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EP3977512A1 - Dispositif optoélectronique comportant deux diodes électroluminescentes filaires ayant chacune une couche limitant les courants de fuite - Google Patents

Dispositif optoélectronique comportant deux diodes électroluminescentes filaires ayant chacune une couche limitant les courants de fuite

Info

Publication number
EP3977512A1
EP3977512A1 EP20737521.3A EP20737521A EP3977512A1 EP 3977512 A1 EP3977512 A1 EP 3977512A1 EP 20737521 A EP20737521 A EP 20737521A EP 3977512 A1 EP3977512 A1 EP 3977512A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light
resistive layer
electrically resistive
emitting diode
semiconductor portion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20737521.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Florian DUPONT
Jérôme NAPIERALA
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aledia
Original Assignee
Aledia
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aledia filed Critical Aledia
Publication of EP3977512A1 publication Critical patent/EP3977512A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/16—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous
    • H01L33/18—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous within the light emitting region
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/15—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/15—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission
    • H01L27/153—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars
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    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/44—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/08—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a plurality of light emitting regions, e.g. laterally discontinuous light emitting layer or photoluminescent region integrated within the semiconductor body
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    • H01L33/24—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate of the light emitting region, e.g. non-planar junction
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    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen

Definitions

  • the present invention relates to an optoelectronic device comprising a substrate delimiting a support face and at least one light-emitting diode 10 formed on the support face, having a generally wire shape elongated along a longitudinal axis extending in a first direction oriented transversely to the support face. .
  • the invention also relates to a method of manufacturing an optoelectronic device.
  • the invention finds application in particular in display screens or image projection systems.
  • optical device is meant here a device suitable for converting an electrical signal into electromagnetic radiation to be emitted, in particular light.
  • optoelectronic devices comprising light-emitting diodes, also known by the acronym LED for “light-emitting diode” according to the dedicated English terminology, formed on a substrate.
  • each light-emitting diode comprises an active material which may or may not use quantum wells, a semiconductor portion doped according to a first type of doping to play the role of an N-doped junction and a semiconductor portion doped according to a second type of doping to play. the role of a p-doped junction.
  • optoelectronic devices comprising a matrix of light emitting diodes having a certain emission surface through which the light radiation emitted by the light emitting diodes is transmitted.
  • Such optoelectronic devices can in particular be used in the constitution of display screens or image projection systems, where the matrix of light-emitting diodes in fact defines a matrix of luminous pixels where each pixel traditionally comprises at least one sub. -pixel for generating each color, each sub-pixel itself containing at least one light emitting diode.
  • a sub-pixel can for example contain up to 100,000 light-emitting diodes.
  • Each three-dimensional light-emitting diode can be formed on the basis of three-dimensional micrometric or even nanometric semiconductor wireframe elements, themselves at least partially obtained by growth by epitaxy such as vapor phase epitaxy with organometallics (also known by the acronyms MOVPE for " metalorganic vapor phase epitaxy ”) or as epitaxy by molecular beams (MBE for“ Molecular Beam Epitaxy ”according to the English expression) by vapor deposition of organometallics (MOCVD) or by plasma assisted deposition (PECVD).
  • epitaxy such as vapor phase epitaxy with organometallics (also known by the acronyms MOVPE for " metalorganic vapor phase epitaxy ”) or as epitaxy by molecular beams (MBE for“ Molecular Beam Epitaxy ”according to the English expression) by vapor deposition of organometallics (MOCVD) or by plasma assisted deposition (PECVD).
  • Light-emitting diodes are typically formed from a semiconductor material comprising, for example, elements from column III and from column V of the periodic table, such as a III-V compound, in particular gallium nitride (GaN), indium gallium nitride (InGaN) or aluminum gallium nitride (AIGaN).
  • a III-V compound in particular gallium nitride (GaN), indium gallium nitride (InGaN) or aluminum gallium nitride (AIGaN).
  • the structure of three-dimensional light-emitting diodes may be of the “core-shell” type with a first semiconductor portion doped according to a first type of doping and of wire form, an active semiconductor portion covering this first portion and a second semiconductor portion doped according to a second type. doping and covering the active portion.
  • the first portion being the “heart” and the active portion and the second portion forming the “shell” since they surround the first portion.
  • a second known structure is called "axial".
  • the first semiconductor portion doped according to a first type of doping, the active portion and the second semiconductor portion doped according to a second type of doping are stacked in whole or in part along the longitudinal axis of the light-emitting diode.
  • One of the difficulties in the axial structure is that the methods of forming the active portion and the second semiconductor portion can hardly make it possible to obtain the active portion and the second semiconductor portion only by covering the first semiconductor portion so as to be stacked along the longitudinal axis of the light-emitting diode. It A parasitic deposit results on the side faces of the wireframe form of the first portion of the light-emitting diodes. This parasitic deposit is likely to be in electrical contact with the first and second semiconductor portions and to generate leakage currents between the first and second semiconductor portions. A proportion of the current coming from the second semiconductor portion and normally intended to pass through the active portion to the first semiconductor portion passes through the external parasitic deposit and therefore does not pass through the active portion which generates a loss of electronic efficiency of the light-emitting diode.
  • a known solution consists in forming one or more electron barrier layers (EBL for “Electron blocking layer” according to the English expression) after the formation of the active portion.
  • EBL electron barrier layer
  • the electron barrier may nevertheless be deposited in insufficient quantity on the side faces of the wire-like form of the light-emitting diodes. Thus, current leaks can still appear at locations where the electron barrier is thinner or absent.
  • the object of the present invention is to respond to all or part of the problems presented above.
  • one goal is to provide a solution meeting at least one of the following objectives:
  • an optoelectronic device comprising a substrate delimiting a support face, at least a first light-emitting diode and a second adjacent light-emitting diode formed on the support face, the first light-emitting diode and the second light-emitting diode each comprising:
  • a first semiconductor portion doped according to a first type of doping having a generally elongated wire shape along a longitudinal axis extending in a first direction oriented transversely to the support face and having lateral surfaces generally parallel to the longitudinal axis,
  • an active portion arranged at least in part on a top end of the first semiconductor portion, opposite along the axis to a lower end of the first semiconductor portion facing the support face,
  • a second semiconductor portion doped according to a second type of doping and arranged, at least in part, on all or part of the active portion, an electrically resistive layer, the electrical resistance of which is greater than that of the active portion, covering at least all or part of the side surfaces of the first semiconductor portion and all or part of the surface of the top end of the first semiconductor portion not covered by the active portion;
  • the electrically resistive layer of the first light emitting diode and the electrically resistive layer of the second light emitting diode being separated from each other.
  • the electrically resistive layer is configured so as to be able to prevent the formation of a material by epitaxy on its free surfaces.
  • the electrically resistive layer is electrically insulating.
  • the electrically resistive layer is transparent to all or part of the light radiation emitted by the active portion. According to a non-limiting embodiment, for each of the first and second light-emitting diodes, the electrically resistive layer does not laterally cover the active portion.
  • the electrically resistive layer does not laterally cover the second semiconductor portion.
  • the electrically resistive layer and the active portion cover, by continuity or overlap, the first semiconductor portion.
  • the electrically resistive layer has a thickness between a lower value of a few angstroms and a higher value of about 200 nm.
  • the electrically resistive layer covers all of the side surfaces of the first semiconductor portion without laterally covering the active portion, the active portion covers all of the top end of the first semiconductor portion without covering the electrically resistive layer, and the second semiconductor portion covers the upper part and the side walls of the active portion until it reaches the electrically resistive layer.
  • the electrically resistive layer covers all of the side surfaces of the first semiconductor portion without laterally covering the active portion, the active portion covers all of the top end of the first semiconductor portion and all of the free surfaces of the electrically resistive layer, and the second semiconductor portion covers the top part and the side walls of the active portion.
  • the electrically resistive layer covers all of the side surfaces of the first semiconductor portion without laterally covering the active portion, the active portion covers all of the top end of the first semiconductor portion without covering the electrically resistive layer, and the second semiconductor portion covers the part top and the side walls of the active portion and the free surfaces of the electrically resistive layer.
  • step d) is carried out by dry etching.
  • step d) is implemented by a directional etching method.
  • the etching step of step d) is implemented by a first dry sub-etching not completely passing through the resistive layer electrically and by a second wet sub-etching exposing the top end of the first semiconductor portion.
  • step e) is carried out by epitaxial growth.
  • step f) is carried out by epitaxial growth.
  • FIG. 1 shows in schematic cross section a first step of a first example of a method of manufacturing a first embodiment of an optoelectronic device according to the invention.
  • FIG. 2 represents, in schematic cross section, a second step of the first exemplary manufacturing method of the first embodiment of an optoelectronic device according to the invention.
  • FIG. 3 represents, in schematic cross section, a third step of the first exemplary manufacturing method of the first embodiment of an optoelectronic device according to the invention.
  • FIG. 4 represents a schematic cross section of a second embodiment of an optoelectronic device according to the invention containing a light emitting diode.
  • FIG. 5 illustrates a schematic cross section of a third embodiment of an optoelectronic device according to the invention containing a light emitting diode.
  • FIG. 6 illustrates a schematic cross section of a fourth embodiment of an optoelectronic device according to the invention comprising at least two adjacent light emitting diodes, the respective electrically resistive layers of which are separated from one another.
  • the invention relates firstly to an optoelectronic device 10, which firstly comprises a substrate 101 having a support face 101a, which is an element common to the various embodiments.
  • the optoelectronic device 10 also comprises at least a first light-emitting diode 11 and a second light-emitting diode 11, adjacent to each other. These two light-emitting diodes, visible in FIG. 6, may or may not be identical, provided that they meet the characteristics described below.
  • the optoelectronic device 10 can comprise a very large number of light-emitting diodes 11, for example several thousand, distributed in the general plane of the support face 101a of the substrate 101.
  • Two light-emitting diodes 11 are said to be adjacent when they are located in proximity. immediate one from the other in the general plane of the support face 101a of the substrate 101.
