JP2013502715A - 発光ダイオードをベースとした発光デバイスの製造方法 - Google Patents

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Abstract

LEDをベースとしたデバイスの製造方法であって、絶縁面(10,12)上に作られた第１電極(14)の上に半導体ナノワイヤ(16)を成長させる段階と、平坦化材料(18)でそれをカプセル化する段階と、接触取得領域(22)を有する第２電極(20)を、平坦化材料(18)上に形成する段階と、各取得領域(22)の周りの前記第１電極のバンドを解放する段階と、前記絶縁面(10,12)まで前記各バンドに沿ってトレンチ(28)を形成する段階と、によってLED(24)を形成する段階と、前記取得領域(22)と前記第１電極のバンドとを接続することによって直列に前記LED(24)を配置する段階と、を含む。

Description

本発明は、発光ダイオードをベースとした発光デバイスを製造する分野に関し、特に高輝度で大きい表面積を有する発光デバイスに関する。
通常LED（発光ダイオード（light emitting diodes）に対する頭字語）をベースとした発光デバイスは、半導体層の材料に適合したメッシュパラメータ（mesh parameter）を有するサファイア又は炭化ケイ素（SiC）基板上にエピタキシーによって作られた半導体層の積層体から成る。複数のダイオードは通常、同時にウエハの規模に作られ、次いでダイオードはカッティングによって個別化される。こうして得られた単一チップは、用途に応じて、その電源供給のための発光システムのPCB（プリント回路基板（printed circuit board）)として知られる支持基板に次いで取り付けられるが、PCBに取り付けられるチップ数は発光システムが必要とする輝度に応じて選ばれる。
しかしながら、このタイプのLEDの製造は、非常に多くの段階、特に、エピタキシャル成長基板の薄化段階及び／又は縮小段階、並びに応用時におけるPCBへのLEDの取り付け段階を必要とするため、複雑でコストが高い状態である。
しかし特に、このようなLEDに注入された電気エネルギーの重要な部分（略８０％）は熱に変換される。その際に、それらがかなりの加熱を受ける場合、このようなダイオードの効率が低下するだけでなく、その耐用年数も実質的に短くなる。放熱の問題がこうしてもたらされるが、発光システムの高輝度、故に多くのダイオードが必要とされる場合に益々そのようになる。実際、放熱は、このタイプのLEDが更に広まらない主要な理由として残っている。
LEDへの電源供給は通常、150℃を超える温度までそれが加熱されないように数ワットに制限され、且つ／又はアクティブダイオード冷却デバイス（ファン、ペルチェ効果モジュールなど）が発光システムに提供される。
良好な放熱とは反対の熱抵抗（特に、回路基板上にLEDを保持するための層の高い熱抵抗）を低減するために、LEDはまた回路基板上に直接集積できるが（それで“チップオンボード（chip on board）”と呼ばれる）、それは転写（transfer）に関連する熱抵抗を取り除く。しかしながら、集積操作は複雑であり、放熱の増加は不十分である。
近年、ナノワイヤをベースとしたLEDが現れたが、その利点はLEDを構成する材料とナノワイヤ成長基板との間のメッシュに適合させる必要がないことである。基板の幅広い選択が故に可能であり、サファイア及びSiCだけでなく、特に、LEDによって作られた熱の良好な放熱ができる、例えば金属などの基板が選択できる。このようなLEDの製造の詳細な説明については、例えば特許文献１を参照することができる。
特に取り除かれない基板により製造段階の数は更に制限されるが、LEDは依然として同時に作られ、次いで個別化され、個別化されたLEDはPCBに取り付けられるか、又は回路基板上に直接集積される。実際、発光システムの構成段階は依然として非常に多く、PCB上へのLEDの転写又は回路基板上へのその集積は、放熱の有効性を低減させる非常に多くの熱抵抗をもたらす。
国際公開第２００７／１４１３３３号明細書
本発明の目的は、大きな表面積を有し、故に高輝度であり、改善された放熱特性を有するLEDをベースとした発光デバイスの単純な製造方法を提供することによって、前述の問題を解決することである。
この目的を達成するために、第１方法は、
■ 熱交換器を形成する支持体を形成する段階と、
■ 支持体上に第１電極を形成する段階と、
■ 第１電極上で半導体発光ナノワイヤを成長させる段階と、
■ 平坦化材料においてナノワイヤをカプセル化する段階と、
■ ナノワイヤによって発せられる光を少なくとも部分的に透過できる第２電極を、平坦化材料上に形成する段階と、
から成る。
本発明によると、
■ 支持体は、その上に第１電極が形成される電気的絶縁面を有し、
■ この第１方法は、
第２電極上の電気接触を取るための領域の形成段階と、
■ 各接触取得領域（contact take-up area）の周りの第１電極のバンド（band）を解放する段階であって、
- 第２電極の表面上に前記バンドを規定するマスクを形成する段階と、
- 第１電極上に平坦化材料を維持するように停止される、平坦化材料の第１化学エッチング段階と、
- 第１化学エッチングの間に平坦化材料から放出されるナノワイヤの一部分の第２化学エッチング段階と、
