TW202404069A - 反射器光電子器件 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及一種光電器件(1)，包括至少一個第一光源(100)，被配置為發射至少在第一波長λ 1處發光的第一光束(101)，其至少沿一個稱為第一發射方向(110)的方向發射，該器件(1)的特徵在於，它還包括與第一光源(100)相鄰的至少一個第一反射器(150)，被配置為沿第一反射方向反射沿第一發射方向發射的第一波長λ 1的第一光線(111)，並且該至少一個第一反射器包括多個第一無源奈米線(151)。

Description

反射器光電子器件
本發明特別涉及微電子和光電子技術領域。它在基於LED（"發光二極體"）的顯示系統中具有特別有利但非限制性的應用。
顯示幕一般由多個圖元組成，這些圖元分佈在一個被稱為基面的平面上，彼此獨立地發光。每個彩色圖元通常包括至少三個用於發射和/或轉換光通量的元件，也稱為子圖元。這些子圖元各自發射的光通量基本上為一種顏色（通常為紅、綠、藍）。觀察者所感知的圖元的顏色來自於子圖元所發射的不同光通量的疊加。
通常情況下，LED或微型LED能夠發射與子圖元相關的光通量。這些技術的一個重要問題涉及LED所發射的光的指向性。事實上，即使LED被配置為主要在垂直於基面的方向上發光，光束的某些光線也會沿著過於傾斜的方向發射而無法從子圖元中提取，並且不會對觀察者感知的光強度有所貢獻。
習知技術已經揭示了許多光提取解決方案。其中一個涉及到使用紋理化表面提取雷射。圖1示意性示出了該解決方案。雷射輻射41在其中傳播的波導30一方面包括用作DFB雷射（"分佈回饋式雷射"(distributed feedback laser)）腔的區域31。該區域31是電注入的--這是導引器的有源區--並且具有較高的耦合係數，允許以很小的損失進行傳播。另一方面，波導還包括區域32，允許部分雷射輻射的表面提取42。該區域32是導引器的一個無源區，它沒有電注入。它的耦合係數比有源區低。波導30是結構簡單的週期性陣列層，其高度和間距被配置為用於雷射輻射41的限制（在有源區31）或提取（在無源區32）。雷射輻射來自橫向區域，該區域在圖1中未示出。
這種解決方案通常用於雷射提取，但與LED等非相干光源不相容。此外，如果這種解決方案可以獲得良好的提取效率，它與發生在與光發射相同的區域的光提取是不相容的，就像在由圖元組成的顯示幕幕中的情況一樣。
另一個解決方案適用於基於LED的圖元，包括在每個子圖元周圍形成一個複合鏡。然而，在非常低的高度上形成這樣一個鏡子，需要在不劣化周圍的LED和不帶來污染的情況下進行複雜的掩蔽和沉積步驟。
因此，需要一種與基於LED的圖元結構相容的光提取解決方案，其實施不會改變圖元的品質，並具有比現有結構更好的提取性能。
為實現這一目標，第一目的涉及一種光電器件，包括具有沿由第一方向和第二方向限定的稱為基面的平面延伸的上表面的襯底，至少一佈置在該上表面的第一光源，其被配置為發射第一光束，該第一光束至少在第一波長λ 1處發光，所述第一光束至少沿稱為第一發射方向的方向被發射，該第一發射方向包括第一發射方向向量，該第一發射方向向量沿第一方向和第二方向中的至少一個方向具有非零分量。
該器件的特徵在於，它還包括至少部分與第一光源相鄰的至少一個第一反射器，被配置為沿第一反射方向反射沿第一發射方向發射的第一波長λ 1的第一光線，並且特徵在於，該至少一個第一反射器包括從襯底的上表面延伸的多個第一無源奈米線。
由第一無源奈米線形成的第一反射器可以有效地反射第一光線，從而提取第一光源發出的光。
第二目的涉及一種製造光電器件的方法，該光電器件包括第一光源和包括多個第一無源奈米線的第一反射器，該方法包括以下步驟：
- 提供具有沿由第一方向和第二方向限定的稱為基面的平面延伸的上表面的襯底，包括允許第一無源奈米線成核和生長的成核層，
- 從襯底的上表面生長第一無源奈米線，以便形成第一反射器，該第一反射器被配置為沿第一反射方向反射沿第一發射方向發射的第一波長λ 1的第一光線，
- 在該襯底的上表面上形成第一光源，該第一光源被配置為發射至少在第一波長λ 1處發光的第一光束，所述第一光束至少沿稱為第一發射方向的方向被發射，第一發射方向包括第一發射方向向量，其沿第一方向和第二方向中的至少一個方向具有非零分量。
