FR3112026A1 - Dispositif optoélectronique et procédé de fabrication - Google Patents

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Abstract

Dispositif optoélectronique et procédé de fabrication. L’invention concerne un procédé de fabrication d’un dispositif optoélectronique comprenant un substrat (1) et, sur une première face du substrat (1), au moins un empilement (3), selon une direction longitudinale (z), d’au moins une couche (30) d’injection d’un premier type de porteurs et une couche active (31), ledit procédé comprenant : Une fourniture du substrat (1),Une formation d’un masque de croissance (2) sur la première face du substrat (1), ledit masque de croissance (2) comprenant au moins une ouverture (20, 20’) selon la direction longitudinale (z) au travers de laquelle est exposée la première face,Une formation, à partir de la zone exposée du substrat (1), de la couche (30) d’injection du premier type de porteurs au sein de l’au moins une ouverture (20, 20’),Une formation de la couche active (31) sur ladite couche (30) d’injection, au sein de l’au moins une ouverture (20, 20’), de sorte que ladite couche active (31) soit confinée dans l’au moins une ouverture (20, 20’) et ne s’étende pas en dehors de ladite au moins une ouverture. L’invention concerne également un dispositif optoélectronique comprenant une couche active confinée dans une ouverture d’un masque de croissance. Figure pour l’abrégé : Fig. 1D

Description

Dispositif optoélectronique et procédé de fabrication
L’invention concerne le domaine de l’optoélectronique. Elle trouve pour application particulièrement avantageuse le domaine des diodes électroluminescentes à base de nitrure de Gallium (GaN) présentant une structure tridimensionnelle.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
Les diodes électroluminescentes (LED) comprennent typiquement une région dite active où se produisent des recombinaisons radiatives de paires électron-trou, qui permettent d’obtenir un rayonnement lumineux présentant une longueur d’onde principale.
Pour des applications d’affichage, les LED peuvent être configurées pour produire un rayonnement lumineux dont la longueur d’onde principale se situe dans le bleu, ou dans le vert, ou dans le rouge. Cette longueur d’onde principale dépend notamment de la configuration de la région active.
La région active ou couche active d’une LED à base de GaN comprend typiquement des puits quantiques à base d’InGaN. Ces puits quantiques à base d’InGaN peuvent s’étendre selon différents plans cristallographiques, par exemple des plans polaires (plans c ou –c de la structure cristallographique hexagonale), des plans non polaires (plans a ou m de la structure cristallographique hexagonale) ou semi-polaires.
La meilleure efficacité quantique interne IQE (Internal Quantum Efficiency en anglais) est à ce jour obtenue lorsque les puits quantiques à base d’InGaN s’étendent selon des plans polaires.
Dans le cas d’une LED à base de GaN présentant une structure bidimensionnelle (2D LED), la formation des puits quantiques à base d’InGaN selon les plans polaires est facilitée.
En revanche, dans le cas d’une LED à base de GaN présentant une structure tridimensionnelle (3D LED), par exemple sous forme de fil, il est plus difficile de former les puits quantiques à base d’InGaN selon les plans polaires, dans une architecture de LED 3D dite axiale.
La fabrication de LED 3D axiales peut se faire par épitaxie par jets moléculaires MBE (acronyme deMolecular Beam Epitaxy). Cette technique de croissance permet d’obtenir, à la différence des autres techniques de croissance classiquement utilisées, un dépôt localisé d’InGaN au sommet des fils à base de GaN. Des puits quantiques à base d’InGaN peuvent ainsi être formés selon des plans polaires.
Cependant, l’épitaxie par jets moléculaires MBE ne présente pas de performance suffisante et n’est pas une technique compatible avec un procédé de fabrication industriel. Les autres techniques de croissance, typiquement l’épitaxie en phase vapeur à précurseurs organométalliques (MOVPE), ne permettent pas de faire croître des structures axiales avec une bonne maîtrise. Une croissance parasite sur les côtés des structures 3D est généralement observée, conduisant à des structures de type cœur-coquille. Ces inconvénients limitent les possibilités de fabriquer des LED 3D axiales de façon industrielle avec une bonne maîtrise.
La présente invention vise à pallier au moins partiellement les inconvénients mentionnés ci-dessus.
En particulier, un objet de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication d’un ou de plusieurs dispositifs optoélectroniques, qui soit compatible industriellement.
Un autre objet de la présente invention est de proposer un dispositif optoélectronique, en particulier une LED 3D axiale à base de GaN, pouvant être fabriqué de façon optimisée.
Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés.
Pour atteindre les objectifs mentionnés ci-dessus, on prévoit selon un premier aspect un dispositif optoélectronique comprenant un substrat et, sur une première face du substrat, au moins un empilement selon une direction longitudinale, ledit empilement comprenant au moins une couche d’injection d’un premier type de porteurs et une couche active.
Avantageusement, le dispositif optoélectronique comprend un masque de croissance comportant une pluralité d’ouvertures et la couche active de l’au moins un empilement est confinée dans au moins une ouverture desdites ouvertures et ne s’étend pas en dehors de ladite au moins une ouverture. Le masque de croissance permet typiquement de guider au moins en partie une croissance de l’empilement selon la direction longitudinale. Il est de préférence configuré pour assurer cette fonction de guidage.
Ainsi, la couche active du dispositif présente une structure pseudo-bidimensionnelle au sein de l’au moins une ouverture. Cette structure pseudo-bidimensionnelle est liée à la présence du masque de croissance sur toute la hauteur de la couche active. Le dispositif présente ainsi avantageusement une architecture 3D en bénéficiant d’une structure pseudo-2D. La structure pseudo-2D de la couche active permet de former facilement, de façon compatible avec un procédé de fabrication industriel, des puits quantiques selon un unique type de plans cristallographiques, en particulier selon des plans polaires. Cette architecture 3D est dite axiale.
L’intégration d’un tel masque de croissance permet avantageusement de recourir à la MOVPE pour former respectivement la couche d’injection et la couche active selon une architecture 3D axiale. Le masque de croissance peut être en un matériau diélectrique de façon à isoler électriquement le substrat vis-à-vis d’un contact métallique ultérieurement déposé sur le sommet des empilements par exemple. Il peut également être transparent de façon à laisser passer un rayonnement lumineux émis ou reçu par les empilements.
Selon un mode de réalisation préféré mais optionnel, le ou les empilements forment au sein du masque de croissance des LED axiales à structure 3D. Le dispositif comprend dès lors au moins une LED axiale dans l’au moins une ouverture du masque de croissance. Cette LED axiale est de préférence crue par épitaxie en phase vapeur à précurseurs organométalliques (MOVPE) directement au sein de l’au moins une ouverture du masque de croissance.