- 第１化学エッチングの終わりに残存する平坦化材料の第３化学エッチング段階と、
を含む、段階と、
■ 支持体の電気的絶縁面まで前記各バンドに沿ってトレンチを形成する段階と、
によって発光ダイオードを形成する段階と、
電気接触取得領域と第１電極のバンドとを電気的に接続することによって直列に発光ダイオードを配置する段階と、
を含む。
本発明の別の主題は、この目的のために提供された第２方法であり、それは、
■ 熱交換器を形成する支持体を形成する段階と、
■ 支持体の電気的絶縁面上に第１電極を形成する段階と、
■ 第１電極上に発光半導体ナノワイヤを成長させる段階と、
■ ナノワイヤの自由端上に、ナノワイヤによって発せられる光を少なくとも部分的に透過できる第２電極を形成する段階と、
から成る。
本発明によると、
■ 支持体は、その上に第１電極が形成される電気的絶縁面を有し、
■ ナノワイヤの自由端は裾広がりであり、第２電極のための支持体を形成するように隣接しており、
■ 第１電極は、ナノワイヤの既定の化学エッチングに対して実質的に不活性な材料から作られ、
■ この第２方法は、
第２電極上に電気接触取得領域を形成する段階と、
■ 各接触取得領域の周りの第１電極のバンドを解放する段階であって、第２電極の表面上に前記バンドを規定するマスクの形成段階と、前記既定の化学エッチングの応用段階と、を含む、段階と、
■ 支持体の電気的絶縁面まで前記各バンドに沿ってトレンチを形成する段階と、
によって発光ダイオードを形成する段階と、
電気接触取得領域電気的接続部及び第１電極のバンドを介して直列に発光ダイオードを配置する段階と、
を含む。
言い換えると、ナノワイヤベースのLEDは常に、支持体に同時に配置される。しかしながら、本発明によると、前記支持体はその物理的分離なしに、後続のチップを個別化する段階のための電気的絶縁面を有する。加えて、各LEDの第１電極を形成する材料の層は、支持体に対して平行面を提供するために十分にきれいな状態にされ、LEDを直列に配置するのに使用される。それ故に、LEDを個別化するためにプリント回路基板を使用する必要はもはやなく、故に全体の熱抵抗は最小化される。LEDはそれ故に、良好な放熱体になるように選ばれ、例えばフィンなどを含む支持体上に、有利に残る。
加えて、第１電極のバンドは、LEDを直列に配置する場合に接触を取るために大きな表面積を有するが、一方で、トレンチ形成段階の間のオーバーエッチングを避ける。
本発明によると、支持体を形成する段階は、電気的絶縁面とは反対の面に放熱フィンを形成する段階を含むことができる。
加えて、支持体を形成する段階はまた、導電性基板上に絶縁層を堆積する段階を含むことができる。この絶縁層は例えば、無機材料、特に、ダイヤモンド、AlN、SiC、BN若しくはSi3N4又はSiO2の層から成り得る。
本発明によると、第１電極は、特にTi、Cr、TiN又はWNから作られた相互接続材料の第１層と、特にCu、Au、Ag、W、Ni又はPdであり、高い導電性を有する材料である、第１層上に堆積された第２薄層と、を含むことができる。第１層に第２層を取り付けることができる。
上述のナノワイヤは、有利にZnOから成る。加えて、第１電極は例えばZnO層である。
電気的接続部は、特にAuワイヤを有するワイヤリングによって、有利に作られる。
有利に、発光団材料が、発光色を規定し、調整するために、第２電極上に堆積される。
本発明によるダイオードベースの発光デバイスの製造方法を示す図面である。 本発明によるダイオードベースの発光デバイスの製造方法を示す図面である。 本発明によるダイオードベースの発光デバイスの製造方法を示す図面である。 本発明によるダイオードベースの発光デバイスの製造方法を示す図面である。 本発明によるダイオードベースの発光デバイスの製造方法を示す図面である。 本発明によるダイオードベースの発光デバイスの製造方法を示す図面である。 本発明によるダイオードベースの発光デバイスの製造方法を示す図面である。 本発明によるダイオードベースの発光デバイスの製造方法を示す図面である。 ダイオードの様々な相互接続部を示す概略図である。 ナノワイヤの除去が特別な予防措置なしに達成された場合に現れる横方向オーバーエッチングの頻繁に起こる問題を示す図面である。 低密度GaNナノワイヤに対するLEDのより詳細な個別化段階及び電気的接続段階を示す図面である。 低密度GaNナノワイヤに対するLEDのより詳細な個別化段階及び電気的接続段階を示す図面である。 低密度GaNナノワイヤに対するLEDのより詳細な個別化段階及び電気的接続段階を示す図面である。 低密度GaNナノワイヤに対するLEDのより詳細な個別化段階及び電気的接続段階を示す図面である。 低密度GaNナノワイヤに対するLEDのより詳細な個別化段階及び電気的接続段階を示す図面である。 低密度GaNナノワイヤに対するLEDのより詳細な個別化段階及び電気的接続段階を示す図面である。 低密度GaNナノワイヤに対するLEDのより詳細な個別化段階及び電気的接続段階を示す図面である。 低密度GaNナノワイヤに対するLEDのより詳細な個別化段階及び電気的接続段階を示す図面である。 低密度GaNナノワイヤに対するLEDのより詳細な個別化段階及び電気的接続段階を示す図面である。 低密度GaNナノワイヤに対するLEDのより詳細な個別化段階及び電気的接続段階を示す図面である。 低密度GaNナノワイヤに対するLEDのより詳細な個別化段階及び電気的接続段階を示す図面である。 