根據一個有利的實施方案，第一光源包括至少一個第一有源奈米線，其與第一無源奈米線同時形成。在同一製造步驟中形成無源和有源奈米線可以限制圖元品質的下降。這一解決方案特別是由於第一有源奈米線（形成第一光源）和第一無源奈米線（形成第一反射器）可以基於相同的材料而得以實現。特別是，在所描述的圍繞子圖元放置複合鏡的解決方案中，情況並非如此。
在開始詳細回顧本發明的實施方案之前，下面列出了可能結合使用或替代使用的可選特徵：
根據一個實施方案，第一光源是非相干光源。
根據一個實施方案，第一無源奈米線的直徑在遠離至少一個第一光源時逐漸減小或增大。這樣就可以避免第一光源周圍的對稱性破壞和邊緣效應，從而避免第一光源所形成的子圖元周圍的對稱性破壞和邊緣效應。
根據一個實施方案，第一無源奈米線按照第一恆定間距p1，沿第一方向和第二方向中至少一個方向排列。
根據一個實施方案，第一無源奈米線按照遠離至少一個第一光源時逐漸增大或減小的間距排列，這就避免了第一光源周圍的對稱性破壞和邊緣效應，從而避免了由第一光源形成的子圖元周圍的對稱性破壞和邊緣效應。
根據一個實施方案，至少一個第一光源包括至少一個第一有源奈米線，第一有源奈米線具有第一直徑φ 01並包括被配置為發射第一波長λ 1的第一光線的第一有源區。
根據一個實施方案，至少一個第一有源奈米線的第一直徑φ 01小於5μm。
根據一個實施例，第一無源奈米線和至少一個第一有源奈米線基於相同的材料。在該實施例中，第一無源奈米線和至少一個第一有源奈米線可以在同一個外延反應器中通過外延形成。這在方法的簡單性、成本和時間方面是有利的。
根據另一個示例，第一無源奈米線和至少一個第一有源奈米線基於不同的材料。第一無源奈米線可以通過蝕刻先前沉積在至少一個第一有源奈米線的旁邊或甚至全部沉積在其周圍的材料來形成，這取決於第一反射器所需的形狀。
根據一個示例，反射器，以及典型的第一無源奈米線，和光源基於相同的材料。
根據一個實施方案，至少一個第一反射器在基面上的投影完全包圍第一光源。這樣就可以在第一光源周圍形成封閉的腔，並進一步改善光提取。
根據一個實施方案：
第一發射方向向量具有沿第一方向的非零分量，
第一發射方向向量在由第一方向和垂直於基面的第三方向限定的橫向平面內具有正交投影，稱為第一投影發射向量 ，與第三方向形成第一發射角 ，
第一反射方向的第一反射方向向量在橫向平面上具有正交投影，稱為第一投影反射向量 ，與第三方向形成第一反射角 ，
多個無源奈米線被配置為反射第一光線，從而使第一發射角 和第一反射角 不同。
根據一個實施例，第一反射角 小於40°，較佳地小於20°。
根據一個實施方案，該器件還包括與第一光源相鄰的至少一個第二光源，被配置為發射第二光束，該第二光束在第二波長λ 2處發光，所述第二光束至少沿稱為第二發射方向的方向被發射，該第二發射方向包括第二發射方向向量，該第二發射方向向量具有沿第一方向和第二方向中至少一個方向的非零分量，所述第一和第二光源被過渡區隔開，該過渡區包括至少一個第一反射器和至少一個第二反射器，該至少一個第二反射器被配置為沿第二反射方向反射第二波長λ 2的第二光線，所述至少一個第二反射器包括從襯底的上表面延伸的多個第二無源奈米線。
根據一個實施方案，第二光源是一個非相干光源。
根據一個實施方案，第二無源奈米線的直徑在遠離至少一個第二光源時逐漸減小或增大。
根據一個實施方案，第二無源奈米線按照第二恆定間距p2，沿第一方向和第二方向中至少一個方向排列。
根據一個實施方案，第二無源奈米線按照在遠離至少一個第二光源時逐漸增大或減小的間距排列。
根據一個實施方案，至少一個第二光源包括至少一個第二有源奈米線，第二有源奈米線具有第二直徑φ 02並包括被配置為發射第二波長λ 2的第二光線的第二有源區。
根據一個實施方案，至少一個第二有源奈米線的第二直徑φ 02小於5μm。
根據本發明的方法的一個實施方案：
第一光源包括至少一個第一有源奈米線，
成核層允許至少一個有源奈米線的成核和生長，
形成第一光源的步驟包括從襯底的上表面生長至少一個第一有源奈米線，以形成第一光源。
根據本發明方法的一個實施方式，生長第一無源奈米線的步驟和生長至少一個第一有源奈米線的步驟同時進行。
術語 "線 "或 "奈米線 "是指沿縱向具有細長形狀的三維結構。三維結構的縱向尺寸（在圖中沿z方向）大於，優選顯著大於三維結構的橫向尺寸（在圖中的xy平面）。例如，縱向尺寸至少是橫向尺寸的五倍，較佳是至少十倍。
術語 "直徑 "是指奈米線的最大橫向尺寸。在本發明中，三維結構不一定具有圓形的橫截面。三維結構尤其可以有六邊形或多邊形的橫截面。特別是三維結構基於氮化鎵的的情況下，該截面可以是六邊形的。此時，該直徑對應於根據橫截面多邊形內切圓的直徑和該多邊形外接圓的直徑計算出來的平均直徑。
