WO2024002833A1 - Dispositif optoélectronique à réflecteur et son procédé de fabrication - Google Patents

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WO2024002833A1
WO2024002833A1 PCT/EP2023/066847 EP2023066847W WO2024002833A1 WO 2024002833 A1 WO2024002833 A1 WO 2024002833A1 EP 2023066847 W EP2023066847 W EP 2023066847W WO 2024002833 A1 WO2024002833 A1 WO 2024002833A1
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nanowires
reflector
passive
optoelectronic device
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PCT/EP2023/066847
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Tiphaine Dupont
Mehdi DAANOUNE
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Aledia
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Definitions

  • the present invention relates in particular to the field of microelectronics and optoelectronics technologies. Its particularly advantageous but non-limiting application is LED-based display systems (from the English “Light-Emitting Diode”, translating into French as electroluminescent diode).
  • a display screen generally comprises a plurality of pixels arranged on a so-called basal plane and emitting independently of each other.
  • Each color pixel generally includes at least three luminous flux emission and/or conversion components, also called sub-pixels. These sub-pixels each emit a luminous flux substantially in a single color (typically red, green and blue). The color of a pixel perceived by an observer comes from the superposition of the different light fluxes emitted by the sub-pixels.
  • an LED or micro-LED emits the luminous flux associated with a sub-pixel.
  • An important issue with these technologies concerns the directivity of the light emitted by LEDs. Indeed, even if the LED is configured to mainly emit in a direction normal to the basal plane, certain rays of the beam are emitted in directions too grazing to be extracted from the sub-pixel and do not contribute to the light intensity perceived by the observer.
  • a waveguide 30 in which laser radiation 41 propagates is constituted on the one hand by a region 31 used as a DFB laser cavity (from the English “Distributed FeedBack laser", which can be translated into French as “feedback laser”). distributed”).
  • This region 31 is electrically injected - this is the active zone of the guide - and has a high coupling coefficient allowing propagation with little loss.
  • the waveguide also consists of a region 32 allowing the extraction on surface 42 of part of the laser radiation. Region 32 is a passive zone of the guide, it is not electrically injected. It has a lower coupling coefficient than the active zone.
  • the waveguide 30 is a simple layer structured in a periodic network whose height and pitch are configured for the confinement (at the active zone 31) or the extraction (at the passive zone 32) of the laser radiation. 41.
  • the laser radiation comes from a lateral region not shown in Figure 1.
  • This solution is commonly used for laser extraction but is not compatible with incoherent light sources such as LEDs. Furthermore, if this solution makes it possible to obtain a good extraction efficiency, it is incompatible with light extraction taking place in the same region as the light emission, as is the case in display screens formed of pixels.
  • Another solution this time adapted to LED-based pixels, consists of forming a composite mirror around each sub-pixel.
  • the formation of such a mirror at a very low height, requires complex masking and deposition steps to be carried out without degrading the surrounding LEDs and without causing contamination.
  • a first object concerns an optoelectronic device comprising a substrate having an upper face extending along a plane called basal plane defined by a first direction and a second direction, at least one first light source arranged on the upper face and configured to emit a first light beam emitting at least at a first wavelength ⁇ i, said first light beam being emitted at least in a direction called first emission direction, a first emission direction vector of which has a non-zero component according to at least one among the first direction and the second direction.
  • the device is characterized in that it further comprises at least a first reflector bordering at least partly the first light source, configured to reflect in a first direction of reflection of the first light rays of first wavelength ⁇ i emitted according to the first direction of emission, and in that the at least one first reflector comprises a plurality of first passive nanowires extending from the upper face of the substrate.
  • the first reflector formed of first passive nanowires makes it possible to effectively reflect the first light rays and thus extract the light emitted by the first light source.
  • a second object relates to a method of manufacturing an optoelectronic device comprising a first light source and a first reflector itself comprising a plurality of first passive nanowires. This process includes the following steps:
  • a substrate having an upper face, extending along a plane called the basal plane defined by a first direction and a second direction and comprising a nucleation layer allowing the nucleation and growth of the first passive nanowires,
  • the first reflector being configured to reflect in a first direction of reflection of the first light rays of first wavelength ⁇ i emitted in the first direction resignation
  • the first light source being configured to emit a first light beam emitting at least at the first wavelength ⁇ i, said first light beam being emitted at least in one direction called first emission direction, a first emission direction vector of which has a non-zero component in at least one of the first direction and the second direction.
  • the first light source comprises at least one first active nanowire whose formation takes place simultaneously with the formation of the first passive nanowires.
  • Form the passive and active nanowires during same manufacturing steps limits the degradation of pixel quality.
  • Figure 1 represents a diffraction grating used in the prior art for surface laser emission.
  • Figure 2A represents a top view of one embodiment of the device which is the subject of the invention.
  • a light source and a reflector surrounding it are visible.
  • FIGS 2B to 2E represent top views of other embodiments of the device which is the subject of the invention. They illustrate different variants concerning the number and arrangement of nanowires that the light source of the device can include.
  • Figure 3 represents a sectional view of an embodiment of the device according to the invention comprising a single light source.
  • a light source comprising active nanowires and emitting a light beam as well as a reflector comprising passive nanowires.
  • Figure 4 represents a sectional view of an embodiment of the device according to the invention comprising two adjacent light sources separated by a transition zone.
  • the first light source is an incoherent light source.
  • the first passive nanowires have a gradually decreasing or increasing diameter moving away from the at least one first light source. This makes it possible to avoid breaks in symmetry and edge effects around the first light source and therefore around the sub-pixel formed by the first light source.
  • the first passive nanowires are arranged according to a first constant pi pitch in at least one of the first direction and the second direction.
  • the first passive nanowires are arranged in a progressively increasing or decreasing pitch moving away from the at least one first light source. This makes it possible to avoid breaks in symmetry and edge effects around the first light source and therefore around the sub-pixel formed by the first light source.
  • the at least one first light source comprises at least one first active nanowire having a first diameter ⁇ p Oi and comprising a first active region configured to emit the first light rays of first wavelength ⁇ i.
  • the first diameter ⁇ p Oi of the at least one first active nanowire is less than 5 pm.
  • the first passive nanowires and the at least one first active nanowire are based on distinct materials.
  • the first passive nanowires can then be formed by etching a material previously deposited next to, or even all around, depending on the desired shape for the first reflector, the at least one first active nanowire.
  • the reflector and thus typically the first passive nanowires, and the light source are based on the same material.
  • the at least one first reflector completely surrounds, in a projection on the basal plane, the first light source. This creates a closed cavity around the first light source and further improves extraction bright.
  • the first emission direction vector has a non-zero component in the first direction
  • the first emission director vector has an orthogonal projection in a transverse plane defined by the first direction and a third direction normal to the basal plane, called the first projected emission vector v emiXZ , forming a first emission angle a emXZ with the third direction,
  • a first reflection direction vector of the first reflection direction has an orthogonal projection in the transverse plane, called the first projected reflection vector v re/-iXZ , forming a first reflection angle a ref xz with the third direction,
  • the first angle of reflection a ref xz is less than 40°, preferably less than 20°.
  • the device further comprises at least a second light source adjacent to the first light source, configured to emit a second light beam emitting at a second wavelength ⁇ 2, said second light beam being emitted at less in a direction called the second direction of emission, a second emission direction vector of which has a non-zero component in at least one of the first direction and the second direction, said first and second light sources being separated by a zone transition comprising the at least one first reflector and at least one second reflector, the at least one second reflector being configured to reflect in a second direction of reflection of the second light rays of second wavelength ⁇ 2, said at least one second reflector comprising a plurality of second passive nanowires extending from the upper face of the substrate.
  • the second light source is an incoherent light source.
  • the second passive nanowires have a gradually decreasing or increasing diameter moving away from the at least one second light source.
  • the second passive nanowires are arranged in a second constant pitch P2 in at least one of the first direction and the second direction.
  • the second passive nanowires are arranged in a progressively increasing or decreasing pitch moving away from the at least one second light source.
  • the at least one second light source comprises at least one second active nanowire having a second diameter q>02 and comprising a second active region configured to emit the second light rays of second wavelength ⁇ 2.
  • the second diameter q>02 of the at least one second active nanowire is less than 5 pm.
  • the first light source comprises at least one first active nanowire
  • the nucleation layer allows the nucleation and growth of the at least one active nanowire
  • the step of forming the first light source comprises a step of growing the at least one first active nanowire from the upper face of the substrate so as to form the first light source.
  • the step of growing the first passive nanowires and the step of growing the at least one first active nanowire are carried out simultaneously.
  • wire or nanowire we mean a 3D structure with an elongated shape in the longitudinal direction.
  • the longitudinal dimension of the 3D structure, along z in the figures, is greater, and preferably much greater, than the transverse dimensions of the 3D structure, in the xy plane in the figures.
  • the longitudinal dimension is for example at least five times, and preferably at least ten times, greater than the transverse dimensions.
  • diameter we mean the largest transverse dimension of the nanowire.
  • the 3D structures do not necessarily have a circular cross section.
  • the 3D structures can in particular have a hexagonal or polygonal transverse section. In particular, in the case of 3D structures based on GaN, this section can be hexagonal.
  • the diameter then corresponds to an average diameter calculated from the diameter of a circle inscribed in the polygon of the transverse section and the diameter of a circumscribed circle of this polygon.
  • the diameter of the nanowires is typically between 50 nm and 1.5 m, preferably between 50 nm and 1 pm, preferably between 50 nm and 600 nm and advantageously substantially equal to 50 nm.
  • the longitudinal dimension, according to z, of the nanowires is commonly referred to as the height of the nanowires.
  • the height of the nanowires is typically between 220 nm and 5 pm, preferably substantially equal to 260 nm.