ZnOナノワイヤに対するLEDのより詳細な個別化段階及び電気的接続段階を示す図面である。 ZnOナノワイヤに対するLEDのより詳細な個別化段階及び電気的接続段階を示す図面である。 ZnOナノワイヤに対するLEDのより詳細な個別化段階及び電気的接続段階を示す図面である。 ZnOナノワイヤに対するLEDのより詳細な個別化段階及び電気的接続段階を示す図面である。 ZnOナノワイヤに対するLEDのより詳細な個別化段階及び電気的接続段階を示す図面である。 ZnOナノワイヤに対するLEDのより詳細な個別化段階及び電気的接続段階を示す図面である。 ZnOナノワイヤに対するLEDのより詳細な個別化段階及び電気的接続段階を示す図面である。 ZnOナノワイヤに対するLEDのより詳細な個別化段階及び電気的接続段階を示す図面である。 ZnOナノワイヤに対するLEDのより詳細な個別化段階及び電気的接続段階を示す図面である。 ZnOナノワイヤに対するLEDのより詳細な個別化段階及び電気的接続段階を示す図面である。 ZnOナノワイヤに対するLEDのより詳細な個別化段階及び電気的接続段階を示す図面である。 ZnOナノワイヤに対するLEDのより詳細な個別化段階及び電気的接続段階を示す図面である。 ZnOナノワイヤに対するLEDのより詳細な個別化段階及び電気的接続段階を示す図面である。 ZnOナノワイヤに対するLEDのより詳細な個別化段階及び電気的接続段階を示す図面である。 高密度GaNナノワイヤ及び／又は広がった終端部を有するナノワイヤに対するLEDのより詳細な個別化段階及び電気的接続段階を示す図面である。 高密度GaNナノワイヤ及び／又は広がった終端部を有するナノワイヤに対するLEDのより詳細な個別化段階及び電気的接続段階を示す図面である。 高密度GaNナノワイヤ及び／又は広がった終端部を有するナノワイヤに対するLEDのより詳細な個別化段階及び電気的接続段階を示す図面である。 高密度GaNナノワイヤ及び／又は広がった終端部を有するナノワイヤに対するLEDのより詳細な個別化段階及び電気的接続段階を示す図面である。 高密度GaNナノワイヤ及び／又は広がった終端部を有するナノワイヤに対するLEDのより詳細な個別化段階及び電気的接続段階を示す図面である。 LEDに対する支持体の一実施形態の部分を示す図面である。
本発明は、単に例示の目的で与えられ、添付の図面と関連して作られた以下の明細書を読むことによってより良く理解されることになるが、その中で同一の参照符号は同一又は類似の要素を示す。
図１から図８は、本発明によるLEDベースの発光デバイスの製造方法の主要な段階を示す。
本方法は、モノリシック又は多層基板10の形成とともに始まる（図１）。LEDベースの発光デバイスを構成する要素に対する支持の機能は別として、基板10は、続いてその上に形成されることになるLEDによって作られた熱を放散するために、高い熱伝導率を示すように選ばれる。
基板10は優先的に、以下でより詳細に説明されるように、フィンを有するラジエーターの形態をとる。
基板10を構成する材料又は複数の材料は、好ましくは良好な熱導体から選ばれる。例えば、基板10は、１つ又は複数の金属、若しくは金属合金、例えば銅（Cu）、銀（Ag）、タングステン（W）、アルミニウム（Al）、モリブデン（Mo）、ニッケル（Ni）、バナジウム（V）、パラジウム（Pd）、プラチナ（Pt）、チタニウム（Ti）、及び鉄（Fe）などから成る。
基板10はまた、金属マトリクス（例えば、Al-SiC（アルミニウム-炭化ケイ素）、Al-Si（アルミニウム-シリコン）、Cu-ダイヤモンドなど）又は（Si、ガリウムヒ素（GaAs）、ガリウムリン（GaP）、炭化ケイ素（SiC）、窒化アルミニウム（AlN）又は窒化ホウ素（BN）をベースとした）ドープ半導体、若しくはドープされた又はされていない（ダイヤモンド、グラファイト、AlN、SiC、Si3N4、B4C、WC、又はより一般的には全ての遷移金属炭化物及び窒化物をベースとした）多結晶セラミックを有する複合材料から成る。
基板10が導電性である場合、本方法では、電気的絶縁性及び高い熱伝導率をともに有する数マイクロメートル厚（例えば5マイクロメートルなど）の薄層12の基板10上への形成が続く（図２）。
層12は好ましくは、ダイヤモンド又は例えばDLC（“ダイヤモンドライクカーボン（diamond like carbon）”を示す）などのその誘導体の１つなどの無機材料、AlN、SiC、又はBNなどのセラミック、若しくはSi3N4又はSiO2などの無機材料から成る。優先的に、層12は多結晶ダイヤモンドの層であり、例えば800℃の温度での化学蒸着（CVD）技術に従って堆積される。
数マイクロメートル厚の導電層14が次いで絶縁層12上に堆積され、優先的に高い導電性を有する。層14の機能は、その上に続いて同電位で形成されことになるナノワイヤと電気的に接続することである。
導電層14は故に、第１電極を形成する。導電層14は例えば、Cu、Au、W、Ni又はPdから形成された金属層である。導電層14は、変形例において、以下でより詳細に説明されるように、続いて形成されるナノワイヤを構成する材料と同一の材料から作られる。薄層14は例えば、陰極スパッタリング、熱蒸発、又は電気分解を用いて作られる。