  • the second light-emitting diode 11 called “adjacent” to the first light-emitting diode 11 is the light-emitting diode closest to the first diode electroluminescent in the general plane of the support face 101a, and vice versa.
  • Each of the first and second light-emitting diodes 11 is three-dimensional and has, for example, an elongated wire shape along an axis oriented transversely to the support face 101a.
  • Such an organization is very advantageous for obtaining an optoelectronic device 10 with high resolution and high contrast while not generating any limitation as to materials and techniques. used for manufacture, and while conferring all the known advantages with regard to the use of such wired light-emitting diodes, in particular in terms of cost and efficiency.
  • a particularly targeted application is the supply of an image display screen or an image projection device. But it is clear that the embodiments can relate to other applications, in particular the detection or measurement of electromagnetic radiations or even photovoltaic applications.
  • Each of the first and second light-emitting diodes 11 comprises a first semiconductor portion 112 formed (directly by means of physical contact, or indirectly by interposition of a possible intermediate layer) on the support face 101a of the substrate 101.
  • the first semiconductor portion 112 is doped according to a first type of doping, for example of N or P type, but preferably of N type.
  • the first semiconductor portion 112 has a generally wire shape elongated along a longitudinal axis 11b, which extends generally parallel to a first direction 112a oriented transversely to the support face 101a.
  • the shape of each light-emitting diode 11 is three-dimensional and generally wire-bound.
  • generally parallel is meant that the longitudinal axis 11b and the direction 112a are collinear within 30 ⁇ m and oriented at an angle within plus or minus 10 ° between them.
  • the first semiconductor portion 112 of each of the first and second light emitting diode further has side surfaces 112b generally parallel to the longitudinal axis 11b.
  • Each of the first and second light-emitting diodes 11 also includes an active portion 111 arranged at least in part on the top end 11a of the first semiconductor portion 112.
  • the top end 11a is the opposite end along the longitudinal axis 11b. at a lower end of the first semiconductor portion 112 facing towards the support face 101a of the substrate 101.
  • the active portion 111 of the light-emitting diodes 11 is the layer, or the stack of layers, from where the majority of the radiation delivered by the light-emitting diode 11 is emitted. It may include means for confining the carriers of electric charge, such as quantum wells. It is, for example, made up of alternating layers of GaN and an InGaN alloy or alternatively an AIGalnN alloy. GaN layers can be doped. Alternatively, the active portion 111 consists of a single layer of InGaN for example.
  • each of the first and second light-emitting diodes 11 comprises a second semiconductor portion 113 doped according to a second type of doping, for example of N or P type, but preferably of P type in order to be able to form with the first N-doped semiconductor portion 112 a PN junction.
  • the second semiconductor portion 113 is arranged, at least in part, on all or part of the active portion 111.
  • the first and second semiconductor portions 112, 113 and the active portion 111 making up the light-emitting diodes 11 may be, at least in part, formed from group IV semiconductor materials such as silicon or germanium or else mainly comprising a III-V compound, for example III-N compounds.
  • group IV semiconductor materials such as silicon or germanium or else mainly comprising a III-V compound, for example III-N compounds.
  • Group III include gallium, indium or aluminum.
  • III-N compounds are GaN, AIN, InGaN or AlInGaN.
  • Other elements of group V can also be used, for example, phosphorus, arsenic or antimony.
  • the elements in compound III-V can be combined with different mole fractions.
  • the light-emitting diodes 11 can equally well be formed from semiconductor materials predominantly comprising a II-VI compound.
  • the dopant may be chosen, in the case of a III-V compound, from the group comprising a type P dopant of group II, for example magnesium, zinc, cadmium or mercury, a dopant of the P type of group IV, for example carbon, or an N-type dopant of group IV, for example silicon, germanium, selenium, sulfur, terbium or tin.
  • a type P dopant of group II for example magnesium, zinc, cadmium or mercury
  • a dopant of the P type of group IV for example carbon
  • an N-type dopant of group IV for example silicon, germanium, selenium, sulfur, terbium or tin.
  • Each of the first and second light-emitting diodes 11 advantageously comprises an electrically resistive layer 114, described below both in its arrangement and in its method of formation.
  • the electrically resistive layer 114 can be obtained by means of, for example, techniques known to those skilled in the art, such as physical deposition (PVD for “Physical Vapor Deposition” according to the dedicated expression) or even chemical phase deposition. vapor (CVD for “Chemical Vapor Deposition” according to the English expression), or equivalent.
  • PVD Physical Vapor Deposition
  • CVD Chemical Vapor Deposition
  • the cross section of the first and second light-emitting diodes 11 thus formed by the first and second semiconductor portions 112, 113, by the active portion 111 and by the electrically resistive layer 114, taken in any plane parallel to the general plane of the support face 101a, can have different shapes such as, for example, an oval, circular or polygonal shape (for example square, rectangular, triangular or hexagonal).
  • the invention also relates to a method of manufacturing an optoelectronic device 10 having at least two light emitting diodes.
  • the substrate 101 is constituted, for example, by a stack of a monolithic layer (not shown), of a lower electrode layer (not shown) which can be a conductive seed layer and of a first electrically insulating layer. (not shown).
  • a monolithic layer not shown
  • a lower electrode layer not shown
  • Those skilled in the art may refer for example to patent application FR-A1-3053530 to implement such a substrate 101.
  • the support face 101a of the substrate 101 is formed for example by the exposed face of said first electrically insulating layer.
  • the monolithic layer can be formed in a semiconductor material doped or not, for example GAI2O3 or silicon or even germanium, and more particularly monocrystalline silicon. It can also be formed from sapphire or even from a III-V semiconductor material, for example GaN. It may alternatively be a silicon-on-insulator or “SOI” type substrate for “Silicon On Insulator” according to the established English terminology. Alternatively, the monolithic layer can be formed from an electrically insulating material.
  • the lower electrode layer can serve as a seed layer for the growth of semiconductor portions of light emitting diodes.
  • the lower electrode layer can be continuous or discontinuous.
  • the material composing the lower electrode layer can be a nitride, a carbide or an arsenide or a phosphide or a boride of a transition metal from column IV, V or VI of the periodic table of the elements or a combination of these compounds.
  • the lower electrode layer can be made of aluminum nitride, aluminum oxide, boron, boron nitride, titanium, titanium nitride, tantalum, tantalum nitride, hafnium, hafnium nitride, niobium, niobium nitride, zirconium, zirconium boride, zirconium nitride, silicon carbide, tantalum nitride and carbide, or magnesium nitride in the form MgxNy, where x is about 3 and y is about 2, for example magnesium nitride in the form of Mg3N2.
  • the lower electrode layer can be doped and of the same type of conductivity as that of the semiconductor elements intended to grow, and have a thickness for example between 1 nm and 200 nm, preferably between 10 nm and 50 nm.
  • the lower electrode layer can be composed of an alloy or of a stack of at least one material mentioned in the list above.
  • Said first electrically insulating layer may include a first intermediate insulating layer which covers said lower electrode layer. It forms a growth mask allowing the growth, for example epitaxial, of the light-emitting diodes 11 from through openings opening locally on the surfaces of the lower electrode layer.
  • the first intermediate insulating layer is made of at least one dielectric material such as, for example, a silicon oxide (for example S1O 2 or SiON) or a silicon nitride (for example S1 3 N 4 or SiN) or silicon oxynitride, an aluminum oxide (e.g. Al 2 O 3) or hafnium oxide (Hf0 2 for example).
  • This first intermediate insulating layer can also be formed in a large gap semiconductor material such as GAIN.
  • the thickness of the first intermediate insulating layer may be between 5 nm and 1 ⁇ m, preferably between 20 nm and 500 nm, for example equal to approximately 100 nm.
  • Said first electrically insulating layer may further include a second electrically intermediate insulating layer (not shown) which covers the first electrodes and participates in providing electrical insulation between the first electrodes and the second electrodes already mentioned above.
  • This second electrically intermediate insulating layer can also cover the growth mask formed by the first intermediate insulating layer.
  • the second intermediate insulating layer can be made of a dielectric material identical to or different from that of this growth mask, such as, for example, a silicon oxide (for example S1O 2 ) or a silicon nitride (for example S1 3 N 4 or SiN) or silicon oxynitride, an aluminum oxide (e.g. Al 2 O 3) or hafnium oxide (Hf0 2 for example).
  • the thickness of the second intermediate insulating layer may be between 5 nm and 1 ⁇ m, preferably between 20 nm and 500 nm, for example equal to approximately 100 nm.
  • the electrically resistive layer 114 has an electrical resistance greater than that of the active portion 111, and covers at least all or part of the side surfaces 112b of the corresponding first semiconductor portion 112. On the other hand, the electrically resistive layer 114 does not laterally cover the active portion 111. In other words, the electrically resistive layer 114 does not directly or indirectly cover all or part of the lateral faces of the active portion 111.
  • the electrically resistive layer 114 does not laterally cover the second semiconductor portion 113.
  • the electrically resistive layer 114 and the active portion 111 cover, by continuity or overlap, the first semiconductor portion 112 so that there can be no short-circuit between the first semiconductor portion 112 and the second semiconductor portion 113.
  • the second semiconductor portion 113 does not come into electrical contact with the first semiconductor portion 112. Likewise, this makes it possible to avoid short-circuits between the first semiconductor portion 112 and an element of another adjacent light emitting diode 11.
  • the respective electrically resistive layers 114 of at least the first light-emitting diode 11 and the second light-emitting diode 11, adjacent to one another, have the particularity of being separated from one another.
  • the space separating two adjacent light-emitting diodes 11 should not be filled with an electrically resistive layer extending at the same height as the first semiconductor portion 112 before the step of growing the active portion 111, such as described in particular in the publication US2011 / 0114915.
  • the associated technical effect is that a potential parasitic deposit, occurring during the formation of the active portion 111, is thus not formed continuously between the two active portions 111 of two adjacent light-emitting diodes 11. This is to prevent short circuits between light emitting diodes 11.