Un deuxième aspect concerne un procédé de fabrication d’un dispositif optoélectronique comprenant un substrat et, sur une première face du substrat, au moins un empilement selon une direction longitudinale d’au moins une couche d’injection d’un premier type de porteurs et une couche active. Ce procédé comprend :
  • Une fourniture du substrat comprenant de préférence une couche de nucléation,
  • Une formation d’un masque de croissance sur le substrat, ledit masque de croissance comprenant au moins une ouverture selon la direction longitudinale au travers de laquelle est exposée une zone du substrat ou de la couche de nucléation,
  • Une formation, à partir de la zone exposée du substrat ou de la couche de nucléation, de la couche d’injection du premier type de porteurs au sein de l’au moins une ouverture,
  • Une formation de la couche active sur ladite couche d’injection, au sein de l’au moins une ouverture, de sorte que ladite couche active soit confinée dans l’au moins une ouverture et ne s’étende pas en dehors de ladite au moins une ouverture.
Selon un mode de réalisation préféré mais optionnel, les formations de la couche d’injection et de la couche active sont effectuées par épitaxie en phase vapeur à précurseurs organométalliques (MOVPE) selon la direction longitudinale dans l’au moins une ouverture.
La formation par épitaxie en phase vapeur à précurseurs organométalliques MOVPE de la couche d’injection et/ou de la couche active permet d’améliorer la compatibilité industrielle du procédé de fabrication de LED 3D axiales.
Selon un préjugé technique, il est généralement admis que la MOVPE ne permet pas de former de telles LED 3D axiales et qu’il est nécessaire de recourir à la MBE pour fabriquer de telles structures.
Ainsi les solutions connues basées sur la MBE visent notamment à dimensionner les équipements permettant de mettre en œuvre la MBE, de façon à ce qu’ils soient compatibles avec une production industrielle.
Selon le préjugé technique cité plus haut, la croissance par épitaxie en phase vapeur à précurseurs organométalliques MOVPE produit des couches sensiblement conformes. Ainsi, selon ce préjugé, un dépôt MOVPE d’une couche d’injection et/ou d’une couche active sur un relief en saillie ou en creux couvre les flancs dudit relief, et la structure 3D obtenue présente dès lors une architecture dite radiale.
Au contraire, dans le cadre du développement de la présente invention, il est apparu de façon surprenante qu’un tel dépôt MOVPE d’une couche d’injection et/ou d’une couche active au sein d’une ouverture d’un masque de croissance permet d’obtenir une structure 3D axiale.
Selon un autre aspect, l’invention prévoit un masque de croissance pour un dispositif optoélectronique comprenant un substrat et, sur une première face du substrat, au moins un empilement selon une direction longitudinale, ledit empilement comprenant au moins une couche d’injection d’un premier type de porteurs et une couche active. Le masque de croissance comporte une pluralité d’ouvertures. Le masque de croissance est configuré pour guider au moins en partie une croissance de l’empilement selon la direction longitudinale. Le masque de croissance est conformé de sorte que la couche active de l’au moins un empilement est confinée dans au moins une ouverture des ouvertures du masque de croissance et ne s’étend pas en dehors de ladite au moins une ouverture.
Il est entendu que les caractéristiques et avantages d’un aspect de l’invention peuvent être transposés,mutatis mutandis, à un autre aspect de l’invention.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée d’un mode de réalisation de cette dernière qui sont illustrés par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels :
Les FIGURES 1A à 1E illustrent un procédé de formation d’un dispositif optoélectronique selon un mode de réalisation de la présente invention.
Les FIGURES 2A à 2F illustrent un procédé de formation d’un dispositif optoélectronique selon un autre mode de réalisation de la présente invention.
La FIGURE 3A est une image de microscopie électronique en transmission (TEM) d’un dispositif optoélectronique selon un mode de réalisation de la présente invention.
La FIGURE 3B est une image de microscopie électronique à balayage en transmission (STEM) d’un dispositif optoélectronique selon un mode de réalisation de la présente invention.
Les FIGURES 4A à 4G illustrent un procédé de formation d’un dispositif optoélectronique selon encore un autre mode de réalisation de la présente invention.
Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier les dimensions des différents éléments du dispositif optoélectronique ne sont pas représentatives de la réalité.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
Avant d’entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l’invention, il est rappelé que l’invention selon son premier aspect comprend notamment les caractéristiques optionnelles ci-après pouvant être utilisées en association ou alternativement.
Selon un exemple, la couche d’injection du premier type de porteurs est confinée dans l’au moins une ouverture du masque de croissance.
Selon un exemple, la couche d’injection du premier type de porteurs prend appui sur une couche de nucléation en un matériau différent du matériau de ladite couche d’injection.
Selon un exemple, ledit au moins un empilement est bordé latéralement par une paroi de l’au moins une ouverture, sur une hauteur supérieure ou égale à la somme des épaisseurs de la couche d’injection et de la couche active.
Selon un exemple, l’empilement comprend en outre des miroirs de Bragg distribués (DBR) de sorte à former une cavité résonante selon la direction longitudinale.
Selon un exemple, le dispositif comprend un premier empilement et un deuxième empilement comprenant respectivement une première couche active et une deuxième couche active confinées respectivement dans une première ouverture et une deuxième ouverture du masque de croissance, lesdites première et deuxième ouvertures présentant respectivement une première surface et une deuxième surface, prises dans un plan transverse à la direction longitudinale, différentes entre elles, et lesdites première et deuxième couches actives présentant respectivement une première épaisseur et une deuxième épaisseur, prises selon la direction longitudinale, différentes entre elles.
Selon un exemple, les premier et deuxième empilements comprennent respectivement une première couche d’injection du premier type de porteurs et une deuxième couche d’injection du premier type de porteurs confinées respectivement dans les première et deuxième ouvertures du masque de croissance, lesdites première et deuxième couches d’injection présentant respectivement une première épaisseur et une deuxième épaisseur, prises selon la direction longitudinale, différentes entre elles.
Selon un exemple, le dispositif comprend une pluralité d’empilements et de couches actives confinées dans une pluralité d’ouvertures du masque de croissance, et les ouvertures présentant des surfaces, prises dans un plan transverse à la direction longitudinale, sensiblement égales entre elles sont séparées deux à deux par une distance de séparation ds choisie de sorte à ce que lesdites ouvertures forment une cavité résonante dans un plan transverse à la direction longitudinale. Cela permet de former un cristal photonique.
Selon un exemple, la couche d’injection du premier type de porteurs présente une face avant en contact avec la couche active au sein de l’ouverture, et une face arrière opposée à la face avant et en contact avec une couche conductrice transparente. Cela permet de former un dispositif présentant un contact transparent en face arrière. Un tel dispositif peut avantageusement être réalisé par un procédé de retournement et de report de puce, couramment dénommé « flip chip » (signifiant « retournement de puce »).
L’invention selon son deuxième aspect comprend notamment les caractéristiques optionnelles ci-après pouvant être utilisées en association ou alternativement :
Selon un exemple, les formations de la couche d’injection et de la couche active sont effectuées par épitaxie en phase vapeur à précurseurs organométalliques (MOVPE) selon la direction longitudinale dans l’au moins une ouverture.
Selon un exemple, le masque de croissance comprend au moins une première ouverture et une deuxième ouverture présentant respectivement une première surface et une deuxième surface, prises dans un plan transverse à la direction longitudinale, différentes entre elles.