場合によっては、数十マイクロメートルの結合層（図示せず）が初めに絶縁層12上に堆積される。結合層は例えば、Ti、Cr、TiN又はWNから形成され、故にその上に堆積される導電層14の接着を増大させる。無機材料への金属の接着が低いため、結合層は、導電層14が金属タイプで絶縁層12が無機材料から作られる場合に優先的に使用される。
本方法では、導電層14上への半導体材料のナノワイヤ16の成長（図３）が続く。各ナノワイヤ16は、
■ 例えばｎ型などの第１導電型の第１半導体領域と、
■ 多重量子井戸（quantal multiwell）のヘテロ構造体を含み、アクティブ発光領域を形成する第２半導体領域と、
■ 例えばｐ型などの第１領域とは反対の導電型を有する第３半導体領域と、
の少なくとも１つの積層体を含む。
例えば、ナノワイヤを構成する半導体材料は、GaN、酸化亜鉛（Zn0）、Si、GaAs又はGaPである。多重量子井戸のヘテロ構造体は次いで、GaNをベースとしたナノワイヤに対してはInGaNをベースとした合金、又はZnOをベースとした合金に対してはZnMgOをベースとした合金から形成される。
ヘテロ構造体を含む第２領域は任意であることに注意すべきである。これが除かれる場合、アクティブ発光領域が２つの残存する半導体領域の間の界面によって形成される。
場合によっては、ナノワイヤ16の成長の前に、反射層（図示せず）が導電層14上に堆積されるか、又は導電層16の材料はまたその反射特性で選ばれる。例えば、Ag、Au又はAlの層が層14に堆積される。
ナノワイヤ16は次いで、有利に電気的絶縁層18でカプセル化されるが、層18は例えば、ベンゾシクロブテン（BCB）又はポリスチレンなどの誘電材料、若しくはSiO2などの無機材料から作られる。前記カプセル層18は、ナノワイヤ16の末端がそれを超えて突出しないように堆積される。カプセル層18は、良好な平面をもたらすように作られ、例えばSiO2などの無機材料の場合、ゾルゲルタイプ（語句“スピンオングラス（spin on glass）”によって良く知られる）、又はPECVD（“プラズマ化学蒸着（plasma enhanced chemical vapour deposition）”を示す）タイプの堆積方法を用いて作られる。
ナノワイヤによって発せられる光に対して少なくとも部分的に透過性である導電層20が次いで、ナノワイヤの自由端を覆うようにカプセル層18上に形成される。層20は故に、それらによって発せられる光を覆い隠さず、ナノワイヤに対する第２電極を形成する。層20は例えば、ITO（インジウムスズ酸化物（indium tin oxide））又は酸化亜鉛（ZnO）などの導電性半透過性材料から形成されるか、若しくは数ナノメートル厚（例えば5ナノメートルなど）のAuの微粒子層で覆われた数ナノメートル厚（例えば5ナノメートルなど）のニッケル（Ni）の微粒子層である。
例えば金属である電気接触取得領域（electrical contact take-up area）22が次いで、層20上に規則的なパターンで作られる。
ナノワイヤ16の形成段階、それらの層18でのカプセル化段階、第２電極20の形成段階、及び電気接触取得領域22の製造段階は、例えば特許文献１に記載されている。
本方法では、基本発光領域24の個別化段階（図５）が続き、それぞれが接触取得領域22を含む。これを行うために、前記基本発光領域22のマスキングが効果的であり、次いで、第２電極20、カプセル層18及びナノワイヤ16のマスクされていない部分を取り除き、第１電極14を解放するために、様々な連続するエッチング段階が実施される。個別化段階は以下でより詳細に説明される。前記第１電極の自由面26は、各基本領域24を超えて少なくとも部分的に突出しないか、又はそれを取り囲む。
基本発光領域24は次に、フォトリソグラフィ、エッチング又はレーザーアブレーションによって電気的に絶縁される（図６）。トレンチ28はこうして、第１電極26における各基本領域24のまわりから絶縁層12まで作られる。
ナノワイヤをベースとした発光ダイオードをベースとした発光デバイス24はこうして得られ、カプセル層18でカプセル化され、その上に電気接触取得領域22が形成された第２基本電極32で覆われたナノワイヤ16がその上に形成された第１基本電極30を含む。
本方法では次に、発光ダイオード24を電気的に直列に配置する段階が続く（図７）。有利に、直列に配置する段階は、ダイオード24の接触取得領域22を隣接するダイオードの第１基本電極30に接続するAuワイヤ34を用いて実装され、例えばいわゆる“ワイヤボール”又は“ウェッジボンディング”技術を用いて実装される。周辺のダイオード36の第１基本電極30は次いで、例えば導電層12の一部分を含む電気端子に金ワイヤによって接続される。
接触取得領域の形成及び基本発光領域の形成が有利にマスキング技術を使用することに注意すべきである。それ故に、基本発光領域間の電気抵抗を最小化するように、電気接触取得領域及び第１基本電極のアクセス可能面を配置することが可能になる。
最終的に本方法は、最終的な発光色を規定し、調整するために、こうして得られたアセンブリ上に発光団材料38を堆積する段階（図８）で終わる。例えば、ダイオード24が青色を発する場合、例えばY3Al5O12:Ce3+などのCeでドープされたYAGガーネットタイプの発光団材料を用いて、白色発光デバイスが作られる。