  • each of Figures 1 to 5 shows a single light emitting diode 11 of the optoelectronic device 10, this being purely by way of illustration. Indeed, the number of light emitting diodes 11 is, once again, not limited in itself and may be greater than several thousand.
  • FIG. 6 illustrates precisely a first light-emitting diode 11 and a second light-emitting diode 11 adjacent to one another.
  • the electrically resistive layers 114 form thin walls on the side surfaces 112b of the first semiconductor portions 112 of the first and second light emitting diodes 11.
  • the electrically resistive layer 114 has a thickness between a lower value of a few angstroms, for example 5 angstroms, and a higher value of approximately 200 nm.
  • the thickness of the electrically resistive layer 114 is between 3 nm and 50 nm, and is preferably about 20 nm.
  • the electrically resistive layer 114 covers all of the side surfaces 112b of the first semiconductor portion 112 but without laterally covering the active portion 111,
  • the active portion 111 covers the whole of the top end 11a of the first semiconductor portion 112 left bare or exposed beforehand but without covering the electrically resistive layer 114,
  • the second semiconductor portion 113 covers the upper part and the side walls of the active portion 111 until it reaches the electrically resistive layer 114.
  • the electrically resistive layer 114 in this particular case, does not cover any surface of the top end 11a of the first semiconductor portion 112. It could be otherwise in the case where the active portion 111 only partially covers the surface of the top end 11a.
  • Such an arrangement of the active portion 111, only on the top end 11a and without covering the top end of the electrically resistive layer 114, can be obtained advantageously by choosing the nature of the electrically resistive layer 114, which may be potentially apt not to allow the growth of a material by epitaxy on its surface, unlike the area corresponding to the top end marked 11a. This helps build up what is known as a growth mask. This can be obtained by using materials such as S1O2, SiN, SiON or even T1O2 for the electrically resistive layer 114.
  • the electrically resistive layer 114 is able to prevent epitaxial growth on its free surfaces, then, once the active portion 111 formed by epitaxy selectively on the top end 11a of the first semiconductor portion 112, the second semiconductor portion 113 obtained by epitaxy is therefore formed selectively only from the active portion 111.
  • This combination of materials and this arrangement of various portions and layers advantageously make it possible to create a light-emitting diode 11 having an axial structure whose side surfaces are free from current leaks between the first and the second semiconductor portions 112, 113.
  • the electric current will preferably pass through the active portion 111 which is less electrically resistive than the res layer electrically istive 114.
  • the electrically resistive layer 114 has an electrical resistivity greater than 1 Ohm.m.
  • the electrically resistive layer 114 is transparent to at least part of the light radiation intended to be emitted by the active portion 111. Typically, it allows more than 30% of the light emitted by the active portion 111 and which passes through it to pass.
  • the electrically resistive layer 114 covers all of the side surfaces 112b of the first semiconductor portion 112 but without laterally covering the active portion 111,
  • the active portion 111 covers both the entire top end 11a of the first semiconductor portion 112 left bare or exposed beforehand and all of the free surfaces (top and side) of the electrically resistive layer 114, and the second semiconductor portion 113 covers the upper part and the side walls of the active portion 111, typically until it reaches the support face 101a of the substrate 101.
  • the electrically resistive layer 114 in this particular case, does not cover any surface of the top end 11a of the first semiconductor portion 112. It could be otherwise in the case where the active portion 111 only partially covers the surface of the top end 11a.
  • the situation of FIG. 4 is therefore obtained for example by forming the active portion 111 on the top end 11a of the first semiconductor portion 112, left bare or exposed beforehand, as well as on the lateral and upper surfaces free of the electrically resistive layer 114, for example by epitaxy. Then the active portion 111 is covered by the second semiconductor portion 113 obtained for example by the MOVPE technique.
  • the electrically resistive layer 114 is not arranged to be a mask for epitaxial growth, but it is simply arranged so as to be more electrically resistive than the active portion 111.
  • the electrically resistive layer 114 is completely electrically insulating with a resistivity greater than 1 Ohm.m. The electrically resistive layer 114 does not laterally cover the active portion 111.
  • the material used to form the electrically resistive layer 114 may for example be chosen from among AIN, Al2O3, T1O2, SiN, S1O2, SiO.
  • the electrically resistive layer 114 allows growth of the active portion 111 on its free surfaces by an MBE technique for example.
  • the second semiconductor portion 113 then only seeing the active portion 111, it can be formed over the entire free surface of the active portion 111, for example by the MBE or MOVPE techniques.
  • a core-shell type structure is then obtained, the core being the first semiconductor portion 112 and the shell being the combination of the active portion 111 and of the second semiconductor portion 113.
  • the electrically resistive layer 114 placed between the first semiconductor portion 112 and the active portion 111, current leaks between the first and second semiconductor portions 112, 113 are eliminated.
  • the electric current will preferably pass through the active portion 111 which is less electrically resistive than the electrically resistive layer 114.
  • the electrically resistive layer 114 covers all of the side surfaces 112b of the first semiconductor portion 112 but without laterally covering the active portion 111,
  • the active portion 111 covers the whole of the top end 11a of the first semiconductor portion 112 left bare or exposed beforehand without covering the electrically resistive layer 114,
  • the second semiconductor portion 113 covers the upper part and the side walls of the active portion 111 and the free surfaces (top and side) of the electrically resistive layer 114, typically until it reaches the support face 101a of the substrate 101.
  • the electrically resistive layer 114 in this particular case, does not cover any surface of the top end 11a of the first semiconductor portion 112. It could be otherwise in the case where the active portion 111 only partially covers the surface of the top end 11a.
  • the situation in FIG. 5 is therefore obtained for example by forming the active portion 111 by epitaxy according to the MBE technique selectively on the top end 11a of the first semiconductor portion 112, left bare or exposed beforehand, the resistive layer electrically 114 being arranged only on the side walls 112b of the first semiconductor portion 112 and being composed in this example of a material capable of obtaining a growth mask as described above.
  • the second semiconductor portion 113 is arranged on the free surfaces (top and side) of the active portion 111 as well as on the free surfaces (side and top) of the electrically resistive layer 114.
  • the electrically resistive layer 114 does not laterally cover the portion. active 111.
  • each light-emitting diode 11, and therefore each first semiconductor portion 112 is electrically connected to a first electrode, typically formed in or on the substrate 101 (not shown and which may be the seed layer), continuous or not.
  • a first electrode typically formed in or on the substrate 101 (not shown and which may be the seed layer), continuous or not.
  • Those skilled in the art may refer to patent application FR-A1-3053530 to produce the substrate 101 containing such first electrodes.
  • FIGS. 1 to 3 represent the steps of a first method of manufacturing an optoelectronic device 10 according to the invention.
  • the associated technical effect is to prevent short-circuits between all or part of the adjacent light-emitting diodes 11 during parasitic lateral deposition, inevitable in reality and known to those skilled in the art of optoelectronic devices, taking place during the formation of the active portion 111, and of the second semiconductor portion 113.
  • the etching carried out in step d) is directional. This is possible for example with the use of plasmas such as for example an etching by active ions (RIE for “Reactive Ion Etching” according to the English expression). Another method can be the use of chemical mechanical polishing. Another method can be the use of annealing in a dihydrogen atmosphere.
  • plasmas such as for example an etching by active ions (RIE for “Reactive Ion Etching” according to the English expression).
  • RIE reactive Ion Etching
  • Another method can be the use of chemical mechanical polishing.
  • Another method can be the use of annealing in a dihydrogen atmosphere.
  • the etching carried out in step d) is a dry etching using for example a plasma.
  • the etching step d) is implemented by two sub-steps: a first dry or directional sub-etching not completely crossing the electrically resistive layer 114 at the level of the top end 11a and a second wet underetching exposing the top end 11a of the first semiconductor portion 112. This advantageously makes it possible to reduce the defects present on the surface of the top end 11a of the first semiconductor portion 112 to promote the resumption of epitaxial growth of the active portion 111 on the top end 11a.

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Abstract

Dispositif optoélectronique (10) comportant une première et une deuxième diode électroluminescente (11), chaque DEL (11) comportant: une première portion semiconductrice (112), dopée d'un premier type, ayant une forme filaire suivant un axe (11b) et ayant des surfaces latérales (112b) parallèles à cet axe; une portion active (111) agencée au moins en partie sur une extrémité sommitale (lia) de la première portion (112); une deuxième portion semiconductrice (113), dopée d'un deuxième type, agencée, au moins en partie, sur tout ou partie de la portion active (111); une couche résistive électriquement (114), dont la résistance électrique est supérieure à celle de la portion active (111), recouvrant au moins tout ou partie des surfaces latérales (112b) de la première portion (112) et tout ou partie de la surface de l'extrémité sommitale (11a) de la première portion (112) non recouverte par la portion active (111). Les couches résistives (114) des première et deuxième DELs sont séparées l'une de l'autre.

Description

DESCRIPTION
DISPOSITIF OPTOÉLECTRONIQUE COMPORTANT DEUX DIODES ÉLECTROLUMINESCENTES PILAIRES AYANT CHACUNE UNE COUCHE LIMITANT LES COURANTS DE FUITE
5
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne un dispositif optoélectronique comportant un substrat délimitant une face support et au moins une diode électroluminescente 10 formée sur la face support, ayant une forme globalement filaire allongée suivant un axe longitudinal s'étendant suivant une première direction orientée transversalement à la face support.
L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique.
15 L'invention trouve une application notamment dans les écrans d'affichage ou les systèmes de projection d'images.
Etat de la technique
Par « dispositif optoélectronique », il est ici entendu un dispositif adapté à 20 effectuer la conversion d'un signal électrique en un rayonnement électromagnétique à émettre, notamment de la lumière.
Il existe des dispositifs optoélectroniques comportant des diodes électroluminescentes, également connues sous l'acronyme LED pour « light-emitting diode » selon la terminologie anglo-saxonne consacrée, formées sur un substrat.