  • LED light-emitting diode
  • LED simply “diode”
  • An “LED” can also be understood as a “micro-LED”.
  • M-n refers to the material M doped N, N+ or N++, according to the terminology usually used in the field of microelectronics for the suffix -n.
  • M-p refers to the material M doped with P, P+ or P++, according to the terminology usually used in the field of microelectronics for the suffix -p.
  • a substrate By a substrate, a layer, a device, “based” on a material M, is meant a substrate, a layer, a device comprising this material M only or this material M and possibly other materials, for example elements alloy, impurities or doping elements.
  • a 3D structure based on gallium nitride can for example comprise gallium nitride (GaN or GaN-i) or doped gallium nitride (GaN-p, GaN-n).
  • An active region based on gallium-indium nitride can for example comprise gallium-aluminum nitride (AIGaN) or gallium nitride with different contents of aluminum and indium (GalnAIN).
  • the material M is generally crystalline.
  • a reference frame preferably orthonormal, comprising the x, y, z axes is shown in the attached figures.
  • a direction substantially normal to a plane means a direction having an angle of 90 ⁇ 10° relative to the plane.
  • TEM or STEM lend themselves particularly well to the observation and identification of quantum wells - the thickness of which is generally of the order of a few nanometers - in the active region.
  • Different techniques listed below in a non-exhaustive manner can be implemented: dark field and bright field imaging, weak beam imaging, HAADF wide angle diffraction ( English acronym for “High Angle Annular Dark Field”).
  • the chemical compositions of the different elements can be determined using the well-known EDX or X-EDS method, an acronym for “energy dispersive x-ray spectroscopy” which means “energy dispersive analysis of X-ray photons”.
  • This method is well suited to analyze the composition of small optoelectronic devices such as nanowire-based LEDs (3D LEDs). It can be implemented on metallurgical sections within a Scanning Electron Microscope (SEM) or on thin sections within a Transmission Electron Microscope (TEM).
  • SEM Scanning Electron Microscope
  • TEM Transmission Electron Microscope
  • optical properties of the different elements can be determined by spectroscopy.
  • CL Cathodoluminescence
  • PL photoluminescence
  • the optoelectronic device 1 object of the invention comprises a substrate 2 having an upper face 20 extending along a plane defined by a first direction and a second direction. These two directions correspond in Figures 2A to 2E, 3 and 4 to the directions carried by the x and y axes of the orthogonal reference frame shown.
  • the substrate 2 can be in the form of a stack comprising, in the z direction, a support 21, a surface layer called the nucleation layer 22 and a masking layer 23.
  • the support 21 can in particular be made of sapphire to limit the mesh parameter disagreement with GaN, or of silicon to reduce costs and for problems of technological compatibility. In the latter case, it can be in the form of a wafer with a diameter of 200 mm or 300 mm. It serves in particular as a support for 3D structures.
  • the optoelectronic device 1 further comprises a first light source 100 disposed on the upper face 20 of the substrate 2.
  • This first light source 100 typically comprises at least one active nanowire 130, as shown in Figure 2A.
  • Such a nanowire 130 advantageously extends from the possible nucleation layer 22 and through an opening of the possible masking layer 23 of the substrate 2.
  • the first light source 100 advantageously comprises a plurality of first active nanowires 130 , as shown in Figures 2B to 2E.
  • the first active nanowires 130 can be arranged in different configurations, some of which are illustrated in Figures 2B to 2E.
  • the arrangement of the first active nanowires 130 advantageously presents at least one plane of symmetry other than a plane of symmetry parallel to the basal plane. It is preferably configured so that the electromagnetic field within the first light source has maximums at the level of the active nanowires.
  • An active nanowire 130 includes an active region 131 and is electrically connected.
  • This active region 131 is the place of radiative recombination of electron-hole pairs making it possible to obtain light radiation having a main wavelength.
  • the active region 131 typically comprises a plurality of quantum wells, for example formed by emissive layers based on GaN, InN, InGaN, AIGaN, AIN, AlInGaN, GaP, AIGaP, AlInGap, AIGaAs, GaAs, InGaAs, AIIIAs, or a combination of several of these materials.
  • the first light source 100 typically comprises a layer based on a transparent conductive oxide, commonly called TCO (from the English “Transparent Conductive Oxide”), the thickness of which is preferably between 100 and 300 nm.
  • TCO transparent Conductive Oxide
  • the nanowires are typically arranged in the longitudinal direction between a mirror layer based on a metallic material, typically AI, and the TCO layer. This arrangement of the nanowires between the mirror layer and the TCO layer possibly makes it possible to create a Fabry-Perot cavity in the longitudinal direction.
  • the first light source 100 is advantageously dimensioned to have dimensions of the order of those of a sub-pixel of a display device, preferably between 1 pm and 150 pm, typically between 4 and 150 pm.
  • the first light source 100 is configured to emit a first light beam 101.
  • the first light beam 101 is configured to be emitted mainly in a direction normal to the substrate 2, i.e. extending parallel to the z axis shown in Figures 2A to 4, called the longitudinal direction.
  • the light beam 101 includes a multitude of rays propagating in as many directions of emission.
  • the emission is, for example, omnidirectional.
  • the rays of the beam are typically emitted according to a Lambertian or orthotropic profile, that is to say that the luminance of the light source 100 is angularly uniform, but the emitted light intensity depends on the direction of emission.
  • the light intensity of the beam typically varies according to Lambert's law:
  • the first light beam 101 is such that it emits at least a first light ray 111 of wavelength ⁇ i called first wavelength ⁇ i according to a first direction of emission 110.
  • the first light beam 101 typically emits a plurality of rays whose wavelengths form a continuum.
  • the first direction of emission 110 is characterized by the fact that any direction vector of this first direction of emission 110 has a non-zero component in the first direction x and/or the second y direction. In other words, the first emission direction 110 is not parallel to the longitudinal direction.
  • an objective of the present application is to redirect the light rays deviating from the longitudinal direction so that they contribute to the light intensity perceived by the user.
  • the present invention therefore provides for the presence of at least one first reflector 150 disposed on the upper face 20 of the substrate 2 and bordering at least partly the first light source 100.
  • the first reflector 150 is configured to reflect the first light ray 111 propagating along the first direction of emission 110.
  • the first light ray 111 is reflected along a first direction of reflection 120, any direction vector of which has a non-zero component along the first direction x and/or the second direction y.
  • the first light ray 111 can then be returned towards another wall of the reflector 150 or a wall of another reflector and be reflected again, or no longer be reflected by the device 1.
  • the first light ray 111 is extracted from the device 1 and contributes to the total intensity perceived by the observer.
  • first passive nanowires 151 of the first reflector 150 are arranged in rows forming arcs of a circle, we can define at the point of incidence of the first light ray 111 with the first reflector 150 the plane of the first reflector 150 as the plane tangent to the arc of a circle defined by the row of first passive nanowires 151 bordering the first light source 100.
  • the first reflector 150 does not function as a mirror but as a decoupler.
  • the first light ray 111 is not reflected symmetrically by the first reflector 150.
  • This mode of implementation is illustrated in Figure 5.
  • Figure 5 is a sectional view along the xz plane of the reflection of the first light ray 111 by the first reflector 150.
  • the first light ray 111 propagates along a first direction of emission 110 which can be defined by a first direction vector d 'emission.
  • the first reflector 150 advantageously comprises a plurality of first passive nanowires 151 extending from the upper face 20 of the substrate 2.
  • Passive nanowire is meant a nanowire that does not emit light radiation.
  • Passive nanowires 151 are typically nanowires similar to active nanowires but are not electrically connected.
  • the first passive nanowires 151 can in particular be electrically isolated from the first active nanowires 130 which can form the first light source 100.
  • the first active nanowires 130 can carry a current and generate a light beam without the passive nanowires 151 being themselves electrically connected.
  • the first passive nanowires 151 preferably form a photonic crystal extending on the substrate 2, for example a Bragg mirror.
  • the photonic crystal formed by all of the first passive nanowires 151 of the first reflector 150 can be described by several parameters and in particular:
  • the filling rate also called opening rate or density, generally between 10 and 90%
  • filling material preferably between 1 and 1.7
  • the characteristics of the first photonic crystal reflector 150 are defined so that the spectral stop band, sometimes referred to by the English term "stopband", of the first reflector 150 to photonic crystal includes the first wavelength ⁇ i.
  • the pitch and diameter of the first passive nanowires 151 of the first reflector 150 must in particular be adjusted as a function of the first wavelength ⁇ i.
  • these characteristics are adjusted according to the reflection angles that we wish to impose. More precisely, these characteristics are defined so that the optical modes supported by the photonic crystal of the first reflector 150 at the first wavelength ⁇ i are located above the cone of light defined by the following relation:
  • the top of the nanowires can be covered by a layer inducing a certain topography and therefore an associated diffusion phenomenon.
  • This layer is called the diffusive layer. It makes it possible to avoid or limit the phenomenon of total reflection.
  • the incident beam can thus be reflected then scattered or refracted. For low angles of incidence, successive reflections of the incident beam between the mirrors can occur before diffusion or refraction. The extraction of low incidence beams is thus improved.
  • the diffusive layer can typically be based on TiC>2. According to one possibility, the topography of the vertices, for example having a pyramidal shape, acts as such a diffusive layer and improves light extraction.
  • the different wires are preferably formed through a masking layer 23 partially masking the nucleation layer 22 and comprising preferably circular openings defined so as to obtain the different diameters of wires and the different arrangements or networks desired.
  • Each opening in the masking layer 23 in fact allows localized growth of a 3D structure from the nucleation layer 22.
  • the masking layer 23 is preferably made of a dielectric material, for example silicon nitride Si3N4. It can be deposited by chemical vapor deposition CVD (acronym for “Chemical Vapor Deposition”) on the nucleation layer 22.