在本發明的上下文中，奈米線的直徑通常在50 nm和1.5μm之間，較佳在50nm和1μm之間，較佳在50nm和600nm之間，有利的是基本等於50nm。
奈米線的縱向尺寸(沿z方向)，通常被稱為奈米線的高度。在本發明的上下文中，奈米線的高度通常在220nm和5μm之間，較佳是基本等於260nm。
在本專利申請中，術語 "發光二極體"、"LED "或簡單的 "二極體 "均為同義詞。"LED "也可以理解為"微型LED"。
在下文中，可能會使用與材料M有關的下列縮寫：
根據尾碼-i在微電子領域常用的術語，M-i指的是本徵摻雜或非故意摻雜的材料M。
根據尾碼-n在微電子領域常用的術語，M-n指的是摻有N、N+或N++的材料M。
根據尾碼-p在微電子領域常用的術語，M-p指的是摻有P、P+或P++的材料M。
術語"基於"材料M的 "襯底"、"層"、"器件"是指襯底、層、器件僅包括這種材料M或包括這種材料M和可能的其他材料，例如合金元素、雜質或摻雜元素。因此，基於氮化鎵（GaN）的三維結構可以例如包括氮化鎵（GaN或GaN-i）或摻雜氮化鎵（GaN-p，GaN-n）。基於氮化銦鎵(InGaN)的有源區例如可以包括氮化鋁鎵(AlGaN)或具有不同鋁和銦含量的氮化鎵(GaInAlN)。在本發明的範圍內，材料M通常是結晶的。
圖式中示出了包括x、y、z軸的參考系，較佳是正交參考系。
術語 "基本上"、"大約"、"在……的範圍內"，當它們涉及一個值時，指的是這個值的 "10%以內"，或者，當它們涉及一個角度方向時，指的是這個方向的 "10°以內"。因此，基本與平面垂直的方向是指該方向相對於該平面具有90±10°角。
為了確定三維結構的幾何形狀和這些三維結構的不同元件（例如線、有源區、凸緣）的組成，可以進行掃描電子顯微鏡（SEM）或穿透電子顯微鏡（TEM）或者甚至是掃描穿透電子顯微鏡STEM分析。
TEM或STEM特別適合觀察和識別有源區的量子阱--其厚度一般在幾奈米的範圍內。可以實施下面以非詳盡的方式列出的不同技術：暗場和亮場、弱光束、高角環形暗場HAADF(High-Angle Annular Dark-Field Image)成像。
不同元件的化學組成可以用已知的EDX或X-EDS（"能量色散X射線光譜 "的縮寫）方法來確定。
這種方法非常適用於分析小尺寸的光電器件，如基於奈米線的LED（3D LED）的組成。它可以在掃描電子顯微鏡（SEM）範圍內的金相切片上實施，也可以在穿透電子顯微鏡（TEM）範圍內的薄片上實施。
不同元件的光學特性，特別是GaN基3D LED和/或InGaN基有源區的主發射波長，可以通過光譜來確定。
陰極發光（CL）和光致發光（PL）光譜很適合對本發明所述的三維結構進行光學表徵。
根據本發明的原理，上述技術特別能夠確定LED光電器件是否包括由奈米線形成的一個或多個的側面反射器。
本發明的光電器件1包括具有上表面20的襯底2，上表面20沿著由第一方向和第二方向限定的平面延伸。這兩個方向在圖2A至2E、3和4中對應於所示出的正交參考系的x和y軸的方向。襯底2可以是堆疊的形式，包括沿z方向的支撐部21、稱為成核層22的表面層和掩蔽層23。
支撐部21尤其可以由藍寶石製成，以限制與氮化鎵的晶格參數不匹配，或者由矽製成，以降低成本並解決技術相容性問題。在後一種情況下，它可以是直徑為200 mm或300 mm的晶圓形式。它特別被用來作為三維結構的支撐部。
成核層22可以基於AlN。它也可以基於其他金屬氮化物，例如GaN或AlGaN。它可以通過外延，較佳地通過有機金屬氣相沉積系統(Metal-Organic Vapor-Phase Epitaxy；MOVPE)形成在矽支持部21上。根據一個實施例，成核層22的厚度在1nm和10μm之間（1nm=10 −9m）。它的厚度較佳在幾百奈米（例如大約100nm或200nm）至幾微米（例如2μm）的範圍內。它的厚度也可以小於100nm。這可以限制該層22在支撐部21上引起的機械應力，從而可以避免支撐部21的有害彎曲。這樣的厚度可以進一步限制成核層22的結構缺陷的出現。特別是，該成核層22的生長可以是假晶（pseudomorphe）的，也就是說，外延應力（特別是與Si和AlN、GaN或AlGaN之間的晶格參數差異有關）可以在生長過程中彈性釋放。因此，該成核層22的結晶品質可以得到優化。