Selon un exemple, la formation de la couche active comprend une formation d’une première couche active au sein de la première ouverture et simultanément, une formation d’une deuxième couche active au sein de la deuxième ouverture de sorte que lesdites première et deuxième couches actives présentent des épaisseurs, prises selon la direction longitudinale, différentes entre elles.
Selon un exemple, le masque de croissance comprend une pluralité d’ouvertures.
Selon un exemple, les ouvertures présentant des surfaces, prises dans un plan transverse à la direction longitudinale, sensiblement égales entre elles sont séparées deux à deux par une distance de séparation ds choisie de sorte à ce que lesdites ouvertures forment une cavité résonante dans un plan transverse à la direction longitudinale.
Selon un exemple, la distance de séparationdsest comprise entre 50 nm et 700 nm.
Selon un exemple, le substrat comprend une couche en un matériau semiconducteur sur la couche de nucléation et la formation du masque de croissance comprend :
  • Une gravure de la couche en un matériau semiconducteur, depuis une face supérieure jusqu’à une interface avec la couche de nucléation, de sorte à former l’au moins une ouverture exposant la zone de la couche de nucléation,
  • Une passivation au moins au niveau de la face supérieure de la couche en un matériau semiconducteur et d’une paroi de l’au moins une ouverture.
Selon un exemple, le procédé comprend, avant la passivation, une formation d’une couche réflectrice au moins en partie sur la paroi de l’au moins une ouverture.
Selon un exemple, le procédé comprend, après formation de la couche active :
  • Une formation d’une couche de blocage d’électrons sur la couche active,
  • Une formation d’une couche d’injection d’un deuxième type de porteurs (pGaN) sur la couche de blocage d’électrons,
  • Une formation de contacts métalliques sur ladite couche d’injection du deuxième type de porteurs (pGaN),
  • Une fourniture d’un deuxième substrat,
  • Un assemblage dudit deuxième substrat au niveau des contacts métalliques,
  • Un retrait du substrat (1) comprenant l’au moins une couche (11) de nucléation,
  • Une formation de contacts électriques transparents au niveau de la couche d’injection du premier type de porteurs (30).
Un tel procédé est de type « flip chip ».
Selon un exemple, le masque de croissance comprend une pluralité d’ouvertures réparties selon des premier, deuxième et troisième sous-ensembles comprenant respectivement des ouvertures présentant des première, deuxième et troisième surfaces moyennes, prises dans un plan transverse à la direction longitudinale, différentes entre elles.
Selon un exemple, les première, deuxième et troisième surfaces moyennes sont choisies de manière à former respectivement des premier, deuxième et troisième sous-ensembles comprenant respectivement des couches actives présentant des première, deuxième et troisième épaisseurs, prises selon la direction longitudinale, différentes entre elles, lesdits sous-ensembles de couches actives étant configurés pour émettre des rayonnements lumineux présentant respectivement des première, deuxième et troisième longueurs d’onde différentes entre elles.
Selon un exemple, les première, deuxième et troisième longueurs d’onde appartiennent au spectre électromagnétique du visible et sont choisies dans ce spectre de façon à émettre respectivement une lumière rouge, verte et bleue.
Selon un exemple, la formation de la couche d’injection du premier type de porteurs se fait simultanément au sein de toutes les ouvertures de sorte que l’épaisseur de ladite couche d’injection varie en fonction de la surface, prise dans un plan transverse à la direction longitudinale, des ouvertures.
Selon un exemple, la formation de la couche active se fait simultanément au sein de toutes les ouvertures de sorte que l’épaisseur de ladite couche active varie en fonction de la surface, prise dans un plan transverse à la direction longitudinale, des ouvertures.
Selon un exemple, la couche d’injection du premier type de porteurs (30) est à base de GaN, et la couche active est à base d’InGaN.
Sauf incompatibilité, il est entendu que le procédé de fabrication et le dispositif optoélectronique peuvent comprendre,mutatis mutandis, l’une quelconque des caractéristiques optionnelles ci-dessus. Sauf indication spécifique du contraire, des caractéristiques techniques décrites en détail pour un mode de réalisation donné peuvent être combinées aux caractéristiques techniques décrites dans le contexte d’autres modes de réalisation décrits à titre exemplaire et non limitatif. En particulier, le nombre d’ouvertures, les différentes formes d’ouvertures et/ou les différentes distances de séparation illustrées sur les figures peuvent être combinés de manière à former un autre mode de réalisation qui n’est pas nécessairement illustré ou décrit. Un tel mode de réalisation n’est évidemment pas exclu de l’invention.
Dans la présente invention, le procédé de fabrication est en particulier dédié à la fabrication de LED présentant une architecture 3D (3D LED).
L’invention peut être mise en œuvre plus largement pour différents dispositifs optoélectroniques à architecture 3D, et notamment ceux comprenant des couches actives.
On entend par couche active ou région active d’un dispositif optoélectronique la couche ou la région depuis laquelle est émise la majorité du rayonnement lumineux fourni par ce dispositif, ou la région depuis laquelle est captée la majorité du rayonnement lumineux reçu par ce dispositif.
L’invention peut donc être également mise en œuvre dans le cadre de dispositifs laser ou photovoltaïque.
Sauf mention explicite, il est précisé que, dans le cadre de la présente invention, la disposition relative d’une troisième couche intercalée entre une première couche et une deuxième couche, ne signifie pas obligatoirement que les couches sont directement au contact les unes des autres, mais signifie que la troisième couche est soit directement au contact des première et deuxième couches, soit séparée de celles-ci par au moins une autre couche ou au moins un autre élément. Par exemple, une couche de blocage d’électrons intercalée entre la couche active et la couche d’injection du deuxième type de porteurs n’est pas nécessairement directement au contact de l’une ou de l’autre, et d’autres couches présentant d’autres fonctions peuvent être éventuellement ajoutées.
Les étapes de formation des différents éléments (masque de croissance, couches d’injection et couche active…) s’entendent au sens large : elles peuvent être réalisées en plusieurs sous-étapes qui ne sont pas forcément strictement successives.
On entend par diamètre la dimension transverse la plus grande de l’ouverture. Dans la présente invention, les ouvertures ne présentent pas nécessairement une section transverse circulaire. En particulier, dans le cas d’ouvertures formées à partir d’une couche à base de GaN, cette section peut être hexagonale. Le diamètre correspond alors à la distance séparant deux sommets opposés de la section hexagonale. Alternativement, le diamètre peut correspondre à un diamètre moyen calculé à partir du diamètre d’un cercle inscrit dans le polygone de la section transverse et du diamètre d’un cercle circonscrit de ce polygone.
La distance de séparationdsest la plus petite distance séparant deux ouvertures adjacentes.
Dans la présente demande de brevet, les termes « diode électroluminescente », « LED » ou simplement « diode » sont employés en synonymes. Une « LED » peut également s’entendre d’une « micro-LED ».