  • the openings can be produced for example by UV or DUV lithography (acronym for Deep UV), by beam lithography electronic or by NIL (acronym for Nanoinprint lithography). It can be removed after growth of the different threads, for example by selective etching.
  • the device described makes it possible to obtain a cavity effect even for very small subpixels. This effect is in fact obtained for cavity widths as small as 1 pm.
  • the device advantageously makes it possible to decorrelate the characteristics specific to the source, such as the emission wavelength, from the characteristics specific to the extraction or shaping of the light emitted by this source.
  • By using different nanowires for the source and the reflectors it is thus possible to form a substantially independent emissive part and a resonant cavity.
  • the possible combinations between the source and the reflectors are therefore more numerous. This makes it possible to consider a large number of technological configurations, depending on the targeted applications.
  • the optoelectronic device 1 comprises a second light source 200 arranged on the upper face of the substrate and adjacent to the first light source 100.
  • the two light sources 100, 200 can be compared to two sub -adjacent pixels of a display screen. It may be two sub-pixels belonging to the same pixel or two sub-pixels each belonging to a separate pixel.
  • the second light source 200 is configured to emit a second light beam 201 being, like the first light beam 101, advantageously configured to be mainly emitted in the longitudinal direction.
  • the second light beam 201 is for example omnidirectional and typically has a Lambertian profile.
  • the second light beam 201 emits at least a second light ray 211 of wavelength ⁇ 2 called second wavelength ⁇ 2 in a second direction of emission 210.
  • This second direction of emission 210 is characterized by the fact that any vector director of this second direction of emission 210 has a non-zero component in the first direction x and/or the second direction y.
  • the second light source 200 preferably comprises at least one second active nanowire 230 extending from the upper face 20 of the substrate 2. It is bordered by a second reflector 250 advantageously comprising a plurality of second passive nanowires 251 extending from the face upper 20 of the substrate 2.
  • the second passive nanowires form a photonic crystal which can be described in the same way as the photonic crystal formed by the first passive nanowires 151.
  • the second active nanowires 230 and the second passive nanowires 251 are also preferably formed through openings in the possible masking layer 23, as described for the first active nanowires 130 and the first passive nanowires 151.
  • the second reflector 250 is configured to reflect the second light ray 211 propagating along the second direction of emission 210.
  • the second light ray 211 is reflected along a second direction of reflection 220 of which any vector director has a non-zero component according to the first x direction and/or the second y direction.
  • the second light ray 211 is thus extracted from the device 1 and contributes to the total intensity perceived by the observer.
  • the characteristics of the first photonic crystal reflector 150 adapt mutatis mutandis to the second photonic crystal reflector 250.
  • the second reflector 250 is used as a mirror, the latter are defined so that the spectral stop band, sometimes referred to by the English term "stopband", of the second photonic crystal reflector 250 comprises the second length d wave ⁇ 2.
  • the pitch and diameter of the second passive nanowires 251 of the second reflector 250 must be adjusted as a function of the second wavelength ⁇ 2.
  • the first reflector can be configured to be used as a decoupler.
  • the first light source 100 and the second light source 200 are separated by a transition zone comprising the first reflector 150 and the second reflector 250. This transition zone thus makes it possible to isolate the first light source 100 from the rays emitted by the second light source 200, and vice versa.
  • the first passive nanowires 151 and/or the second passive nanowires 251 can advantageously have a diameter and/or a pitch between nanowires 151, 251 gradually increasing or decreasing away from the first light source and/or the second light source. light respectively.
  • a diameter and/or a pitch between nanowires 151, 251 gradually increasing or decreasing away from the first light source and/or the second light source. light respectively.
  • progressive variation of the diameter of the nanowires 151, 251 or of the pitch between these nanowires 151, 251 we mean, depending on the arrangement of the nanowires 151, 251 in the xy plane, that these parameters vary in limited proportions between neighboring nanowires.
  • the nanowires 151, 251 are expected to have a diameter of between 3% and 13% of that of their nearest neighbor.
  • the pitch between a row and one of the two rows adjacent to it is between 2% and 4% of that separating this same row and the other of the two rows adjacent to it.
  • first reflector 150 and the second reflector 250 cover separate zones within the transition zone.
  • these disjointed zones are adjacent and that the first passive nanowires 151 of the first reflector 150 bordering the second reflector and the second passive nanowires 251 of the second reflector 250 bordering the first reflector 150 have substantially equal diameters. .
  • part of the first reflector 150 coincides with part of the second reflector 250.
  • the at least one first light source 100 can also be a so-called bidirectional light source (embodiment not illustrated) with a planar type electroluminescent zone emitting the first light rays of first wavelength ⁇ i in the first direction d emission 110 as described previously.
  • the light source 100 comprises at least one stack of semiconductor layers and a covering layer, the covering layer comprising one or more layers emitting radiation equivalent to the first active region 131.
  • the different layers are superimposed, structured, and are substantially planar.
  • the stack extends from the upper face 20 of the substrate 2 so as to form a luminescent mesa in a known manner.
  • the stack of layers to form the first light source 100 and the first passive nanowires 151 as described above to form the first reflector 150 can be formed successively in the same epitaxy reactor or according to methods known separate. They can be based on the same material or based on different materials.
  • the first passive nanowires 151 can also be formed by etching a material previously deposited next to the at least one first light source 100, or even all around it, depending on the desired shape for the first reflector 150.
  • Stacking of semiconductor layers and covering layer can for example have a height taken along z of between 1 and 3 pm.
  • the emitting layer(s), corresponding to the first active region 131 advantageously has(have) a height along z of between 200 and 1000 nm.
  • the characteristics of this embodiment described with reference to the first light source 100 can apply mutatis mutandis to other light sources, in particular the second light source 200.
  • the devices according to the invention make it possible to improve the directivity of the beam emitted by an LED type light source, and therefore to improve light extraction.
  • each element of the device can be adapted according to display needs.

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Abstract

La présente demande concerne un dispositif optoélectronique (1) comprenant au moins une première source de lumière (100) configurée pour émettre un premier faisceau lumineux (101) émettant au moins à une première longueur d'onde λ1 et émis au moins selon une direction appelée première direction d'émission (110), le dispositif optoélectronique comprenant, en outre, au moins un premier réflecteur (150) bordant la première source de lumière (100), configuré pour réfléchir selon une première direction de réflexion (120) des premiers rayons lumineux (111) de première longueur d'onde λ1 émis selon la première direction d'émission (110), et en ce que l'au moins un premier réflecteur (150) comprend une pluralité de premiers nanofils passifs (151).

Description

DISPOSITIF OPTOÉLECTRONIQUE À RÉFLECTEUR ET SON PROCÉDÉ DE FABRICATION
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
La présente invention concerne notamment le domaine des technologies de la microélectronique et de l’optoélectronique. Elle trouve pour application particulièrement avantageuse mais non limitative les systèmes d’affichage à base de LED (de l’anglais « Light-Emitting Diode », se traduisant en français par diode électroluminescente).
ETAT DE LA TECHNIQUE
Un écran d’affichage comprend généralement une pluralité de pixels disposés sur un plan dit basal et émettant indépendamment les uns des autres. Chaque pixel de couleur comprend généralement au moins trois composants d’émission et/ou de conversion d’un flux lumineux, également appelés sous-pixels. Ces sous-pixels émettent chacun un flux lumineux sensiblement dans une seule couleur (typiquement le rouge, le vert et le bleu). La couleur d’un pixel perçue par un observateur vient de la superposition des différents flux lumineux émis par les sous-pixels.
Typiquement, une LED ou micro-LED permet d’émettre le flux lumineux associé à un sous-pixel. Un enjeu important de ces technologies concerne la directivité de la lumière émise par les LED. En effet, même si la LED est configurée pour émettre principalement selon une direction normale au plan basal, certains rayons du faisceau sont émis selon des directions trop rasantes pour être extraites du sous-pixel et ne participent pas à l’intensité lumineuse perçue par l’observateur.
De nombreuses solutions d’extraction de la lumière ont été divulguées dans l’art antérieur. L’une d’entre elles concerne l’extraction d’une lumière laser à l’aide d’une surface texturée. Cette solution est représentée schématiquement à la figure 1 . Un guide d’onde 30 dans lequel se propage un rayonnement laser 41 est constitué d’une part d’une région 31 utilisée comme cavité laser DFB (de l’anglais « Distributed FeedBack laser, pouvant être traduit en français par « laser à rétroaction répartie »). Cette région 31 est injectée électriquement - il s’agit de la zone active du guide - et présente un coefficient de couplage élevé permettant une propagation avec peu de pertes. Le guide d’onde est constitué d’autre part d’une région 32 permettant l’extraction en surface 42 d’une partie du rayonnement laser. La région 32 est une zone passive du guide, elle n’est pas injectée électriquement. Elle présente un coefficient de couplage plus faible que la zone active. Le guide d’onde 30 est une simple couche structurée en réseau périodique dont la hauteur et le pas sont configurés pour le confinement (au niveau de la zone active 31) ou l’extraction (au niveau de la zone passive 32) du rayonnement laser 41. Le rayonnement laser provient d’une région latérale non représentée sur la figure 1.
Cette solution est couramment utilisée pour l’extraction laser mais n’est pas compatible avec des sources de lumière incohérente telles que les LED. De plus, si cette solution permet d’obtenir un bon rendement d’extraction, elle est incompatible avec une extraction lumineuse se faisant dans la même région que l’émission lumineuse, comme c’est le cas dans les écrans d’affichage formés de pixels.
Une autre solution, cette fois adaptée aux pixels à base de LEDs, consiste à former un miroir composite autour de chaque sous-pixel. Cependant, la formation d’un tel miroir, à la hauteur très faible, nécessite des étapes de masquage et de dépôt complexes à réaliser sans dégrader des LEDs environnantes et sans apporter de contaminations.