光電器件1還包括設置在襯底2的上表面20的第一光源100。該第一光源100通常包括至少一個有源奈米線130，如圖2A中所示。這樣的奈米線130有利地從可能的成核層22延伸，並穿過襯底2的可能的掩蔽層23的開口。第一光源100有利地包括多個第一有源奈米線130，如圖2B至2E所示。
第一有源奈米線130可以按照不同的配置排列，其中一些排列例示在圖2B至2E中。第一有源奈米線130的排列有利地具有與基面不平行的至少一個對稱平面。它較佳被配置成使得第一光源內的電磁場在有源奈米線處具有最大值。
有源奈米線130包括有源區131，並且是電連接的。該有源區131是電子-空穴對輻射複合的地方，可以獲得具有主波長的光輻射。有源區131通常包括多個量子阱，例如由基於GaN、InN、InGaN、AlGaN、AlN、AlInGaN、GaP、AlGaP、AlInGap、AlGaAs、GaAs、InGaAs、AlIlAs或這些材料中的一些組合的發射層所形成的量子阱。
第一光源100通常包括基於透明導電氧化物的層，通常稱為TCO，其厚度較佳在100至300 nm之間。奈米線通常被佈置在基於金屬材料（通常是Al）的鏡面層和TCO層之間的縱向方向上。奈米線在鏡面層和TCO層之間的這種佈置可能會在縱向上形成法布里-培洛空腔(Fabry-Perot cavity)。
第一光源100的尺寸較佳在顯示器件的子圖元的範圍內，較佳是在1μm到150μm之間，通常在4到150μm之間。
第一光源100被配置為發射第一光束101。有利的是，第一光束101被配置為主要在垂直於襯底2的方向（即平行於圖2A至4中示出的z軸延伸的方向，稱為縱向方向）發光。然而，光束101包括沿許多發射方向傳播的多條光線。例如，該發光是全向的。光束的光線通常是按照朗伯（Lambertian）或正交曲線發射的，也就是說，光源100的亮度在角度上是均勻的，但發射的光強度取決於發射方向。光束的光強度通常根據朗伯定律而變化：
I是沿發射方向的光強，I 0是源表面的光強，θ是發射方向相對於源表面的法線(這裡是縱向方向)的角度。可以理解的是，可以考慮任何其他的發射曲線，而且第一光源100並不限於朗伯光源。
不管第一光源100的發射曲線如何，第一光束101是這樣的，它沿第一發射方向110發射出至少一條波長為λ 1（稱為第一波長λ 1） 的第一光線111。在實踐中，第一光束101通常發射出多條光線，其波長形成一個連續體。第一發射方向110的特點是，該第一發射方向110的任何方向向量都具有沿第一方向x和/或第二方向y的非零分量。換句話說，第一發射方向110不平行於縱向方向。
正如前文中提到的，本發明的一個目的是重新引導偏離縱向方向的光線，以便使它們對使用者感知的光強度作出貢獻。
因此，本發明提供了至少一個第一反射器150，它被佈置在襯底2的上表面20上，並至少部分地與第一光源100相鄰。第一反射器150被配置為反射沿第一發射方向110傳播的第一光線111。第一光線111沿第一反射方向120反射，第一反射方向120的任何方向向量都有沿第一方向x和/或第二方向y的非零分量。根據光源100周圍其他反射器的存在與否、第一光源100周圍的第一反射器150的範圍以及至少一個第一反射器150的高度，第一光線111然後可以沿反射器150的另一壁或另一反射器的壁的方向返回並再次被反射，或者不再被器件1反射。因此，有利的是，可能在經第一反射器150和/或其他反射器多次反射後，第一光線111被從器件1中提取出來，並對觀察者感知的總強度做出貢獻。
根據一個實施方案，第一反射器150當作鏡子來工作，也就是說，第一發射方向110和第一反射方向120相對於垂直於第一反射器150的平面的平面對稱。這個第一反射器150的平面可以以多種方式限定，特別是可以局部限定。例如，如果第一反射器150的無源奈米線151呈直線排列，則第一反射器150的平面被定義為包含沿與第一光源100相鄰的一排無源奈米線151的無源奈米線151的z方向的對稱軸的平面。如果第一反射器150的第一無源奈米線151排列成形成圓弧的行，則有可能在第一光線111对第一反射器150的入射點處將第一反射器150的平面定義為與第一光源100相鄰的一排第一無源奈米線151所限定的圓弧相切的平面。