25 II est connu que chaque diode électroluminescente comprenne un matériau actif exploitant ou non des puits quantiques, une portion semiconductrice dopée selon un premier type de dopage pour jouer le rôle de jonction dopée N et une portion semiconductrice dopée selon un deuxième type de dopage pour jouer le rôle de jonction dopée P.
30 II existe des dispositifs optoélectroniques comportant une matrice de diodes électroluminescentes présentant une certaine surface d'émission au travers de laquelle est transmis le rayonnement lumineux émis par les diodes électroluminescentes. De tels dispositifs optoélectroniques peuvent notamment être utilisés dans la constitution d'écrans d'affichage ou de systèmes de projection d'images, 35 où la matrice de diodes électroluminescentes définit en fait une matrice de pixels lumineux où chaque pixel comporte traditionnellement au moins un sous-pixel pour générer chaque couleur, chaque sous-pixel contenant lui-même au moins une diode électroluminescente. Un sous-pixel peut par exemple contenir jusqu'à 100000 diodes électroluminescentes.
A mesure que la résolution des écrans d'affichage augmente, les dimensions des surfaces émissives de lumière, et donc des diodes électroluminescentes, deviennent micrométriques voire nanométriques. Le recours à des diodes électroluminescentes tridimensionnelles devient de plus en plus inévitable.
Chaque diode électroluminescente tridimensionnelle peut être formée sur la base d'éléments tridimensionnels filaires semiconducteurs micrométriques voire nanométriques, eux-mêmes au moins partiellement obtenus par croissance par épitaxie comme l'épitaxie en phase vapeur aux organométalliques (aussi connue sous les acronymes anglophones MOVPE pour « metalorganic vapor phase epitaxy ») ou comme l'épitaxie par jets moléculaires (MBE pour « Molecular Beam Epitaxy » selon l'expression anglaise consacrée) par déposition en phase vapeur d'organométalliques (MOCVD) ou par dépôt assisté par plasma (PECVD). Les diodes électroluminescentes sont typiquement formées à base d'un matériau semiconducteur comprenant par exemple des éléments de la colonne III et de la colonne V du tableau périodique, tel qu'un composé lll-V, notamment le nitrure de gallium (GaN), le nitrure d'indium et de gallium (InGaN) ou le nitrure d'aluminium et de gallium (AIGaN).
La structure des diodes électroluminescentes tridimensionnelles peut être de type « cœur-coquille » avec une première portion semiconductrice dopée selon un premier type de dopage et de forme filaire, une portion active semiconductrice recouvrant cette première portion et une deuxième portion semiconductrice dopée selon un deuxième type de dopage et recouvrant la portion active. La première portion étant le « cœur » et la portion active et la deuxième portion formant la « coquille » puisqu'elles entourent la première portion.
Une seconde structure connue est appelée « axiale». Dans cette architecture, la première portion semiconductrice dopée selon un premier type de dopage, la portion active et la deuxième portion semiconductrice dopée selon un deuxième type de dopage sont empilées en tout ou partie selon l'axe longitudinal de la diode électroluminescente.
L'une des difficultés dans la structure axiale est que les méthodes de formation de la portion active et de la deuxième portion semiconductrice peuvent difficilement permettre d'obtenir la portion active et la deuxième portion semiconductrice uniquement en recouvrement de la première portion semiconductrice de façon à être empilées selon l'axe longitudinal de la diode électroluminescente. Il en résulte un dépôt parasite sur les faces latérales de la forme filaire de la première portion des diodes électroluminescentes. Ce dépôt parasite est susceptible d'être en contact électrique avec les première et deuxième portions semiconductrices et d'engendrer des courants de fuite entre les première et deuxième portions semiconductrices. Une proportion du courant venant de la deuxième portion semiconductrice et normalement destiné à passer à travers la portion active vers la première portion semiconductrice passe par le dépôt parasite externe et ne passe donc pas par la portion active ce qui engendre une perte d'efficacité électronique de la diode électroluminescente.
Une solution connue consiste à former une ou plusieurs couches de barrière d'électrons (EBL pour « Electron blocking layer » selon l'expression anglaise consacrée) après la formation de la portion active. Dans le cadre d'une diode électroluminescente sensiblement filaire, la barrière d'électrons peut néanmoins être déposée en quantité insuffisante sur les faces latérales de la forme filaire des diodes électroluminescentes. Ainsi, des fuites de courant peuvent malgré tout apparaître aux emplacements où la barrière d'électrons est d'épaisseur plus faible ou absente.
Il est également connu d'obtenir une passivation chimique des surfaces latérales des diodes électroluminescentes pour éviter par exemple l'oxydation des diodes électroluminescentes. Cette opération n'est cependant pas suffisante pour réaliser une isolation électrique vis-à-vis des courants de fuites précités.
De façon générale, l'obtention d'une diode électroluminescente de structure axiale est difficile du fait des dépôts parasites sur les faces latérales de la diode électroluminescente.
Objet de l'invention
La présente invention a pour but de répondre à tout ou partie des problèmes présentés ci-avant.
Notamment, un but est de fournir une solution répondant à au moins l'un des objectifs suivants :
diminuer voire éliminer les fuites de courant entre la première portion semiconductrice et la deuxième portion semiconductrice au sein des diodes électroluminescentes ;
augmenter l'efficacité des diodes électroluminescentes de structure axiale ;
faciliter la formation de diodes électroluminescentes de structure axiale ; obtenir une diode électroluminescente de structure axiale sans dépôt parasite sur ses surfaces latérales.
A cet effet, il est proposé un dispositif optoélectronique comportant un substrat délimitant une face support, au moins une première diode électroluminescente et une deuxième diode électroluminescente adjacentes formées sur la face support, la première diode électroluminescente et la deuxième diode électroluminescente comportant chacune :
une première portion semiconductrice dopée selon un premier type de dopage ayant une forme globalement filaire allongée suivant un axe longitudinal s'étendant suivant une première direction orientée transversalement à la face support et ayant des surfaces latérales globalement parallèles à l'axe longitudinal,
une portion active agencée au moins en partie sur une extrémité sommitale de la première portion semiconductrice, opposée le long de l'axe à une extrémité inférieure de la première portion semiconductrice tournée vers la face support,
une deuxième portion semiconductrice dopée selon un deuxième type de dopage et agencée, au moins en partie, sur tout ou partie de la portion active, une couche résistive électriquement, dont la résistance électrique est supérieure à celle de la portion active, recouvrant au moins tout ou partie des surfaces latérales de la première portion semiconductrice et tout ou partie de la surface de l'extrémité sommitale de la première portion semiconductrice non recouverte par la portion active ;
la couche résistive électriquement de la première diode électroluminescente et la couche résistive électriquement de la deuxième diode électroluminescente étant séparées l'une de l'autre.
Certains aspects préférés mais non limitatifs du dispositif optoélectronique sont les suivants.
Dans une mise en œuvre du dispositif électronique, la couche résistive électriquement est configurée de sorte à pouvoir empêcher la formation d'un matériau par épitaxie sur ses surfaces libres.
Dans une mise en œuvre du dispositif électronique, la couche résistive électriquement est isolante électriquement.
Dans une mise en œuvre du dispositif électronique, la couche résistive électriquement est transparente à tout ou partie du rayonnement lumineux émis par la portion active. Selon un mode de réalisation non limitatif, pour chacune des première et deuxième diodes électroluminescentes, la couche résistive électriquement ne recouvre pas latéralement la portion active.
Selon un mode de réalisation non limitatif, pour chacune des première et deuxième diodes électroluminescentes, la couche résistive électriquement ne recouvre pas latéralement la deuxième portion semiconductrice.
Selon un mode de réalisation non limitatif, pour chacune des première et deuxième diodes électroluminescentes, la couche résistive électriquement et la portion active recouvrent, par continuité ou chevauchement, la première portion semiconductrice.
Selon un mode de réalisation non limitatif, pour chacune des première et deuxième diodes électroluminescentes, la couche résistive électriquement présente une épaisseur comprise entre une valeur inférieure de quelques angstrom et une valeur supérieure d'environ 200 nm.
Selon un mode de réalisation non limitatif, pour au moins l'une des première et deuxième diodes électroluminescentes, la couche résistive électriquement recouvre la totalité des surfaces latérales de la première portion semiconductrice sans recouvrir latéralement la portion active, la portion active recouvre la totalité de l'extrémité sommitale de la première portion semiconductrice sans recouvrir la couche résistive électriquement, et la deuxième portion semiconductrice recouvre la partie supérieure et les parois latérales de la portion active jusqu'à atteindre la couche résistive électriquement.
Selon un mode de réalisation non limitatif, pour au moins l'une des première et deuxième diodes électroluminescentes, la couche résistive électriquement recouvre la totalité des surfaces latérales de la première portion semiconductrice sans recouvrir latéralement la portion active, la portion active recouvre la totalité de l'extrémité sommitale de la première portion semiconductrice et la totalité des surfaces libres de la couche résistive électriquement, et la deuxième portion semiconductrice recouvre la partie supérieure et les parois latérales de la portion active.
Selon un mode de réalisation non limitatif, pour au moins l'une des première et deuxième diodes électroluminescentes, la couche résistive électriquement recouvre la totalité des surfaces latérales de la première portion semiconductrice sans recouvrir latéralement la portion active, la portion active recouvre la totalité de l'extrémité sommitale de la première portion semiconductrice sans recouvrir la couche résistive électriquement, et la deuxième portion semiconductrice recouvre la partie supérieure et les parois latérales de la portion active et les surfaces libres de la couche résistive électriquement.