Dans la suite, les abréviations suivantes relatives à un matériau M sont éventuellement utilisées :
M-i réfère au matériau M intrinsèque ou non intentionnellement dopé, selon la terminologie habituellement utilisée dans le domaine de la microélectronique pour le suffixe -i.
M-n réfère au matériau M dopé N, N+ ou N++, selon la terminologie habituellement utilisée dans le domaine de la microélectronique pour le
suffixe -n.
M-p réfère au matériau M dopé P, P+ ou P++, selon la terminologie habituellement utilisée dans le domaine de la microélectronique pour le
suffixe -p.
On entend par un substrat, une couche, un dispositif, « à base » d’un matériau M, un substrat, une couche, un dispositif comprenant ce matériau M uniquement ou ce matériau M et éventuellement d’autres matériaux, par exemple des éléments d’alliage, des impuretés ou des éléments dopants. Ainsi, une couche à base de nitrure de gallium (GaN) peut par exemple comprendre du nitrure de gallium (GaN ou GaN-i) ou du nitrure de gallium dopé (GaN-p, GaN-n). Une région active à base de nitrure de gallium-indium (InGaN) peut par exemple comprendre du nitrure de gallium-aluminium (AlGaN) ou du nitrure de gallium avec différentes teneurs en aluminium et en indium (GaInAlN).
Un repère, de préférence orthonormé, comprenant les axes x, y, z est représenté sur les figures annexées.
Dans la présente demande de brevet, on parlera préférentiellement d’épaisseur pour une couche et de hauteur pour une structure ou un dispositif. L’épaisseur est prise selon une direction normale au plan d’extension principal de la couche, et la hauteur est prise perpendiculairement au plan basal xy du substrat. Ainsi, une couche active présente typiquement une épaisseur selon z, et une LED présente une hauteur selon z. Une épaisseur d’un dépôt axial est prise selon z. La direction longitudinale est parallèle à z. Les termes « vertical » et « latéral » s’entendent de directions prises respectivement selon z et perpendiculairement à z.
Les valeurs dimensionnelles s'entendent aux tolérances de fabrication et de mesure près. Ainsi, deux distances de séparationdsidentiques ou deux diamètres d’ouvertures identiques en théorie, peuvent présenter une légère variation dimensionnelle en pratique.
Les termes « sensiblement », « environ », « de l'ordre de » signifient, lorsqu’ils se rapportent à une valeur, « à 10% près » de cette valeur ou, lorsqu'ils se rapportent à une orientation angulaire, « à 10° près » de cette orientation. Ainsi, une direction sensiblement normale à un plan signifie une direction présentant un angle de 90±10° par rapport au plan.
Pour déterminer la géométrie des dispositifs et les compositions des différents éléments (couche active, masque de croissance par exemple) de ces dispositifs, on peut procéder à des analyses de Microscopie Electronique à Balayage (MEB) ou de Microscopie Electronique en Transmission (MET ou TEM pour l’acronyme anglais de « Transmission Electron Microscopy ») ou encore ou de Microscopie Electronique en Transmission à Balayage STEM (acronyme anglais de « Scanning Transmission Electron Microscopy »).
Le TEM ou le STEM se prêtent notamment bien à l’observation et à l’identification des puits quantiques – dont l’épaisseur est généralement de l’ordre de quelques nanomètres – dans la couche active. Différentes techniques listées ci-après de façon non exhaustive peuvent être mises en œuvre : l’imagerie en champ sombre (dark field) et en champ clair (bright field), en faisceau faible (weak beam), en diffraction aux grands angles HAADF (acronyme anglais de « High Angle Annular Dark Field »).
Les compositions chimiques des différents éléments peuvent être déterminées à l’aide de la méthode bien connue EDX ou X-EDS, acronyme de « energy dispersive x-ray spectroscopy » qui signifie « analyse dispersive en énergie de photons X ».
Cette méthode est bien adaptée pour analyser la composition de dispositifs optoélectroniques de petites tailles telles que des LED 3D. Elle peut être mise en œuvre sur des coupes métallurgiques au sein d’un Microscope Electronique à Balayage (MEB) ou sur des lames minces au sein d’un Microscope Electronique en Transmission (MET).
Les propriétés optiques des différent éléments, et notamment les longueurs d’onde principales d’émission des LED 3D axiales à base de GaN et/ou des couches actives à base d’InGaN, peuvent être déterminées par spectroscopie.
Les spectroscopies de cathodoluminescence (CL) et de photoluminescence (PL) sont bien adaptées pour caractériser optiquement les structures 3D décrites dans la présente invention.
Les techniques mentionnées ci-dessus peuvent notamment permettre de déterminer si un dispositif optoélectronique à architecture 3D axiale comprend une couche active et/ou des puits quantiques à base d’InGaN directement formés au sein d’un masque de croissance. Un tel masque de croissance peut être indicateur d’une mise en œuvre d’un dépôt de type MOVPE, tel que décrit dans la présente invention.
Un premier exemple de réalisation d’un dispositif optoélectronique à architecture 3D axiale selon l’invention va maintenant être décrit en référence aux figures 1A à 1E. La présente invention concerne également un procédé de fabrication d’un dispositif optoélectronique tel que décrit au travers des exemples de réalisation ci-dessous.
La figure 1A illustre en coupe transverse la formation d’un masque de croissance 2 sur un substrat 1. Ce masque de croissance 2 peut être formé en un matériau diélectrique, par exemple en oxyde de silicium. Il comprend typiquement une pluralité d’ouvertures 20, 20’ débouchant sur le substrat 1. Un tel masque de croissance 2 est configuré pour guider la croissance de la couche active et/ou des couches d’injection de porteurs (électrons et/ou trous) au sein de chaque ouverture 20, 20’.
Le substrat 1 peut notamment se présenter sous forme d’un support massif en saphir ou en silicium. Dans ce dernier cas, il peut se présenter sous forme d’un wafer de diamètre 200 mm ou 300 mm. Cela permet de réduire les coûts. Cela permet également d’améliorer la compatibilité technologique avec les technologies de la microélectronique. Le saphir peut se présenter sous forme d’un wafer de diamètre 200 mm et permet de limiter le désaccord de paramètre de maille avec le GaN. Le substrat 1 sert notamment de support au dispositif optoélectronique. Il peut faire office de support mécanique et/ou de support d’épitaxie. Le substrat 1 peut avantageusement se limiter au seul support massif, sans couche superficielle supplémentaire. Il peut être sensiblement plan et parallèle au plan xy. Alternativement, il peut être texturé et/ou comprendre des motifs. Selon un exemple, le substrat 1 est un substrat saphir à motifs également dénommé PSS (acronyme de « Patterned Sapphire Substrate) connu de l’homme du métier. Ces motifs peuvent présenter des formes variées, par exemple une forme conique, hémisphérique, pyramidale.
Alternativement, le substrat 1 peut se présenter sous forme d’un empilement comprenant, selon la direction z, le support et au moins une autre couche, par exemple une couche tampon. Cette couche tampon peut être à base de GaN ou de polySi. Selon une autre possibilité, elle peut être à base d’autres nitrures métalliques, par exemple AlN. Elle peut être formée sur le support en silicium ou en saphir par épitaxie, de préférence par épitaxie en phase vapeur à précurseurs organométalliques MOVPE (acronyme de « MetalOrganic Vapour Phase Epitaxy »). Elle peut présenter une épaisseur de l’ordre de quelques centaines de nanomètres, par exemple de 10 nm à 10 microns.
