FR3096834A1 - Dispositif optoelectronique comportant une diode electroluminescente ayant une couche limitant les courants de fuite - Google Patents
Dispositif optoelectronique comportant une diode electroluminescente ayant une couche limitant les courants de fuite Download PDFInfo
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Abstract
Dispositif optoélectronique (10) comportant un substrat (101) délimitant une face support (101a), au moins une diode électroluminescente (11) comportant une première portion semiconductrice (112) dopée de forme globalement filaire suivant un axe longitudinal (11b) et ayant des surfaces latérales (112b) parallèles à l’axe longitudinal (11b), la portion active (111) étant agencée sur une extrémité sommitale (11a) de la première portion semiconductrice (112), une deuxième portion semiconductrice (113) dopée selon un deuxième type de dopage et agencée, au moins en partie, sur tout ou partie de la portion active (111), une couche résistive électriquement (114), dont la résistance électrique est supérieure à celle de la portion active (111), recouvrant au moins tout ou partie des surfaces latérales (112b) de la première portion semiconductrice (112) et tout ou partie de la surface de l’extrémité sommitale (11a) de la première portion semiconductrice (112) non recouverte par la portion active (111).
Description
Domaine technique de l’invention
La présente invention concerne un dispositif optoélectronique comportant un substrat délimitant une face support et au moins une diode électroluminescente formée sur la face support, ayant une forme globalement filaire allongée suivant un axe longitudinal s’étendant suivant une première direction orientée transversalement à la face support.
L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un dispositif optoélectronique.
L’invention trouve une application notamment dans les écrans d’affichage ou les systèmes de projection d’images.
Etat de la technique
Par « dispositif optoélectronique », il est ici entendu un dispositif adapté à effectuer la conversion d’un signal électrique en un rayonnement électromagnétique à émettre, notamment de la lumière.
Il existe des dispositifs optoélectroniques comportant des diodes électroluminescentes, également connues sous l’acronyme LED pour « light-emitting diode » selon la terminologie anglo-saxonne consacrée, formées sur un substrat.
Il est connu que chaque diode électroluminescente comprenne un matériau actif exploitant ou non des puits quantiques, une portion semiconductrice dopée selon un premier type de dopage pour jouer le rôle de jonction dopée N et une portion semiconductrice dopée selon un deuxième type de dopage pour jouer le rôle de jonction dopée P.
Il existe des dispositifs optoélectroniques comportant une matrice de diodes électroluminescentes présentant une certaine surface d’émission au travers de laquelle est transmis le rayonnement lumineux émis par les diodes électroluminescentes. De tels dispositifs optoélectroniques peuvent notamment être utilisés dans la constitution d’écrans d’affichage ou de systèmes de projection d’images, où la matrice de diodes électroluminescentes définit en fait une matrice de pixels lumineux où chaque pixel comporte traditionnellement au moins un sous-pixel pour générer chaque couleur, chaque sous-pixel contenant lui-même au moins une diode électroluminescente. Un sous-pixel peut par exemple contenir jusqu’à 100000 diodes électroluminescentes.
A mesure que la résolution des écrans d’affichage augmente, les dimensions des surfaces émissives de lumière, et donc des diodes électroluminescentes, deviennent micrométriques voire nanométriques. Le recours à des diodes électroluminescentes tridimensionnelles devient de plus en plus inévitable.
Chaque diode électroluminescente tridimensionnelle peut être formée sur la base d’éléments tridimensionnels filaires semiconducteurs micrométriques voire nanométriques, eux-mêmes au moins partiellement obtenus par croissance par épitaxie comme l'épitaxie en phase vapeur aux organométalliques (aussi connue sous les acronymes anglophones MOVPE pour « metalorganic vapor phase epitaxy ») ou comme l’épitaxie par jets moléculaires (MBE pour « Molecular Beam Epitaxy » selon l’expression anglaise consacrée) par deposition en phase vapeur d’organométalliques (MOCVD) ou par dépôt assisté par plasma (PECVD). Les diodes électroluminescentes sont typiquement formées à base d’un matériau semiconducteur comprenant par exemple des éléments de la colonne III et de la colonne V du tableau périodique, tel qu’un composé III-V, notamment le nitrure de gallium (GaN), le nitrure d’indium et de gallium (InGaN) ou le nitrure d’aluminium et de gallium (AlGaN).
