FR3119931A1 - Dispositif optoélectronique et procédé de fabrication d'un tel dispositif - Google Patents
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Abstract
Dispositif optoélectronique et procédé de fabrication d'un tel dispositif
La présente description concerne un dispositif optoélectronique comportant une diode électroluminescente (176) surmontée d'une couche de conversion photoluminescente (201, 207) en un matériau pérovskite.
Figure pour l'abrégé : Fig. 1O
Description
La présente description concerne le domaine des dispositifs optoélectroniques à base de diodes électroluminescentes (LED).
On a déjà proposé, par exemple dans la demande de brevet WO2017/194845 ou dans la demande de brevet WO2019/092357, un dispositif d'affichage émissif comportant une matrice de LED, et un circuit de contrôle permettant de commander individuellement les LED pour afficher des images.
Dans ces dispositifs, les LED sont toutes sensiblement identiques, et émettent sensiblement à la même longueur d'onde. Ainsi, la matrice de LED permet seulement d'afficher des images monochromatiques.
Pour obtenir un dispositif d'affichage d'images couleur, on peut prévoir de disposer des éléments de conversion photoluminescents en vis-à-vis de certaines LED de la matrice. L'élément de conversion est adapté à absorber des photons à la longueur d'onde d'émission des LED, et à réémettre des photons à une autre longueur d'onde. Par exemple, dans le cas où les LED sont adaptées à émettre majoritairement de la lumière bleue, on peut prévoir de revêtir des premières LED d'un élément de conversion adapté à convertir de la lumière bleue en lumière rouge, de revêtir des deuxièmes LED d'un élément de conversion adapté à convertir de la lumière bleue en lumière verte, et de laisser des troisièmes LED non revêtues par un élément de conversion. On obtient ainsi un dispositif d'affichage d'images couleur rouge-vert-bleu (RGB).
Pour convertir la lumière émise par une LED, on a proposé des éléments de conversion photoluminescents à base de boîtes quantiques noyées dans une couche organique, des éléments de conversion à base de matériaux phosphorescents, ou encore des éléments de conversion à base de puits quantiques multiples en des matériaux semiconducteurs de type III-V.
L'intégration de tels éléments de conversion sur un dispositif d'affichage émissif à LED pose toutefois divers problèmes.
Un mode de réalisation prévoit un dispositif optoélectronique comportant une diode électroluminescente surmontée d'une couche de conversion photoluminescente en un matériau pérovskite.
Selon un mode de réalisation, la couche de conversion photoluminescente est en un matériau pérovskite inorganique.
Selon un mode de réalisation, la couche de conversion photoluminescente est en un matériau pérovskite halogène inorganique.
Selon un mode de réalisation, la diode électroluminescente est une diode électroluminescente inorganique.
Selon un mode de réalisation, la couche de conversion photoluminescente est en contact avec une région semiconductrice de la diode électroluminescente.
Selon un mode de réalisation, la région semiconductrice est en un matériau semiconducteur III-V, de préférence du nitrure de gallium.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comporte au moins une première diode électroluminescente surmontée d'une première couche en un premier matériau pérovskite, une deuxième diode électroluminescente surmontée d'une deuxième couche en un deuxième matériau pérovskite, et une troisième diode électroluminescente non surmontée par les première et deuxième couches.
Selon un mode de réalisation, la première diode électroluminescente n'est pas surmontée par la deuxième couche en un deuxième matériau pérovskite et la deuxième diode électroluminescente n'est pas surmontée par la première couche en un premier matériau pérovskite.
Selon un mode de réalisation, la première diode électroluminescente n'est pas surmontée par la deuxième couche en un deuxième matériau pérovskite, et la deuxième diode électroluminescente est surmontée par la première couche en un premier matériau pérovskite et par la deuxième couche en un deuxième matériau pérovskite.
Selon un mode de réalisation, les première, deuxième et troisième diodes électroluminescentes sont intégrées dans un même dispositif d'affichage monolithique.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre, accolé à la diode électroluminescente, un circuit intégré de contrôle de la diode électroluminescente.
Un autre mode de réalisation prévoit un procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique comportant une diode électroluminescente, le procédé comportant une étape de dépôt d'une couche de conversion photoluminescente en un matériau pérovskite sur la diode électroluminescente.
Selon un mode de réalisation, la couche de conversion photoluminescente est déposée par dépôt laser pulsé.
Selon un mode de réalisation, la couche de conversion photoluminescente est déposée sur et en contact avec une région semiconductrice de la diode électroluminescente.
Selon un mode de réalisation, la couche de conversion photoluminescente est d'abord déposée de façon continue sur toute la surface du dispositif, puis retirée de façon localisée par photolithographie et gravure.
Selon un mode de réalisation, la couche de conversion photoluminescente est déposée de façon localisée à travers un masque de croissance sélective.
Selon un mode de réalisation, la couche de conversion photoluminescente est déposée de façon localisée et auto-alignée par croissance sélective sur la diode électroluminescente.
Selon un mode de réalisation, la couche de conversion photoluminescente est déposée sur et à travers un masque sacrificiel, et le procédé comprend en outre, après le dépôt de la couche de conversion photoluminescente, une étape de retrait du masque sacrificiel.
Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
la est une vue en coupe illustrant une autre variante d'un procédé de fabrication d'un dispositif d'affichage émissif à LED selon un mode de réalisation,
De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques.
Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, la réalisation d'un circuit intégré de contrôle de diodes semiconductrices n'a pas été détaillée, les modes de réalisation décrits étant compatibles avec les structures et procédés de fabrication usuels de tels circuits de contrôle. De plus, la composition et l'agencement des différentes couches d'un empilement actif de diode semiconductrice n'ont pas été détaillés, les modes de réalisation décrits étant compatibles avec les empilements actifs usuels de diodes semiconductrices, par exemple au nitrure de gallium.
Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés (en anglais "coupled") entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments.
Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures.
Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.
Selon un aspect d'un mode de réalisation, on prévoit d'utiliser un élément en un matériau à structure pérovskite comme élément de conversion de la lumière émise par une LED, de préférence une LED inorganique, par exemple une LED à base de matériaux semiconducteurs de type III-V.
L'élément de conversion peut être une portion d'une couche d'un matériau à structure pérovskite disposée en vis-à-vis d'une face d'émission de la LED.
Un avantage est que les matériaux à structure pérovskite, appelés ci-après matériaux pérovskites, présentent une efficacité quantique interne élevée, pouvant aller jusqu'à 100%.
Un autre avantage est que les matériaux pérovskites présentent un coefficient d'absorption élevé, par exemple de l'ordre de 1*105à 2*105pour le méthyl-ammonium tri-iodure de plomb (MAPbI3) et pour une longueur d'onde de 450 nm. Ainsi, la fonction de conversion lumineuse peut être assurée efficacement par une couche relativement mince, par exemple une couche d'épaisseur inférieure à 1 µm, par exemple de l'ordre de 250 nm.
Un autre avantage est que les matériaux pérovskites peuvent être déposés à des températures relativement basses, par exemple inférieures à 400°C, ce qui permet notamment leur dépôt au-dessus d'un circuit intégré de type CMOS (de l'anglais "Complementary Metal Oxide Semiconductor" – métal oxyde semiconducteur complémentaire).
Un autre avantage est que les matériaux pérovskites présentent une grande tolérance aux défauts de structure cristalline. Ainsi, la fonction de conversion lumineuse peut être assurée efficacement par une couche polycristalline d'épaisseur relativement faible.
Du fait des faibles épaisseurs requises pour assurer la fonction de conversion lumineuse, les couches de matériaux pérovskites peuvent être gravées facilement, ce qui permet de réaliser des éléments de conversion présentant de très petites dimensions latérales.
Il en résulte que les matériaux pérovskites sont particulièrement avantageux pour la réalisation d'éléments de conversion lumineuse dans des pixels de petites dimensions, par exemple pour la réalisation d'écrans d'affichage d'images couleur présentant un pas inter-pixel inférieur à 100 µm, par exemple inférieur à 20 µm, voire inférieur à 5 µm.