Le substrat 1 peut également comprendre, alternativement ou en combinaison avec la couche tampon, une couche de nucléation, typiquement à base de GaN. Une telle couche de nucléation présente typiquement une faible épaisseur, par exemple inférieure à 100 nm. Cela permet d’améliorer la qualité cristalline de cette couche de nucléation à base de GaN.
Le masque de croissance 2 est formé de préférence directement sur le substrat 1. Il peut présenter une hauteur b de l’ordre de quelques dizaines de nanomètres, par exemple environ 50 nm, à quelques microns, par exemple de l’ordre de 2 µm. Il comprend de préférence une pluralité d’ouvertures 20, 20’. Un tel masque de croissance 2 est typiquement formé par une étape de dépôt, par exemple un dépôt chimique en phase vapeur CVD (acronyme de « Chemical Vapor Deposition »), suivie d’une étape de lithographie/gravure configurée pour définir les ouvertures (figure 1A). Le masque de croissance peut être en un matériau diélectrique, par exemple en oxyde de silicium ou en nitrure de silicium, ou en une combinaison de matériaux diélectriques.
Les ouvertures 20, 20’ débouchent à la surface du substrat 1. Elles présentent de préférence une ou des parois sensiblement perpendiculaires au plan xy du substrat 1. Les ouvertures 20, 20’ présentent un contour fermé dans le plan xy. Elles présentent typiquement une dimension latérale prise dans le plan xy, par exemple un diamètre ou un diamètre moyen, comprise entre 50 nm et 500 nm. Ces ouvertures 20, 20’ sont de préférence circulaires. Comme illustré sur la figure 1A, elles peuvent avantageusement présenter des diamètres a, a’ différents.
Les ouvertures 20, 20’ sont séparées entre elles par une distance de séparation ds, comprise par exemple entre 50 nm et 700 nm. Les ouvertures 20, 20’ peuvent être distribuées de façon régulière au sein du masque de croissance 2, par exemple sous forme d’un ou de plusieurs réseaux ordonnés. Dans l’exemple illustré à la figure 1B en vue de dessus, les ouvertures 20, 20’ se répartissent selon deux réseaux présentant chacun un pas différent. Le pasp1,p2de chaque réseau, i.e. la distance séparant les centres de deux ouvertures adjacentes d’un même réseau, est de préférence inférieur ou égal à 1 µm. Le pas d’un réseau d’ouvertures présentant un diamètre donné est égal à la somme du diamètre et de la distance de séparation ds séparant deux ouvertures adjacentes de ce réseau. Il peut être compris entre 100 nm et 1 µm. Le pasp1,p2de chaque réseau d’ouvertures 20, 20’ est choisi de sorte à former une cavité résonnante selon une direction parallèle au plan xy, pour une longueur d’onde d’émission déterminée. Un masque de croissance 2 comprenant des ouvertures ordonnées selon un ou plusieurs réseaux permet donc de former un ou plusieurs cristaux photoniques.
Les ouvertures 20, 20’ sont configurées pour accueillir chacune un empilement 3 comprenant au moins une couche 30 d’injection de porteurs d’un premier type, par exemple des électrons, et une couche active 31.
La couche 30 d’injection d’électrons de l’empilement 3 est de préférence à base de GaN, notamment à base de GaN-n. Elle est de préférence orientée parallèlement à z selon une direction cristallographique [0001] correspondant à l’axe c d’une structure cristallographique hexagonale.
La formation de cette couche 30 d’injection d’électrons à base de GaN-n peut se faire par épitaxie, de préférence par épitaxie en phase vapeur à précurseurs organométalliques MOVPE (acronyme de « MetalOrganic Vapour Phase Epitaxy »). Elle se fait de préférence simultanément dans chaque ouverture 20, 20’ du masque de croissance 2.
Comme illustré à la figure 1C, la couche 30 d’injection d’électrons est formée à la surface exposée du substrat 1, au fond de chaque ouverture 20, 20’. Dans chaque ouverture, la croissance de la couche 30 est contrainte latéralement par la paroi de l’ouverture 20, 20’. La couche 30 remplit ainsi progressivement l’ouverture considérée. Le volume de chaque couche 30 déposée ou épitaxiée simultanément au sein de chaque ouverture 20, 20’ est sensiblement constant. L’épaisseur h1, h2 de la couche 30 dépend ainsi avantageusement de la dimension latérale a, a’ de l’ouverture 20, 20’ considérée. Sur l’exemple illustré à la figure 1C, la couche 30 présente avantageusement une épaisseur h1 pour chaque ouverture 20 de diamètre a, et une épaisseur h2 pour chaque ouverture 20’ de diamètre a’. Plus le diamètre d’ouverture est grand et moins l’épaisseur de couche 30 est importante.
La couche active 31 de l’empilement 3 est de préférence à base d’InGaN. Elle comprend de préférence une pluralité de puits quantiques à base d’InGaN. Ces puits quantiques sont typiquement configurés pour émettre un rayonnement lumineux selon une longueur d’onde principale λ. Ils peuvent être classiquement séparés les uns des autres par des barrières à base de GaN.
Selon une possibilité préférée, les puits quantiques à base d’InGaN de la couche active 31 s’étendent parallèlement au plan xy du substrat 1, selon des plans cristallographiques de type c {0001}. L’empilement 3 comprenant une telle couche active 31 présente avantageusement une architecture axiale. Cette architecture axiale permet notamment d’incorporer une concentration en indium [In] importante dans les puits quantiques de la couche active 31. Plus la concentration en indium [In] des puits quantiques à base d’InGaN augmente, plus la longueur d’onde principale augmente.
La formation de cette couche active 31 peut se faire par dépôt périodique de puits quantiques d’InGaN et de barrières de GaN par MOVPE. Elle se fait de préférence simultanément dans chaque ouverture 20, 20’ du masque de croissance 2 (figure 1D).