La structure des diodes électroluminescentes tridimensionnelles peut être de type « cœur-coquille » avec une première portion semiconductrice dopée selon un premier type de dopage et de forme filaire, une portion active semiconductrice recouvrant cette première portion et une deuxième portion semiconductrice dopée selon un deuxième type de dopage et recouvrant la portion active. La première portion étant le « cœur » et la portion active et la deuxième portion formant la « coquille » puisqu’elles entourent la première portion.
Une seconde structure connue est appelée « axiale». Dans cette architecture, la première portion semiconductrice dopée selon un premier type de dopage, la portion active et la deuxième portion semiconductrice dopée selon un deuxième type de dopage sont empilées en tout ou partie selon l’axe longitudinal de la diode électroluminescente.
L’une des difficultés dans la structure axiale est que les méthodes de formation de la portion active et de la deuxième portion semiconductrice peuvent difficilement permettre d’obtenir la portion active et la deuxième portion semiconductrice uniquement en recouvrement de la première portion semiconductrice de façon à être empilées selon l’axe longitudinal de la diode électroluminescente. Il en résulte un dépôt parasite sur les faces latérales de la forme filaire de la première portion des diodes électroluminescentes. Ce dépôt parasite est susceptible d’être en contact électrique avec les première et deuxième portions semiconductrices et d’engendrer des courants de fuite entre les première et deuxième portions semiconductrices. Une proportion du courant venant de la deuxième portion semiconductrice et normalement destiné à passer à travers la portion active vers la première portion semiconductrice passe par le dépôt parasite externe et ne passe donc pas par la portion active ce qui engendre une perte d’efficacité électronique de la diode électroluminescente.
Une solution connue consiste à former une ou plusieurs couches de barrière d’électrons (EBL pour « Electron blocking layer » selon l’expression anglaise consacrée) après la formation de la portion active. Dans le cadre d’une diode électroluminescente sensiblement filaire, la barrière d’électrons peut néanmoins être déposée en quantité insuffisante sur les faces latérales de la forme filaire des diodes électroluminescentes. Ainsi, des fuites de courant peuvent malgré tout apparaître aux emplacements où la barrière d’électrons est d’épaisseur plus faible ou absente.
Il est également connu d’obtenir une passivation chimique des surfaces latérales des diodes électroluminescentes pour éviter par exemple l’oxydation des diodes électroluminescentes. Cette opération n’est cependant pas suffisante pour réaliser une isolation électrique vis-à-vis des courants de fuites précités.
De façon générale, l’obtention d’une diode électroluminescente de structure axiale est difficile du fait des dépôts parasites sur les faces latérales de la diode électroluminescente.
Objet de l’invention
La présente invention a pour but de répondre à tout ou partie des problèmes présentés ci-avant.
Notamment, un but est de fournir une solution répondant à au moins l’un des objectifs suivants :
- diminuer voire éliminer les fuites de courant entre la première portion semiconductrice et la deuxième portion semiconductrice au sein des diodes électroluminescentes ;
- augmenter l’efficacité des diodes électroluminescentes de structure axiale ;
- faciliter la formation de diodes électroluminescentes de structure axiale ;
- obtenir une diode électroluminescente de structure axiale sans dépôt parasite sur ses surfaces latérales.
A cet effet, il est proposé un dispositif optoélectronique comportant un substrat délimitant une face support, au moins une diode électroluminescente formée sur la face support, la diode électroluminescente comportant :
- une première portion semiconductrice dopée selon un premier type de dopage ayant une forme globalement filaire allongée suivant un axe longitudinal s’étendant suivant une première direction orientée transversalement à la face support et ayant des surfaces latérales globalement parallèles à l’axe longitudinal, la portion active étant agencée au moins en partie sur une extrémité sommitale de la première portion semiconductrice, opposée le long de l’axe à une extrémité inférieure de la première portion semiconductrice tournée vers la face support,
- une deuxième portion semiconductrice dopée selon un deuxième type de dopage et agencée, au moins en partie, sur tout ou partie de la portion active,
- une couche résistive électriquement, dont la résistance électrique est supérieure à celle de la portion active, recouvrant au moins tout ou partie des surfaces latérales de la première portion semiconductrice et tout ou partie de la surface de l’extrémité sommitale de la première portion semiconductrice non recouverte par la portion active.
Certains aspects préférés mais non limitatifs du dispositif optoélectronique sont les suivants.