根據另一個實施方案，第一反射器150不作為鏡子，而是作為去耦器工作。在該實施例中，第一條光線111沒有被第一反射器150對稱地反射。圖5例示了這個實施例。該圖更具體地考慮了第一無源奈米線151以平行直線的方式佈置並沿y方向定向的情況。圖5是沿第一光線111被第一反射器150反射的xz平面的剖視圖。第一光線111沿第一發射方向110傳播，該方向可由第一發射方向向量定義。該第一發射方向向量在xz平面上具有正交投影，表示為 。以同樣的方式，在反射後，第一光線111沿第一反射方向120傳播，該方向可由第一反射方向向量定義，其在xz平面上具有正交投影，表示為 。這兩個正交投影與z方向分別形成第一發射角 和第一反射角 。在前面描述的第一反射器150作為鏡子的情況下，這些角度是相等的。相反，在去耦功能中，第一反射器能夠偏轉第一光線，使得 ≠ 。為了優化光提取，第一反射器150被配置成使第一反射方向接近於z方向。因此，第一反射角較佳小於20°，甚至更有利地小於10°。
在yz平面上可以預期同樣的去耦現象。
如前所述，第一光源100通常發射多個對應於波長連續體的光束。因此，第一反射器150被有利地配置成反射多個波長的光。通常情況下，它能夠反射包含在一個給定範圍內的所有波長。例如，如果第一光源100是藍色子圖元的一部分，第一反射器150可以被配置為反射430nm和470 nm之間的波長。為了使第一反射器150能反射多種波長，有利的是規定第一無源奈米線151的直徑和相鄰的第一無源奈米線151之間的間距隨與第一光源100的距離而改變。
有利的是，第一反射器150被設置在襯底2上，以便在xy平面內完全圍繞第一光源100。圖2A至2E示出的這一實施方式能夠反射更多的光線，如果沒有反射器的存在，這些光線就不會從器件1中提取出來，因此可以進一步提高第一光束101的指向性。較佳地，通過完全包圍第一光源100，至少一個第一反射器150形成圍繞第一光源100的矩形腔。這樣的腔類似於兩個以正交方向排列的法布里-培洛空腔的組合。這個腔有利地具有小於1μm（1μm=10 −6m）的寬度W。
第一反射器150有利地包括多個從襯底2的上表面20延伸的第一無源奈米線151。術語 "無源奈米線 "是指不發射光輻射的奈米線。無源奈米線151通常是類似於有源奈米線的奈米線，但沒有電連接。第一無源奈米線151尤其可以與第一有源奈米線130電絕緣，後者能夠形成第一光源100。因此，第一有源奈米線130可以被電流穿過，並產生光束，而無源奈米線151本身沒有電連接。
第一無源奈米線151較佳形成沿襯底2延伸的光子晶體，例如布拉格鏡。由一組第一反射器150的第一無源奈米線151形成的光子晶體可以用幾個參數描述，特別是：
光柵間距，
填充率，也稱為開口率或密度，一般在10-90%之間，
晶格類型（六邊形，方形...），
奈米線之間可能的填充材料（通常稱為 "填充物"）的折射率，較佳在1到1.7之間，以及
奈米線的尺寸。
在第一反射器用作鏡子的情況下，第一光子晶體反射器150的特徵被定義為使第一光子晶體反射器150的光譜阻帶（有時用術語 "阻帶 "表示）包括第一波長λ 1。特別是，第一反射器150的第一無源奈米線151的間距和直徑必須根據第一波長λ 1調整 。
在第一反射器被用作去耦器的情況下，這些特徵要根據希望施加的反射角來調整。更具體地說，這些特徵被定義為使得在第一波長λ 1處由第一反射器150的光子晶體所支援的光學模式位於由以下關係定義的光錐上方：
其中， 表示光束在空氣中的傳播常數，ω是入射光束的脈衝，c是光速。如果入射光束的方向位於提取錐體之外，它將被完全反射，不會有折射光線（全反射現象）。
為了避免全反射現象，奈米線的頂部可以覆蓋具有某種形貌的層，從而產生相關的擴散現象。這個層被稱為擴散層。它能夠避免或限制全反射現象。因此，入射光束可以先反射然後擴散或折射。對於低入射角，入射光束在鏡子之間的連續反射可以在擴散或折射之前發生。因此，低入射光束的提取得到了改善。擴散層通常可以基於TiO 2。根據一種可能性，頂點的形貌，例如具有金字塔形狀，起到擴散層的作用，並改善光提取。
不同的線（第一有源奈米線130，第一無源奈米線151）較佳地通過掩蔽層23部分掩蔽成核層22來形成，掩蔽層23較佳包括圓形開口，其被限定以便獲得不同直徑的線和不同的排列或所需的光柵。掩蔽層23中的每個開口確實能夠從成核層22中局部生長出3D結構。
掩蔽層23較佳地由介電材料製成，例如氮化矽Si 3N 4。它可以通過化學氣相沉積CVD沉積在成核層22上。開口可以例如通過UV或DUV（Deep UV（深紫外線）的縮寫）光刻、電子束光刻或NIL（Nanoinprint lithography（奈米壓印光刻）的縮寫）來完成。它可以在不同的線生長後被例如通過選擇性蝕刻來移除。