Comme illustré à la figure 1D, la couche active 31 peut être formée directement sur la couche 30 d’injection de porteurs, dans chaque ouverture 20, 20’. Dans chaque ouverture, la croissance de la couche active 31 est contrainte latéralement par la paroi de l’ouverture 20, 20’. La couche active 31 remplit ainsi progressivement l’ouverture considérée. Le volume de chaque couche active 31 déposée ou épitaxiée simultanément au sein de chaque ouverture 20, 20’ est sensiblement constant. L’épaisseur e1, e2 de la couche active 31 dépend ainsi avantageusement de la dimension latérale a, a’ de l’ouverture 20, 20’ considérée. L’incorporation d’indium dépend également avantageusement de la dimension latérale a, a’ de l’ouverture 20, 20’ considérée. Sur l’exemple illustré à la figure 1D, la couche active 31 présente avantageusement une épaisseur e1 pour chaque ouverture 20 de diamètre a, et une épaisseur e2 pour chaque ouverture 20’ de diamètre a’. Plus le diamètre d’ouverture est grand et moins l’épaisseur de couche active 31 est importante. Plus le diamètre d’ouverture est grand et moins la concentration en indium [In] dans les puits de la couche active 31 est importante. Cela signifie que la longueur d’onde principale émise par les empilements 3 formés au sein des ouvertures de plus grande taille, est plus petite que la longueur d’onde principale émise par les empilements 3 formés au sein des ouvertures de plus petite taille. Sur la figure 1D, les ouvertures 20 de diamètre a peuvent être configurées pour que les empilements 3 formés dans lesdites ouvertures 20 présentent une longueur d’onde principale d’émission de l’ordre de 525 nm, dans le vert, et les ouvertures 20’ de diamètre a’ peuvent être configurées pour que les empilements 3 formés dans lesdites ouvertures 20’ présentent une longueur d’onde principale d’émission de l’ordre de 450 nm, dans le bleu.
Le procédé permet ainsi avantageusement de former simultanément plusieurs empilements 3 émettant à plusieurs longueurs d’onde principales, notamment en fonction des caractéristiques de taille des ouvertures du masque de croissance 2.
Les empilements 3 comprennent typiquement, en plus de la couche 30 d’injection d’électrons et de la couche active 31, une couche 33 d’injections de trous, par exemple à base de GaN-p. Ils peuvent également comprendre une couche 32 de blocage d’électrons intercalée entre la couche active 31 et la couche 33 d’injection de trous, de façon connue (figure 1D). Ces couches 32, 33 peuvent être entièrement confinées dans les ouvertures 20, 20’, tel qu’illustré à la figure 1D. Selon une possibilité, la couche 33 d’injection de trous peut s’étendre au moins partiellement en dehors de l’ouverture correspondante. L’empilement 3 des couches 30, 31, 32, 33 forme typiquement une LED 3D axiale. L’empilement 3 peut éventuellement comprendre d’autres couches non illustrées, par exemple des couches formant des miroirs de Bragg distribués. Sur l’exemple illustré à la figure 1D, l’empilement 3 présente avantageusement une épaisseur b1 pour chaque ouverture 20 de diamètre a, et une épaisseur b2 pour chaque ouverture 20’ de diamètre a’.
Un contact électrique peut ensuite être formé sur les couches 33 d’injections de trous. Un tel contact peut se présenter sous forme d’une couche 40 conductrice, par exemple en métal ou en oxyde conducteur transparent (TCO), tel qu’illustré à la figure 1E.
Le dispositif ainsi formé comprend avantageusement des LED 3D axiales passivées par le masque de croissance 2. Le masque de croissance 2 permet en outre d’encapsuler latéralement les empilements 3. La tenue mécanique du dispositif est ainsi assurée. Les empilements sont avantageusement répartis, selon la taille des ouvertures dans lesquelles ils sont formés, en sous-ensembles émettant à différentes longueurs d’onde principales. Cela permet notamment de former des sous-pixels de différentes couleurs, typiquement rouge, vert et bleu (RGB). Ces sous-pixels peuvent être organisés selon des réseaux photoniques, tel qu’illustré en figure 1B, pour améliorer l’intensité d’émission de lumière. Selon une autre possibilité, ils peuvent être disposés en alternance les uns des autres, typiquement pour former un pixel à partir de trois sous-pixels RGB.
Le procédé de fabrication de ce dispositif permet avantageusement d’obtenir des empilements de différentes tailles, émettant à différentes longueurs d’onde, lors d’une seule séquence de croissance de chacune des couches des empilements. Il permet en outre de mettre en œuvre des conditions de croissance de type 2D pour réaliser des empilements 3D. Cela permet la formation de couches actives comprenant des puits quantiques selon des plans cristallographiques de type c {0001}, dans un empilement 3D épitaxié par MOVPE. Le procédé permet ainsi de fabriquer un dispositif optoélectronique, en particulier à base de LED, combinant les avantages des conditions de croissance 2D et les avantages des architectures d’empilements 3D.
Le choix du diamètre des ouvertures et de la distance de séparation entre les ouvertures permet en outre de contrôler l’épaisseur des couches actives et l’incorporation d’indium au sein des couches actives de ces ouvertures, de façon à ajusterin finela longueur d’onde principale d’émission des empilements.
Un deuxième exemple de réalisation est illustré aux figures 2A à 2F. Ce deuxième exemple présente une alternative de réalisation du masque de croissance 2. Selon ce deuxième exemple, le substrat 1 est surmonté par une couche 1’, par exemple en GaN (figure 2A). Cette couche 1’ en GaN est ensuite structurée et passivée de manière à former le masque de croissance 2.
Un masque dur 2’ est préalablement formé par lithographie en surface de la couche 1’ en GaN (figure 2B). Ce masque dur 2’ peut être classiquement en oxyde de silicium (SiO2) ou en nitrure de silicium (SiN). Il comprend des ouvertures 21, 21’ de même forme que les ouvertures 20, 20’ à réaliser dans le masque de croissance 2. Ces ouvertures 21, 21’ présentent des dimensions latérales légèrement supérieures aux dimensions des ouvertures 20, 20’ à réaliser dans le masque de croissance 2.
Une gravure anisotrope de la couche 1’, selon z et sur toute l’épaisseur de la couche 1’, est ensuite effectuée (figure 2C). Cette gravure peut se faire de façon connue par plasma en chimie chlorée, par exemple à partir d’un mélange Cl2/Ar ou SiCl4/Ar.
Une passivation des parois exposées de la couche 1’ est ensuite effectuée, typiquement par dépôt d’une couche 2’’ diélectrique en SiO2 ou en SiN (figure 2D). Cette couche 2’’ est continue et de préférence conforme. Elle est de préférence à base du même matériau diélectrique que le masque dur 2’.
Une gravure du matériau diélectrique est ensuite effectuée de façon à exposer la surface du substrat 1 tout en conservant une épaisseur de matériau diélectrique sur les surfaces de la couche 1’ en GaN. Le masque de croissance 2 et les ouvertures 20, 20’ du masque de croissance 2 sont ainsi formés. Cette gravure peut être isotrope si le dépôt de la couche 2’’ est conforme, ou anisotrope selon z si le dépôt de la couche 2’’ est non conforme. Ces options peuvent être choisies de façon à obtenir une épaisseur de matériau diélectrique sensiblement constante sur les surfaces de la couche 1’ en GaN.
La croissance et/ou le dépôt respectif de la couche 30 d’injection d’électrons, la couche active 31, la couche 32 de blocage d’électrons et la couche 33 d’injection de trous peuvent ensuite être réalisés comme précédemment au sein de ce masque de croissance 2 (figure 2F). D’autres modes de réalisation du masque de croissance 2 peuvent être envisagés, sans que cela modifie le principe de l’invention.