Il est également proposé la mise en œuvre d'un procédé de fabrication comportant les étapes successives suivantes :
a) formation d'un susbtrat délimitant une face support ;
b) formation d'au moins une première portion semiconductrice d'au moins une première diode électroluminescente et une deuxième diode électroluminescente adjacentes, dopée selon un premier type de dopage, à partir de la face support et présentant une forme filaire allongée suivant un axe longitudinal s'étendant suivant une première direction orientée transversalement à la face support, de telle sorte que la première portion semiconductrice comprenne une extrémité sommitale opposée le long de l'axe à une extrémité inférieure de la première portion semiconductrice tournée vers la face support du substrat ;
c) formation d'une couche résistive électriquement, dont la résistance électrique est supérieure à celle d'une portion active de chacune des première et deuxième diodes électroluminescentes, sur tout ou partie de la surface libre de la structure intermédiaire obtenue à l'étape b) de la première diode électroluminescente et sur tout ou partie de la surface libre de la structure intermédiaire obtenue à l'étape b) de la deuxième diode électroluminescente ;
d) gravure d'une première extrémité de la couche résistive électriquement localisée au niveau de l'extrémité sommitale de la première portion semiconductrice de la première diode électroluminescente et au niveau de la première portion semiconductrice de la deuxième diode électroluminescente, la gravure traversant complètement la couche résistive électriquement de façon à mettre à nue l'extrémité sommitale de la première portion semiconductrice ;
e) formation de ladite portion active de la première diode électroluminescente et de la deuxième diode électroluminescente, obtenue au moins en partie sur l'extrémité sommitale mise à nue de la première portion semiconductrice de la première diode électroluminescente et de la deuxième diode électroluminescente ; f) formation d'une deuxième portion semiconductrice de la première diode électroluminescente et de la deuxième diode électroluminescente, obtenue au moins en partie sur tout ou partie de la portion active ;
procédé dans lequel, à l'issue de l'une des étapes c) et d), la couche résistive électriquement de la première diode électroluminescente, et la couche résistive électriquement de la deuxième diode électroluminescente sont séparées l'une de l'autre. Certains aspects préférés mais non limitatifs du procédé de fabrication sont les suivants.
Dans un exemple de réalisation du procédé, l'étape d) est mise en oeuvre par gravure sèche.
Dans un exemple de réalisation du procédé, l'étape d) est mise en oeuvre par une méthode de gravure directionnelle.
Dans un exemple de réalisation du procédé, l'étape de gravure de l'étape d) est mise en œuvre par une première sous-gravure sèche ne traversant pas totalement la couche résistive électriquement et par une seconde sous-gravure humide mettant à nue l'extrémité sommitale de la première portion semiconductrice.
Dans un exemple de réalisation du procédé, l'étape e) est réalisée par croissance épitaxiale.
Dans un exemple de réalisation du procédé, l'étape f) est réalisée par croissance épitaxiale.
Description sommaire des dessins
D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de modes de réalisation préférés de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 représente en coupe transversale schématique, une première étape d'un premier exemple de procédé de fabrication d'un premier mode de réalisation d'un dispositif optoélectronique selon l'invention.
La figure 2 représente en coupe transversale schématique, une deuxième étape du premier exemple de procédé de fabrication du premier mode de réalisation d'un dispositif optoélectronique selon l'invention.
La figure 3 représente en coupe transversale schématique, une troisième étape du premier exemple de procédé de fabrication du premier mode de réalisation d'un dispositif optoélectronique selon l'invention.
La figure 4 représente une coupe transversale schématique d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif optoélectronique selon l'invention contenant une diode électroluminescente.
La figure 5 illustre une coupe transversale schématique d'un troisième mode de réalisation d'un dispositif optoélectronique selon l'invention contenant une diode électroluminescente. La figure 6 illustre une coupe transversale schématique d'un quatrième mode de réalisation d'un dispositif optoélectronique selon l'invention comprenant au moins deux diodes électroluminescentes adjacentes dont les couches électriquement résistives respectives sont séparées l'une de l'autre.
Description détaillée
Sur les figures 1 à 6 annexées et dans la suite de la description, les mêmes références représentent des éléments identiques ou similaires. De plus, les différents éléments ne sont pas représentés à l'échelle de manière à privilégier la clarté des figures. Par ailleurs, les différents modes de réalisation et variantes ne sont pas exclusifs les uns des autres et peuvent être combinés entre eux.
Dans la suite de la description, sauf indication contraire, les termes « sensiblement », « environ », « globalement » et « de l'ordre de » signifient « à 10 % près ».
L'invention porte en premier lieu sur un dispositif optoélectronique 10, lequel comporte d'abord un substrat 101 ayant une face support 101a, qui est un élément commun aux différents modes de réalisation.
Le dispositif optoélectronique 10 comporte aussi au moins une première diode électroluminescente 11 et une deuxième diode électroluminescentes 11, adjacentes entre elles. Ces deux diodes électroluminescentes, visibles sur la figure 6, peuvent être identiques ou non, dès lors qu'elles répondent aux caractéristiques décrites ci-après.
Globalement, le dispositif optoélectronique 10 peut comporter un très grand nombre de diodes électroluminescentes 11, par exemple plusieurs milliers, réparties dans le plan général de la face support 101a du substrat 101. Deux diodes électroluminescentes 11 sont dites adjacentes lorsqu'elles sont situées à proximité immédiate l'une de l'autre dans le plan général de la face support 101a du substrat 101. Plus précisément, la deuxième diode électroluminescente 11 dite « adjacente » à la première diode électroluminescente 11 est la diode électroluminescente la plus proche de la première diode électroluminescente dans le plan général de la face support 101a, et réciproquement.
Chacune des première et deuxième diodes électroluminescentes 11 est tridimensionnelle et présente par exemple une forme filaire allongée suivant un axe orienté transversalement à la face support 101a. Une telle organisation est très avantageuse pour obtenir un dispositif optoélectronique 10 à haute résolution et à fort contraste tout en ne générant pas de limitation quant aux matériaux et aux techniques utilisés pour la fabrication, et tout en conférant tous les avantages connus quant au recours à de telles diodes électroluminescentes filaires, notamment en terme de coût et d'efficacité. Une application particulièrement visée est la fourniture d'un écran d'affichage d'images ou d'un dispositif de projection d'images. Mais il est clair que les modes de réalisation peuvent concerner d'autres applications, en particulier la détection ou la mesure de radiations électromagnétiques ou encore des applications photovoltaïques.
Chacune des première et deuxième diodes électroluminescentes 11 comporte une première portion semiconductrice 112 formée (directement moyennant un contact physique, ou indirectement moyennant interposition d'une éventuelle couche intermédiaire) sur la face support 101a du substrat 101. La première portion semiconductrice 112 est dopée selon un premier type de dopage, par exemple de type N ou P, mais préférentiellement de type N. La première portion semiconductrice 112 a une forme globalement filaire allongée suivant un axe longitudinal 11b, lequel s'étend globalement parallèlement à une première direction 112a orientée transversalement à la face support 101a. Ainsi, la forme de chaque diode électroluminescente 11 est tridimensionnelle et globalement filaire. Par « globalement parallèlement », on entend que l'axe longitudinal 11b et la direction 112a sont colinéaires à 30 pm près et orientés selon un angle à plus ou moins 10° près entre eux.
La première portion semiconductrice 112 de chacune des première et deuxième diode électroluminescente a en outre des surfaces latérales 112b globalement parallèles à l'axe longitudinal 11b.
Chacune des première et deuxième diodes électroluminescentes 11 comporte aussi une portion active 111 agencée au moins en partie sur l'extrémité sommitale lia de la première portion semiconductrice 112. L'extrémité sommitale lia est l'extrémité opposée le long de l'axe longitudinal 11b à une extrémité inférieure de la première portion semiconductrice 112 tournée vers la face support 101a du substrat 101.
La portion active 111 des diodes électroluminescentes 11 est la couche, ou l'empilement de couches, depuis où est émise la majorité du rayonnement délivré par la diode électroluminescente 11. Elle peut comporter des moyens de confinement des porteurs de charge électrique, tels que des puits quantiques. Elle est, par exemple, constituée d'une alternance de couches de GaN et d'alliage d'InGaN ou encore d'alliage d'AIGalnN. Les couches de GaN peuvent être dopées. Alternativement, la portion active 111 est constituée par une unique couche d'InGaN par exemple. Par ailleurs, chacune des première et deuxième diodes électroluminescentes 11 comporte une deuxième portion semiconductrice 113 dopée selon un deuxième type de dopage, par exemple de type N ou P, mais préférentiellement de type P pour pouvoir former avec la première portion semiconductrice 112 dopée N une jonction P-N. La deuxième portion semiconductrice 113 est agencée, au moins en partie, sur tout ou partie de la portion active 111.
De manière générale, les première et deuxième portions semiconductrices 112, 113 et la portion active 111 composant les diodes électroluminescentes 11 peuvent être, au moins en partie, formées à partir de matériaux semiconducteurs de groupe IV comme du silicium ou du germanium ou bien comportant majoritairement un composé lll-V, par exemple des composés lll-N. Des exemples du groupe III comprennent le gallium, l'indium ou l'aluminium. Des exemples de composés lll-N sont GaN, AIN, InGaN ou AlInGaN. D'autres éléments du groupe V peuvent également être utilisés, par exemple, le phosphore, l'arsenic ou l'antimoine. De façon générale, les éléments dans le composé lll-V peuvent être combinés avec différentes fractions molaires. Il convient de préciser que les diodes électroluminescentes 11 peuvent indifféremment être formées à partir de matériaux semiconducteurs comportant majoritairement un composé ll-VI. Le dopant peut être choisi, dans le cas d'un composé lll-V, parmi le groupe comprenant un dopant de type P du groupe II, par exemple du magnésium, du zinc, du cadmium ou du mercure, un dopant du type P du groupe IV par exemple du carbone, ou un dopant de type N du groupe IV, par exemple du silicium, du germanium, du sélénium, du souffre, du terbium ou de l'étain.
Chacune des première et deuxième diodes électroluminescentes 11 comporte avantageusement une couche résistive électriquement 114, décrite plus loin tant dans son agencement que dans sa méthode de formation.
La couche résistive électriquement 114 peut être obtenue grâce, par exemple, aux techniques connues de l'homme du métier comme les dépôts par voie physique (PVD pour « Physical Vapor Déposition » selon l'expression anglosaxonne consacrée) ou encore les dépôts chimiques en phase vapeur (CVD pour « Chemical Vapor Déposition » selon l'expression anglosaxonne consacrée), ou équivalent.