図９は、発光ダイオードの様々な電気的相互接続部を示す。この変形例では、電気的絶縁パッシベーション層40はまず各接触取得領域22上及びトレンチ28の底部に部分的に堆積されるが、それは例えばSiO2又はSi3N4の無機パッシベーション層、若しくはシリコーン、エポキシ、アクリル、ポリイミド又はベンゾシクロブテンの有機パッシベーション層である。
金属層42は次いで、領域22の自由面上及びトレンチ28内に堆積され、隣接する発光ダイオードの第１基本電極30を部分的に覆う。
変形例において、発光ダイオードの電気的接続部は、大きい表面積を有する集合的相互接続部を用いて達成されるが、それは例えば、架橋によって導電性にされたAgフィラーを有する接着剤などの導電性接着剤のスクリーンプリンティングによって、又は低温焼結によって導電性にされたAgナノ粒子をベースとしたインクなどの導電性インクの噴出によって作られた金属導電ラインである。
発光ダイオードのワイヤ相互接続部は一方で、柔軟な基板10の場合好ましい。これは、ナノワイヤベースの発光ダイオード技術の使用により多種多様の基板が使用できるからであり、特に柔軟な基板は、LCDバックライトシステム、工業用の発光パネル、家庭照明、又は同様なものにおいて特に有利である。ダイオード間のワイヤ相互接続部の使用はまた、基板が変形される場合に、ダイオードがその相互接続部の破裂なしに依然として接続されることを保証する。
一方で、大きい表面積を有する電気的相互接続部（接着剤、インク、層の堆積）は、非常に大きい表面積を有するダイオードベースの発光デバイスにおいて有利である。これらの材料を使用する技術は実際、大面積に実装することを容易にする。
発光ダイオードの個別化段階に対しては、基本発光領域24を露出するために、第２電極20、カプセル層18、及びナノワイヤの一部分を除去することが説明された（図５）。
図10は、ナノワイヤの除去が特別な予防措置なしに達成された場合に現れる横方向オーバーエッチングの頻繁に起こる問題を示す。図に示すように、ナノワイヤが例えば化学エッチングによって除去される場合、第１電極14は発光領域24間のその望ましい部分だけでなく前記領域の下部もまた除去する望ましくないエッチングを経ることがある。実際、ダイオードの第１基本電極と隣接するダイオード上の接触取得領域22との電気的相互接続は、発光領域の下の隠れた面に接続する必要があるため、困難である。
GaN及びZnOナノワイヤ材料に対する発光ダイオードの個別化段階の実施形態がここで説明される。前記材料と関連するこれらの実施形態が限定的ではなく、個別化の一般的原理及びナノワイヤを構成する材料に関する前記個別化の特異性の両方を説明するのに役立つことが、明確に理解されよう。
図11から21は、カプセル化されたGaNナノワイヤをベースとした発光ダイオードの個別化段階を説明しており、図11は金属基板を有する図4の拡大図に対応する。
発光領域の個別化段階は、トレンチ28が例えばリソグラフィによって作られる領域を規定するマスキング樹脂50の堆積で始まる（図12）。反応性イオンエッチング、又はRIEが次いで、マスクされていない第２電極20の一部分を除去するために実施される（図13）。メタン／水素／アルゴン化学物質をベースとしたこのエッチングは、選択的に電極20をアタックするように選ばれ、平坦化カプセル層18及びナノワイヤ16をアタックしない。
CHF3/O2タイプのフッ素化化学物質をベースとしたRIEエッチングが次いで、マスクされていないカプセル層18の一部分を部分的に除去するために実施される（図14）。
本発明によると、カプセル層18の僅かな厚さがエッチングの底部に残り、その厚さは例えば数十ナノメートルであり、例えば20と200ｎｍの間である。この厚さの機能は、ナノワイヤ16が除去されるときに導電層14をマスクすることである。例えば、カプセル層18のエッチング速度の較正は、基準面上で実施され、例えば略100nm/minに調整される。
エッチング底部でのカプセル層の残存厚さは高精度を必要としないことに注意すべきである。ナノワイヤの後続のエッチングの間に導電層14を保護するマスクを作るこのような厚さの存在を保証するためにのみ必要である。以下で明確になるように、本発明は、ナノワイヤの一部分が基本発光領域を個別化するために形成されたトレンチ28の底部に残ることができるという事実をうまく利用すし、カプセル層18の残存厚さはナノワイヤの残存部分の高さに適合する。明らかに、このナノワイヤの高さを最小限にすることが好ましいが、ナノワイヤの残渣は、必要ならば有利に金属層に組み込まれることができる。
個別化段階は次いで、マスクされていないナノワイヤの選択的除去のためのSiCl4/Cl2をベースとしたRIEエッチングの実施に続く（図15）。ナノワイヤ16のオーバーエッチングは故に、層18の残存厚さにおけるこれらのカプセル化された一部分が除去されたことを意味する。しかしながら、導電層14が完全なままであることに注意すべきである。
カプセル層18の残存厚さのRIEエッチングが次いで実施される（図16）。この選択的エッチングは導電層14又はナノワイヤ をアタックせず、故にトレンチの底部にナノワイヤの残渣54が残る。これらの残渣54は導電層14とともに抵抗接触を形成し、それ故に発光ダイオードをベースとした発光デバイスの後続の機能化における障害を構成しない。
マスキング樹脂50は次いで、全ての樹脂残渣をなくすように、例えばアセトン浴に続くO2プラズマによって除去される（図17）。