Le ou les matériaux pérovskites utilisés sont de préférence des matériaux inorganiques, ayant pour avantage de présenter une grande stabilité dans le temps.
A titre d'exemple, on pourra utiliser un matériau pérovskite à base de césium, de plomb et de brome, par exemple du CsPbI2Br pour émettre de la lumière rouge, ou du CsPbBr3pour émettre de la lumière verte. A titre de variante, on pourra utiliser un matériau pérovskite de type MAPbI3. Plus généralement, d'autres matériaux pérovskites peuvent être choisis en fonction des propriétés de conversion recherchées.
De façon générale, on utilisera de préférence des matériaux pérovskites dits halogènes, c’est-à-dire de type ABX3, où :
- A est un élément inorganique (on parle alors de matériau pérovskite halogène inorganique), par exemple du césium (Cs), du plomb (Pb), du phosphore (K) ou du lithium (Li), ou un élément organique (on parle alors de matériau pérovskite halogène organique), par exemple du formadiminium, aussi appelé FA, de formule chimique CN2H5+, ou du Methylammonium, aussi appelé MA, de formule chimique CH3NH3+, ou une combinaison de ces éléments,
- B est du plomb (Pb), de l'étain (Sn) ou du germanium (Ge), ou une combinaison de ces éléments, et
- X est un halogène, par exemple le brome (Br), le chlore (Cl), l'iode (I) ou une combinaison d'halogènes.
- A est un élément inorganique (on parle alors de matériau pérovskite halogène inorganique), par exemple du césium (Cs), du plomb (Pb), du phosphore (K) ou du lithium (Li), ou un élément organique (on parle alors de matériau pérovskite halogène organique), par exemple du formadiminium, aussi appelé FA, de formule chimique CN2H5+, ou du Methylammonium, aussi appelé MA, de formule chimique CH3NH3+, ou une combinaison de ces éléments,
- B est du plomb (Pb), de l'étain (Sn) ou du germanium (Ge), ou une combinaison de ces éléments, et
- X est un halogène, par exemple le brome (Br), le chlore (Cl), l'iode (I) ou une combinaison d'halogènes.
Des exemples, non limitatifs, d'intégration d'éléments de conversion à base de matériaux pérovskites dans un dispositif d'affichage à LED vont être décrits ci-après.
Les figures 1A à 1O sont des vues en coupe illustrant des étapes successives d'un exemple d'un procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique à LED selon un mode de réalisation.
La représente de façon schématique un circuit intégré de contrôle 110, préalablement formé dans et sur un substrat semiconducteur 111, par exemple un substrat en silicium. Dans cet exemple, le circuit de contrôle 110 comprend, du côté de sa face supérieure, pour chacune des LED du dispositif, un plot métallique de connexion 113 destiné à être connecté à l'une des électrodes (anode ou cathode) de la LED, de façon à pouvoir commander un courant circulant dans la LED et/ou appliquer une tension aux bornes de la LED. Le circuit de contrôle comprend par exemple pour chaque LED, connectée au plot métallique 113 dédié à la LED, une cellule élémentaire de contrôle comportant un ou plusieurs transistors, permettant de contrôler le courant circulant dans la LED et/ou une tension appliquée aux bornes de la LED. Le circuit de contrôle 110 est par exemple réalisé en technologie CMOS. Les plots métalliques 113 peuvent être latéralement entourés par un matériau isolant 114, par exemple de l'oxyde de silicium, de façon que le circuit de contrôle 110 présente une surface supérieure sensiblement plane comprenant une alternance (ou damier) de régions métalliques 113 et de régions isolantes 114. Le contact sur les électrodes des LED (cathodes ou anodes), non connectées aux plots 113, peut être pris de façon collective, par exemple dans une région périphérique du circuit de contrôle 110, par l'intermédiaire d'un ou plusieurs plots de connexion (non visibles sur la figure) du circuit de contrôle 110.
La représente en outre de façon schématique un empilement actif de LED 150, par exemple au nitrure de gallium, disposé sur la face supérieure d'un substrat de support 151. Le substrat de support 151 est par exemple un substrat en silicium, en saphir, en corindon, ou en tout autre matériau sur lequel un empilement actif de LED peut être déposé. Dans l'exemple représenté, l'empilement actif comprend, dans l'ordre à partir de la surface supérieure du substrat 151, une couche 153 en un matériau semiconducteur dopé de type N, par exemple une couche de nitrure de gallium dopé de type N, une couche émissive 155, et une couche 157 en un matériau semiconducteur dopé de type P, par exemple une couche de nitrure de gallium dopé de type P. La couche émissive 155 est par exemple constituée par un empilement d'une ou plusieurs couches émissives formant chacune un puits quantique, par exemple à base de GaN, InN, InGaN, AlGaN, AlN, AlInGaN, GaP, AlGaP, AlInGaP, ou d'une combinaison d'un ou plusieurs de ces matériaux. A titre de variante, la couche émissive 155 peut être une couche de nitrure de gallium intrinsèque, c'est-à-dire non intentionnellement dopé, par exemple de concentration en donneurs résiduels comprise entre 10^15 et 10^18 atomes/cm3, par exemple de l'ordre de 10^17 atomes/cm3. Dans cet exemple, la face inférieure de la couche émissive 155 est en contact avec la face supérieure de la couche 153, et la face supérieure de la couche émissive 155 est en contact avec la face inférieure de la couche 157. En pratique, selon la nature du substrat 151, un empilement d'une ou plusieurs couches tampon (non représentées) peut faire interface entre le substrat de support 151 et la couche de nitrure de gallium 153. L'empilement actif 150 est par exemple déposé par épitaxie sur le substrat de support 151.
La illustre une étape de dépôt, sur la face supérieure du circuit de contrôle 110, d'une couche métallique 116. Dans l'exemple représenté, la couche métallique 116 revêt sensiblement toute la surface supérieure du circuit de contrôle 110. En particulier, la couche métallique 116 est en contact avec les plots métalliques de connexion 113 du circuit de contrôle 110.
La illustre en outre une étape de dépôt, sur la face supérieure de l'empilement actif de LED 150, d'une couche métallique 159. Dans l'exemple représenté, la couche métallique 159 est disposée sur et en contact avec la face supérieure de la couche semiconductrice de type P 157. La couche métallique 159 revêt par exemple sensiblement toute la surface supérieure de l'empilement actif 150.
La illustre une étape au cours de laquelle l'empilement actif de LED 150 est rapporté sur la face supérieure du circuit de contrôle 110. Pour cela, l'ensemble comportant le substrat de support 151 et l'empilement actif 150 peut être retourné, puis rapporté sur le circuit de contrôle 110, de façon à mettre en contact la face supérieure (dans l'orientation de la ) de la couche métallique 159 en contact avec la face supérieure de la couche métallique 116. Au cours de cette étape, l'empilement actif 150 est fixé (bonded) au circuit de contrôle 110. A titre d'exemple, la fixation de l'empilement actif 150 sur le circuit de contrôle 110 peut être obtenue par collage moléculaire entre les deux surfaces mises en contact. A titre de variante, la fixation des deux surfaces peut être réalisée par thermocompression, collage eutectique, ou par toute autre méthode de fixation adaptée.