La section droite des première et deuxième diodes électroluminescentes 11 ainsi formées par les première et deuxième portions semiconductrices 112, 113, par la portion active 111 et par la couche résistive électriquement 114, prise dans tout plan parallèle au plan général de la face support 101a, peut avoir différentes formes telles que, par exemple, une forme ovale, circulaire ou polygonale (par exemple carrée, rectangulaire, triangulaire ou hexagonale). L'invention porte également sur un procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique 10 à au moins deux diodes électroluminescentes.
Le substrat 101 est constitué par exemple par un empilement d'une couche monolithique (non représentée), d'une couche d'électrode inférieure (non représentée) qui peut être une couche de germination conductrice et d'une première couche d'isolation électrique (non représentée). L'homme du métier pourra se référer par exemple à la demande de brevet FR-A1-3053530 pour mettre en œuvre un tel substrat 101.
La face support 101a du substrat 101 est constituée par exemple par la face exposée de ladite première couche d'isolation électrique.
La couche monolithique peut être formée dans un matériau semiconducteur dopé ou non, par exemple de GAI2O3 ou du silicium ou encore du germanium, et plus particulièrement du silicium monocristallin. Il peut aussi être formé en saphir voire en un matériau semiconducteur lll-V, par exemple en GaN. Il peut alternativement s'agir d'un substrat de type silicium sur isolant ou « SOI » pour « Silicon On Insulator » selon la terminologie anglo-saxonne consacrée. Alternativement, la couche monolithique peut être formée dans un matériau électriquement isolant.
La couche d'électrode inférieure peut servir de couche de germination pour la croissance de portions semiconductrices de diodes électroluminescentes. La couche d'électrode inférieure peut être continue ou discontinue. Le matériau composant la couche d'électrode inférieure peut être un nitrure, un carbure ou un arséniure ou un phosphure ou encore un borure d'un métal de transition de la colonne IV, V ou VI du tableau périodique des éléments ou une combinaison de ces composés. A titre d'exemple, la couche d'électrode inférieure peut être en nitrure d'aluminium, en oxyde d'aluminium, en bore, en nitrure de bore, en titane, en nitrure de titane, en tantale, en nitrure de tantale, en hafnium, en nitrure d'hafnium, en niobium, en nitrure de niobium, en zirconium, en borure de zirconium, en nitrure de zirconium, en carbure de silicium, en nitrure et carbure de tantale, ou en nitrure de magnésium sous la forme MgxNy, où x est environ égal à 3 et y est environ égal à 2, par exemple du nitrure de magnésium sous la forme Mg3N2. La couche d'électrode inférieure peut être dopée et du même type de conductivité que celle des éléments semiconducteurs destinés à croître, et présenter une épaisseur par exemple comprise entre 1 nm et 200 nm, de préférence comprise entre 10 nm et 50 nm. La couche d'électrode inférieure peut être composée d'un alliage ou d'un empilement d'au moins un matériau mentionné dans la liste ci-dessus. Ladite première couche d'isolation électrique peut comprendre une première couche isolante intermédiaire qui recouvre ladite couche d'électrode inférieure. Elle forme un masque de croissance autorisant la croissance, par exemple épitaxiale, des diodes électroluminescentes 11 à partir d'ouvertures traversantes débouchant localement sur les surfaces de la couche d'électrode inférieure. Ladite première couche d'isolation électrique participe également à assurer l'isolation électrique entre les premières électrodes (non représentées) et les secondes électrodes (non représentées) qui sont destinées à la connexion électrique respectivement à la première portion semiconductrice 112 et à la deuxième portion semiconductrice 113 des différentes diodes électroluminescentes 11. La première couche isolante intermédiaire est réalisée dans au moins un matériau diélectrique tel que, par exemple, un oxyde de silicium (par exemple S1O2 ou SiON) ou un nitrure de silicium (par exemple S13N4 ou SiN), voire un oxynitrure de silicium, un oxyde d'aluminium (par exemple AI2O3) ou un oxyde de hafnium (par exemple Hf02). Cette première couche isolante intermédiaire peut également être formée dans un matériau semiconducteur à grand gap comme de GAIN. L'épaisseur de la première couche isolante intermédiaire peut être comprise entre 5 nm et 1 pm, de préférence comprise entre 20 nm et 500 nm, par exemple égale à 100 nm environ.
Ladite première couche d'isolation électrique peut comporter, en outre, une deuxième couche isolante électriquement intermédiaire (non représentée) qui recouvre les premières électrodes et participe à assurer l'isolation électrique entre les premières électrodes et les secondes électrodes déjà évoquées ci-avant. Cette deuxième couche isolante électriquement intermédiaire peut recouvrir également le masque de croissance formé par la première couche isolante intermédiaire. La deuxième couche isolante intermédiaire peut être réalisée en un matériau diélectrique identique ou différent de celui de ce masque de croissance, tel que, par exemple, un oxyde de silicium (par exemple S1O2) ou un nitrure de silicium (par exemple S13N4 ou SiN), voire un oxynitrure de silicium, un oxyde d'aluminium (par exemple AI2O3) ou un oxyde de hafnium (par exemple Hf02). L'épaisseur de la deuxième couche isolante intermédiaire peut être comprise entre 5 nm et 1 pm, de préférence comprise entre 20 nm et 500 nm, par exemple égale à 100 nm environ.
La couche résistive électriquement 114 présente une résistance électrique supérieure à celle de la portion active 111, et recouvre au moins tout ou partie des surfaces latérales 112b de la première portion semiconductrice 112 correspondante. Par contre, la couche résistive électriquement 114 ne recouvre pas latéralement la portion active 111. Autrement dit, la couche résistive électriquement 114 ne vient pas recouvrir directement ou indirectement, tout ou partie des faces latérales de la portion active 111.
De la même manière, la couche résistive électriquement 114 ne recouvre pas latéralement la deuxième portion semiconductrice 113.
La couche résistive électriquement 114 et la portion active 111 recouvrent, par continuité ou chevauchement, la première portion semiconductrice 112 de sorte qu'il ne peut y avoir de court-circuit entre la première portion semiconductrice 112 et la deuxième portion semiconductrice 113. Ainsi, la deuxième portion semiconductrice 113 n'entre pas en contact électrique avec la première portion semiconductrice 112. De même, cela permet d'éviter les court-circuits entre la première portion semiconductrice 112 et un élément d'une autre diode électroluminescente 11 adjacente.
Les couches résistives électriquement 114 respectives d'au moins la première diode électroluminescente 11 et la deuxième diode électroluminescente 11, adjacentes entre elles, présentent la particularité d'être séparées l'une de l'autre.
Par « séparées », il doit donc être compris qu'elles sont distinctes et distantes les unes des autres. Ainsi, un dépôt parasite obtenu durant la formation de la portion active 111 ou de la deuxième portion semiconductrice 113 sur les couches résistives électriquement 114, n'entraîne pas la formation d'un court-circuit, dû à ce dépôt parasite, entre les deux diodes électroluminescentes 11 adjacentes.
En d'autres termes, l'espace séparant deux diodes électroluminescentes 11 adjacentes ne doit pas être rempli par une couche résistive électriquement s'étendant à même hauteur que la première portion semiconductrice 112 avant l'étape de croissance de la portion active 111, comme décrit notamment dans la publication US2011/0114915.
Ces dispositions sont clairement visibles sur la figure 6.
L'effet technique associé est qu'un dépôt parasite potentiel, se produisant lors de la formation de la portion active 111, n'est ainsi pas formé de façon continue entre les deux portions actives 111 de deux diodes électroluminescentes 11 adjacentes. Cela permet d'éviter les court-circuits entre les diodes électroluminescentes 11.
A des fins d'illustration exclusivement, mais sans aucune limitation, chacune des figures 1 à 5 représente une seule diode électroluminescente 11 du dispositif optoélectronique 10, ceci étant purement à titre illustratif. En effet, le nombre de diodes électroluminescentes 11 n'est, une fois encore, pas limité en soi et peut être supérieur à plusieurs milliers.
Par contre, pour bien comprendre le principe de la séparation entre les couches électriquement résistives 114 des diodes électroluminescentes 11 adjacentes, la figure 6 illustre justement une première diode électroluminescente 11 et une deuxième diode électroluminescente 11 adjacentes l'une par rapport à l'autre.
Selon un mode de réalisation, les couches résistives électriquement 114 forment des parois fines sur les surfaces latérales 112b des premières portions semiconductrices 112 des première et deuxième diodes électroluminescentes 11.
Par « paroi fine », il est entendu que pour chacune des première et deuxième diodes électroluminescentes 11, la couche résistive électriquement 114 présente une épaisseur comprise entre une valeur inférieure de quelques angstrom, par exemple 5 angstrom, et une valeur supérieure d'environ 200 nm. De préférence, l'épaisseur de la couche résistive électriquement 114 est comprise entre 3 nm et 50 nm, et est préférentiellement d'environ 20 nm.
Sur la figure 3, il est illustré un premier mode de réalisation où pour au moins l'une des première et deuxième diodes électroluminescentes 11 :
la couche résistive électriquement 114 recouvre la totalité des surfaces latérales 112b de la première portion semiconductrice 112 mais sans recouvrir latéralement la portion active 111,
la portion active 111 recouvre la totalité de l'extrémité sommitale lia de la première portion semiconductrice 112 laissée nue ou mise à nue au préalable mais sans recouvrir la couche résistive électriquement 114,
et la deuxième portion semiconductrice 113 recouvre la partie supérieure et les parois latérales de la portion active 111 jusqu'à atteindre la couche résistive électriquement 114.
Ainsi, dans ce premier mode de réalisation, il n'existe pas de surface de l'extrémité sommitale lia de la première portion semiconductrice 112 non recouverte par la portion active 111, de sorte que la couche résisitive électriquement 114, dans ce cas particulier, ne recouvre aucune surface de l'extrémité sommitale lia de la première portion semiconductrice 112. Il pourrait en être autrement dans le cas où la portion active 111 ne recouvrirait que partiellement la surface de l'extrémité sommitale lia.