例えばリソグラフィによって形成された新しい樹脂56が次いで、導電層14のエッチング領域を規定するために得られたアセンブリ上に堆積され（図18）、次いでエッチングが絶縁層12まで実施される（図19）。導電層14がAu又はAgから作られる場合、ヨウ素及びヨウ化カリウムをベースとしたウェット化学エッチングが実施される。層14がチタニウムから作られる場合、SF6をベースとするか、又はフッ素化化学物質をベースとしたRIEエッチングが実施される。層14がTiNから作られる場合、フッ素化化学物質をベースとしたRIEエッチングが実施される。最終的に、Ptタイプの貴金属に対し、導電層14のエッチングはイオンエッチング又はIBE（イオンビームエッチング（ion beam etching））である。
層14を構成する材料及びエッチングタイプの賢明な選択は、マスクされていないナノワイヤ残渣54の除去を可能にすることに注意すべきである。例えば、ウェットエッチングはこれらの残渣下の導電層14の一部分をオーバーエッチングすることがある。
樹脂56は次いで、例えばアセトン浴に続くO2プラズマの適用を用いて除去される（図20）。
２つの隣接するダイオード間のワイヤ相互接続部が次いで、ダイオードの第１電極の自由面と、他のダイオードの第２電極上に形成された接触取得領域22の間に実装される（図21）。
図22から35は、ZnOナノワイヤをベースとした発光ダイオードの個別化段階を示す。
図22では、ZnOナノワイヤ16は有利に、例えばサファイア又はシリコンから形成された絶縁性又は半絶縁性の基板10上に直接配置される。基板10はまた、それ故に、前述した絶縁層12の役割を果たす。
ナノワイヤ16が特にMOCVD（有機金属化学蒸着（metal-organic chemical vapour deposition））によって成長する場合、百ナノメートル厚程度のバッファ層と呼ばれるZnOの連続層がまた形成される。このバッファ層は故に、前述した導電層14の役割を果たし、ナノワイヤ16と電気的に接続する。一方で平坦化カプセル層18は、例えばSiO2などの無機材料から成り、例えばゾルゲルタイプの蒸着又はPECVD蒸着を用いて形成される。第２電極を形成する層20は、一方でITOタイプの材料から成り、電気接触取得領域22はTi/Au又はNi/Auタイプの金属二重層領域である。
ダイオードの個別化段階は、フォトリソグラフィによる樹脂マスク60の堆積で始まり（図23）、その後、メタン／水素／アルゴン化学物質をベースとしたRIEタイプの層20の選択的エッチングが続く（図24）。
カプセル層18は次いで、図11から20に関連して前述した方法と類似の方法で、CHF3/O2タイプのフッ素化化学物質をベースとしたRIEエッチングを経る（図25）。
マスクされていないナノワイヤは次いで、塩化アンモニウムをベースとした遅いRIEエッチング（略10nm/min）を用いてエッチングされ（図26）、残存するカプセル層の厚さは導電バッファ層14に対するマスクを形成する。
カプセル層18の残りは次いで、フッ素化RIEエッチングを用いて除去される（図27）。前述の実施形態と同様に、ナノワイヤ残渣64はあらかじめ設定され得るが、それらは導電バッファ層14とともに単純な抵抗接触を形成するため、それら自身の中に障害を構成しない。樹脂マスク60は次いで、アセトン浴に続くO2プラズマの適用を用いて除去される（図28）。
新しい樹脂マスク66が次いで、絶縁性又は半絶縁性の基板10まで導電層をエッチングするためのリソグラフィによって形成され（図29）、次いで塩化アンモニウムをベースとしたウェットエッチングがマスクされていない層の一部分14をエッチングするために実施される（図30）。樹脂マスク66は次いで、アセトン及びO2プラズマによって除去される（図31）。
有利に、金属接触は、続いて形成される金ワイヤとこのバッファ層14との間の電気接触を改善するために、それぞれの個別化されたダイオードのバッファ層14に由来する第１基本電極上で達成される。
これを行うために、新しい樹脂マスク70がフォトリソグラフィによって形成され（図32）、例えばTi/Au又はNi/Au材料の二重層などの金属72がアセンブリ上への蒸発又はスパッタリングによって堆積される（図33）。
樹脂マスク70は次いで、アセトン又はO2プラズマによって除去される（図34）。
それ故に、ダイオードの各第１基本電極上に金属接触取得領域76が残る。
２つの隣接するダイオード間のワイヤ相互接続部は次いで、第１電極上に形成されたダイオードの接触取得領域16と、他のダイオードの第２電極上に形成された接触取得領域22との間で達成される（図35）。
特にダイオードの第２の透過性又は半透過性電極に対する平坦面を提供するナノワイヤカプセル層が使用される実施形態について説明された。
変形例では、カプセル層が使用されず、ナノワイヤの末端は、第２電極を受け取るために、図36に示すように広がっている。
この図において、GaNナノワイヤ16は、例えば金属である基板10上に堆積された絶縁層12上に形成された導電層14自体の上に形成される。それぞれのナノワイヤ16はまた、上部に向かって広がった末端80を含み、故に第２電極20を受け取るための大きな平坦面を有する。好ましくは、ナノワイヤの面密度が大きいため、その広がった末端は連続した平坦面を形成するために連結できる。