Une fois l'empilement actif de LED 150 fixé sur la face supérieure du circuit de contrôle 110, le substrat de support 151 de l'empilement actif de LED est retiré de façon à découvrir la face supérieure de la couche semiconductrice de type N 153. Le substrat 151 est par exemple retiré par meulage et/ou gravure à partir de sa face opposée à l'empilement actif 150. A titre de variante, dans le cas d'un substrat 151 transparent, par exemple un substrat en saphir ou en corindon, le substrat 151 peut être détaché de l'empilement actif 150 au moyen d'un faisceau laser projeté à travers le substrat 151 depuis sa face opposée à l'empilement actif 150 (procédé de type laser lift-off). Plus généralement, toute autre méthode permettant de retirer le substrat 151 peut être utilisée. Après le retrait du substrat 151, une étape supplémentaire de gravure peut être prévue pour retirer d'éventuelles couches tampon subsistant du côté de la face supérieure de la couche semiconductrice 153. En outre, une partie de l'épaisseur de la couche semiconductrice 153 peut être retirée, par exemple par gravure. A l'issue de cette étape, l'empilement actif 150 revêt sensiblement toute la surface du circuit de contrôle 110, sans discontinuité. A titre d'exemple, l'épaisseur de l'empilement actif 150 après le retrait du substrat de support 151 est comprise entre 0,5 et 10 µm.
La illustre une étape postérieure au retrait du substrat 151, de dépôt d'un masque dur 171 sur la face supérieure (dans l'orientation de la ) de l'empilement actif de LED 150. Dans cet exemple, le masque dur 171 est constitué d'un empilement comprenant, dans l'ordre à partir de la face supérieure de la couche semiconductrice de type N 153, une première couche d'oxyde de silicium 171a, une couche intermédiaire d'arrêt de gravure 171b, et une deuxième couche d'oxyde de silicium 171c. La couche intermédiaire 171b est en un matériau relativement difficilement gravable par rapport à l'oxyde de silicium, par exemple de l'aluminium, de l'alumine, ou du nitrure. A titre d'exemple, la couche intermédiaire 171b a une épaisseur comprise entre 10 et 500 nm, par exemple de l'ordre de 100 nm.
La illustre en outre une étape de formation d'ouvertures ou tranchées traversantes 173 dans le masque dur 171, par exemple par photolithographie puis gravure. Les tranchées 173 s'étendent depuis la face supérieure du masque dur 171 et débouchent sur la face supérieure de l'empilement actif de LED 150. Les tranchées 173 délimitent, en vue de dessus, les futures LED individuelles 176 du dispositif d'affichage.
La illustre une étape de prolongement, à travers l'empilement actif de LED 150, des tranchées 173 préalablement formées dans le masque dur 171. A titre d'exemple, les tranchées 173 sont prolongées verticalement par gravure à travers les couches 153, 155 et 157 de l'empilement de LED 150, la gravure étant interrompue sur la face supérieure de la couche métallique 159. Lors de cette étape de gravure, la couche supérieure d'oxyde de silicium 171c du masque dur 171 peut être partiellement ou totalement consommée. Les couches 171b et 171a sont en revanche préservées. Le prolongement des tranchées 173 à travers l'empilement actif 150 conduit à délimiter dans l'empilement actif 150 une pluralité de LED 176. Chaque LED 176 correspond à un îlot ou mesa formé dans l'empilement 150 et entouré latéralement par une tranchée 173. Ainsi, chaque LED 176 comprend un empilement vertical comportant, dans l'ordre à partir de la surface supérieure de la couche métallique 159, une portion de la couche semiconductrice de type P 157, correspondant à l'anode de la LED, une portion de la couche émissive 155, et une portion de la couche semiconductrice de type N 153, correspondant à la cathode de la LED. Les tranchées 173 peuvent être alignées par rapport à des repères préalablement formés sur le circuit de contrôle 110. Plus particulièrement, à l'étape de la , après le dépôt du masque dur 171 mais avant la formation des tranchées 173, des repères préalablement formés sur le substrat 111 peuvent être dégagés par gravure du masque dur 171 et de l'empilement actif 150 dans des zones périphériques de l'assemblage, ces repères servant ensuite de marques d'alignement pour le positionnement du masque de photolithographie utilisé pour réaliser les tranchées 173. Dans l'exemple représenté, chaque LED 176 est située, en projection verticale, en regard d'un unique plot métallique 113 du circuit de contrôle 110. Dans cet exemple, les tranchées 173 sont situées, en projection verticale, en regard des régions isolantes 114 de la face supérieure du circuit de contrôle 110.
La illustre en outre une étape de dépôt d'une couche isolante 178, par exemple en oxyde de silicium, sur les parois latérales et sur le fond des tranchées 173. Dans l'exemple représenté, la couche 178 est en outre déposée sur la face supérieure des portions du masque dur 171 surmontant les LED 176. La couche 178 est par exemple déposée sur toute la surface supérieure du dispositif par une méthode de dépôt conforme, par exemple par dépôt en couches monoatomiques successives (ALD). A titre d'exemple, l'épaisseur de la couche isolante 178 est comprise entre 10 nm et 1 µm.
La illustre une étape de retrait de la couche isolante 178 au fond des tranchées 173. Lors de cette étape, la couche 178 est conservée sur les parois latérales des tranchées 173. Pour cela, la couche 178 est par exemple gravée par gravure anisotrope verticale, ce qui conduit en outre à retirer la couche 178 sur la face supérieure des portions du masque dur 171 surmontant les LED 176.
La illustre de plus une étape de retrait, par exemple par gravure, des portions des couches métalliques 159 et 116 situées au fond des tranchées 173, de façon à prolonger les tranchées 173 jusqu'aux régions isolantes 114 de la face supérieure du circuit de contrôle 110. A l'issue de cette étape, les anodes (régions 157) des différentes LED 176 sont isolées électriquement les unes des autres par les tranchées 173, et chaque LED 176 a son anode connectée au plot métallique 113 sous-jacent par l'intermédiaire des portions de couches métalliques 159 et 116 subsistant entre la LED et le plot 113. Ceci permet un contrôle individuel des LED par le circuit de contrôle 110.
La illustre une étape ultérieure de dépôt, sur les parois latérales des tranchées 173, d'une deuxième couche isolante 178', par exemple en oxyde de silicium. La couche 178' est par exemple déposée sur toute la surface supérieure de l'assemblage par une technique de dépôt conforme, puis retirée uniquement sur la face supérieure des LED 176 et au fond des tranchées 173, par exemple par gravure anisotrope verticale.
La illustre une étape ultérieure de retrait des couches isolantes 178 et 178' sur une partie supérieure des flancs des LED 176. Plus particulièrement, lors de cette étape, les couches isolantes 178 et 178' sont retirées sur tout ou partie des flancs de la région de cathode 153 de chaque LED 176, de façon à libérer l'accès aux flancs de la région de cathode 153 de la LED. A titre d'exemple, les couches isolantes 178 et 178' sont retirées sur sensiblement toute la hauteur des flancs des régions de cathode 153 des LED 176. Les couches 178 et 178' sont en revanche conservées sur les flancs d'une partie inférieure de chaque LED 176, et en particulier sur toute la hauteur de la région émissive 155 et de la région d'anode 157 de chaque LED 176. De plus, la couche 178' est conservée sur les flancs des couches métalliques 116 et 159. A titre d'exemple, le retrait des couches 178 et 178' sur la partie supérieure des flancs des LED 176 est réalisé par gravure anisotrope verticale. Le procédé de gravure est de préférence choisi de façon à graver sélectivement l'oxyde de silicium par rapport au matériau de la couche intermédiaire 171b du masque dur 171. A titre d'exemple, la couche supérieure d'oxyde de silicium 171c du masque dur 171 est entièrement consommée lors de cette étape, tandis que la couche 171b est préservée et permet de protéger la partie inférieure 171a du masque dur 171. Les modes de réalisation décrits ne se limitent toutefois pas à ce cas particulier. A titre de variante, le masque dur 171 peut être constitué uniquement d'oxyde de silicium, pour autant que son épaisseur soit suffisamment importante pour protéger la face supérieure des LED 176 lors de l'étape de gravure anisotrope verticale de la .