Il existe donc un besoin pour une solution d’extraction lumineuse compatible avec la structure des pixels à base de LEDs, dont la mise en œuvre n’altère pas la qualité des pixels et présentant de meilleures performances d’extraction que les structures actuelles.
RESUME DE L’INVENTION
Pour atteindre cet objectif, un premier objet concerne un dispositif optoélectronique comprenant un substrat présentant une face supérieure s’étendant selon un plan dit plan basal défini par une première direction et une deuxième direction, au moins une première source de lumière disposée sur la face supérieure et configurée pour émettre un premier faisceau lumineux émettant au moins à une première longueur d’onde Ài, ledit premier faisceau lumineux étant émis au moins selon une direction appelée première direction d’émission dont un premier vecteur directeur d’émission présente une composante non nulle selon au moins l’une parmi la première direction et la deuxième direction.
Le dispositif est caractérisé en ce qu’il comprend en outre au moins un premier réflecteur bordant au moins en partie la première source de lumière, configuré pour réfléchir selon une première direction de réflexion des premiers rayons lumineux de première longueur d’onde Ài émis selon la première direction d’émission, et en ce que l’au moins un premier réflecteur comprend une pluralité de premiers nanofils passifs s’étendant depuis la face supérieure du substrat.
Le premier réflecteur formé de premiers nanofils passifs permet de réfléchir efficacement les premiers rayons lumineux et ainsi d’extraire la lumière émise par la première source de lumière.
Un deuxième objet concerne un procédé de fabrication d’un dispositif optoélectronique comprenant une première source de lumière et un premier réflecteur comprenant lui-même une pluralité de premiers nanofils passifs. Ce procédé comprend les étapes suivantes :
- Fournir un substrat présentant une face supérieure, s’étendant selon un plan dit plan basal défini par une première direction et une deuxième direction et comprenant une couche de nucléation permettant la nucléation et la croissance des premiers nanofils passifs,
- Faire croître les premiers nanofils passifs depuis la face supérieure du substrat de sorte à former le premier réflecteur, le premier réflecteur étant configuré pour réfléchir selon une première direction de réflexion des premiers rayons lumineux de première longueur d’onde Ài émis selon la première direction d’émission,
- Former la première source de lumière sur la face supérieure du substrat, la première source de lumière étant configurée pour émettre un premier faisceau lumineux émettant au moins à la première longueur d’onde Ài, ledit premier faisceau lumineux étant émis au moins selon une direction appelée première direction d’émission dont un premier vecteur directeur d’émission présente une composante non nulle selon au moins l’une parmi la première direction et la deuxième direction.
Selon un mode de réalisation avantageux, la première source de lumière comprend au moins un premier nanofil actif dont la formation se fait de manière simultanée avec la formation des premiers nanofils passifs. Former les nanofils passifs et actifs lors des mêmes étapes de fabrication permet de limiter la dégradation de la qualité des pixels. Cette solution est notamment rendue possible par le fait que les premiers nanofils actifs (formant la première source de lumière) et les premiers nanofils passifs (formant le premier réflecteur) peuvent être à base du même matériau. Ce n’était notamment pas le cas dans la solution décrite consistant à déposer des miroirs composites autour des sous-pixels.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée d’un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels :
La figure 1 représente un réseau de diffraction utilisé dans l’art antérieur pour une émission laser de surface.
La figure 2A représente une vue de dessus d’un mode de réalisation du dispositif objet de l’invention. Sont notamment visibles une source de lumière et un réflecteur l’entourant.
Les figures 2B à 2E représentent des vues de dessus d’autres modes de réalisation du dispositif objet de l’invention. Elles illustrent différentes variantes concernant le nombre et l’arrangement de nanofils que la source de lumière du dispositif peut comprendre.
La figure 3 représente une vue en coupe d’un mode de réalisation du dispositif selon l’invention comprenant une seule source de lumière. Sont notamment visibles une source de lumière comprenant des nanofils actifs et émettant un faisceau lumineux ainsi qu’un réflecteur comprenant des nanofils passifs.
La figure 4 représente une vue en coupe d’un mode de réalisation du dispositif selon l’invention comprenant deux sources de lumière adjacentes et séparées par une zone de transition.
La figure 5 représente une vue en coupe d’un mode de réalisation dans lequel le réflecteur a une fonction de découpleur.
Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier les dimensions de chacun des éléments ne sont pas représentatives de la réalité.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L’INVENTION
Avant d’entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l’invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement : Selon un mode de réalisation, la première source de lumière est une source de lumière incohérente.
Selon un mode de réalisation, les premiers nanofils passifs présentent un diamètre décroissant ou croissant progressivement en s’éloignant de l’au moins une première source de lumière. Cela permet d’éviter les ruptures de symétrie et les effets de bord autour de la première source de lumière et donc autour du sous-pixel formé par la première source de lumière.
Selon un mode de réalisation, les premiers nanofils passifs sont agencés selon un premier pas pi constant selon au moins l’une parmi la première direction et la deuxième direction.
Selon un mode de réalisation, les premiers nanofils passifs sont agencés selon un pas croissant ou décroissant progressivement en s’éloignant de l’au moins une première source de lumière. Cela permet d’éviter les ruptures de symétrie et les effets de bord autour de la première source de lumière et donc autour du sous-pixel formé par la première source de lumière.
Selon un mode de réalisation, l’au moins une première source de lumière comprend au moins un premier nanofil actif présentant un premier diamètre <pOi et comprenant une première région active configurée pour émettre les premiers rayons lumineux de première longueur d’onde Ài.
Selon un mode de réalisation, le premier diamètre <pOi de l’au moins un premier nanofil actif est inférieur à 5 pm.
Selon un exemple, les premiers nanofils passifs et l’au moins un premier nanofil actif sont à base du même matériau. Dans ce mode de réalisation, les premiers nanofils passifs et l’au moins premier nanofil actif peuvent être formés par épitaxie dans le même réacteur d’épitaxie, ce qui est avantageux en termes de simplicité du procédé, de coûts et de temps.
Selon un autre exemple, les premiers nanofils passifs et l’au moins un premier nanofil actif sont à base de matériaux distincts. Les premiers nanofils passifs peuvent alors être formés par gravure d’un matériau préalablement déposé à côté, voire tout autour, en fonction de la forme souhaitée pour le premier réflecteur, de l’au moins un premier nanofil actif.
Selon un exemple, le réflecteur, et ainsi typiquement les premiers nanofils passifs, et la source de lumière sont à base du même matériau.
Selon un mode de réalisation, l’au moins un premier réflecteur entoure intégralement, selon une projection sur le plan basal, la première source de lumière. Cela permet de créer une cavité fermée autour de la première source de lumière et d’améliorer encore l’extraction lumineuse.
Selon un mode de réalisation :
- Le premier vecteur directeur d’émission présente une composante non nulle selon la première direction,
- Le premier vecteur directeur d’émission présente une projection orthogonale dans un plan transversal défini par la première direction et une troisième direction normale au plan basal, dite premier vecteur projeté d’émission vemiXZ, formant un premier angle d’émission aemXZ avec la troisième direction,
- Un premier vecteur directeur de réflexion de la première direction de réflexion présente une projection orthogonale dans le plan transversal, dite premier vecteur projeté de réflexion vre/-iXZ, formant un premier angle de réflexion aref xz avec la troisième direction,
- La pluralité de nanofils passifs est configurée pour réfléchir les premiers rayons lumineux de sorte que le premier angle d’émission aem XZ et le premier angle de réflexion aref xz soient distincts.
Selon un exemple, le premier angle de réflexion aref xz est inférieur à 40°, de préférence inférieur à 20°.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre au moins une deuxième source de lumière adjacente à la première source de lumière, configurée pour émettre un deuxième faisceau lumineux émettant à une deuxième longueur d’onde À2, ledit deuxième faisceau lumineux étant émis au moins selon une direction appelée deuxième direction d’émission dont un deuxième vecteur directeur d’émission présente une composante non nulle selon au moins l’une parmi la première direction et la deuxième direction, lesdites première et deuxième sources de lumière étant séparées par une zone de transition comprenant l’au moins un premier réflecteur et au moins un deuxième réflecteur, l’au moins un deuxième réflecteur étant configuré pour réfléchir selon une deuxième direction de réflexion des deuxièmes rayons lumineux de deuxième longueur d’onde À2, ledit au moins un deuxième réflecteur comprenant une pluralité de deuxièmes nanofils passifs s’étendant depuis la face supérieure du substrat.
Selon un mode de réalisation, la deuxième source de lumière est une source de lumière incohérente.
Selon un mode de réalisation, les deuxièmes nanofils passifs présentent un diamètre décroissant ou croissant progressivement en s’éloignant de l’au moins une deuxième source de lumière. Selon un mode de réalisation, les deuxièmes nanofils passifs sont agencés selon un deuxième pas constant P2 selon au moins l’une parmi la première direction et la deuxième direction.
Selon un mode de réalisation, les deuxièmes nanofils passifs sont agencés selon un pas croissant ou décroissant progressivement en s’éloignant de l’au moins une deuxième source de lumière.
Selon un mode de réalisation, l’au moins une deuxième source de lumière comprend au moins un deuxième nanofil actif présentant un deuxième diamètre q>02 et comprenant une deuxième région active configurée pour émettre les deuxièmes rayons lumineux de deuxième longueur d’onde À2.
Selon un mode de réalisation, le deuxième diamètre q>02 du au moins un deuxième nanofil actif est inférieur à 5 pm.