Un tel agencement de la portion active 111, uniquement sur l'extrémité sommitale lia et sans recouvrement de l'extrémité sommitale de la couche résistive électriquement 114, peut être obtenu avantageusement grâce à un choix de la nature de la couche résistive électriquement 114, qui peut être potentiellement apte à ne pas permettre la croissance d'un matériau par épitaxie à sa surface au contraire de la zone correspondant à l'extrémité sommitale repérée lia. Cela permet de constituer ce qui est connu sous le nom de masque à la croissance. Ceci peut être obtenu en utilisant des matériaux tels que S1O2, SiN, SiON ou encore T1O2 pour la couche résistive électriquement 114. Dans le cas où la couche résistive électriquement 114 est apte à empêcher la croissance épitaxiale sur ses surfaces libres, alors, une fois la portion active 111 formée par épitaxie sélectivement sur l'extrémité sommitale lia de la première portion semiconductrice 112, la deuxième portion semiconductrice 113 obtenue par épitaxie est donc formée sélectivement uniquement à partir de la portion active 111. Cette combinaison de matériaux et cet agencement de diverses portions et couches permet avantageusement de créer une diode électroluminescente 11 présentant une structure axiale dont les surfaces latérales sont exemptes de fuites de courant entre la première et la deuxième portions semiconductrices 112, 113. En effet, le courant électrique va passer préférentiellement à travers la portion active 111 qui est moins électriquement résistive que la couche résistive électriquement 114.
Cela permet de limiter les risques de court-circuits entre la première portion semi-conductrice 112 et la deuxième portion semiconductrice 113 d'une même diode électroluminescente 11 mais également entre la première portion semiconductrice 112 d'une diode électroluminescente 11 et un élément d'une autre diode électroluminescente 11 adjacente.
Par exemple, la couche résistive électriquement 114 présente une résistivité électrique supérieure à 1 Ohm.m. Préférentiellement, la couche résistive électriquement 114 est transparente à au moins une partie du rayonnement lumineux destiné à être émis par la portion active 111. Typiquement, elle laisse passer plus de 30% de la lumière émise par la portion active 111 et qui la traverse.
Sur la figure 4, il est illustré un deuxième mode de réalisation où pour au moins l'une des première et deuxième diodes électroluminescentes 11 :
la couche résistive électriquement 114 recouvre la totalité des surfaces latérales 112b de la première portion semiconductrice 112 mais sans recouvrir latéralement la portion active 111,
la portion active 111 recouvre à la fois la totalité de l'extrémité sommitale lia de la première portion semiconductrice 112 laissée à nue ou mise à nue au préalable et la totalité des surfaces libres (sommitale et latérales) de la couche résistive électriquement 114, et la deuxième portion semiconductrice 113 recouvre la partie supérieure et les parois latérales de la portion active 111, typiquement jusqu'à atteindre la face support 101a du substrat 101.
Ainsi, dans ce deuxième mode de réalisation, il n'existe pas de surface de l'extrémité sommitale lia de la première portion semiconductrice 112 non recouverte par la portion active 111, de sorte que la couche résisitive électriquement 114, dans ce cas particulier, ne recouvre aucune surface de l'extrémité sommitale lia de la première portion semiconductrice 112. Il pourrait en être autrement dans le cas où la portion active 111 ne recouvrirait que partiellement la surface de l'extrémité sommitale lia.
La situation de la figure 4 est donc obtenue par exemple en formant la portion active 111 sur l'extrémité sommitale lia de la première portion semiconductrice 112, laissée à nue ou mise à nue au préalable, ainsi que sur les surfaces latérales et supérieure libres de la couche résistive électriquement 114, par exemple par épitaxie. Puis la portion active 111 est recouverte par la deuxième portion semiconductrice 113 obtenue par exemple par la technique MOVPE.
Cet agencement permet de limiter les risques de court-circuits entre la première portion semiconductrice 112 et la deuxième portion semiconductrice 113 d'une même diode électroluminescente 11 mais également entre la première portion semiconductrice 112 d'une diode électroluminescente 11 et une portion d'une autre diode électroluminescente 11 adjacente. Dans ce deuxième mode de réalisation, la couche résistive électriquement 114 n'est pas agencée pour être un masque à la croissance par épitaxie, mais elle est simplement agencée de sorte à être plus résistive électriquement que la portion active 111. Dans un exemple, la couche résistive électriquement 114 est complètement isolante électriquement avec une résistivité supérieure à 1 Ohm.m. La couche résistive électriquement 114 ne recouvre pas latéralement la portion active 111. Le matériau utilisé pour former la couche résistive électriquement 114 peut être par exemple choisi parmi AIN, AI2O3, T1O2, SiN, S1O2, SiO. Dans ce mode de réalisation, n'étant plus un masque à la croissance par épitaxie, la couche résistive électriquement 114 permet une croissance de la portion active 111 sur ses surfaces libres par une technique MBE par exemple. La deuxième portion semiconductrice 113 ne voyant alors plus que la portion active 111, elle peut être formée sur toute la surface libre de la portion active 111, par exemple par les techniques MBE ou MOVPE. On obtient alors une structure de type cœur-coquille, le cœur étant la première portion semiconductrice 112 et la coquille étant la combinaison de la portion active 111 et de la deuxième portion semiconductrice 113. Avantageusement, grâce à la couche électriquement résistive 114 placée entre la première portion semiconductrice 112 et la portion active 111, les fuites de courant entre les première et deuxième portions semiconductrices 112, 113 sont éliminées. En effet, le courant électrique va passer préférentiellement à travers la portion active 111 qui est moins électriquement résistive que la couche résistive électriquement 114.
Sur la figure 5, il est illustré un troisième mode de réalisation où pour au moins l'une des première et deuxième diodes électroluminescentes 11 :
la couche résistive électriquement 114 recouvre la totalité des surfaces latérales 112b de la première portion semiconductrice 112 mais sans recouvrir latéralement la portion active 111,
la portion active 111 recouvre la totalité de l'extrémité sommitale lia de la première portion semiconductrice 112 laissée à nue ou mise à nue au préalable sans recouvrir la couche résistive électriquement 114,
et la deuxième portion semiconductrice 113 recouvre la partie supérieure et les parois latérales de la portion active 111 et les surfaces libres (sommitale et latérales) de la couche résistive électriquement 114, typiquement jusqu'à atteindre la face support 101a du substrat 101.
Ainsi, dans ce troisième mode de réalisation, il n'existe pas de surface de l'extrémité sommitale lia de la première portion semiconductrice 112 non recouverte par la portion active 111, de sorte que la couche résisitive électriquement 114, dans ce cas particulier, ne recouvre aucune surface de l'extrémité sommitale lia de la première portion semiconductrice 112. Il pourrait en être autrement dans le cas où la portion active 111 ne recouvrirait que partiellement la surface de l'extrémité sommitale lia.
La situation de la figure 5 est donc obtenue par exemple en formant la portion active 111 par épitaxie selon la technique MBE sélectivement sur l'extrémité sommitale lia de la première portion semiconductrice 112, laissée à nue ou mise à nue au préalable, la couche résistive électriquement 114 étant agencée uniquement sur les parois latérales 112b de la première portion semiconductrice 112 et étant composée dans cet exemple d'un matériau apte à obtenir un masque à la croissance comme décrit précédemment. La deuxième portion semiconductrice 113 est agencée sur les surfaces libres (sommitale et latérales) de la portion active 111 ainsi que sur les surfaces libres (latérales et sommitale) de la couche résistive électriquement 114. La couche résistive électriquement 114 ne recouvre pas latéralement la portion active 111.
Il en résulte une limitation des risques de court-circuits entre la première portion semiconductrice 112 et la deuxième portion semiconductrice 113 d'une même diode électroluminescente 11 mais également entre la première portion semiconductrice 112 d'une diode électroluminescente 11 et une deuxième portion semiconductrice 113 ou une portion active 111 d'une autre diode électroluminescente 11 adjacente.
De manière générale, chaque diode électroluminescente 11, et donc chaque première portion semiconductrice 112, est connectée électriquement à une première électrode, typiquement formée dans ou sur le substrat 101 (non représentée et qui peut être la couche de germination), continue ou non. L'homme du métier pourra se référer à la demande de brevet FR-A1-3053530 pour réaliser le substrat 101 contenant de telles premières électrodes.
L'invention porte également sur un procédé de fabrication du dispositif optoélectronique 10. Les figures 1 à 3 représentent les étapes d'un premier procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique 10 selon l'invention.
De façon générale, un procédé de fabrication du dispositif optoélectronique
10 décrit précédemment comprend les étapes successives suivantes :
a) formation d'un susbtrat 101 délimitant une face support 101a ;
b) formation d'au moins une première portion semiconductrice 112 d'au moins une première diode électroluminescente 11 et une deuxième diode électroluminescente 11 adjacentes, dopée selon un premier type de dopage, à partir de la face support 101a et présentant une forme filaire allongée suivant un axe longitudinal 11b s'étendant suivant une première direction 112a orientée transversalement à la face support 101a, de telle sorte que la première portion semiconductrice 112 comprenne une extrémité sommitale lia opposée le long de l'axe 11b à une extrémité inférieure de la première portion semiconductrice 112 tournée vers la face support 101a du substrat 101 ;
c) formation d'une couche résistive électriquement 114, dont la résistance électrique est supérieure à celle d'une portion active 111 de chacune des première et deuxième diodes électroluminescentes 11, sur tout ou partie de la surface libre de la structure intermédiaire obtenue à l'étape b) de la première diode électroluminescente
11 et sur tout ou partie de la surface libre de la structure intermédiaire obtenue à l'étape b) de la deuxième diode électroluminescente 11 ;
d) gravure d'une première extrémité de la couche résistive électriquement 114 localisée au niveau de l'extrémité sommitale lia de la première portion semiconductrice 112 de la première diode électroluminescente 11 et au niveau de la première portion semiconductrice 112 de la deuxième diode électroluminescnte 11, la gravure traversant complètement la couche résistive électriquement 114 de façon à mettre à nue l'extrémité sommitale lia de la première portion semiconductrice 112 ; e) formation de ladite portion active 111 de la première diode électroluminescente 11 et de la deuxième diode électroluminescente 11, obtenue au moins en partie sur l'extrémité sommitale lia mise à nue de la première portion semiconductrice 112 de la première diode électroluminescente 11 et de la deuxième diode électroluminescente 11 ;
f) formation d'une deuxième portion semiconductrice 113 de la première diode électroluminescente 11 et de la deuxième diode électroluminescente 11, obtenue au moins en partie sur tout ou partie de la portion active 111 ; procédé dans lequel, à l'issue de l'une des étapes c) et d), la couche résistive électriquement 114 de la première diode électroluminescente 11, et la couche résistive électriquement 114 de la deuxième diode électroluminescente 11) sont séparées l'une de l'autre.