前述の実施形態と類似の方法で、発光ダイオードの個別化段階は、フォトリソグラフィによる樹脂マスクの形成と、それに続くマスクされていない層の一部分20のRIEエッチングで始まるが（図37）、RIEエッチングは、例えばGaNナノワイヤをアタックしないメタン／水素／アルゴンをベースとしたRIEエッチングである。
個別化段階では次いで、SiCl4/Cl2をベースとしたナノワイヤ16のRIEエッチングが続く（図8）。第１電極を形成する導電層14は有利に、このタイプのRIEエッチングに対して実質的に不活性であるように選ばれ、例えばPt、Ni、Au、Ag、Ti又はTiNから形成される。加えて、導電層14がエッチングされないことを保証するために、ナノワイヤ16のエッチングはその完全な除去の前に停止され、従ってその残渣84が残る。
アセトン浴及びO2プラズマの適用を用いて樹脂マスク82を除去した後、新しい樹脂マスク86がダイオードを電気的に絶縁するために形成され、次いでエッチングが導電層14のマスクされていない一部分に実施される（図39）。
後者がPt又はNiタイプの貴金属で作られる場合、IBEエッチングが使用される。一方で層14がAu又はAgから形成される場合、ヨウ素及びヨウ化カリウムをベースとした化学溶液が使用される。最終的に、層14がTi又はTiNから成る場合、フッ素化化学物質をベースとしたドライエッチングが使用される。
図11から21における実施形態と同様に、ウェットエッチングはナノワイヤ残渣84下の層の一部分をオーバーエッチングすることを可能にし、これらを除去する。
最終的に、樹脂マスク86を除去した後、個別化されたダイオードは、Auワイヤ相互接続部を用いて、直列に配置される（図40）。ナノワイヤ残渣がワイヤ相互接続操作を妨げる場合、トレンチの底部における追加の金属堆積が、図22から35に関連して前述された方法と類似の方法で、次いで実施される。
図41は、基板10の好ましい実施形態の一部分の図面を示し、基板10はフィンを有するラジエーターの形態をとる。ラジエーターのサイズ、フィンのサイズ、及び前記フィンを離す距離は特に、ラジエーターの放熱容量を規定する。後者は故に、本発明によるダイオードベースの発光デバイスによって放出された加熱電力に応じて設計される。高い放熱を有するラジエーターは例えば、フランスのポントードメールにあるSEEM-SEMRAC社によって設計される。これらのラジエーターの数例は、http://www.seem-semrac.com/seem/1Dissip/dissipC.htmで見ることができる。
加えて、ラジエーターは、流体を循環させる（例えば水又は空気によって冷却させる）ために、それを右側から通過するチャネルを有することができ、又はラジエーターはヒートパイプタイプの構造体を含むことができる。
本発明のおかげで、以下の利点が得られる：
■ 本発明による発光モジュールは、限られた数の熱抵抗部を含む。これは、作られた発光ダイオードのろう付け、接着、又は他の技術による転写がないからである。更に、転写材料、成長基板材料、又は従来技術のカンの材料に関連する全ての熱抵抗部は取り除かれる。
■ 基板の材料は、金属のように良好な熱導体であり、例えば更に放熱を増大させる材料から選ばれることができる。
■ 例えばフィンを有し、如何なる転写も有しないラジエーターの形態である基板上に発光ダイオードを作ることが可能である。放熱は故に、更に改善される；
■ エピタキシーによってダイオードを作るための従来技術において通常使用されるサファイア又はSiC基板のサイズは、通常直径が100mm未満である。ナノワイヤは金属、無機又はセラミック基板上に作られることができるため、基板に対するサイズの制限はもはや存在しない。従って、いわゆるLCDフラットスクリーンのバックライトを提供するためのテレビ画面サイズの発光ダイオードをベースとした発光デバイスを作ることができる。同様に、例えば建物の窓又は天井サイズである大表面に、ライトを配置することが可能である。
■ 本発明による発光ダイオードは電気的に直列に配置され、故に相互接続部の長さに対して如何なる制限も存在せず、ダイオードを提供するために注入された電流密度はやはりダイオードベースの発光デバイスの全体を超え、故に例えばホットスポットなどの出現を回避できる。加えて、ダイオードを電気的に直列に配置することは、例えば家庭用ネットワーク電源によるそのAC又はDC制御を可能にする；例えば、略240Vの主電源に60のダイオードを直列に配置することにより、各ダイオードに3Vの平均電圧を個別に提供することが可能になる。；
■ ナノワイヤのおかげで、金属シート、グラファイトシート、又は同様のものなどの変形しやすい基板を使用することが可能になる。故に、特定の３次元形態を有する発光モジュールを作ることが可能になる。基板は例えば、ラジエーターを形成するシリンダーに巻きつくことができ、又は照明器具の発光角度を増加するように僅かに変形させることができる。例えばそれが採用される形状であるソファーのアーム上に配置された層の形態である光モジュールを予測することもまた可能である。
■ 基板は除去されず、完全なままの状態で残っているため、その上にパッシブな構成要素が転写される相互接続領域を有する基板上の自由領域、例えばレジスタ、キャパシタ、ダイオード、ドライバなどのアクティブな構成要素、若しくは過電圧又は静電放電を操るための構成要素、特にツェナーダイオードなど、を残すことが可能になる。
１０ 基板
１２ 絶縁層
１４ 第１電極
１６ ナノワイヤ
１８ カプセル層
２０ 第２電極
２２ 電気接触取得領域