Selon un mode de réalisation du procédé selon l’invention :
- la première source de lumière comprend au moins un premier nanofil actif,
- la couche de nucléation permet la nucléation et la croissance de l’au moins un nanofil actif,
- l’étape de formation de la première source de lumière comprend une étape de croissance de l’au moins un premier nanofil actif depuis la face supérieure du substrat de sorte à former la première source de lumière.
Selon un mode de réalisation du procédé selon l’invention, l’étape de croissance des premiers nanofils passifs et l’étape de croissance de l’au moins un premier nanofil actif se font de manière simultanée.
On entend par fil ou par nanofil une structure 3D de forme allongée selon la direction longitudinale. La dimension longitudinale de la structure 3D, selon z sur les figures, est supérieure, et de préférence très supérieure, aux dimensions transverses de la structure 3D, dans le plan xy sur les figures. La dimension longitudinale est par exemple au moins cinq fois, et de préférence au moins dix fois, supérieure aux dimensions transverses.
On entend par diamètre la dimension transverse la plus grande du nanofil. Dans la présente invention, les structures 3D ne présentent pas nécessairement une section transverse circulaire. Les structures 3D peuvent notamment présenter une section transverse hexagonale ou polygonale. En particulier, dans le cas de structures 3D à base de GaN, cette section peut être hexagonale. Le diamètre correspond alors à un diamètre moyen calculé à partir du diamètre d’un cercle inscrit dans le polygone de la section transverse et du diamètre d’un cercle circonscrit de ce polygone.
Dans le cadre de l’invention, le diamètre des nanofils est typiquement compris entre 50 nm et 1 ,5 m, de préférence entre 50 nm et 1 pm, de préférence entre 50 nm et 600 nm et avantageusement sensiblement égal à 50 nm.
La dimension longitudinale, selon z, des nanofils est couramment désignée hauteur des nanofils. Dans le cadre de l’invention, la hauteur des nanofils est typiquement comprise entre 220 nm et 5 pm, de préférence sensiblement égal à 260 nm.
Dans la présente demande de brevet, les termes « diode électroluminescente », « LED » ou simplement « diode » sont employés en synonymes. Une « LED » peut également s’entendre d’une « micro-LED ».
Dans la suite, les abréviations suivantes relatives à un matériau M sont éventuellement utilisées :
M-i réfère au matériau M intrinsèque ou non intentionnellement dopé, selon la terminologie habituellement utilisée dans le domaine de la microélectronique pour le suffixe -i.
M-n réfère au matériau M dopé N, N+ ou N++, selon la terminologie habituellement utilisée dans le domaine de la microélectronique pour le suffixe -n.
M-p réfère au matériau M dopé P, P+ ou P++, selon la terminologie habituellement utilisée dans le domaine de la microélectronique pour le suffixe -p.
On entend par un substrat, une couche, un dispositif, « à base » d’un matériau M, un substrat, une couche, un dispositif comprenant ce matériau M uniquement ou ce matériau M et éventuellement d’autres matériaux, par exemple des éléments d’alliage, des impuretés ou des éléments dopants. Ainsi, une structure 3D à base de nitrure de gallium (GaN) peut par exemple comprendre du nitrure de gallium (GaN ou GaN-i) ou du nitrure de gallium dopé (GaN-p, GaN-n). Une région active à base de nitrure de gallium-indium (InGaN) peut par exemple comprendre du nitrure de gallium-aluminium (AIGaN) ou du nitrure de gallium avec différentes teneurs en aluminium et en indium (GalnAIN). Dans le cadre de la présente invention, le matériau M est généralement cristallin.
Un repère, de préférence orthonormé, comprenant les axes x, y, z est représenté sur les figures annexées.
Les termes « sensiblement », « environ », « de l'ordre de » signifient, lorsqu’ils se rapportent à une valeur, « à 10% près » de cette valeur ou, lorsqu'ils se rapportent à une orientation angulaire, « à 10° près » de cette orientation. Ainsi, une direction sensiblement normale à un plan signifie une direction présentant un angle de 90±10° par rapport au plan.
Pour déterminer la géométrie des structures 3D et les compositions des différents éléments (fil, région active, collerette par exemple) de ces structures 3D, on peut procéder à des analyses de Microscopie Electronique à Balayage (MEB) ou de Microscopie Electronique en Transmission (MET ou TEM pour l’acronyme anglais de « Transmission Electron Microscopy ») ou encore ou de Microscopie Electronique en Transmission à Balayage STEM (acronyme anglais de « Scanning Transmission Electron Microscopy »).
Le TEM ou le STEM se prêtent notamment bien à l’observation et à l’identification des puits quantiques - dont l’épaisseur est généralement de l’ordre de quelques nanomètres - dans la région active. Différentes techniques listées ci-après de façon non exhaustive peuvent être mises en œuvre : l’imagerie en champ sombre (dark field) et en champ clair (bright field), en faisceau faible (weak beam), en diffraction aux grands angles HAADF (acronyme anglais de « High Angle Annular Dark Field »).
Les compositions chimiques des différents éléments peuvent être déterminées à l’aide de la méthode bien connue EDX ou X-EDS, acronyme de « energy dispersive x-ray spectroscopy » qui signifie « analyse dispersive en énergie de photons X ».
Cette méthode est bien adaptée pour analyser la composition de dispositifs optoélectroniques de petites tailles telles que des LED à base de nanofils (LED 3D). Elle peut être mise en œuvre sur des coupes métallurgiques au sein d’un Microscope Electronique à Balayage (MEB) ou sur des lames minces au sein d’un Microscope Electronique en Transmission (MET).
Les propriétés optiques des différents éléments, et notamment les longueurs d’onde principales d’émission des LED 3D à base de GaN et/ou des régions actives à base d’InGaN, peuvent être déterminées par spectroscopie.
Les spectroscopies de cathodoluminescence (CL) et de photoluminescence (PL) sont bien adaptées pour caractériser optiquement les structures 3D décrites dans la présente invention.
Les techniques mentionnées ci-dessus permettent notamment de déterminer si un dispositif optoélectronique à LED comprend un ou des réflecteurs latéraux formés par des nanofils, selon un principe de la présente invention.
Le dispositif optoélectronique 1 objet de l’invention comprend un substrat 2 présentant une face supérieure 20 s’étendant selon un plan défini par une première direction et une deuxième direction. Ces deux directions correspondent sur les figures 2A à 2E, 3 et 4 aux directions portées par les axes x et y du repère orthogonal représenté. Le substrat 2 peut se présenter sous forme d’un empilement comprenant, selon la direction z, un support 21 , une couche superficielle dite couche de nucléation 22 et une couche de masquage 23.
Le support 21 peut être notamment en saphir pour limiter le désaccord de paramètre de maille avec le GaN, ou en silicium pour réduire les coûts et pour des problématiques de compatibilité technologique. Dans ce dernier cas, il peut se présenter sous forme d’un wafer de diamètre 200 mm ou 300 mm. Il sert notamment de support aux structures 3D.
La couche de nucléation 22 peut être à base d’AIN. Elle peut être alternativement à base d’autres nitrures métalliques, par exemple GaN ou AIGaN. Elle peut être formée sur le support 21 en silicium par épitaxie, de préférence par épitaxie en phase vapeur à précurseurs organométalliques MOVPE (acronyme de « MetalOrganic Vapour Phase Epitaxy »). Selon un exemple la couche de nucléation 22 présente une épaisseur comprise entre 1 nm et 10 pm (1 nm = 10'9 m). Elle présente de préférence une épaisseur de l’ordre de quelques centaines de nanomètres, par exemple environ 100 nm ou 200 nm, à quelques microns, par exemple de l’ordre de 2 pm. Elle peut également présenter une épaisseur inférieure à 100 nm. Cela permet de limiter les contraintes mécaniques induites par cette couche 22 sur le support 21. Cela permet d’éviter une courbure du support 21 préjudiciable. Une telle épaisseur permet en outre de limiter l’apparition de défauts structuraux dans la couche de nucléation 22. En particulier, la croissance de cette couche de nucléation 22 peut être pseudomorphe, c’est-à-dire que les contraintes d’épitaxie (liées notamment à la différence de paramètres de maille entre le Si et l’AIN, le GaN ou l’AIGaN) peuvent être relâchées élastiquement pendant la croissance. La qualité cristalline de cette couche de nucléation 22 peut ainsi être optimisée.
Le dispositif optoélectronique 1 comprend de plus une première source de lumière 100 disposée sur la face supérieure 20 du substrat 2. Cette première source de lumière 100 comprend typiquement au moins un nanofil actif 130, comme représenté sur la figure 2A. Un tel nanofil 130 s’étend avantageusement à partir de l’éventuelle couche de nucléation 22 et à travers une ouverture de l’éventuelle couche de masquage 23 du substrat 2. La première source de lumière 100 comprend avantageusement une pluralité de premiers nanofils actifs 130, comme représenté sur les figures 2B à 2E.
Les premiers nanofils actifs 130 peuvent être arrangés selon différentes configurations dont certaines sont illustrées aux figures 2B à 2E. L’arrangement des premiers nanofils actifs 130 présente avantageusement au moins un plan de symétrie autre qu’un plan de symétrie parallèle au plan basal. Il est préférentiellement configuré de sorte à ce que le champ électromagnétique au sein de la première source de lumière présente des maximums au niveau des nanofils actifs.
Un nanofil actif 130 comprend une région active 131 et est connecté électriquement. Cette région active 131 est le lieu de recombinaisons radiatives de paires électron-trou permettant d’obtenir un rayonnement lumineux présentant une longueur d’onde principale. La région active 131 comprend typiquement une pluralité de puits quantiques, par exemple formés par des couches émissives à base de GaN, InN, InGaN, AIGaN, AIN, AlInGaN, GaP, AIGaP, AlInGap, AIGaAs, GaAs, InGaAs, AIIIAs, ou d’une combinaison de plusieurs de ces matériaux.