Dans une mise en œuvre du dispositif électronique, la couche résistive électriquement est configurée de sorte à pouvoir empêcher la formation d’un matériau par épitaxie sur ses surfaces libres.
Dans une mise en œuvre du dispositif électronique, la couche résistive électriquement est isolante électriquement.
Dans une mise en œuvre du dispositif électronique, la couche résistive électriquement est transparente à tout ou partie du rayonnement lumineux émis par la portion active.
Il est également proposé la mise en œuvre d’un procédé de fabrication comportant les étapes successives suivantes :
a) formation d’un susbtrat délimitant une face support ;
b) formation d’au moins une première portion semiconductrice d’au moins une diode électroluminescente, dopée selon un premier type de dopage, à partir de la face support et présentant une forme filaire allongée suivant un axe longitudinal s’étendant suivant une première direction orientée transversalement à la face support, de telle sorte que la première portion semiconductrice comprenne une extrémité sommitale opposée le long de l’axe à une extrémité inférieure de la première portion semiconductrice tournée vers la face support du substrat ;
c) formation d’une couche résistive électriquement, dont la résistance électrique est supérieure à celle d’une portion active de la diode électroluminescente, sur tout ou partie de la surface libre de la structure intermédiaire obtenue à l’étape b) ;
d) gravure d’une première extrémité de la couche résistive électriquement localisée au niveau de l’extrémité sommitale de la première portion semiconductrice, la gravure traversant complètement la couche résistive électriquement de façon à mettre à nue l’extrémité sommitale de la première portion semiconductrice ;
e) formation de ladite portion active de la diode électroluminescente obtenue au moins en partie sur l’extrémité sommitale mise à nue de la première portion semiconductrice ;
f) formation d’une deuxième portion semiconductrice de la diode électroluminescente, obtenue au moins en partie sur tout ou partie de la portion active.
Certains aspects préférés mais non limitatifs du procédé de fabrication sont les suivants.
Dans un exemple de réalisation du procédé, l’étape d) est mise en oeuvre par gravure sèche.
Dans un exemple de réalisation du procédé, l’étape d) est mise en oeuvre par une méthode de gravure directionnelle.
Dans un exemple de réalisation du procédé, l’étape de gravure de l’étape d) est mise en œuvre par une première sous-gravure sèche ne traversant pas totalement la couche résistive électriquement et par une seconde sous-gravure humide mettant à nue l’extrémité sommitale de la première portion semiconductrice.
Dans un exemple de réalisation du procédé, l’étape e) est réalisée par croissance épitaxiale.
Dans un exemple de réalisation du procédé, l’étape f) est réalisée par croissance épitaxiale.
Description sommaire des dessins
D’autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de modes de réalisation préférés de celle-ci, donnée à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
[FIG 1] représente en coupe transversale schématique, une première étape d’un premier exemple de procédé de fabrication d’un premier mode de réalisation d’un dispositif optoélectronique selon l’invention.
[FIG 2] représente en coupe transversale schématique, une deuxième étape du premier exemple de procédé de fabrication du premier mode de réalisation d’un dispositif optoélectronique selon l’invention.
[FIG 3] représente en coupe transversale schématique, une troisième étape du premier exemple de procédé de fabrication du premier mode de réalisation d’un dispositif optoélectronique selon l’invention.
[FIG 4] représente une coupe transversale schématique d’un deuxième mode de réalisation d’un dispositif optoélectronique selon l’invention contenant une diode électroluminescente.
[FIG 5] illustre une coupe transversale schématique d’un troisième mode de réalisation d’un dispositif optoélectronique selon l’invention contenant une diode électroluminescente.
Description détaillée
Sur les figures 1 à 5 annexées et dans la suite de la description, les mêmes références représentent des éléments identiques ou similaires. De plus, les différents éléments ne sont pas représentés à l’échelle de manière à privilégier la clarté des figures. Par ailleurs, les différents modes de réalisation et variantes ne sont pas exclusifs les uns des autres et peuvent être combinés entre eux.
Dans la suite de la description, sauf indication contraire, les termes « sensiblement », « environ », « globalement » et « de l'ordre de » signifient « à 10 % près ».
A des fins d’illustration exclusivement, mais sans aucune limitation, chacune des figures 1 à 5 représente uniquement un dispositif optoélectronique 10 comprenant une seule diode électroluminescente 11, ceci étant purement à titre illustratif. En effet, le nombre de diodes électroluminescentes 11 n’est pas limité en soi et peut être supérieur à plusieurs milliers.