La illustre une étape ultérieure de dépôt d'une métallisation 180 sur les parois latérales et sur le fond des tranchées 173. Dans l'exemple représenté, la métallisation 180 comble entièrement les tranchées 173. A titre d'exemple, la métallisation 180 est réalisée par un procédé de type damascène, comprenant une étape de dépôt d'une couche métallique sur toute la surface supérieure de l'assemblage sur une épaisseur suffisante pour combler les tranchées 173, suivie d'une étape de polissage mécanochimique de la face supérieure de l'assemblage pour planariser la face supérieure du dispositif et retirer les portions de la couche métallique surmontant les LED 176. Dans cet exemple, la couche d'arrêt de gravure 171b et la couche d'oxyde de silicium inférieure 171a du masque dur 171 sont en outre retirées lors de l'étape de polissage mécanochimique, de façon à exposer la face supérieure de la région de cathode 153 de chaque LED. A titre de variante (non représentée), la couche d'oxyde de silicium inférieure 171a ou une partie de l'épaisseur de la couche 171a peut être conservée et servir de couche de passivation de la face supérieure des régions de cathode 153 des LED 176. La métallisation 180 est par exemple constituée d'une couche inférieure d'accroche, comprenant par exemple un empilement Aluminium/Titane/Nitrure de Titane/Cuivre d'épaisseur comprise entre 10 et 100 nm, par exemple d'épaisseur de l'ordre de 50 nm, et d'une couche supérieure de remplissage, par exemple en cuivre, déposée par dépôt électrochimique. La métallisation 180 est en contact avec les flancs de la région de cathode 153 de chaque LED 176 du dispositif d'affichage, sur sensiblement toute la périphérie de la LED. La métallisation 180 est en revanche isolée des flancs des régions d'anode 157 et des régions émissives 155 des LED par les couches isolantes 178 et 178'. Dans cet exemple, la métallisation 180 forme, en vue de dessus, une grille conductrice continue interconnectant les régions de cathode 153 de toutes les LED du dispositif. La métallisation 180 est par exemple connectée au circuit de contrôle 110 dans une région périphérique du dispositif d'affichage.
Le dispositif obtenu à l'issue des étapes des figures 1A à 1I est un dispositif d'affichage monochromatique. En effet, les LED 176 sont toutes sensiblement identiques, et émettent sensiblement à la même longueur d'onde. A titre d'exemple, les LED 176 émettent majoritairement de la lumière bleue.
Les figures 1J à 1O illustrent des étapes ultérieures permettant de réaliser un dispositif d'affichage d'images couleur à partir du dispositif de la .
La illustre une étape de dépôt d'une couche de conversion lumineuse 201 en un matériau pérovskite sur la surface supérieure du dispositif de la . La couche 201 est adaptée à absorber des photons à la longueur d'onde d'émission des LED 176, et à réémettre des photons à une autre longueur d'onde. A titre d'exemple, la couche 201 est adaptée à convertir de la lumière bleue en lumière rouge.
L'épaisseur de la couche 201 est par exemple inférieure ou égale à 1 µm, par exemple de l'ordre de 250 nm. La couche 201 peut être monocristalline, polycristalline ou amorphe.
La couche 201 est par exemple déposée par dépôt PLD (de l'anglais "Pulsed Laser Deposition" – dépôt laser pulsé), sur la face supérieure de la structure de la . Le dépôt PLD consiste à pulvériser une cible du matériau pérovskite au moyen d'un laser pulsé, de manière à transférer le matériau dans un plasma, puis, via le plasma, sur le substrat de destination. Un avantage du dépôt PLD est qu'il permet de déposer des matériaux complexes tels que les matériaux pérovskites avec une bonne qualité cristalline, et ce à une température relativement basse, par exemple inférieure à 400°C, sans endommager le substrat de destination. A titre de variante, la couche 201 peut être déposée par toute autre méthode de dépôt adaptée, par exemple par dépôt sol-gel, ou par dépôt physique en phase vapeur (évaporation ou co-évaporation).
A ce stade, la couche de conversion 201 s'étend par exemple de façon continue et avec une épaisseur sensiblement constante sur toute la surface du dispositif d'affichage.
Dans l'exemple représenté, la couche de conversion 201 vient directement en contact, par sa face inférieure, avec la face supérieure des régions semiconductrices de cathode 153 des LED 176, définissant la face d'émission des LED. Ceci permet avantageusement de maximiser le couplage entre les LED et la couche de conversion. En outre, dans le cas où la région semiconductrice 153 est en nitrure de gallium, le dépôt du matériau pérovskite directement en contact avec la région semiconductrice 153 permet d'obtenir une couche de conversion 201 présentant, en vis-à-vis des LED 176 correspondantes, une structure monocristalline alignée sur la structure cristalline du nitrure de gallium. Ceci confère à l'élément de conversion 201 une plus grande stabilité dans le temps. Les modes de réalisation décrits ne se limitent toutefois pas à ce cas particulier. A titre de variante, une ou plusieurs couches diélectriques peuvent faire interface entre la face supérieure des LED et la couche 201.
La illustre une étape postérieure à l'étape de la , au cours de laquelle des portions de la couche de conversion 201 sont retirées, par exemple par gravure sèche, en regard de certaines parties du dispositif d'affichage. Plus particulièrement, lors de cette étape, la couche de conversion 201 est conservée au-dessus de certaines LED 176, et retirée au-dessus des autre LED 176. Pour cela, un masque de gravure, non représenté, par exemple formé par photolithographie, peut être disposé sur la face supérieure de la couche de conversion 201, ce masque étant ouvert en vis-à-vis de portions de la couche de conversion 201 à retirer. Le masque peut être retiré après la gravure. Les LED 176 qui restent revêtues par des portions de la couche de conversion 201 à l'issue de cette étape définissent des premiers pixels (R) adaptés à émettre de la lumière à une première longueur d'onde, par exemple de la lumière rouge.
La illustre une étape de dépôt d'une couche de passivation 203 en un matériau diélectrique, par exemple de l'oxyde de silicium ou du nitrure de silicium, sur la face supérieure de la structure obtenue à l'issue de l'étape de la . Dans cet exemple, la couche 203 s'étend sur une épaisseur supérieure à celle de la couche de conversion 201. Ainsi, les portions de la couche de conversion 201 subsistant en vis-à-vis des LED des pixels (R) du dispositif sont entièrement recouvertes par la couche 203. La couche 203 s'étend de façon continue sur toute la surface du dispositif d'affichage, et présente dans cet exemple une face supérieure sensiblement plane.
La illustre une étape de retrait localisé de la couche 203 en vis-à-vis de certaines des LED 176 non revêtues par des portions de la couche 201, de façon à former des ouvertures 205 en vis-à-vis desdites LED. La couche 203 est par exemple retirée par gravure sèche, en utilisant un masque de gravure. Lors de cette étape, la couche 203 est conservée en vis-à-vis des LED 176 revêtues par des portions de la couche 201. De plus, la couche 203 est conservée en vis-à-vis d'autres LED 176 non revêtues par des portions de la couche 201. Dans l'exemple représenté, les ouvertures 205 formées dans la couche 203 traversent toute l'épaisseur de la couche 203. Les ouvertures 205 débouchent par exemple sur la face supérieure de la région semiconductrice 153 des LED 176.
La illustre une étape de dépôt d'une couche de conversion lumineuse 207 en un matériau pérovskite distinct du matériau de la couche 201, sur la surface supérieure du dispositif de la . La couche 207 est adaptée à absorber des photons à la longueur d'onde d'émission des LED 176, et à réémettre des photons à une autre longueur d'onde, distincte de la longueur d'onde de réémission de la couche 201. A titre d'exemple, la couche 207 est adaptée à convertir de la lumière bleue en lumière verte.
L'épaisseur de la couche 207 est par exemple inférieure ou égale à 1 µm, par exemple de l'ordre de 250 nm.
La couche 207 est par exemple déposée par dépôt PLD, ou par toute autre méthode de dépôt adaptée, par exemple par dépôt sol-gel ou par dépôt physique en phase vapeur, sur la face supérieure de la structure de la .