La première source de lumière 100 comprend typiquement une couche à base d’un oxyde conducteur transparent, couramment dénommée TCO (de l’anglais « Transparent Conductive Oxide »), dont l’épaisseur est de préférence comprise entre 100 et 300 nm. Les nanofils sont typiquement disposés dans la direction longitudinale entre une couche miroir à base d’un matériau métallique, typiquement de l’AI, et la couche TCO. Cette disposition des nanofils entre la couche miroir et la couche TCO permet éventuellement de créer une cavité Fabry-Perot dans la direction longitudinale.
La première source de lumière 100 est avantageusement dimensionnée pour présenter des dimensions de l’ordre de celles d’un sous-pixel d’un dispositif d’affichage, préférentiellement entre 1 pm et 150 pm, typiquement entre 4 et 150 pm.
La première source de lumière 100 est configurée pour émettre un premier faisceau lumineux 101. De manière avantageuse, le premier faisceau lumineux 101 est configuré pour être émis principalement selon une direction normale au substrat 2, soit s’étendant parallèlement à l’axe z représenté sur les figures 2A à 4, dite direction longitudinale. Le faisceau lumineux 101 comprend cependant une multitude de rayons se propageant selon autant de directions d’émission. L’émission est par exemple omnidirectionnelle. Les rayons du faisceau sont typiquement émis selon un profil lambertien ou orthotrope, c’est-à-dire que la luminance de la source de lumière 100 est uniforme angulairement, mais que l’intensité lumineuse émise dépend de la direction d’émission. L’intensité lumineuse du faisceau varie typiquement selon la loi de Lambert :
I = Io COS(0) avec I l’intensité lumineuse selon une direction d’émission, lo l’intensité lumineuse à la source et 0 l’angle de la direction d’émission par rapport à la normale à la surface source, ici la direction longitudinale. Il est entendu que tout autre profil d’émission est envisageable et que la première source de lumière 100 n’est pas limitée à une source lambertienne.
Quel que soit le profil d’émission de la première source de lumière 100, le premier faisceau lumineux 101 est tel qu’il émet au moins un premier rayon lumineux 111 de longueur d’onde Ài dite première longueur d’onde Ài selon une première direction d’émission 110. En pratique, le premier faisceau lumineux 101 émet typiquement une pluralité de rayons dont les longueurs d’onde forment un continuum. La première direction d’émission 110 se caractérise par le fait que tout vecteur directeur de cette première direction d’émission 110 présente une composante non nulle selon la première direction x et/ou la deuxième direction y. En d’autres termes, la première direction d’émission 110 n’est pas parallèle à la direction longitudinale.
Comme mentionné en introduction, un objectif de la présente demande est de rediriger les rayons lumineux déviant de la direction longitudinale afin qu’ils participent à l’intensité lumineuse perçue par l’utilisateur.
La présente invention prévoit donc la présence d’au moins un premier réflecteur 150 disposé sur la face supérieure 20 du substrat 2 et bordant au moins en partie la première source de lumière 100. Le premier réflecteur 150 est configuré pour réfléchir le premier rayon lumineux 111 se propageant selon la première direction d’émission 110. Le premier rayon lumineux 111 est réfléchi selon une première direction de réflexion 120 dont tout vecteur directeur présente une composante non nulle selon la première direction x et/ou la deuxième direction y. En fonction de la présence ou non d’autres réflecteurs autour de la source de lumière 100, de l’étendue du premier réflecteur 150 autour de la première source de lumière 100 et de la hauteur de l’au moins un premier réflecteur 150, le premier rayon lumineux 111 peut alors être renvoyé en direction d’une autre paroi du réflecteur 150 ou d’une paroi d’un autre réflecteur et être à nouveau réfléchi, ou bien ne plus être réfléchi par le dispositif 1. Ainsi, avantageusement, et éventuellement après plusieurs réflexions contre le premier réflecteur 150 et/ou d’autres réflecteurs, le premier rayon lumineux 111 est extrait du dispositif 1 et vient participer à l’intensité totale perçue par l’observateur.
Selon un mode de réalisation, le premier réflecteur 150 fonctionne comme un miroir, c’est-à-dire que la première direction d’émission 110 et la première direction de réflexion 120 sont symétriques par rapport à un plan normal à un plan du premier réflecteur 150. Ce plan du premier réflecteur 150 peut être défini de plusieurs manières et peut notamment être défini localement. Par exemple, si les nanofils passifs 151 du premier réflecteur 150 sont arrangés en rangées rectilignes, le plan du premier réflecteur 150 est défini comme le plan comprenant les axes de symétrie selon z des nanofils passifs 151 de la rangée de nanofils passifs 151 bordant la première source de lumière 100. Si les premiers nanofils passifs 151 du premier réflecteur 150 sont arrangés en rangées formant des arcs de cercle, on peut définir au niveau du point d’incidence du premier rayon lumineux 111 avec le premier réflecteur 150 le plan du premier réflecteur 150 comme le plan tangent à l’arc de cercle défini par la rangée de premiers nanofils passifs 151 bordant la première source de lumière 100.
Selon un autre mode de réalisation, le premier réflecteur 150 ne fonctionne pas comme un miroir mais comme un découpleur. Dans cet exemple, le premier rayon lumineux 111 n’est pas réfléchi de façon symétrique par le premier réflecteur 150. Ce mode de réalisation est illustré à la figure 5. On envisage plus particulièrement dans cette figure un cas dans lequel les premiers nanofils passifs 151 sont disposés en rangées rectilignes parallèles et orientées selon la direction y. La figure 5 est une vue en coupe selon le plan xz de la réflexion du premier rayon lumineux 111 par le premier réflecteur 150. Le premier rayon lumineux 111 se propage selon une première direction d’émission 110 pouvant être définie par un premier vecteur directeur d’émission. Ce premier vecteur directeur d’émission admet dans le plan xz une projection orthogonale notée vemiXZ’. De la même façon, après réflexion, le premier rayon lumineux 111 se propage selon une première direction de réflexion 120 pouvant être définie par un premier vecteur directeur de réflexion admettant dans le plan xz une projection orthogonale notée vre/-iXZ . Ces deux projections orthogonales forment respectivement un premier angle d’émission aem XZ et un premier angle de réflexion aref xz avec la direction z. Dans le cas précédemment décrit d’un premier réflecteur 150 agissant tel un miroir, ces angles sont égaux. Au contraire, dans une fonction de découplage, le premier réflecteur permet de dévier le premier rayon lumineux de sorte que aem XZ aref xz. Dans un objectif d’optimisation de l’extraction lumineuse, le premier réflecteur 150 est configuré pour que la première direction de réflexion soit proche de la direction z. Ainsi, le premier angle de réflexion est de préférence inférieur à 20°, et de manière encore plus avantageuse inférieur à 10°.
Ce même phénomène de découplage peut être prévu dans le plan yz.
Comme mentionné précédemment, la première source de lumière 100 émet typiquement une pluralité de faisceaux lumineux correspondant à un continuum de longueurs d’ondes. Ainsi, le premier réflecteur 150 est avantageusement configuré pour réfléchir une pluralité de longueurs d’onde. Typiquement, il permet de réfléchir l’intégralité des longueurs d’onde comprises dans une plage donnée. Par exemple, si la première source de lumière 100 fait partie d’un sous-pixel de couleur bleue, le premier réflecteur 150 peut être configuré pour réfléchir les longueurs d’ondes comprises entre 430 nm et 470 nm. Pour que le premier réflecteur 150 réfléchisse une pluralité de longueurs d’ondes, on prévoit avantageusement que le diamètre des premiers nanofils passifs 151 et le pas entre premiers nanofils passifs 151 voisins change avec la distance à la première source de lumière 100.
Avantageusement, le premier réflecteur 150 est disposé sur le substrat 2 de manière à entourer intégralement la première source de lumière 100 dans le plan xy. Ce mode de réalisation illustré aux figures 2A à 2E permet de réfléchir un plus grand nombre de rayons lumineux qui, sans la présence d’un réflecteur, n’auraient pas été extraits du dispositif 1 , et donc d’améliorer encore la directivité du premier faisceau lumineux 101 . Préférentiellement, en entourant intégralement la première source de lumière 100, le au moins un premier réflecteur 150 forme une cavité de forme rectangulaire autour de la première source de lumière 100. Une telle cavité s’apparente à l’association de deux cavités de type Fabry- Perot disposées dans des directions orthogonales. Cette cavité présente avantageusement une largeur W inférieure à 1 pm (1 pm = 10'6 m).
Le premier réflecteur 150 comporte avantageusement une pluralité de premiers nanofils passifs 151 s’étendant depuis la face supérieure 20 du substrat 2. On entend par « nanofil passif » un nanofil n’émettant pas de rayonnement lumineux. Les nanofils passifs 151 sont typiquement des nanofils similaires à des nanofils actifs mais ne sont pas connectés électriquement. Les premiers nanofils passifs 151 peuvent notamment être isolés électriquement des premiers nanofils actifs 130 pouvant former la première source de lumière 100. Ainsi, les premiers nanofils actifs 130 peuvent être parcourus par un courant et générer un faisceau lumineux sans que les nanofils passifs 151 ne soient eux-mêmes connectés électriquement.
Les premiers nanofils passifs 151 forment de préférence un cristal photonique s’étendant sur le substrat 2, par exemple un miroir de Bragg. Le cristal photonique formé par l’ensemble des premiers nanofils passifs 151 du premier réflecteur 150 peut être décrit par plusieurs paramètres et notamment :
- le pas de réseau,
- le taux de remplissage, aussi appelé taux d’ouverture ou densité, généralement compris entre 10 et 90%,
- le type de maille (hexagonal, carré...),
- l’indice de réfraction d’un éventuel matériau de remplissage entre les nanofils, couramment appelé « filler » (terme anglais se traduisant par « remplisseur »), préférentiellement compris entre 1 et 1 ,7, et
- les dimensions des nanofils.