所描述的器件甚至可以獲得非常小尺寸的子圖元的空穴效應。這種效果確實是在腔體寬度小到1μm的情況下獲得的。
該器件有利地允許對源的特定特徵（例如發射波長）、對該源所發射的光的提取或成形的特定特徵去相關。通過使用不同的奈米線用於源和反射器，有可能形成發射部和基本獨立的諧振腔。因此，源和反射器之間的可能組合更多。這允許根據目標應用來考慮大量的技術配置。
根據一個有利的實施方式，光電器件1包括第二光源200，它被佈置在襯底的上表面，並與第一光源100相鄰。這兩個光源100、200可以被視為顯示幕的兩個相鄰的子圖元。它可以是屬於同一圖元的兩個子圖元，也可以是各自屬於不同圖元的兩個子圖元。
第二光源200被配置為發射第二光束201，與第一光束101一樣，被有利地配置為主要沿縱向方向發光。第二光束201例如是全方向的，通常具有朗伯曲線。第二光束201沿第二發射方向210發射至少一個波長為λ 2（稱為第二波長λ 2）的第二光線211。該第二發射方向210的特徵是該第二發射方向210的任何方向向量沿第一方向x和/或第二方向y具有非零分量。
第二光源200較佳地包括從襯底2的上表面20延伸的至少一個第二有源奈米線230。它與第二反射器250相鄰，第二反射器250有利地包括從襯底2的上表面20延伸的多個第二無源奈米線251。第二無源奈米線形成光子晶體，可以用與第一無源奈米線151形成的光子晶體相同的方式描述。
第二有源奈米線230和第二無源奈米線251較佳地通過可能的掩蔽層23的開口形成，正如對第一有源奈米線130和第一無源奈米線151所描述的那樣。
第二反射器250被配置為反射沿第二發射方向210傳播的第二光線211。第二光線211沿第二反射方向220反射，第二反射方向220的任何方向向量在第一x方向和/或第二y方向具有非零分量。正如對具有單一光源的器件所描述的那樣，第二光線211因此從器件1中被提取出來，並對觀察者感知的總強度做出貢獻。
第一光子晶體反射器150的特徵經必要變通適用於第二光子晶體反射器250。特別是，如果第二反射器250被用作鏡子，後者被定義為使得第二光子晶體反射器250的光譜阻帶（有時被稱為 "阻帶"）包括第二波長λ 2。第二反射器250的第二無源奈米線251的間距和直徑必須特別根據第二波長λ 2調整。
以與第一反射器150相同的方式，第二反射器可以被配置成作為一個去耦器使用。
第一光源100和第二光源200被包括第一反射器150和第二反射器250的過渡區隔開。因此，該過渡區可以將第一光源100與第二光源200發出的光線隔離，反之亦然。
第一無源奈米線151和/或第二無源奈米線251可以有利地具有這樣的直徑和/或奈米線151、251之間的間距，他們各自在遠離第一光源和/或第二光源時逐漸增大或減小。術語 "奈米線151、251的直徑或這些奈米線151、251之間的間距的逐漸變化 "是指，根據奈米線151、251在xy平面的排列，這些參數在相鄰奈米線之間以一定的比例變化。通常情況下，規定奈米線151、251的直徑為其最近的奈米線的3%至13%。在奈米線151、251平行排列的情況下，通常規定一排和與其相鄰的兩排中的一排之間的間距在分隔同一排和與其相鄰的兩排中的另一排之間的間距的2%到4%之間。
可以確保第一反射器150和第二反射器250覆蓋過渡區內不相交的區域。在這種情況下，規定這些不相交的區域是相鄰的是有利的，並且與第二反射器相鄰的第一反射器150的第一無源奈米線151和與第一反射器150相鄰的第二反射器250的第二無源奈米線251具有基本相等的直徑。
也有可能第一反射器150的一部分與第二反射器250的一部分重合。
至少一個第一光源100也可以是被稱為雙向光源的光源(實施例未示出)，其具有平面型發光區，沿第一發射方向110發射第一波長λ 1的第一光線，如前所述。以已知的方式，例如，光源100包括至少一個半導體層和覆蓋層的堆疊，覆蓋層包括一個或多個相當於第一有源區131的發射輻射的層。不同的層是疊加的，結構化的，並且基本上是平面的。疊層從襯底2的上表面20延伸，以便以已知的方式形成一個發光檯面。在本實施方式中，形成第一光源100的層的堆疊和前面所述的形成第一反射器150的第一無源奈米線151可以在同一外延反應器中連續形成，或根據已知的不同方法形成。它們可以基於相同的材料或基於不同的材料。第一無源奈米線151也可以通過蝕刻先前沉積在至少一個第一光源100旁邊或甚至全部沉積在其周圍的材料來形成，這取決於第一反射器150所需的形狀。半導體層和覆蓋層的堆疊，例如可以有沿z方向的在1至3μm之間的高度。對應於第一有源區131的發射體層，有利地具有沿z方向的在200至1000 nm之間的高度。