Dans cet exemple, la couche de conversion 207 s'étend de façon continue sur toute la surface du dispositif d'affichage. En particulier, la couche de conversion s'étend dans les ouvertures 205 préalablement formées dans la couche 203. Dans l'exemple représenté, la couche de conversion 207 vient directement en contact, par sa face inférieure, avec la face supérieure des régions semiconductrices de cathode 153 des LED 176 situées en vis-à-vis des ouvertures 205. Les modes de réalisation décrits ne se limitent toutefois pas à ce cas particulier. A titre de variante, une ou plusieurs couches diélectriques peuvent faire interface entre la face supérieure des LED et la couche 207.
La illustre une étape au cours de laquelle des portions de la couche de conversion 207 sont retirées en regard de certaines parties du dispositif d'affichage. Plus particulièrement, lors de cette étape, la couche de conversion 201 est conservée uniquement au-dessus des LED 176 en vis-à-vis desquelles des ouvertures 205 ont été préalablement formées dans la couche 203. Les LED 176 qui restent revêtues par des portions de la couche de conversion 207 à l'issue de cette étape définissent des deuxièmes pixels (G) adaptés à émettre de la lumière à une deuxième longueur d'onde, par exemple de la lumière verte.
Le retrait localisé de la couche de conversion 207 peut être effectué par gravure sèche, au moyen d'un masque de gravure, non représenté.
A titre de variante, une étape de planarisation mécano-chimique (CMP) peut être mise en oeuvre pour retirer la couche de conversion 207 partout sauf dans les ouvertures 205 préalablement formées dans la couche 203 (procédé de type damascène). La CMP peut être interrompue sur la face supérieure de la couche 203.
A titre de variante, non représentée, les éléments de conversion 201 des pixels (R) peuvent eux aussi être réalisés par un procédé de type damascène. Dans ce cas, avant de déposer la couche de conversion 201, on dépose la couche 203 et on forme dans la couche 203 des premières ouvertures en vis-à-vis des LED 176 des pixels (R) du dispositif. La couche 201 est ensuite déposée puis planarisée par CMP de façon à n'être conservée que dans les premières ouvertures de la couche 203. Les ouvertures 205 sont ensuite formées dans la couche 203, puis la couche 207 est déposée puis planarisée par CMP de façon à n'être conservée que dans les ouvertures 205.
La illustre en outre une étape ultérieure de dépôt d'une couche de passivation 209, par exemple en le même matériau que la couche 203, sur la face supérieure du dispositif.
Le dispositif ainsi obtenu est un dispositif à trois couleurs, comprenant des premiers pixels (R) revêtus par des portions de la couche 201, adaptés à émettre à une première longueur d'onde, par exemple de de la lumière rouge, des deuxièmes pixels (G) revêtus par des portions de la couche 207, adaptés à émettre à une deuxième longueur d'onde, par exemple de la lumière verte, et des troisièmes pixels (B) non revêtus par des portions de la couche 201 ni par des portions de la couche 207, adaptés à émettre à une troisième longueur d'onde correspondant à la longueur d'onde d'émission des LED 176, par exemple de la lumière bleue.
A titre de variante, non représentée, on pourra, de façon similaire, réaliser un dispositif d'affichage couleur présentant un nombre de couleurs d'émission différent de trois, par exemple deux couleurs ou plus de trois couleurs. On notera que dans l'exemple décrit ci-dessus, on obtient l'une des couleurs d'émission du dispositif est émise directement par la LED correspondante, sans conversion photoluminescente par un matériau pérovskite. A titre de variante, chacune des couleurs d'émission du dispositif peut être obtenue par conversion photoluminescente par un matériau pérovskite. Par exemple, on peut obtenir un dispositif d'émission rouge-vert-bleu au moyen de LED ultraviolettes et de trois convertisseurs pérovskites de natures différentes.
Dans une autre variante, non représentée, on pourra adapter le procédé décrit pour réaliser un dispositif d'affichage monochromatique dans lequel chaque pixel comprend un élément de conversion de couleur en un matériau pérovskite. Ceci permet par exemple de réaliser un dispositif monochromatique émettant à une longueur d'onde différente de la longueur d'onde d'émission des LED 176. Dans ce cas, les éléments de conversion peuvent soit être discrétisés tel que décrit ci-dessus, soit former une couche continue revêtant toute la surface du dispositif d'affichage.
Les figures 2A à 2F illustrent des étapes successives d'une variante du procédé de réalisation d'un dispositif d'affichage d'images couleur décrit en relation avec les figures 1J à 1O. Dans cet exemple, on part d'une structure identique ou similaire à celle de la .
Le procédé des figures 2A à 2F diffère du procédé des figures 1J à 1O essentiellement en ce que, dans l'exemple des figures 2A à 2F, pour chaque type d'élément de conversion lumineuse souhaité, plutôt que de réaliser un dépôt non localisé (pleine plaque) du matériau pérovskite, suivi d'un retrait localisé du matériau de façon à ne conserver le matériau qu'en vis-à-vis de certaines LED 176 du dispositif, on réalise directement un dépôt localisé en vis-à-vis de certaines LED 176 du dispositif.
La illustre une étape de dépôt d'un premier masque de croissance sélective 301 sur la face supérieure du dispositif de la . La couche de masquage 301 est initialement déposée de façon continue sur toute la surface supérieure du dispositif, puis des ouvertures 303 sont formées dans la couche 301 en vis-à-vis de certaines LED 176 du dispositif. Les ouvertures 303 traversent toute l'épaisseur de la couche 301. Les ouvertures 303 débouchent par exemple sur la face supérieure de la région semiconductrice 153 des LED 176.
Le masque 301 est en un matériau tel que, à l'étape suivante, le matériau pérovskite ne se dépose pas sur la surface du masque. A titre d'exemple, le masque 301 est en un matériau polymère diélectrique, par exemple du parylène. Les ouvertures 303 peuvent par exemple être formées par photolithographie et gravure.
La illustre une étape de dépôt localisé d'une couche de conversion lumineuse 201 en un matériau pérovskite, sur la face supérieure du dispositif d'affichage, en vis-à-vis des ouvertures 303. A titre d'exemple, la couche 201 est adaptée à convertir de la lumière bleue en lumière rouge. L'épaisseur de la couche 201 est par exemple inférieure ou égale à 1 µm, par exemple de l'ordre de 250 nm.
La couche 201 est par exemple déposée par un procédé de dépôt sol-gel ou par dépôt PLD. Du fait de la nature du matériau du masque 301, la couche 201 se dépose uniquement dans les ouvertures 303, et non sur la face supérieure du masque 301.
Dans l'exemple représenté, la couche de conversion 201 vient directement en contact, par sa face inférieure, avec la face supérieure des régions semiconductrices 153 des LED 176 situées en vis-à-vis des ouvertures 303. Les modes de réalisation décrits ne se limitent toutefois pas à ce cas particulier. Les LED 176 situées en vis-à-vis des ouvertures 303 définissent des premiers pixels (R) du dispositif.
La illustre une étape de retrait du masque 301 de façon à conserver uniquement des portions de couche 201 en vis-à-vis des LED 176 pixels (R) du dispositif.
La illustre une étape de dépôt d'un deuxième masque de croissance sélective 305 sur la face supérieure du dispositif de la . La couche de masquage 305 est initialement déposée de façon continue sur toute la surface supérieure du dispositif, et recouvre notamment les portions de couche 201 des pixels (R) du dispositif. Des ouvertures 307 sont ensuite formées dans la couche 301 en vis-à-vis de certaines LED 176 non revêtues par la couche 201. Les ouvertures 307 traversent toute l'épaisseur de la couche 305. Les ouvertures 307 débouchent par exemple sur la face supérieure de la région semiconductrice 153 des LED 176.
Le masque 305 est en un matériau tel que, à l'étape suivante, le matériau pérovskite ne se dépose pas sur la surface du masque. Le masque 305 est par exemple en le même matériau que le masque 301 des figures 2A et 2B, par exemple en parylène. Les ouvertures 307 peuvent par exemple être formées par photolithographie et gravure.