La figure 3A montre une image de microscopie électronique en transmission (TEM) d’un empilement 3 formé au sein d’une ouverture d’un masque de croissance 2 selon le principe du procédé décrit dans cette invention. Le masque de croissance 2 utilisé pour cette preuve de concept illustrée à la figure 3A comprend en variante une couche 2a de grande épaisseur en SiN et une couche 2b de faible épaisseur en SiO2. Il présente une hauteur de l’ordre de 1 µm. Le substrat 1 utilisé pour cette preuve de concept comprend en variante une couche 1a de nucléation et une couche 1b de support.
La couche 30 d’injection d’électrons en GaN-n, la couche active 31 et la couche 33 d’injection de trous en GaN-p ont été successivement épitaxiées au sein de l’ouverture 20 du masque de croissance 2. Les puits quantiques MQW de la couche active 31 s’étendent de façon sensiblement parallèle au plan xy de la surface du substrat 1. Cela apparaît encore plus clairement sur la figure 3B montrant une image de microscopie électronique à balayage en transmission (STEM) de ce type d’empilement 3. L’empilement 3 des différentes couches 30, 31, 33 forme donc une architecture axiale. La cavité 200 s’étendant à la base de l’ouverture 20 est ici due à une surgravure lors de la réalisation de l’ouverture 20 (figure 3A). Cette cavité 200 abrite ici un pied 300 de croissance de la couche 30 en GaN-n. La cavité 200 et le pied 300 de croissance illustrés dans cette preuve de concept à la figure 3A sont uniquement optionnels. Ils ne sont ni nécessaires, ni nuisibles au dispositif optoélectronique.
Avantageusement, la croissance des différentes couches par MOVPE directement au sein de l’ouverture 20 n’induit pas de défauts structuraux dans les différentes couches 30, 31, 33 au niveau de l’interface avec le masque de croissance 2 (figure 3A). Le masque de croissance 2 permet ainsi avantageusement de guider la croissance de l’empilement sans générer de défauts. Il permet en outre de passiver directement les flancs verticaux, i. e. sensiblement parallèles à z, de l’empilement 3.
Un troisième exemple d’un procédé de réalisation de type « flip chip » est illustré aux figures 4A à 4G. Selon ce troisième exemple, le dispositif comprend une pluralité d’empilements 3 répartis au sein du masque de croissance 2 en différents sous-ensembles SP1, SP2, SP3, SP1’ (figure 4A). Ces sous-ensembles SP1, SP2, SP3, SP1’ d’empilements 3 sont avantageusement formés au sein d’ouvertures du masque de croissance 2 présentant des diamètres différents, de manière à former des sous-pixels émettant à différentes longueurs d’onde, typiquement dans le rouge, le vert et le bleu. Les différents sous-ensembles SP1, SP2, SP3, SP1’ sont formés comme précédemment sur un premier substrat 1, au travers des ouvertures, puis recouverts par une couche 40 métallique (figure 4A). Cette couche 40 métallique est typiquement au contact des couches de GaN-p des empilements 3. La couche 40 métallique est ensuite structurée de manière à former des contacts distincts sur différents sous-pixels pris parmi les sous-ensembles SP1, SP2, SP3, SP1’ (figure 4B). Une couche 50 d’oxyde de silicium est ensuite déposée, par exemple par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD), en face avant du premier substrat 1 de façon à couvrir les structures précédemment formées (figure 4C). Cette couche 50 de SiO2 permet d’assembler, par exemple par collage moléculaire, un deuxième substrat 11 en face avant du premier substrat 1 comprenant les structures du dispositif (figure 4D). Le deuxième substrat 11 est typiquement en silicium. Le premier substrat 1 est alors retiré, par exemple par rognage et polissage depuis sa face arrière, de façon à exposer la base des empilements 3 et du masque de croissance 2 (figure 4E). Une couche 60 d’oxyde conducteur transparent (TCO) peut ensuite être déposée « en face arrière », sur la base des empilements 3 et du masque de croissance 2 (figure 4F). Cette couche 60 de TCO est typiquement au contact des couches de GaN-n des empilements 3. Une couche 70 de passivation, par exemple en oxy-nitrure de silicium SiON, peut ensuite être déposée en face arrière. Les contacts 61 de type n sur la couche 60 de TCO et les contacts 41 de type p sur la couche 40 métallique sont ensuite respectivement structurés, par exemple sous forme de vias (figure 4G).
Un tel procédé permettant de retourner la puce supportant le dispositif optoélectronique est généralement connu sous la dénomination « flip chip ». Il permet de fabriquer un dispositif émettant par la face arrière. La couche 40 métallique peut typiquement faire office de réflecteur dans un tel dispositif.
Le procédé selon l’invention permet avantageusement de réaliser différents sous-pixels RGB basés sur des architectures 3D, selon une seule et même séquence de croissance, avec des conditions de croissance proches des procédés de croissance bidimensionnels.
L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisations précédemment décrits et s’étend à tous les modes de réalisation couverts par les revendications.

Claims (22)

  1. Dispositif optoélectronique comprenant un substrat (1) et, sur une première face du substrat (1), au moins un empilement (3) selon une direction longitudinale, ledit empilement comprenant au moins une couche (30) d’injection d’un premier type de porteurs et une couche active (31), le dispositif étant caractérisé en ce qu’il comprend un masque de croissance (2) comportant une pluralité d’ouvertures (20, 20’) et en ce que la couche active (31) est confinée dans une des ouvertures (20, 20’) et ne s’étend pas en dehors de ladite ouverture (20, 20’).
  2. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel la couche (30) d’injection du premier type de porteurs est confinée dans l’ouverture (20, 20’) du masque de croissance.
  3. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel le substrat (1) comprend une couche de nucléation (1a) dont une face forme la première face du substrat, et dans lequel la couche (30) d’injection du premier type de porteurs prend appui sur la couche de nucléation (1a), ladite couche de nucléation (1a) étant en un matériau différent du matériau de la couche (30) d’injection.
  4. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit au moins un empilement (3) est bordé latéralement par une paroi de l’au moins une ouverture (20, 20’), sur une hauteur supérieure ou égale à la somme des épaisseurs de la couche (30) d’injection et de la couche active (31).
  5. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’empilement (3) comprend en outre des miroirs de Bragg distribués (DBR) de sorte à former une cavité résonante selon la direction longitudinale (z).
  6. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’au moins un empilement (3) comprend un premier empilement et un deuxième empilement comprenant respectivement une première couche active et une deuxième couche active confinées respectivement dans une première ouverture (20) et une deuxième ouverture (20’) du masque de croissance, lesdites première et deuxième ouvertures (20, 20’) présentant respectivement une première surface et une deuxième surface, prises dans un plan transverse à la direction longitudinale (z), différentes entre elles, et lesdites première et deuxième couches actives (31) présentant respectivement une première épaisseur (e1) et une deuxième épaisseur (e2), prises selon la direction longitudinale, différentes entre elles.
  7. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel les premier et deuxième empilements comprennent respectivement une première couche (30) d’injection du premier type de porteurs et une deuxième couche (30) d’injection du premier type de porteurs confinées respectivement dans les première et deuxième ouvertures (20, 20’) du masque de croissance, lesdites première et deuxième couches (30) d’injection présentant respectivement une première épaisseur (h1) et une deuxième épaisseur (h2), prises selon la direction longitudinale, différentes entre elles.