本實施方案中參照第一光源100描述的特徵可以經必要變通而適用於其他光源，特別是第二光源200。
正如通過前面的實施例所說明的，根據本發明的器件可以改善LED型光源所發射的光束的指向性，從而改善光的提取。
然而，本發明並不限於之前描述的實施方式。
特別是，該器件的每個元件的數量、形狀和排列都可以根據顯示需要而進行調整。
1:光電器件 100:第一光源 111:第一光線 101:第一光束 110:第一發射方向 120:第一反射方向 130:第一有源奈米線 131:第一有源區 150:第一反射器 151:第一無源奈米線 2:襯底 20:上表面 21:支撐部 22:成核層 23:掩蔽層 210:第二發射方向 211:第二光線 220:第二反射方向 201:第二光束 230:第二有源奈米線 1000:過渡區
本發明的目的、目標以及特點和優點將從由以下圖式所例示的實施方案的詳細描述中更好地顯現出來，其中：
圖1示出了習知技術中用於表面雷射發射的衍射光柵。
圖2A示出了本發明器件的一個實施例的俯視圖，特別示出了光源和圍繞它的反射器。
圖2B至2E示出了本發明器件的其他實施方案的俯視圖。它們例示了關於該器件的光源可以包括的奈米線的數量和排列的不同變型。
圖3示出了包括單一光源的根據本發明的器件的一個實施方案的剖面圖。特別是，圖中示出了包括有源奈米線並發射光束的光源以及包括無源奈米線的反射器。
圖4示出了包括兩個光源的根據本發明的器件的一個實施方案的剖面圖，兩個光源相鄰並被過渡區分開。
圖5示出了一個實施方案的剖面圖，其中反射器具有解耦功能。
圖式僅作為示例給出，並不構成對本發明的限制。它們構成了旨在促進對本發明理解的原理性示意圖，不一定是實際應用的比例。特別是，每個元件的尺寸並不代表實際尺寸。
1:光電器件
100:第一光源
101:第一光束
110:第一發射方向
120:第一反射方向
130:第一有源奈米線
131:第一有源區
150:第一反射器
151:第一無源奈米線
2:襯底
20:上表面
21:支撐部
22:成核層
23:掩蔽層

Claims (21)

  1. 一種光電器件(1)，包括： 具有上表面(20)的襯底(2)，該表面(20)沿著由第一方向(x)和第二方向(y)限定的稱為基面的平面延伸， 佈置在該上表面(20)上的至少一個第一光源(100)，配置為發射第一光束(101)，該第一光束(101)至少在第一波長λ 1處發光，並至少沿稱為第一發射方向(110)的方向被發射，該第一發射方向(110)包括第一發射方向向量，該第一發射方向向量沿該第一方向(x)和該第二方向(y)中的至少一個方向具有非零分量， 該光電器件(1)的特徵在於： 還包括至少部分與該第一光源（100）相鄰的至少一個第一反射器（150），被配置為沿第一反射方向（120）反射沿該第一發射方向（110）發射的該第一波長λ 1的第一光線（111）， 該至少一個第一反射器（150）包括從該襯底的該上表面（20）延伸的多個第一無源奈米線（151）。
  2. 根據請求項1所述的光電器件（1），其中，該第一光源（100）是非相干光源。
  3. 根據請求項1或2所述的光電器件(1)，其中，該第一無源奈米線(151)的直徑在遠離至少一個該第一光源(100)時逐漸減小或增大。
  4. 根據請求項1至3中任一項所述的光電器件(1)，其中，該第一無源奈米線(151)按照第一恆定間距p1，沿該第一方向(x)和該第二方向(y)中的至少一個方向排列。
  5. 根據請求項1至3中任一項所述的光電器件(1)，其中，該第一無源奈米線(151)按照遠離至少一個該第一光源(100)時逐漸增大或減小的間距排列。
  6. 根據請求項1至5中任一項所述的光電器件(1)，其中，至少一個該第一光源(100)包括至少一個第一有源奈米線(130)，該第一有源奈米線(130)具有第一直徑φ 01並包括被配置為發射該第一波長λ 1的該第一光線(111)的第一有源區(131)。
  7. 根據請求項6所述的光電器件（1），其中，該至少一個第一有源奈米線的第一直徑φ 01小於5µm。
  8. 根據請求項6或7所述的光電器件（1），其中，該第一無源奈米線（151）和該至少一個第一有源奈米線（130）基於相同的材料。