La illustre une étape de dépôt localisé d'une couche de conversion lumineuse 207 en un matériau pérovskite, sur la face supérieure du dispositif d'affichage, en vis-à-vis des ouvertures 303. A titre d'exemple, la couche 207 est adaptée à convertir de la lumière bleue en lumière verte. L'épaisseur de la couche 207 est par exemple inférieure ou égale à 1 µm, par exemple de l'ordre de 250 nm.
La couche 207 est par exemple déposée par un procédé de dépôt sol-gel ou par dépôt PLD. Du fait de la nature du matériau du masque 305, la couche 207 se dépose uniquement dans les ouvertures 307, et non sur la face supérieure du masque 305.
Dans l'exemple représenté, la couche de conversion 207 vient directement en contact, par sa face inférieure, avec la face supérieure des régions semiconductrices de cathode 153 des LED 176 situées en vis-à-vis des ouvertures 307. Les modes de réalisation décrit ne se limitent toutefois pas à ce cas particulier. Les LED 176 situées en vis-à-vis des ouvertures 307 définissent des deuxièmes pixels (B) du dispositif.
La illustre une étape de retrait du masque 305 de façon à conserver uniquement des portions de couche 201 en vis-à-vis des LED des pixels (R) du dispositif et des portions de couche 207 en vis-à-vis des LED des pixels (G) du dispositif.
La illustre en outre une étape ultérieure de dépôt d'une couche de passivation 309 en un matériau diélectrique, par exemple de l'oxyde de silicium ou du nitrure de silicium, sur la face supérieure de la structure obtenue. Dans cet exemple, la couche 309 s'étend sur une épaisseur supérieure à celle des couches de conversion 201 et 207. Ainsi, les portions des couches de conversion 201 et 207 déposées en vis-à-vis des LED des pixels (R) et (G) du dispositif sont entièrement recouvertes par la couche 309. Dans l'exemple représenté, la couche 309 s'étend de façon continue sur toute la surface du dispositif d'affichage, et présente une face supérieure sensiblement plane.
Le dispositif ainsi obtenu est un dispositif à trois couleurs, comprenant des premiers pixels (R) revêtus par des portions de la couche 201, adaptés à émettre à une première longueur d'onde, des deuxièmes pixels (G) revêtus par des portions de la couche 207, adaptés à émettre à une deuxième longueur d'onde, et des troisièmes pixels (B) non revêtus par des portions de la couche 201 ni par des portions de la couche 207, adaptés à émettre à une troisième longueur d'onde correspondant à la longueur d'onde d'émission des LED 176.
A titre de variante, non représentée, on pourra, de façon similaire, réaliser un dispositif d'affichage couleur présentant un nombre de couleurs d'émission différent de trois, par exemple deux couleurs ou plus de trois couleurs.
Dans une autre variante, non représentée, on pourra adapter le procédé décrit pour réaliser un dispositif d'affichage monochromatique dans lequel chaque pixel comprend un élément de conversion de couleur en un matériau pérovskite.
La est une vue en coupe illustrant une autre variante d'un procédé de fabrication d'un dispositif d'affichage émissif à LED selon un mode de réalisation.
A nouveau, on part d'un dispositif d'affichage monochromatique, par exemple identique au dispositif de la . Dans cet exemple, on cherche à réaliser un dispositif monochromatique émettant à une longueur d'onde différente de la longueur d'onde d'émission des LED 176.
Pour cela, on dispose sur chaque LED 176 un élément de conversion 201 en un matériau pérovskite.
Selon un aspect du mode de réalisation de la , le dépôt des éléments de conversion 201 est un dépôt localisé, auto-aligné sur la face supérieure des LED 176.
Pour cela, le dépôt est réalisé selon un procédé de dépôt adapté à déposer le matériau pérovskite sur la face supérieure de la région semiconductrice 153 des LED 176, par exemple en contact avec la face supérieure de la région 153, sans que le matériau pérovskite ne se dépose sur la face supérieure des métallisations 180 séparant les LED 176. Pour cela, un traitement de surface des métallisations 180 peut éventuellement être prévu, pour que le matériau pérovskite ne se dépose pas sur les métallisations 180. Ceci permet de localiser, de façon auto-alignée (sans masque) le matériau pérovskite au-dessus des LED 176. A titre d'exemple, le matériau pérovskite est déposé par un procédé de dépôt sol-gel, ou par dépôt PLD.
Les figures 4A à 4C illustrent des étapes successives d'une variante du procédé de réalisation d'un dispositif d'affichage d'images couleur décrit en relation avec les figures 1J à 1O. Dans cet exemple, on part à nouveau d'une structure identique ou similaire à celle de la .
La illustre une étape de dépôt, sur la face supérieure du dispositif de la , d'un empilement comportant, dans l'ordre à partir de la face supérieure du dispositif de la , une première couche de conversion lumineuse 201 en un premier matériau pérovskite, une première couche d'arrêt de gravure 401, une deuxième couche de conversion 207 en un deuxième matériau pérovskite, et une couche de protection 403.
La couche 201 est adaptée à absorber des photons à la longueur d'onde d'émission des LED 176, et à réémettre des photons à une autre longueur d'onde. A titre d'exemple, la couche 201 est adaptée à convertir de la lumière bleue en lumière verte. La couche 207 est quant à elle adaptée à absorber des photons à la longueur d'onde d'émission de la couche 201, et à réémettre des photons à une autre longueur distincte de la longueur d'onde d'émission des LED 176. A titre d'exemple, la couche 207 est adaptée à convertir de la lumière verte en lumière rouge. Les épaisseurs des couches 201 et 207 sont par exemple inférieures ou égales à 1µm, par exemple de l'ordre de 250 nm.
La couche 401 est par exemple en nitrure d'aluminium (AlN), ou en tout autre matériau tel que la couche 207 soit gravable sélectivement par rapport à la couche 401.
La couche 403 peut être en un matériau diélectrique, par exemple en oxyde de silicium.
A ce stade, les couches 201, 401, 207 et 403 de l'empilement s'étendent chacune de façon continue sur toute la surface supérieure du dispositif de la .
Dans l'exemple représenté, la couche de conversion 201 vient directement en contact, par sa face inférieure, avec la face supérieure des régions semiconductrices 153 des LED 176. Les modes de réalisation décrits ne se limitent toutefois pas à ce cas particulier.
La illustre une étape de gravure localisée de l'empilement des couches 201, 401, 207 et 403 en vis-à-vis de certaines parties du dispositif d'affichage. Plus particulièrement, lors de cette étape, l'empilement des couches 201, 401, 207 et 403 est retiré, par exemple par gravure sèche, au-dessus de certaines LED 176, et conservé au-dessus des autres LED 176. Lors de cette étape, un masque de gravure, non représenté, par exemple formé par photolithographie, peut être disposé sur la face supérieure de l'empilement, ce masque étant ouvert en vis-à-vis de portions de l'empilement à retirer. Le masque peut ensuite être retiré après la gravure. Les LED 176 découvertes à l'issue de cette étape définissent des premiers pixels (B) adaptés à émettre de la lumière à une première longueur d'onde, correspondant à la longueur d'onde d'émission des LED 176.
La illustre une étape de gravure localisée des couches supérieures 403 et 207 de l'empilement en vis-à-vis de certaines parties du dispositif d'affichage.
