et une seconde épaisseur (e2) étant définie pour la seconde partie (100), la seconde épaisseur e2) étant strictement inférieure à la première épaisseur (e1).
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