  9. 根據請求項1至8中任一項所述的光電器件(1)，其中，該至少一個第一反射器(150)在基面的投影完全包圍該第一光源(100)。
  10. 根據請求項1至9中任一項所述的光電器件(1)，其中： 該第一發射方向向量沿第一方向（x）具有非零分量， 該第一發射方向向量在由該第一方向（x）和垂直於基面的第三方向（z）限定的橫向平面上具有正交投影，稱為第一投影發射向量 ，與該第三方向（z）形成第一發射角 ， 該第一反射方向（120）的第一反射方向向量在橫向平面上具有正交投影，稱為第一投影反射向量 ，與該第三方向（z）形成第一反射角 ， 該多個第一無源奈米線（151）被配置為反射該第一光線（111），使得該第一發射角 和該第一反射角 不同。
  11. 根據請求項10所述的光電器件（1），其中，該第一反射角 小於40°，較佳小於20°。
  12. 根據請求項1至11中任一項所述的光電器件(1)，還包括與該第一光源(100)相鄰的至少一個第二光源(200)，被配置為發射第二光束(201)，該第二光束(201)在第二波長λ 2處發光，且至少沿稱為第二發射方向(210)的方向被發射，該第二發射方向(210)包括第二發射方向向量，其沿該第一方向(x)和該第二方向(y)中至少一個方向具有非零分量，該第一光源(100)和該第二光源(200)被過渡區(1000)隔開，該過渡區包括該至少一個第一反射器(150)和至少一個第二反射器(250)，該至少一個第二反射器(250)被配置為沿第二反射方向(220)反射第二波長λ 2的第二光線(211)，該至少一個第二反射器(250)包括多個從該襯底(2)的該上表面(20)延伸的第二無源奈米線(251)。
  13. 根據請求項12所述的光電器件（1），其中，該第二光源是非相干光源。
  14. 根據請求項12或13所述的光電器件(1)，其中，該第二無源奈米線(251)的直徑在遠離該至少一個第二光源(200)時逐漸減小或增大。
  15. 根據請求項12至14中任一項所述的光電器件(1)，其中，該第二無源奈米線(251)根據第二恆定間距p2，沿該第一方向(x)和該第二方向(y)中的至少一個方向排列。
  16. 根據請求項12至14中任一項所述的光電器件(1)，其中，該第二無源奈米線(251)按照在遠離該至少一個第二光源(200)時逐漸增大或減小的間距排列。
  17. 根據請求項12至16中任一項所述的光電器件(1)，其中，該至少一個第二光源(200)包括至少一個第二有源奈米線，該第二有源奈米線具有第二直徑φ 02並且包括被配置為發射該第二波長λ 2的該第二光線的第二有源區。
  18. 根據請求項17所述的光電器件（1），其中，該至少一個第二有源奈米線的第二直徑φ 02小於5μm。
  19. 一種光電器件（1）的製造方法，該光電器件（1）包括第一光源（100）和包括多個第一無源奈米線（151）的第一反射器（150），該方法包括以下步驟： 提供具有上表面（20）的襯底（2），該上表面（20）沿著由第一方向（x）和第二方向（y）限定的稱為基面的平面延伸，並且該襯底（2）包括允許該第一無源奈米線（151）成核和生長的成核層（22）， 從該襯底(2)的該上表面(20)生長該第一無源奈米線(151)，以便形成第一反射器(150)，該第一反射器(150)被配置為沿第一反射方向(120)反射沿第一發射方向(110)發射的第一波長λ 1的第一光線(111)， 在該襯底(2)的該上表面(20)上形成第一光源(100)，該第一光源(100)被配置為發射至少在該第一波長λ 1處發光的第一光束(101)，該第一光束(101)至少沿稱為該第一發射方向(110)的方向被發射，該第一發射方向(110)的第一發射方向向量沿該第一方向(x)和該第二方向(y)中至少一個方向具有非零分量。
  20. 根據請求項19所述的製造方法，其中： 該第一光源（100）包括至少一個第一有源奈米線（130）， 該成核層（22）允許該至少一個有源奈米線（130）的成核和生長， 形成該第一光源(100)的步驟包括從該襯底(2)的該上表面(20)生長該至少一個第一有源奈米線(130)，以形成該第一光源(100)。
  21. 根據請求項20所述的製造方法，其中，生長該第一無源奈米線（151）的步驟和生長該至少一個第一有源奈米線（130）的步驟同時進行。
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