Dans le cas où le premier réflecteur est utilisé comme miroir, les caractéristiques du premier réflecteur 150 à cristal photonique sont définies de façon à ce que la bande d’arrêt spectral, parfois désignée par le terme anglais « stopband », du premier réflecteur 150 à cristal photonique comprenne la première longueur d’onde Ài. Doivent notamment être ajustés en fonction de la première longueur d’onde Ài le pas et le diamètre des premiers nanofils passifs 151 du premier réflecteur 150.
Dans le cas où le premier réflecteur est utilisé comme découpleur, ces caractéristiques sont ajustées en fonction des angles de réflexion que l’on souhaite imposer. Plus précisément, ces caractéristiques sont définies de façon à ce que les modes optiques supportés par le cristal photonique du premier réflecteur 150 à la première longueur d’onde Ài se trouvent au-dessus du cône de lumière défini par la relation suivante :
Pair ~ ~ avec f>atr la constante de propagation du faisceau lumineux dans l’air, œ la pulsation du faisceau lumineux incident et c la vitesse de la lumière. Si un faisceau lumineux incident présente une orientation se trouvant à l’extérieur du cône d’extraction, il sera entièrement réfléchi et il n’y aura pas de rayon réfracté (phénomène de réflexion totale).
Pour éviter un phénomène de réflexion totale, le sommet des nanofils peut être recouvert par une couche induisant une certaine topographie et donc un phénomène de diffusion associé. Cette couche est dite couche diffusive. Elle permet d’éviter ou de limiter le phénomène de réflexion totale. Le faisceau incident peut ainsi être réfléchi puis diffusé ou réfracté. Pour des faibles angles d’incidence, des réflexions successives du faisceau incident entre les miroirs peuvent se produire avant diffusion ou réfraction. L’extraction des faisceaux de faibles incidences est ainsi améliorée. La couche diffusive peut être typiquement à base de TiC>2. Selon une possibilité, la topographie des sommets, par exemple présentant une forme pyramidale, agit comme une telle couche diffusive et améliore l’extraction lumineuse.
Les différents fils (premiers nanofils actifs 130, premiers nanofils passifs 151) sont de préférence formés au travers d’une couche de masquage 23 masquant en partie la couche de nucléation 22 et comprenant des ouvertures de préférence circulaires définies de manière à obtenir les différents diamètres de fils et les différents arrangements ou réseaux souhaités. Chaque ouverture dans la couche de masquage 23 permet en effet une croissance localisée d’une structure 3D à partir de la couche de nucléation 22.
La couche de masquage 23 est de préférence en un matériau diélectrique, par exemple en nitrure de silicium Si3N4. Elle peut être déposée par dépôt chimique en phase vapeur CVD (acronyme de « Chemical Vapor Deposition ») sur la couche de nucléation 22. Les ouvertures peuvent être réalisées par exemple par lithographie UV ou DUV (acronyme de Deep UV), par lithographie par faisceau électronique ou par NIL (acronyme de Nanoinprint lithography). Elle peut être retirée après croissance des différents fils, par exemple par gravure sélective.
Le dispositif décrit permet d’obtenir un effet de cavité même pour des sous-pixels de dimensions très faibles. Cet effet est en effet obtenu pour des largeurs de cavité aussi faibles que 1 pm. Le dispositif permet avantageusement de décorréler les caractéristiques propres à la source, telles que la longueur d’onde d’émission, des caractéristiques propres à l’extraction ou à la mise en forme de la lumière émise par cette source. En utilisant différents nanofils pour la source et les réflecteurs, il est ainsi possible de former une partie émissive et une cavité résonante sensiblement indépendantes. Les combinaisons envisageables entre la source et les réflecteurs sont ainsi plus nombreuses. Cela permet d’envisager un grand nombre de configurations technologiques, en fonction des applications visées.
Selon un mode de réalisation avantageux, le dispositif optoélectronique 1 comprend une deuxième source de lumière 200 disposée sur la face supérieure du substrat et adjacente à la première source de lumière 100. Les deux sources de lumière 100, 200, peuvent être assimilées à deux sous-pixels adjacents d’un écran d’affichage. Il peut s’agir de deux sous-pixels appartenant à un même pixel ou de deux sous-pixels appartenant chacun à un pixel distinct.
La deuxième source de lumière 200 est configurée pour émettre un deuxième faisceau lumineux 201 étant, comme le premier faisceau lumineux 101 , avantageusement configuré pour être principalement émis selon la direction longitudinale. Le deuxième faisceau lumineux 201 est par exemple omnidirectionnel et présente typiquement un profil lambertien. Le deuxième faisceau lumineux 201 émet au moins un deuxième rayon lumineux 211 de longueur d’onde À2 dite deuxième longueur d’onde À2 selon une deuxième direction d’émission 210. Cette deuxième direction d’émission 210 se caractérise par le fait que tout vecteur directeur de cette deuxième direction d’émission 210 présente une composante non nulle selon la première direction x et/ou la deuxième direction y.
La deuxième source de lumière 200 comprend préférentiellement au moins un deuxième nanofil actif 230 s’étendant depuis la face supérieure 20 du substrat 2. Elle est bordée par un deuxième réflecteur 250 comprenant avantageusement une pluralité de deuxièmes nanofils passifs 251 s’étendant depuis la face supérieure 20 du substrat 2. Les deuxièmes nanofils passifs forment un cristal photonique pouvant être décrits de la même façon que le cristal photonique formé par les premiers nanofils passifs 151.
Les deuxièmes nanofils actifs 230 et les deuxièmes nanofils passifs 251 sont de préférence eux aussi formés à travers des ouvertures dans l’éventuelle couche de masquage 23, comme décrit pour les premiers nanofils actifs 130 et les premiers nanofils passifs 151.
Le deuxième réflecteur 250 est configuré pour réfléchir le deuxième rayon lumineux 211 se propageant selon la deuxième direction d’émission 210. Le deuxième rayon lumineux 211 est réfléchi selon une deuxième direction de réflexion 220 dont tout vecteur directeur présente une composante non nulle selon la première direction x et/ou la deuxième direction y. Comme décrit pour le dispositif à une seule source de lumière, le deuxième rayon lumineux 211 est ainsi extrait du dispositif 1 et participe à l’intensité totale perçue par l’observateur.
Les caractéristiques du premier réflecteur 150 à cristal photonique s’adaptent mutatis mutandis au deuxième réflecteur 250 à cristal photonique. Notamment, si le deuxième réflecteur 250 est utilisé comme miroir, ces dernières sont définies de façon à ce que la bande d’arrêt spectral, parfois désignée par le terme anglais « stopband », du deuxième réflecteur 250 à cristal photonique comprenne la deuxième longueur d’onde À2. Doivent notamment être ajustés en fonction de la deuxième longueur d’onde À2, le pas et le diamètre des deuxièmes nanofils passifs 251 du deuxième réflecteur 250.
De la même façon que le premier réflecteur 150, le premier réflecteur peut être configuré pour être utilisé comme découpleur.
La première source de lumière 100 et la deuxième source de lumière 200 sont séparées par une zone de transition comprenant le premier réflecteur 150 et le deuxième réflecteur 250. Cette zone de transition permet ainsi d’isoler la première source de lumière 100 des rayons émis par la deuxième source de lumière 200, et inversement.
Les premiers nanofils passifs 151 et/ou les deuxièmes nanofils passifs 251 peuvent avantageusement présenter un diamètre et/ou un pas entre nanofils 151 , 251 croissant ou décroissant progressivement en s’éloignant de la première source de lumière et/ou de la deuxième source de lumière respectivement. Par variation progressive du diamètre des nanofils 151 , 251 ou du pas entre ces nanofils 151 , 251 , on entend, selon la disposition des nanofils 151 , 251 dans le plan xy, que ces paramètres varient dans des proportions bornées entre nanofils voisins. Typiquement, on prévoit que les nanofils 151 , 251 présentent un diamètre compris entre 3% et 13% de celui de leur plus proche voisin. Dans le cas où les nanofils 151 , 251 sont disposés en rangées parallèles, on prévoit typiquement que le pas entre une rangée et l’une des deux rangées lui étant adjacentes est compris entre 2% et 4% de celui séparant cette même rangée et l’autre des deux rangées lui étant adjacentes.
Il est envisageable de faire en sorte que le premier réflecteur 150 et le deuxième réflecteur 250 recouvrent des zones disjointes au sein de la zone de transition. Dans ce cas de figure, on prévoit avantageusement que ces zones disjointes soient adjacentes et que les premiers nanofils passifs 151 du premier réflecteur 150 bordant le deuxième réflecteur et les deuxièmes nanofils passifs 251 du deuxième réflecteur 250 bordant le premier réflecteur 150 présentent des diamètres sensiblement égaux.
Il est également envisageable qu’une partie du premier réflecteur 150 coïncide avec une partie du deuxième réflecteur 250.