L’invention porte en premier lieu sur un dispositif optoélectronique 10, comportant au moins une diode électroluminescente 11 tridimensionnelle de forme filaire, ayant une couche résistive électriquement 114 formée entre la première portion semiconductrice 112 et la deuxième portion semiconductrice 113, décrite plus loin tant dans son agencement que dans sa méthode de formation.
L’invention porte également sur un procédé de fabrication d’un dispositif optoélectronique 10.
Grâce à l’arrangement de diodes électroluminescentes 11 tridimensionnelles filaires de structure axiale, une application particulièrement visée est la fourniture d’un écran d’affichage d’images ou d’un dispositif de projection d’images.
Il est également clair que les modes de réalisation peuvent concerner d’autres applications, en particulier la détection ou la mesure de radiations électromagnétiques ou encore des applications photovoltaïques.
Le dispositif optoélectronique 10 est obtenu en partant d’un substrat 101, ayant une face support 101a, qui est un élément commun aux différents modes de réalisation.
Le substrat 101 est constitué par exemple par un empilement d’une couche monolithique (non représentée), d’une couche d’électrode inférieure (non représentée) qui peut être une couche de germination conductrice et d’une première couche d’isolation électrique (non représentée). L’homme du métier pourra se référer par exemple à la demande de brevet FR-A1-3053530 pour mettre en œuvre un tel substrat 101.
La face support 101a du substrat 101 est constituée par exemple par la face exposée de ladite première couche d’isolation électrique.
La couche monolithique peut être formée dans un matériau semiconducteur dopé ou non, par exemple de l’Al2O3ou du silicium ou encore du germanium, et plus particulièrement du silicium monocristallin. Il peut aussi être formé en saphir voire en un matériau semiconducteur III-V, par exemple en GaN. Il peut alternativement s’agir d’un substrat de type silicium sur isolant ou « SOI » pour « Silicon On Insulator » selon la terminologie anglo-saxonne consacrée. Alternativement, la couche monolithique peut être formée dans un matériau électriquement isolant.
La couche d’électrode inférieure peut servir de couche de germination pour la croissance de portions de diodes électroluminescentes. La couche d’électrode inférieure peut être continue ou discontinue. Le matériau composant la couche d’électrode inférieure peut être un nitrure, un carbure ou un arséniure ou un phosphure ou encore un borure d’un métal de transition de la colonne IV, V ou VI du tableau périodique des éléments ou une combinaison de ces composés. A titre d’exemple, la couche d’électrode inférieure peut être en nitrure d’aluminium, en oxyde d’aluminium, en bore, en nitrure de bore, en titane, en nitrure de titane, en tantale, en nitrure de tantale, en hafnium, en nitrure d’hafnium, en niobium, en nitrure de niobium, en zirconium, en borure de zirconium, en nitrure de zirconium, en carbure de silicium, en nitrure et carbure de tantale, ou en nitrure de magnésium sous la forme MgxNy, où x est environ égal à 3 et y est environ égal à 2, par exemple du nitrure de magnésium sous la forme Mg3N2. La couche d’électrode inférieure peut être dopée et du même type de conductivité que celle des éléments semiconducteurs destinés à croître, et présenter une épaisseur par exemple comprise entre 1 nm et 200 nm, de préférence comprise entre 10 nm et 50 nm. La couche d’électrode inférieure peut être composée d’un alliage ou d’un empilement d’au moins un matériau mentionné dans la liste ci-dessus.
Ladite première couche d’isolation électrique peut comprendre une première couche isolante intermédiaire qui recouvre ladite couche d’électrode inférieure. Elle forme un masque de croissance autorisant la croissance, par exemple épitaxiale, des diodes électroluminescentes 11 à partir d’ouvertures traversantes débouchant localement sur les surfaces de la couche d’électrode inférieure. Ladite première couche d’isolation électrique participe également à assurer l’isolation électrique entre les premières électrodes inférieures (non représentées) et les secondes électrodes supérieures (non représentées). La première couche isolante intermédiaire est réalisée dans au moins un matériau diélectrique tel que, par exemple, un oxyde de silicium (par exemple SiO2ou SiON) ou un nitrure de silicium (par exemple Si3N4ou SiN), voire un oxynitrure de silicium, un oxyde d’aluminium (par exemple Al2O3) ou un oxyde de hafnium (par exemple HfO2). Cette première couche isolante peut également être formée dans un matériau semiconducteur à grand gap comme de l’AlN. L’épaisseur de la première couche isolante intermédiaire peut être comprise entre 5 nm et 1 µm, de préférence comprise entre 20 nm et 500 nm, par exemple égale à 100 nm environ.