Plus particulièrement, dans cet exemple, les couches 403 et 207 sont retirées, par exemple par gravure sèche, au-dessus de certaines des LED 176 non découvertes à l'étape précédente, et conservées au-dessus des autres LED 176 non découvertes à l'étape précédente. Lors de cette étape, un masque de gravure, non représenté, par exemple formé par photolithographie, peut être disposé sur la face supérieure de l'empilement, ce masque étant ouvert en vis-à-vis de portions de l'empilement à retirer. Le masque peut ensuite être retiré après la gravure. Lors de cette étape, la couche 401 sert de couche d'arrêt de gravure. A titre de variante, si le matériau pérovskite de la couche 207 est gravable sélectivement par rapport au matériau pérovskite de la couche 201, la couche d'arrêt de gravure 401 peut être omise. A l'issue de cette étape, les LED 176 revêtues par la couche 201 et non revêtues par la couche 207 définissent des deuxièmes pixels (G) adaptés à émettre de la lumière à une deuxième longueur d'onde différente de la longueur d'onde d'émission des LED 176, et les LED 176 revêtues par la couche 201 et par la couche 207 définissent des troisièmes pixels (R) adaptés à émettre de la lumière à une troisième longueur d'onde différente des longueurs d'ondes d'émission des premiers (B) et deuxièmes pixels (G).
Après cette étape, une couche de passivation, non représentée, peut éventuellement être déposée sur la face supérieure du dispositif.
A titre de variante, non représentée, on pourra, de façon similaire, réaliser un dispositif d'affichage couleur présentant un nombre de couleurs d'émission supérieur à trois.
Les figures 5A à 5F illustrent des étapes successives d'une autre variante du procédé de réalisation d'un dispositif d'affichage d'images couleur décrit en relation avec les figures 1J à 1O. Dans cet exemple, on part à nouveau d'une structure identique ou similaire à celle de la .
Dans cette variante, on utilise un procédé de type "lift-off" (décollage) pour former les éléments de conversion 201 et 207 sans étape de gravure des matériaux pérovskite.
La illustre une étape de dépôt d'un premier masque sacrificiel 501 sur la face supérieure du dispositif de la . La couche de masquage 501 est initialement déposée de façon continue sur toute la surface supérieure du dispositif, puis des ouvertures 503 sont formées dans la couche 501 en vis-à-vis de certaines LED 176 du dispositif. Les ouvertures 503 traversent toute l'épaisseur de la couche 301. Les ouvertures 503 débouchent par exemple sur la face supérieure de la région semiconductrice 153 des LED 176.
Le masque 501 est en un matériau gravable sélectivement par rapport au matériau pérovskite de la couche de conversion 201 déposée à l'étape suivante. A titre d'exemple, le masque 501 est en résine ou en oxyde de silicium. Les ouvertures 501 peuvent par exemple être formées par photolithographie et gravure.
La illustre une étape de dépôt d'une couche de conversion lumineuse 201 en un matériau pérovskite, sur la face supérieure du dispositif. La couche 201 s'étend sur la face supérieure de la couche de masquage 501, et sur la face supérieure des LED 176 dans les ouvertures 503. A titre d'exemple, la couche 201 est adaptée à convertir de la lumière bleue en lumière rouge. L'épaisseur de la couche 201 est par exemple inférieure ou égale à 1 µm, par exemple de l'ordre de 250 nm. La couche 201 est par exemple déposée par un procédé de dépôt sol-gel, ou par dépôt PLD. Dans l'exemple représenté, la couche de conversion 201 vient directement en contact, par sa face inférieure, avec la face supérieure des régions semiconductrices 153 des LED 176 situées en vis-à-vis des ouvertures 503. Les modes de réalisation décrits ne se limitent toutefois pas à ce cas particulier. Les LED 176 situées en vis-à-vis des ouvertures 503 définissent des premiers pixels (R) du dispositif.
La illustre une étape de retrait du masque sacrificiel 501, par exemple par gravure humide. Ceci conduit à l'élimination, par décollage ("lift-off" en anglais), de la portion de la couche 201 située sur la face supérieure du masque 501. Ainsi, à l'issue de cette étape, seules subsistent les portions de la couche de conversion 201 situées dans les ouvertures 503 préalablement formées dans la couche 501, en vis-à-vis des LED 176 des pixels (R) du dispositif.
La illustre une étape de dépôt d'un deuxième masque sacrificiel 505 sur la face supérieure du dispositif de la . La couche de masquage 505 est initialement déposée de façon continue sur toute la surface supérieure du dispositif. En particulier, la couche de masquage 505 recouvre intégralement les portions de couche 201 des pixels (R) du dispositif. Des ouvertures 507 sont formées dans la couche 505 en vis-à-vis de certaines LED 176 non recouvertes par les portions de la couche 201. Les ouvertures 507 traversent toute l'épaisseur de la couche 505. Les ouvertures 505 débouchent par exemple sur la face supérieure de la région 153 des LED 176.
Le masque 505 est en un matériau gravable sélectivement par rapport au matériau pérovskite de la couche de conversion 207 déposée à l'étape suivante. A titre d'exemple, le masque 505 est en résine ou en oxyde de silicium. Le masque 505 est par exemple en le même matériau que le masque 501 retiré à l'étape précédente. Les ouvertures 507 peuvent par exemple être formées par photolithographie et gravure.
La illustre une étape de dépôt d'une couche de conversion lumineuse 207 en un matériau pérovskite, sur la face supérieure du dispositif. La couche 207 s'étend sur la face supérieure de la couche de masquage 505, et sur la face supérieure des LED 176 dans les ouvertures 507. A titre d'exemple, la couche 207 est adaptée à convertir de la lumière bleue en lumière verte. L'épaisseur de la couche 207 est par exemple inférieure ou égale à 1 µm, par exemple de l'ordre de 250 nm. La couche 207 est par exemple déposée par un procédé de dépôt sol-gel, ou par dépôt PLD. Dans l'exemple représenté, la couche de conversion 207 vient directement en contact, par sa face inférieure, avec la face supérieure des régions semiconductrices 153 des LED 176 situées en vis-à-vis des ouvertures 507. Les modes de réalisation décrits ne se limitent toutefois pas à ce cas particulier. Les LED 176 situées en vis-à-vis des ouvertures 507 définissent des deuxièmes pixels (G) du dispositif.
La illustre une étape de retrait du masque sacrificiel 505, par exemple par gravure humide. Ceci conduit à l'élimination, par décollage ("lift-off" en anglais), de la portion de la couche 207 située sur la face supérieure du masque 505. Ainsi, à l'issue de cette étape, seules subsistent les portions de la couche de conversion 201 situées en vis à vis des LED 176 des pixels (R) du dispositif, et les portions de la couche de conversion 207 situées en vis-à-vis des LED 176 des pixels (G) du dispositif.
La illustre en outre une étape ultérieure de dépôt d'une couche de passivation 509 en un matériau diélectrique, par exemple de l'oxyde de silicium ou du nitrure de silicium, sur la face supérieure de la structure obtenue. Dans cet exemple, la couche 509 s'étend sur une épaisseur supérieure à celle des couches de conversion 201 et 207. Ainsi, les portions des couches de conversion 201 et 207 déposées en vis-à-vis des LED des pixels (R) et (G) du dispositif sont entièrement recouvertes par la couche 509. Dans l'exemple représenté, la couche 509 s'étend de façon continue sur toute la surface du dispositif d'affichage, et présente une face supérieure sensiblement plane. A titre de variante, non représentée, la portion de la couche 509 située en vis-à-vis des pixels B peut être gravée localement sur toute son épaisseur, et remplacée par un autre matériau présentant un indice de réfraction intermédiaire entre le matériau de la couche 509 et le matériau semiconducteur de la couche 153, de façon à éviter ou limiter un phénomène de guidage latéral de la lumière émise par les pixels B, dans la couche 159.
Le dispositif ainsi obtenu est un dispositif à trois couleurs, comprenant des premiers pixels (R) revêtus par des portions de la couche 201, adaptés à émettre à une première longueur d'onde, des deuxièmes pixels (G) revêtus par des portions de la couche 207, adaptés à émettre à une deuxième longueur d'onde, et des troisièmes pixels (B) non revêtus par des portions de la couche 201 ni par des portions de la couche 207, adaptés à émettre à une troisième longueur d'onde correspondant à la longueur d'onde d'émission des LED 176.
A titre de variante, non représentée, on pourra, de façon similaire, réaliser un dispositif d'affichage couleur présentant un nombre de couleurs d'émission différent de trois, par exemple deux couleurs ou plus de trois couleurs.