L’au moins une première source de lumière 100 peut également être une source de lumière dite bidirectionnelle (mode de réalisation non illustré) avec une zone électroluminescente de type planaire émettant les premiers rayons lumineux de première longueur d’onde Ài selon la première direction d’émission 110 telle que décrite précédemment. De manière connue, par exemple, la source de lumière 100 comprend au moins un empilement de couches semi-conductrices et de couche de recouvrement, la couche de recouvrement comprenant une ou plusieurs couches émettrices de rayonnement équivalent à la première région active 131. Les différentes couches sont superposées, structurées, et sont sensiblement planes. L’empilement s’étend depuis la face supérieure 20 du substrat 2 de sorte à former de façon connue une mesa luminescente. Dans ce mode de réalisation, l’empilement de couches pour former la première source de lumière 100 et les premiers nanofils passifs 151 tels que décrits précédemment pour former le premier réflecteur 150 peuvent être formés successivement dans le même réacteur d’épitaxie ou selon des procédés séparés connus. Ils peuvent être à base du même matériau ou à base de matériaux différents. Les premiers nanofils passifs 151 peuvent aussi être formés par gravure d’un matériau préalablement déposé à côté de l’au moins une première source de lumière 100, voire tout autour, en fonction de la forme souhaitée pour le premier réflecteur 150. L’empilement de couches semi-conductrices et de couche de recouvrement peut par exemple présenter une hauteur prise selon z comprise entre 1 et 3 pm. La ou les couches émettrices, correspondant à la première région active 131 , présente(nt) avantageusement une hauteur selon z comprise entre 200 et 1000 nm.
Les caractéristiques de ce mode de réalisation décrit en référence à la première source de lumière 100 peuvent s’appliquer mutatis mutandis à d’autres sources de lumière, notamment la deuxième source de lumière 200.
Comme illustré au travers des exemples précédents, les dispositifs selon l’invention permettent d’améliorer la directivité du faisceau émis par une source de lumière type LED, et donc d’améliorer l’extraction lumineuse.
L’invention n’est cependant pas limitée aux modes de réalisations précédemment décrits.
En particulier, le nombre, la forme et la disposition de chaque élément du dispositif peut être adapté en fonction des besoins d’affichage.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif optoélectronique (1) comprenant :
• un substrat (2) présentant une face supérieure (20) s’étendant selon un plan dit plan basal défini par une première direction (x) et une deuxième direction (y),
• au moins une première source de lumière (100) disposée sur la face supérieure (20) et configurée pour émettre un premier faisceau lumineux (101) émettant au moins à une première longueur d’onde Ài, ledit premier faisceau lumineux (101) étant émis au moins selon une direction appelée première direction d’émission (110) dont un premier vecteur directeur d’émission présente une composante non nulle selon au moins l’une parmi la première direction (x) et la deuxième direction (y), ledit dispositif (1) étant caractérisé en ce que :
• il comprend en outre au moins un premier réflecteur (150) bordant au moins en partie la première source de lumière (100), configuré pour réfléchir selon une première direction de réflexion (120) des premiers rayons lumineux (111) de première longueur d’onde Ài émis selon la première direction d’émission (110),
• l’au moins un premier réflecteur (150) comprend une pluralité de premiers nanofils passifs (151) s’étendant depuis la face supérieure (20) du substrat.
2. Dispositif optoélectronique (1) selon la revendication précédente, dans lequel la première source de lumière (100) est une source de lumière incohérente.
3. Dispositif optoélectronique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les premiers nanofils passifs (151) présentent un diamètre décroissant ou croissant progressivement en s’éloignant de l’au moins une première source de lumière (100).
4. Dispositif optoélectronique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les premiers nanofils passifs (151) sont agencés selon un premier pas constant pi selon au moins l’une parmi la première direction (x) et la deuxième direction (y).
5. Dispositif optoélectronique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les premiers nanofils passifs (151) sont agencés selon un pas croissant ou décroissant progressivement en s’éloignant de l’au moins une première source de lumière (100).
6. Dispositif optoélectronique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’au moins une première source de lumière (100) comprend au moins un premier nanofil actif (130) présentant un premier diamètre <pOi et comprenant une première région active (131) configurée pour émettre les premiers rayons lumineux (111) de première longueur d’onde Ài.
7. Dispositif optoélectronique (1) selon la revendication précédente, dans lequel le premier diamètre <pOi de l’au moins un premier nanofil actif est inférieur à 5 pm.
8. Dispositif optoélectronique (1) selon l’une quelconque des revendications 6 et 7, dans lequel les premiers nanofils passifs (151) et l’au moins un premier nanofil actif (130) sont à base du même matériau.
9. Dispositif optoélectronique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’au moins un premier réflecteur (150) entoure intégralement, selon une projection sur le plan basal, la première source de lumière (100).
10. Dispositif optoélectronique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel :
• Le premier vecteur directeur d’émission présente une composante non nulle selon la première direction (x),
• Le premier vecteur directeur d’émission présente une projection orthogonale dans un plan transversal défini par la première direction (x) et une troisième direction (z) normale au plan basal, dite premier vecteur projeté d’émission vem XZ , formant un premier angle d’émission aemXZ avec la troisième direction (z),
• Un premier vecteur directeur de réflexion de la première direction de réflexion (120) présente une projection orthogonale dans le plan transversal, dite premier vecteur projeté de réflexion vre/-iXZ’, formant un premier angle de réflexion aref xz avec la troisième direction (z),
• La pluralité de nanofils passifs (151) est configurée pour réfléchir les premiers rayons lumineux (111) de sorte que le premier angle d’émission aem,xz et Ie premier angle de réflexion aref xz soient distincts.
11 . Dispositif optoélectronique (1) selon la revendication précédente dans lequel le premier angle de réflexion aref xz est inférieur à 40°, de préférence inférieur à 20°.
12. Dispositif optoélectronique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre au moins une deuxième source de lumière (200) adjacente à la première source de lumière (100), configurée pour émettre un deuxième faisceau lumineux (201) émettant à une deuxième longueur d’onde À2, ledit deuxième faisceau lumineux (201) étant émis au moins selon une direction appelée deuxième direction d’émission (210) dont un deuxième vecteur directeur d’émission présente une composante non nulle selon au moins l’une parmi la première direction (x) et la deuxième direction (y), lesdites première et deuxième sources de lumière (100, 200) étant séparées par une zone de transition (1000) comprenant l’au moins un premier réflecteur (150) et au moins un deuxième réflecteur (250), l’au moins un deuxième réflecteur (250) étant configuré pour réfléchir selon une deuxième direction de réflexion (220) des deuxièmes rayons lumineux (211) de deuxième longueur d’onde À2, ledit au moins un deuxième réflecteur (250) comprenant une pluralité de deuxièmes nanofils passifs (251) s’étendant depuis la face supérieure du substrat (20).
13. Dispositif optoélectronique (1) selon la revendication précédente, dans lequel la deuxième source de lumière est une source de lumière incohérente.
14. Dispositif optoélectronique (1) selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel les deuxièmes nanofils passifs (251) présentent un diamètre décroissant ou croissant progressivement en s’éloignant de l’au moins une deuxième source de lumière (200).
15. Dispositif optoélectronique (1) selon l’une quelconque des trois revendications précédentes, dans lequel les deuxièmes nanofils passifs (251) sont agencés selon un deuxième pas constant P2 selon au moins l’une parmi la première direction (x) et la deuxième direction (y).
16. Dispositif optoélectronique (1) selon l’une quelconque des revendications 12 à 14, dans lequel les deuxièmes nanofils passifs (251) sont agencés selon un pas croissant ou décroissant progressivement en s’éloignant de l’au moins une deuxième source de lumière (200).
17. Dispositif optoélectronique (1) selon l’une quelconque des revendications 12 à 16, dans lequel l’au moins une deuxième source de lumière (200) comprend au moins un deuxième nanofil actif présentant un deuxième diamètre q>02 et comprenant une deuxième région active configurée pour émettre les deuxièmes rayons lumineux de deuxième longueur d’onde À2.
18. Dispositif optoélectronique (1) selon la revendication précédente, dans lequel le deuxième diamètre q>02 du au moins un deuxième nanofil actif est inférieur à 5 pm.
19. Procédé de fabrication d’un dispositif optoélectronique (1) comprenant une première source de lumière (100) et un premier réflecteur (150) comprenant lui-même une pluralité de premiers nanofils passifs (151), comprenant les étapes suivantes : • Fournir un substrat (2) présentant une face supérieure (20), s’étendant selon un plan dit plan basal défini par une première direction (x) et une deuxième direction (y) et comprenant une couche de nucléation (22) permettant la nucléation et la croissance des premiers nanofils passifs (151),
• Faire croître les premiers nanofils passifs (151) depuis la face supérieure (20) du substrat (2) de sorte à former le premier réflecteur (150), le premier réflecteur (150) étant configuré pour réfléchir selon une première direction de réflexion (120) des premiers rayons lumineux (111) de première longueur d’onde Ài émis selon la première direction d’émission (110),
• Former la première source de lumière (100) sur la face supérieure (20) du substrat (2), la première source de lumière (100) étant configurée pour émettre un premier faisceau lumineux (101) émettant au moins à la première longueur d’onde Ài, ledit premier faisceau lumineux (101) étant émis au moins selon une direction appelée première direction d’émission (110) dont un premier vecteur directeur d’émission présente une composante non nulle selon au moins l’une parmi la première direction (x) et la deuxième direction (y).
20. Procédé de fabrication selon la revendication précédente dans lequel :
• la première source de lumière (100) comprend au moins un premier nanofil actif (130),
• la couche de nucléation (22) permet la nucléation et la croissance de l’au moins un nanofil actif (130),
• l’étape de formation de la première source de lumière (100) comprend une étape de croissance de l’au moins un premier nanofil actif (130) depuis la face supérieure (20) du substrat (2) de sorte à former la première source de lumière (100).
21 . Procédé de fabrication selon la revendication précédente dans lequel l’étape de croissance des premiers nanofils passifs (151) et l’étape de croissance de l’au moins un premier nanofil actif (130) se font de manière simultanée.
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WO2019243746A1 (fr) * 2018-06-20 2019-12-26 Aledia Dispositif optoelectronique comprenant une matrice de diodes
US20210066564A1 (en) * 2019-08-29 2021-03-04 Japan Display Inc. Display device
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