Ladite première couche de matériau isolant électriquement peut comporter, en outre, une deuxième couche isolante électriquement intermédiaire (non représentée) qui recouvre les premières électrodes inférieures et participe à assurer l’isolation électrique entre les premières électrodes inférieures et les secondes électrodes supérieures. Ladite deuxième couche isolante électriquement intermédiaire peut recouvrir également le masque de croissance formé par la première couche isolante intermédiaire. La deuxième couche isolante intermédiaire peut être réalisée en un matériau diélectrique identique ou différent de celui du masque de croissance, tel que, par exemple, un oxyde de silicium (par exemple SiO2) ou un nitrure de silicium (par exemple Si3N4ou SiN), voire un oxynitrure de silicium, un oxyde d’aluminium (par exemple Al2O3) ou un oxyde de hafnium (par exemple HfO2). L’épaisseur de la deuxième couche isolante intermédiaire peut être comprise entre 5 nm et 1 µm, de préférence comprise entre 20 nm et 500 nm, par exemple égale à 100 nm environ.
Dans la présente invention, les diodes électroluminescentes 11 sont tridimensionnelles et globalement filaires. Elles comportent une première portion semiconductrice 112 formée sur la face support 101a, ayant une forme globalement filaire allongée suivant un axe longitudinal 11b s’étendant suivant une première direction 112a orientée transversalement à la face support 101a. Ainsi, la forme de la diode électroluminescente 11 est tridimensionnelle et globalement filaire. Par « globalement alignée » ou « globalement parallèle », on entend que l’axe longitudinal 11b et la direction 112a orientée transversalement à la face support 101a sont colinéaires à 30 µm près et orientés selon un angle à plus ou moins 10° près entre eux.
La première portion semiconductrice 112 a en outre des surfaces latérales 112b globalement parallèles à l’axe longitudinal 11b.
Une couche résistive électriquement 114, dont la résistance électrique est supérieure à celle de la portion active 111, recouvre au moins tout ou partie des surfaces latérales 112b de la première portion semiconductrice 112.
Une portion active 111 est agencée au moins en partie sur l’extrémité sommitale 11a de la première portion semiconductrice 112, ladite extrémité sommitale 11a étant opposée le long de l’axe 11b à une extrémité inférieure de la première portion semiconductrice 112 tournée vers la face support 101a.
La deuxième portion semiconductrice 113 est agencée, au moins en partie, sur tout ou partie de la portion active 111.
Sur la figure 3, il est illustré un premier mode de réalisation où la couche résistive électriquement 114 est agencée sur les surfaces latérales 112b de la première portion semiconductrice 112. La portion active 111 est agencée sur toute ou partie de l’extrémité sommitale 11a, laissée nue ou mise à nue au préalable, de la première portion semiconductrice 112. L’agencement de la portion active 111 uniquement sur l’extrémité sommitale 11a peut être obtenue avantageusement grâce à la nature de la couche résistive électriquement 114 qui peut être potentiellement apte à ne pas permettre la croissance d’un matériau par épitaxie à sa surface. Cela permet de constituer ce qui est connu sous le nom de masque à la croissance. Ceci peut être obtenu en utilisant des matériaux tels que SiO2, SiN, SiON ou encore TiO2pour la couche résistive électriquement 114. Dans le cas où la couche résistive électriquement 114 est apte à empêcher la croissance épitaxiale sur ses surfaces libres, alors, une fois la portion active 111 formée par épitaxie sélectivement sur l’extrémité sommitale 11a de la première portion semiconductrice 112, la deuxième portion semiconductrice 113 obtenue par épitaxie est donc formée sélectivement à partir de la portion active 111. Cette combinaison de matériaux et cet agencement de diverses portions et couches permet avantageusement de créer une diode électroluminescente 11 de structure axiale dont les surfaces latérales sont exemptes de fuites de courant entre la première et la deuxième portions semiconductrices 112, 113. En effet, le courant va passer préférentiellement à travers la portion active 111 qui est moins électriquement résistive que la couche résistive électriquement 114. Dans un exemple, la couche résistive électriquement 114 présente une résistivité électrique supérieure à 1 Ohm.m. Préférentiellement, la couche résistive électriquement 114 est transparente à au moins une partie du rayonnement lumineux destiné à être émis par la portion active. Typiquement, elle laisse passer plus de 30% de la lumière émise par la portion active 111 et qui la traverse.