２４ 発光ダイオード
２８ トレンチ

Claims (9)

  1. 発光ダイオードをベースとした発光デバイスの製造方法であって、
    ■ 熱交換器を形成する支持体(10,12)を形成する段階と、
    ■ 前記支持体(10,12)上に第１電極(14)を形成する段階と、
    ■ 前記第１電極上(14)に半導体発光ナノワイヤ(16)を成長させる段階と、
    ■ 平坦化材料(18)で前記ナノワイヤ(16)をカプセル化する段階と、
    ■ 前記ナノワイヤ(16)によって発せられる前記光を少なくとも部分的に透過できる第２電極(20)を、前記平坦化材料(18)上に形成する段階と、
    を含み、
    前記支持体(10,12)は、その上に前記第１電極(14)が形成される電気的絶縁面を有し、
    前記第２電極(20)上に電気接触を取るための領域(22)を形成する段階と、
    ■ 各接触取得領域(22)の周りの前記第１電極のバンドを解放する段階であって、
    ■ 前記第２電極の表面上に前記バンドを規定するマスクを形成する段階と、
    ■ 前記第１電極上に平坦化材料を維持するように停止される、前記平坦化材料の第１化学エッチング段階と、
    ■ 前記第１化学エッチング段階の間に前記平坦化材料から放出されるナノワイヤの一部分の第２化学エッチング段階と、
    ■ 前記第１化学エッチング段階の終わりに残存する平坦化材料の第３化学エッチング段階と、
    を含む、段階と、
    ■ 前記支持体(10,12)の前記電気的絶縁面まで前記各バンドに沿ってトレンチ(28)を形成する段階と、
    によって発光ダイオード(24)を形成する段階と、
    前記電気接触取得領域と前記第１電極のバンドとを電気的に接続することによって直列に前記発光ダイオード(24)を配置する段階と、
    を含むことを特徴とする、発光ダイオードをベースとした発光デバイスの製造方法。
  2. 発光ダイオードをベースとした発光デバイスの製造方法であって、
    ■ 熱交換器を形成する支持体(10,12)を形成する段階と、
    ■ 前記支持体(10,12)の電気的絶縁面上に第１電極(14)を形成する段階と、
    ■ 前記第１電極(14)上に発光半導体ナノワイヤ(16)を成長させる段階と、
    ■ 前記ナノワイヤ(16)の自由端上に、前記ナノワイヤ(16)によって発せられる光を少なくとも部分的に透過できる第２電極(20)を形成する段階と、
    を含み、
    ■ 前記支持体(10,12)は、その上に前記第１電極(14)が形成される電気的絶縁面を有し、
    ■ 前記ナノワイヤ(16)の自由端(80)は裾広がりであり、前記第２電極のための支持体を形成するように隣接しており、
    ■ 前記第１電極(14)は、前記ナノワイヤ(16)の既定の化学エッチングに対して実質的に不活性な材料から作られ、
    前記第２電極(20)上に電気接触取得領域(22)を形成する段階と、
    - 各接触取得領域(22)の周りの前記第１電極のバンドを解放する段階であって、前記第２電極の表面上に前記バンドを規定するマスクを形成する段階と、前記既定の化学エッチングを適用する段階と、を含む、段階と、
    - 前記支持体(10,12)の前記電気的絶縁面まで前記各バンドに沿ってトレンチ(28)を形成する段階と、
    によって発光ダイオード(24)を形成する段階と、
    前記電気接触取得領域(22)の電気的接続部及び前記第１電極のバンドを介して直列に前記発光ダイオード(24)を配置する段階と、
    を含むことを特徴とする、発光ダイオードをベースとした発光デバイスの製造方法。
  3. 前記支持体(10,12)を形成する段階は、前記電気的絶縁面とは反対の面に放熱フィンを形成する段階を含む、請求項１又は２に記載の発光ダイオードをベースとした発光デバイスの製造方法。
  4. 前記支持体を形成する段階は、導電性基板(10)上に絶縁層(12)を堆積する段階を含む、請求項１、２又は３に記載の発光ダイオードをベースとした発光デバイスの製造方法。
  5. 前記絶縁層(12)は、無機材料、特に、ダイヤモンド、AlN、SiC、BN若しくはSi3N4又はSiO2の層である、請求項４に記載の発光ダイオードをベースとした発光デバイスの製造方法。
  6. 前記第１電極(14)は、特にTi、Cr、TiN又はWNから作られた相互接続材料の第１層と、特にCu、Au、Ag、W、Ni又はPdであり、高い導電性を有する材料である、前記第１層上に堆積された第２薄層と、を含む、請求項１から５の何れか１項に記載の発光ダイオードをベースとした発光デバイスの製造方法。
  7. 前記ナノワイヤ(16)はZnOから成り、前記第１電極はZnO層である、請求項１から５の何れか１項に記載の発光ダイオードをベースとした発光デバイスの製造方法。
  8. 前記電気的接続部は、特にAuワイヤを用いたワイヤリング(36)によって作られる、請求項１から７の何れか１項に記載の発光ダイオードをベースとした発光デバイスの製造方法。
  9. 発光団材料が、発光色を規定し、調整するために、前記発光領域の近くに堆積される、請求項１から８の何れか１項に記載の発光ダイオードをベースとした発光デバイスの製造方法。
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