L'effet technique associé est de prévenir des court-circuits entre tout ou partie des diodes électroluminescentes 11 adjacentes lors du dépôt latéral parasite, inévitable dans la réalité et connu de l'homme du métier des dispositifs optoélectroniques, ayant lieu lors de la formation de la portion active 111, et de la deuxième portion semiconductrice 113.
Dans un mode de réalisation particulier, la gravure mise en œuvre à l'étape d) est directionnelle. Cela est possible par exemple avec l'utilisation de plasmas comme par exemple une gravure par ions actifs (RIE pour « Reactive Ion Etching » selon l'expression anglaise consacrée). Une autre méthode peut être l'utilisation d'un polissage mécano-chimique. Une autre méthode peut être l'utilisation d'un recuit sous atmosphère de dihydrogène.
Dans un exemple, la gravure mise en œuvre à l'étape d) est une gravure sèche en utilisant par exemple un plasma.
Dans un autre exemple, l'étape de gravure d) est mise en œuvre par deux sous-étapes : une première sous-gravure sèche ou directionnelle ne traversant pas totalement la couche résistive électriquement 114 au niveau de l'extrémité sommitale lia et une seconde sous-gravure humide mettant à nue l'extrémité sommitale lia de la première portion semiconductrice 112. Ceci permet avantageusement de diminuer les défauts présents à la surface de l'extrémité sommitale lia de la première portion semiconductrice 112 pour favoriser la reprise de croissance épitaxiale de la portion active 111 sur l'extrémité sommitale lia.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif optoélectronique (10) comportant un substrat (101) délimitant une face support (101a), au moins une première diode électroluminescente (11) et une deuxième diode électroluminescente (11) adjacentes formées sur la face support (101a), la première diode électroluminescente (11) et la deuxième diode électroluminescente (11) comportant chacune :
une première portion semiconductrice (112) dopée selon un premier type de dopage ayant une forme globalement filaire allongée suivant un axe longitudinal (11b) s'étendant suivant une première direction (112a) orientée transversalement à la face support (101a) et ayant des surfaces latérales (112b) globalement parallèles à l'axe longitudinal (11b),
une portion active (111) agencée au moins en partie sur une extrémité sommitale (lia) de la première portion semiconductrice (112), opposée le long de l'axe (11b) à une extrémité inférieure de la première portion semiconductrice (112) tournée vers la face support (101a),
une deuxième portion semiconductrice (113) dopée selon un deuxième type de dopage et agencée, au moins en partie, sur tout ou partie de la portion active (111), une couche résistive électriquement (114), dont la résistance électrique est supérieure à celle de la portion active (111), recouvrant au moins tout ou partie des surfaces latérales (112b) de la première portion semiconductrice (112) et tout ou partie de la surface de l'extrémité sommitale (lia) de la première portion semiconductrice (112) non recouverte par la portion active (111) ;
la couche résistive électriquement (114) de la première diode électroluminescente (11) et la couche résistive électriquement (114) de la deuxième diode électroluminescente (11) étant séparées l'une de l'autre.
2. Dispositif optoélectronique (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche résistive électriquement (114) est configurée de sorte à pouvoir empêcher la formation d'un matériau par épitaxie sur ses surfaces libres.
3. Dispositif optoélectronique (10) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la couche résistive électriquement (114) est isolante électriquement.
4. Dispositif optoélectronique (10) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la couche résistive électriquement (114) est transparente à tout ou partie du rayonnement lumineux émis par la portion active (111).
5. Dispositif optoélectronique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à
4, caractérisé en ce que pour chacune des première et deuxième diodes électroluminescentes (11), la couche résistive électriquement (114) ne recouvre pas latéralement la portion active (111).
6. Dispositif optoélectronique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à
5, caractérisé en ce que pour chacune des première et deuxième diodes électroluminescentes (11), la couche résistive électriquement (114) ne recouvre pas latéralement la deuxième portion semiconductrice (113).
7. Dispositif optoélectronique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à
6, caractérisé en ce que pour chacune des première et deuxième diodes électroluminescentes (11), la couche résistive électriquement (114) et la portion active (111) recouvrent, par continuité ou chevauchement, la première portion semiconductrice (112).
8. Dispositif optoélectronique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à
7, carcatérisé en ce que pour chacune des première et deuxième diodes électroluminescentes (11), la couche résistive électriquement (114) présente une épaisseur comprise entre une valeur inférieure de quelques angstrom et une valeur supérieure d'environ 200 nm.
9. Dispositif optoélectronique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à
8, caractérisé en ce que pour au moins l'une des première et deuxième diodes électroluminescentes (11), la couche résistive électriquement (114) recouvre la totalité des surfaces latérales (112b) de la première portion semiconductrice (112) sans recouvrir latéralement la portion active (111), la portion active (111) recouvre la totalité de l'extrémité sommitale (lia) de la première portion semiconductrice (112) sans recouvrir la couche résistive électriquement (114), et la deuxième portion semiconductrice (113) recouvre la partie supérieure et les parois latérales de la portion active (111) jusqu'à atteindre la couche résistive électriquement (114).
10. Disposotif optoélectronique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à
9, caractérisé en ce que pour au moins l'une des première et deuxième diodes électroluminescentes (11), la couche résistive électriquement (114) recouvre la totalité des surfaces latérales (112b) de la première portion semiconductrice (112) sans recouvrir latéralement la portion active (111), la portion active (111) recouvre la totalité de l'extrémité sommitale (lia) de la première portion semiconductrice (112) et la totalité des surfaces libres de la couche résistive électriquement (114), et la deuxième portion semiconductrice (113) recouvre la partie supérieure et les parois latérales de la portion active (111).
11. Disposotif optoélectronique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que pour au moins l'une des première et deuxième diodes électroluminescentes (11), la couche résistive électriquement (114) recouvre la totalité des surfaces latérales (112b) de la première portion semiconductrice (112) sans recouvrir latéralement la portion active (111), la portion active (111) recouvre la totalité de l'extrémité sommitale (lia) de la première portion semiconductrice (112) sans recouvrir la couche résistive électriquement (114), et la deuxième portion semiconductrice (113) recouvre la partie supérieure et les parois latérales de la portion active (111) et les surfaces libres de la couche résistive électriquement (114).
12. Procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique (10), le procédé comportant les étapes successives suivantes :
a) formation d'un susbtrat (101) délimitant une face support (101a) ;
b) formation d'au moins une première portion semiconductrice (112) d'au moins une première diode électroluminescente (11) et une deuxième diode électroluminescente (11) adjacentes, dopée selon un premier type de dopage, à partir de la face support (101a) et présentant une forme filaire allongée suivant un axe longitudinal (11b) s'étendant suivant une première direction (112a) orientée transversalement à la face support (101a), de telle sorte que la première portion semiconductrice (112) comprenne une extrémité sommitale (lia) opposée le long de l'axe (11b) à une extrémité inférieure de la première portion semiconductrice (112) tournée vers la face support (101a) du substrat (101) ;
c) formation d'une couche résistive électriquement (114), dont la résistance électrique est supérieure à celle d'une portion active (111) de chacune des première et deuxième diodes électroluminescentes (11), sur tout ou partie de la surface libre de la structure intermédiaire obtenue à l'étape b) de la première diode électroluminescente (11) et sur tout ou partie de la surface libre de la structure intermédiaire obtenue à l'étape b) de la deuxième diode électroluminescente (11) ;
d) gravure d'une première extrémité de la couche résistive électriquement (114) localisée au niveau de l'extrémité sommitale (lia) de la première portion semiconductrice (112) de la première diode électroluminescente (11) et au niveau de la première portion semiconductrice (112) de la deuxième diode électroluminescnte (11), la gravure traversant complètement la couche résistive électriquement (114) de façon à mettre à nue l'extrémité sommitale (lia) de la première portion semiconductrice (112) ;
e) formation de ladite portion active (111) de la première diode électroluminescente (11) et de la deuxième diode électroluminescente (11), obtenue au moins en partie sur l'extrémité sommitale (lia) mise à nue de la première portion semiconductrice (112) de la première diode électroluminescente (11) et de la deuxième diode électroluminescente (11) ;
f) formation d'une deuxième portion semiconductrice (113) de la première diode électroluminescente (11) et de la deuxième diode électroluminescente (11), obtenue au moins en partie sur tout ou partie de la portion active (111) ; procédé dans lequel, à l'issue de l'une des étapes c) et d), la couche résistive électriquement (114) de la première diode électroluminescente (11), et la couche résistive électriquement (114) de la deuxième diode électroluminescente (11) sont séparées l'une de l'autre.
13. Procédé de fabrication selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'étape d) est mise en oeuvre par gravure sèche.
14. Procédé de fabrication selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'étape d) est mise en oeuvre par une méthode de gravure directionnelle.
15. Procédé de fabrication selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'étape de gravure de l'étape d) est mise en œuvre par une première sous-gravure sèche ne traversant pas totalement la couche résistive électriquement (114) et par une seconde sous-gravure humide mettant à nue l'extrémité sommitale (lia) de la première portion semiconductrice (112).
16. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 12 à 15, caractérisé en ce que l'étape e) et/ou l'étape f) est réalisée par croissance épitaxiale.
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