Comme illustré sur la figure 4, un deuxième mode de réalisation est obtenu en formant sur l’extrémité sommitale 11a de la première portion semiconductrice 112, laissée à nue ou mise à nue au préalable, ainsi que sur les surfaces libres de la couche résistive électriquement 114, la portion active 111 par exemple par épitaxie et recouverte de la deuxième portion semiconductrice 113 obtenue par exemple par la technique MOVPE. Dans ce deuxième mode de réalisation, la couche résistive électriquement 114 n’est pas agencée pour être un masque à la croissance par épitaxie, mais elle est simplement agencée de sorte à être plus résistive électriquement que la portion active 111. Dans un exemple, la couche résistive électriquement 114 est complètement isolante électriquement avec une résistivité supérieure à 1 Ohm.m. Le matériau utilisé pour former la couche résistive électriquement 114 peut être par exemple choisi parmi AlN, Al2O3, TiO2, SiN, SiO2, SiO. Dans ce mode de réalisation, n’étant plus un masque à la croissance par épitaxie, la couche résistive électriquement 114 permet une croissance sur ses surfaces libres de la portion active 111 par une technique MBE par exemple. La deuxième portion semiconductrice 113 ne voyant alors plus que la portion active 111, elle peut être formée sur toute la surface libre de la portion active 111 par exemple par les techniques MBE ou MOVPE. On obtient alors une structure de type cœur-coquille, le cœur étant la première portion semiconductrice 112 et la coquille étant la combinaison de la portion active 111 et de la deuxième portion semiconductrice 113. Avantageusement, grâce à la couche électriquement résistive 114 placée entre la première portion semiconductrice 112 et la portion active 111, les fuites de courant entre les première et deuxième portions semiconductrices 112, 113 sont éliminées. En effet, le courant va passer préférentiellement à travers la portion active 111 qui est moins électriquement résistive que la couche résistive électriquement 114.
Comme illustré sur la figure 5, un troisième mode de réalisation est obtenu en formant la portion active 111 par exemple par épitaxie selon la technique MBE sélectivement sur l’extrémité sommitale 11a de la première portion semiconductrice 112, laissée à nue ou mise à nue au préalable, la couche résistive électriquement 114 étant agencée uniquement sur les parois latérales 112b de la première portion semiconductrice 112 et étant composée dans cet exemple d’un matériau apte à obtenir un masque à la croissance comme décrit précédemment. La deuxième portion semiconductrice 113 est agencée sur la surface libre de la portion active 111 ainsi que sur les surfaces libres de la couche résistive électriquement 114.
La couche résistive électriquement 114 peut être obtenue grâce par exemple aux techniques connues de l’homme du métier comme les dépôts par voie physique (PVD pour « Physical vapor deposition » selon l’expression anglaise consacrée) ou encore dépôts chimiques en phase vapeur (CVD pour « Chemical vapor deposition » selon l’expression anglaise consacrée) ou équivalent.
De manière générale, chaque diode électroluminescente 11, et donc chaque première portion semiconductrice 112, est connectée à une première électrode inférieure, formée dans le substrat 101 (non représentée et qui peut être la couche de germination), continue ou non. L’homme du métier pourra se référer à la demande de brevet FR-A1-3053530 pour réaliser le substrat 101 contenant les électrodes inférieures idoines.
La première portion semiconductrice 112 est dopée selon un premier type de dopage, par exemple de type N ou P, mais préférentiellement de type N.
La deuxième portion semiconductrice 113 est dopée selon un deuxième type de dopage, par exemple de type N ou P, mais préférentiellement de type P pour pouvoir former avec la première portion semiconductrice dopée N une jonction P-N.
La portion active 111 des diodes électroluminescentes 11 est la couche depuis laquelle est émise la majorité du rayonnement fourni par la diode électroluminescente 11. Elle peut comporter des moyens de confinement des porteurs de charge électrique, tels que des puits quantiques. Elle est, par exemple, constituée d’une alternance de couches de GaN et d’alliage d’InGaN ou encore d’alliage d’AlGaInN. Les couches de GaN peuvent être dopées. Alternativement, la portion active 111 est constituée par une unique couche d’InGaN par exemple.