  8. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant une pluralité d’empilements (3) et de couches actives (31) confinées dans une pluralité d’ouvertures (20, 20’) du masque de croissance, dans lequel les ouvertures présentant des surfaces, prises dans un plan transverse à la direction longitudinale, sensiblement égales entre elles sont séparées deux à deux par une distance de séparation ds choisie de sorte à ce que lesdites ouvertures forment une cavité résonante dans un plan transverse à la direction longitudinale.
  9. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couche (30) d’injection du premier type de porteurs présente une face avant en contact avec la couche active (31) au sein de l’ouverture, et une face arrière opposée à la face avant et en contact avec une couche (60) conductrice transparente.
  10. Procédé de fabrication d’un dispositif optoélectronique comprenant un substrat (1) et, sur une première face du substrat (1), au moins un empilement (3), selon une direction longitudinale (z), d’au moins une couche (30) d’injection d’un premier type de porteurs et une couche active (31), ledit procédé comprenant :
    • Une fourniture du substrat (1),
    • Une formation d’un masque de croissance (2) sur la première face du substrat (1), ledit masque de croissance (2) comprenant au moins une ouverture (20, 20’) selon la direction longitudinale (z) au travers de laquelle est exposée la première face,
    • Une formation, à partir de la zone exposée du substrat (1), de la couche (30) d’injection du premier type de porteurs au sein de l’au moins une ouverture (20, 20’),
    • Une formation de la couche active (31) sur ladite couche (30) d’injection, au sein de l’au moins une ouverture (20, 20’), de sorte que ladite couche active (31) soit confinée dans l’au moins une ouverture (20, 20’) et ne s’étende pas en dehors de ladite au moins une ouverture.
  11. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le substrat (1) comprend une couche de nucléation (1a) dont une face forme la première face du substrat, de sorte que la couche (30) d’injection du premier type de porteurs est formée au sein de l’au moins une ouverture (20, 20’) en prenant appui sur ladite couche de nucléation (1a), ladite couche de nucléation (1a) étant en un matériau différent du matériau de la couche (30) d’injection du premier type de porteurs.
  12. Procédé selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel les formations de la couche (30) d’injection et de la couche active (31) sont effectuées par épitaxie en phase vapeur à précurseurs organométalliques (MOVPE) selon la direction longitudinale (z) dans l’au moins une ouverture (20, 20’).
  13. Procédé selon l’une quelconque des revendications 10 à 12, dans lequel le masque de croissance (2) comprend au moins une première ouverture (20) et une deuxième ouverture (20’) présentant respectivement une première surface et une deuxième surface, prises dans un plan transverse à la direction longitudinale, différentes entre elles, et dans lequel la formation de la couche active (31) comprend une formation d’une première couche active (31) au sein de la première ouverture (20) et simultanément, une formation d’une deuxième couche active (31) au sein de la deuxième ouverture (20’) de sorte que lesdites première et deuxième couches actives (31) présentent des épaisseurs, prises selon la direction longitudinale, différentes entre elles.
  14. Procédé selon l’une quelconque des revendications 10 à 13, dans lequel le masque de croissance (2) comprend une pluralité d’ouvertures (20, 20’) et dans lequel les ouvertures présentant des surfaces, prises dans un plan transverse à la direction longitudinale, sensiblement égales entre elles sont séparées deux à deux par une distance de séparation ds choisie de sorte à ce que lesdites ouvertures forment une cavité résonante dans un plan transverse à la direction longitudinale.
  15. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la distance de séparationdsest comprise entre 50 nm et 700 nm.
  16. Procédé selon l’une quelconque des revendications 10 à 15, dans lequel la formation du masque de croissance (2) comprend :
    • Un dépôt d’une couche (1’) en un matériau semiconducteur sur la première face du substrat (1),
    • Une gravure de la couche (14) en un matériau semiconducteur, depuis une face supérieure de ladite couche (1’) en un matériau semiconducteur jusqu’à la première face du substrat (1), de sorte à former l’au moins une ouverture (20, 20’) exposant la première face du substrat (1),
    • Une passivation au moins au niveau de la face supérieure de la couche (1’) en un matériau semiconducteur et d’une paroi de l’au moins une ouverture (20, 20’).
  17. Procédé selon la revendication précédente comprenant, avant la passivation, une formation d’une couche réflectrice au moins en partie sur la paroi de l’au moins une ouverture.
  18. Procédé selon l’une quelconque des revendications 10 à 17 comprenant, après formation de la couche active (31) :
    • Une formation d’une couche (32) de blocage d’électrons sur la couche active (31),
    • Une formation d’une couche (33) d’injection d’un deuxième type de porteurs sur la couche (32) de blocage d’électrons,
    • Une formation de contacts (40) métalliques sur ladite couche (33) d’injection du deuxième type de porteurs,
    • Une fourniture d’un deuxième substrat (11),
    • Un assemblage dudit deuxième substrat (11) au niveau des contacts métalliques (40),
    • Un retrait du substrat (1),
    • Une formation de contacts (60) électriques transparents au niveau de la couche (30) d’injection du premier type de porteurs.
  19. Procédé selon l’une quelconque des revendications 10 à 18 dans lequel le masque de croissance (2) comprend une pluralité d’ouvertures (20, 20’) réparties selon des premier, deuxième et troisième sous-ensembles (SP1, SP2, SP3) comprenant respectivement des ouvertures présentant des première, deuxième et troisième surfaces moyennes, prises dans un plan transverse à la direction longitudinale, différentes entre elles.
  20. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel les première, deuxième et troisième surfaces moyennes sont choisies de manière à former respectivement des premier, deuxième et troisième sous-ensembles (SP1, SP2, SP3) comprenant respectivement des couches actives (31) présentant des première, deuxième et troisième épaisseurs, prises selon la direction longitudinale, différentes entre elles, lesdits sous-ensembles de couches actives (31) étant configurés pour émettre des rayonnements lumineux présentant respectivement des première, deuxième et troisième longueurs d’onde différentes entre elles.
  21. Procédé selon l’une quelconque des revendications 10 à 20, dans lequel le masque de croissance comprend une pluralité d’ouvertures (20, 20’) et dans lequel la formation de la couche (30) d’injection du premier type de porteurs se fait simultanément au sein de toutes les ouvertures de sorte que l’épaisseur de ladite couche d’injection varie en fonction de la surface, prise dans un plan transverse à la direction longitudinale, des ouvertures, et dans lequel la formation de la couche active (31) se fait simultanément au sein de toutes les ouvertures de sorte que l’épaisseur de ladite couche active varie en fonction de la surface, prise dans un plan transverse à la direction longitudinale, des ouvertures.
  22. Procédé selon l’une quelconque des revendications 10 à 21 dans lequel la couche (30) d’injection du premier type de porteurs est à base de GaN, et la couche active (31) est à base d’InGaN.
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