Dans une autre variante, non représentée, on pourra adapter le procédé décrit pour réaliser un dispositif d'affichage monochromatique dans lequel chaque pixel comprend un élément de conversion de couleur en un matériau pérovskite.
Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d’autres variantes apparaîtront à la personne du métier. En particulier, les types de conductivité des couches semiconductrices 153 (de type N dans les exemples décrits) et 157 (de type P dans les exemples décrits) peuvent être inversés.
Par ailleurs, bien que l'on ait décrit uniquement des exemples de réalisation de dispositifs d'affichage à base de LED au nitrure de gallium, les modes de réalisation décrits peuvent être adaptés à la fabrication de tout dispositif émissif à LED, y compris à base de matériaux semiconducteurs inorganiques autres que le nitrure de gallium, par exemple des LED à base d'autres matériaux semiconducteurs III-V. A titre de variante, les modes de réalisation décrits peuvent être adaptés à la fabrication de dispositifs émissifs à LED organiques.
En outre, bien que cela n'ait pas été détaillé ci-dessus, les éléments de conversion lumineuse à base de matériaux pérovskites 201 et/ou 207 peuvent être combinés à des filtres de couleur, par exemple en vue d'améliorer la saturation des couleurs. A titre d'exemple, dans les dispositifs décrits ci-dessus, les éléments de conversion 201 et/ou 207 des pixels (R) et (G) peuvent être surmontés d'un filtre, par exemple une résine colorée, adapté à laisser passer la lumière à la longueur d'onde d'émission de l'élément de conversion 201 et/ou 207 correspondant, et à bloquer la lumière à la longueur d'onde d'émission des LED 176. Ceci permet de supprimer d'éventuels résidus du rayonnement émis par les LED 176, traversant les éléments 201 et 207.
De plus, les modes de réalisation décrits ne se limitent pas à l'exemple particulier de procédé de fabrication du dispositif d'affichage monochromatique de départ décrit en relation avec les figures 1A à 1I. A titre de variante, le dispositif d'affichage monochromatique de départ pourra être réalisé en utilisant un procédé du type décrit dans la demande de brevet WO2017/194845 précédemment déposée par le demandeur, ou encore par un procédé comprenant une hybridation d'un circuit intégré de contrôle et d'une matrice de LED déjà pixellisée, par exemple du type décrit dans la demande de brevet WO2019/180362 précédemment déposée par le demandeur.
Par ailleurs, bien que l'on ait décrit ci-dessus des exemples d'intégration d'éléments de conversion en des matériaux pérovskites dans un dispositif d'affichage à LED monolithique (micro-écran), les modes de réalisation décrits ne se limitent pas à cette application particulière. A titre de variante, on pourra utiliser une couche de conversion en un matériau pérovskite sur une puce élémentaire d'un dispositif d'éclairage à LED, ou sur une puce élémentaire comprenant une ou plusieurs LED et, optionnellement, un circuit de contrôle de ladite une ou plusieurs LED, et définissant un pixel d'un dispositif d'affichage à LED, par exemple du type décrit dans la demande de brevet WO2017089676, dans la demande de brevet WO2018185434, ou dans la demande de brevet WO2018185433 précédemment déposées par le demandeur. Plus généralement, les modes de réalisation décrits peuvent être adaptés à toute application nécessitant de convertir la lumière émise par une LED.
En outre, bien que l'on ait décrit ci-dessus des exemples d'intégration d'éléments de conversion en des matériaux pérovskites dans un dispositif d'affichage à base de LED planaires, les modes de réalisation pourront être adaptés à des dispositifs d'affichage à base de LED tridimensionnelles, par exemple des LED à base de nanofils ou de microfils semiconducteurs, ou encore des LED pyramidales (en forme de micro ou de nano-pyramides), par exemple du type décrit dans la demande de brevet FR3087942 ou dans la demande de brevet FR3089687 précédemment déposées par le demandeur. Dans ce cas, la couche de conversion pérovskite peut soit être déposée directement sur les LED, soit sur une couche intermédiaire de planarisation revêtant les LED.
De plus, les modes de réalisation décrits ne se limitent pas aux exemples particuliers décrits ci-dessus de méthodes de dépôt des matériaux pérovskites. Plus généralement, les couches de conversion pérovskites peuvent être déposées par toute méthode de dépôt adaptée, par exemple par dépôt PLD, par dépôt physique en phase vapeur (PVD), par dépôt sol-gel, par dépôt chimique en phase vapeur (CVD), ou encore par dépôt hybride (par exemple dépôt métallique et bain dans solution organique, par exemple à base de CH3NH3).
Claims (18)
- Dispositif optoélectronique comportant une diode électroluminescente (176) surmontée d'une couche de conversion photoluminescente (201, 207) en un matériau pérovskite.
- Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la couche de conversion photoluminescente (201, 207) est en un matériau pérovskite inorganique.
- Dispositif selon la revendication 2, dans lequel la couche de conversion photoluminescente (201, 207) est en un matériau pérovskite halogène inorganique.
- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la diode électroluminescente (176) est une diode électroluminescente inorganique.
- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la couche de conversion photoluminescente (201, 207) est en contact avec une région semiconductrice (153) de la diode électroluminescente (176).
- Dispositif selon la revendication 5, dans lequel ladite région semiconductrice (153) est en un matériau semiconducteur III-V, de préférence du nitrure de gallium.
- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comportant au moins une première diode électroluminescente (176) surmontée d'une première couche (201) en un premier matériau pérovskite, une deuxième diode électroluminescente (176) surmontée d'une deuxième couche (207) en un deuxième matériau pérovskite, et une troisième diode électroluminescente (176) non surmontée par les première (201) et deuxième (207) couches.
- Dispositif selon la revendication 7, dans lequel la première diode électroluminescente (176) n'est pas surmontée par la deuxième couche (207) en un deuxième matériau pérovskite et dans lequel la deuxième diode électroluminescente (176) n'est pas surmontée par la première couche (201) en un premier matériau pérovskite.
- Dispositif selon la revendication 7, dans lequel la première diode électroluminescente (176) n'est pas surmontée par la deuxième couche (207) en un deuxième matériau pérovskite, et dans lequel la deuxième diode électroluminescente (176) est surmontée par la première couche (201) en un premier matériau pérovskite et par la deuxième couche (207) en un deuxième matériau pérovskite.
- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel les première, deuxième et troisième diodes électroluminescentes (176) sont intégrées dans un même dispositif d'affichage monolithique.
- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant en outre, accolé à la diode électroluminescente (176), un circuit intégré (110) de contrôle de la diode électroluminescente (176).
- Procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique comportant une diode électroluminescente (176), le procédé comportant une étape de dépôt d'une couche de conversion photoluminescente (201, 207) en un matériau pérovskite sur la diode électroluminescente (176).
- Procédé selon la revendication 12, dans lequel ladite couche de conversion photoluminescente (201, 207) est déposée par dépôt laser pulsé.
- Procédé selon la revendication 12 ou 13, dans lequel ladite couche de conversion photoluminescente (201, 207) est déposée sur et en contact avec une région semiconductrice (153) de la diode électroluminescente (176).
- Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, dans lequel la couche de conversion photoluminescente (201, 207) est d'abord déposée de façon continue sur toute la surface du dispositif, puis retirée de façon localisée par photolithographie et gravure.
- Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, dans lequel la couche de conversion photoluminescente (201, 207) est déposée de façon localisée à travers un masque de croissance sélective (301).
- Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, dans lequel la couche de conversion photoluminescente (201, 207) est déposée de façon localisée et auto-alignée par croissance sélective sur la diode électroluminescente (176).
- Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, dans lequel la couche de conversion photoluminescente (201, 207) est déposée sur et à travers un masque sacrificiel (501), le procédé comprenant en outre, après le dépôt de la couche de conversion photoluminescente (201, 207), une étape de retrait du masque sacrificiel (501).
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