A titre d’exemple, les première et deuxième portions semiconductrices 112, 113 et la portion active 111 composant les diodes électroluminescentes 11 peuvent être, au moins en partie, formées à partir de matériaux semiconducteurs de groupe IV comme du silicium ou du germanium ou bien comportant majoritairement un composé III-V, par exemple des composés III-N. Des exemples du groupe III comprennent le gallium, l’indium ou l’aluminium. Des exemples de composés III-N sont GaN, AIN, InGaN ou AlInGaN. D’autres éléments du groupe V peuvent également être utilisés, par exemple, le phosphore, l’arsenic ou l’antimoine. De façon générale, les éléments dans le composé III-V peuvent être combinés avec différentes fractions molaires. Il convient de préciser que les diodes électroluminescentes 11 peuvent indifféremment être formées à partir de matériaux semiconducteurs comportant majoritairement un composé II-VI. Le dopant peut être choisi, dans le cas d’un composé III-V, parmi le groupe comprenant un dopant de type P du groupe II, par exemple du magnésium, du zinc, du cadmium ou du mercure, un dopant du type P du groupe IV par exemple du carbone, ou un dopant de type N du groupe IV, par exemple du silicium, du germanium, du sélénium, du souffre, du terbium ou de l’étain.
La section droite des diodes électroluminescentes 11 ainsi formées par les première et deuxième portions semiconductrices 112, 113 et par la portion active 111 et par la couche résistive électriquement 114 peut avoir différentes formes telles que, par exemple, une forme ovale, circulaire ou polygonale (par exemple carrée, rectangulaire, triangulaire ou hexagonale).
L’invention porte également sur un procédé de fabrication du dispositif optoélectronique 10. Les figures 1 à 3 représentent les étapes d’un premier procédé de fabrication d’un dispositif optoélectronique 10 selon l’invention.
De façon générale, un procédé de fabrication du dispositif optoélectronique 10 décrit précédemment comprend les étapes successives suivantes :
- formation d’un susbtrat 101 délimitant une face support 101a ;
- formation d’au moins une première portion semiconductrice 112 d’au moins une diode électroluminescente 11, dopée selon un premier type de dopage, à partir de la face support 101a et présentant une forme filaire allongée suivant un axe longitudinal 11b s’étendant suivant une première direction 112a orientée transversalement à la face support 101a, de telle sorte que la première portion semiconductrice 112 comprenne une extrémité sommitale 11a opposée le long de l’axe 11b à une extrémité inférieure de la première portion semiconductrice 112 tournée vers la face support 101a du substrat 101 ;
- formation d’une couche résistive électriquement 114, dont la résistance électrique est supérieure à celle d’une portion active 111 de la diode électroluminescente 11, sur tout ou partie la surface libre de la structure intermédiaire obtenue à l’étape b) ;
- gravure d’une première extrémité à enlever de la couche résistive électriquement 114 localisée au niveau de l’extrémité sommitale 11a de la première portion semiconductrice 112, la gravure traversant complètement la couche résistive électriquement 114 de façon à mettre à nue l’extrémité sommitale 11a de la première portion semiconductrice 112 ;
- formation de ladite portion active 111 de la diode électroluminescente 11 obtenue au moins en partie sur l’extrémité sommitale 11a mise à nue de la première portion semiconductrice 112 ;
- formation d’une deuxième portion semiconductrice 113 de la diode électroluminescente 11, obtenue au moins en partie sur tout ou partie de la portion active 111.
Dans un mode de réalisation particulier, la gravure mise en œuvre à l’étape d) est directionnelle. Cela est possible par exemple avec l’utilisation de plasmas comme par exemple une gravure par ions actifs (RIE pour « Reactive Ion Etching » selon l’expression anglaise consacrée). Une autre méthode peut être l’utilisation d’un polissage mécano-chimique. Une autre méthode peut être l’utilisation d’un recuit sous atmosphère de dihydrogène.
Dans un exemple, la gravure mise en œuvre à l’étape d) est une gravure sèche en utilisant par exemple un plasma.
Dans un autre exemple, l’étape de gravure d) est mise en œuvre par deux sous-étapes : une première sous-gravure sèche ou directionnelle ne traversant pas totalement la couche résistive électriquement 114 au niveau de l’extrémité sommitale 11a et une seconde sous-gravure humide mettant à nue l’extrémité sommitale 11a de la première portion semiconductrice 112. Ceci permet avantageusement de diminuer les défauts présents à la surface de l’extrémité sommitale 11a de la première portion semiconductrice 112 pour favoriser la reprise de croissance épitaxiale de la portion active 111 sur l’extrémité sommitale 11a.
Claims (10)
- Dispositif optoélectronique (10) comportant un substrat (101) délimitant une face support (101a), au moins une diode électroluminescente (11) formée sur la face support (101a), la diode électroluminescente (11) comportant :
- une première portion semiconductrice (112) dopée selon un premier type de dopage ayant une forme globalement filaire allongée suivant un axe longitudinal (11b) s’étendant suivant une première direction (112a) orientée transversalement à la face support (101a) et ayant des surfaces latérales (112b) globalement parallèles à l’axe longitudinal (11b),
la portion active (111) étant agencée au moins en partie sur une extrémité sommitale (11a) de la première portion semiconductrice (112), opposée le long de l’axe (11b) à une extrémité inférieure de la première portion semiconductrice (112) tournée vers la face support (101a),
- une deuxième portion semiconductrice (113) dopée selon un deuxième type de dopage et agencée, au moins en partie, sur tout ou partie de la portion active (111),
- une couche résistive électriquement (114), dont la résistance électrique est supérieure à celle de la portion active (111), recouvrant au moins tout ou partie des surfaces latérales (112b) de la première portion semiconductrice (112) et tout ou partie de la surface de l’extrémité sommitale (11a) de la première portion semiconductrice (112) non recouverte par la portion active (111). - Dispositif optoélectronique (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche résistive électriquement (114) est configurée de sorte à pouvoir empêcher la formation d’un matériau par épitaxie sur ses surfaces libres.
- Dispositif optoélectronique (10) selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la couche résistive électriquement (114) est isolante électriquement.
- Dispositif optoélectronique (10) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la couche résistive électriquement (114) est transparente à tout ou partie du rayonnement lumineux émis par la portion active (111).
- Procédé de fabrication d’un dispositif optoélectronique (10), le procédé comportant les étapes successives suivantes :
a) formation d’un susbtrat (101) délimitant une face support (101a) ;
b) formation d’au moins une première portion semiconductrice (112) d’au moins une diode électroluminescente (11), dopée selon un premier type de dopage, à partir de la face support (101a) et présentant une forme filaire allongée suivant un axe longitudinal (11b) s’étendant suivant une première direction (112a) orientée transversalement à la face support (101a), de telle sorte que la première portion semiconductrice (112) comprenne une extrémité sommitale (11a) opposée le long de l’axe (11b) à une extrémité inférieure de la première portion semiconductrice (112) tournée vers la face support (101a) du substrat (101) ;
c) formation d’une couche résistive électriquement (114), dont la résistance électrique est supérieure à celle d’une portion active (111) de la diode électroluminescente (11), sur tout ou partie de la surface libre de la structure intermédiaire obtenue à l’étape b) ;
d) gravure d’une première extrémité de la couche résistive électriquement (114) localisée au niveau de l’extrémité sommitale (11a) de la première portion semiconductrice (112), la gravure traversant complètement la couche résistive électriquement (114) de façon à mettre à nue l’extrémité sommitale (11a) de la première portion semiconductrice (112) ;
e) formation de ladite portion active (111) de la diode électroluminescente (11) obtenue au moins en partie sur l’extrémité sommitale (11a) mise à nue de la première portion semiconductrice (112) ;
f) formation d’une deuxième portion semiconductrice (113) de la diode électroluminescente (11), obtenue au moins en partie sur tout ou partie de la portion active (111). - Procédé de fabrication selon la revendication 5, caractérisé en ce que l’étape d) est mise en oeuvre par gravure sèche.
- Procédé de fabrication selon la revendication 5, caractérisé en ce que l’étape d) est mise en oeuvre par une méthode de gravure directionnelle.
- Procédé de fabrication selon la revendication 5, caractérisé en ce que l’étape de gravure de l’étape d) est mise en œuvre par une première sous-gravure sèche ne traversant pas totalement la couche résistive électriquement (114) et par une seconde sous-gravure humide mettant à nue l’extrémité sommitale (11a) de la première portion semiconductrice (112).
- Procédé de fabrication selon l’une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que l’étape e) est réalisée par croissance épitaxiale.
- Procédé de fabrication selon l’une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que l’étape f) est réalisée par croissance épitaxiale.
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