Brevet FR2779871A1 — publié le 19991217

DIODE ÉLECTROLUMINESCENTE À COUCHES FORMANT FEN TRE TRANSPARENTE DESCRIPTION La présente invention concerne, généralement, une diode électroluminescente et, plus particulièrement, une diode électroluminescente à couches formant fenêtre transparente à la lumière par laquelle la brillance de la diode électroluminescente peut être améliorée avec un coût de fabrication réduit. Les diodes électroluminescentes sont largement appliquées dans divers domaines, tels que les lampes témoins, les moyens d'affichage et les capteurs. Compte tenu de l'efficacité de la génération de photons, la plupart des diodes électroluminescentes sont constituées de matériaux semi-conducteurs composés III- V, tels que GaAs, InP, AlAs et leurs dérivés ternaires ou quaternaires. Par exemple, une diode électroluminescente en AlGaInP est formée par la croissance, de manière successive, d'une couche d'AlGaInP de type n en tant que couche de confinement optique inférieure, d'une couche d'AlGaInP en tant que couche active et d'une couche d'AlGaInP de type p en tant que couche de confinement optique supérieure, sur un substrat en GaAs de type n. La diode électroluminescente ci-dessus est, de plus, pourvue d'un contact avant et d'un contact arrière sur le côté supérieur et sur le côté inférieur de la diode électroluminescente, respectivement. La couche de confinement optique supérieure mentionnée ci- dessus est généralement de haute résistivité électrique du fait de la nécessité d'une largeur de bande interdite plus élevée pour l'empêcher d'absorber la lumière. Cependant, le courant injecté est difficile à diffuser uniformément vers le bord de la puce de diode électroluminescente dans le cas o la diode électroluminescente emploie une couche de confinement optique supérieure présentant une haute résistivité électrique. La zone de rayonnement de la couche active est donc limitée et, donc, diminue la puissance de rayonnement et la brillance de la diode électroluminescente. De plus, étant donné que la couche de confinement n'est pas totalement transparente, une partie de la lumière générée à partir de la couche active est réfléchie et absorbée par le substrat absorbant, plutôt que d'être transmise à l'extérieur. Ce procédé limite également la brillance de la diode électroluminescente. Pour améliorer la brillance de la diode électroluminescente, une épaisse couche semi- conductrice comme couche formant fenêtre transparente a été proposée pour couvrir le dessus de la diode électroluminescente, avec référence au tableau 1 qui se trouve à la fin de la présente description. Cependant, les procédés de fabrication pour fabriquer la couche formant fenêtre transparente mentionnée ci-dessus prennent du temps et sont très coûteux. De plus, les autres techniques comprenant le procédé de postcroissance présentent également les inconvénients ci- dessus. Pour éviter le problème d'absorption de la lumière par le substrat opaque, un miroir réfléchissant formé par un réflecteur de Bragg réparti (DBR pour Distributed Bragg Reflector) est prévu sur le substrat. Toutefois, le problème de la difficulté de disperser uniformément le courant injecté vers le bord de la puce de diode électroluminescente n'est pas résolu de manière satisfaisante dans les techniques de l'art antérieur. L'uniformité de l'émission de lumière est, par conséquent, dégradée. Le but de la présente invention consiste à proposer une diode électroluminescente à couche formant fenêtre transparente à la lumière par laquelle le courant injecté peut être dispersé vers le bord de la puce de diode électroluminescente et la lumière peut être émise uniformément. L'autre but de la présente invention consiste à proposer une diode électroluminescente à couches formant fenêtre transparente à la lumière formée par un super-réseau tel que l'uniformité de la distribution de courant à l'intérieur de la puce de diode électroluminescente puisse être améliorée. De plus, étant donné que l'invention ne nécessite pas d'étape de postcroissance, le procédé est par conséquent simplifié et le coût réduit. Pour atteindre les buts ci-dessus et d'autres buts de la présente invention, on prévoit une diode électroluminescente à couches formant fenêtre transparente à la lumière, caractérisée en ce qu'elle comprend: un substrat semi-conducteur conducteur avec une première électrode sur son côté arrière; une couche de confinement d'AlGaInP d'un premier type de conductivité que l'on fait croître sur ledit substrat semi-conducteur conducteur; une couche active d'AlGaInP conductrice que l'on fait croître sur ladite couche de confinement d'AlGaInP dudit premier type de conductivité; une couche de confinement d'AlGaInP d'un second type de conductivité que l'on fait croître sur ladite couche active d'AlGaInP; une pluralité de couches de super-réseau d'AlGaInP conductrices que l'on fait croître sur ladite couche de confinement d'AlGaInP dudit second type de conductivité dans lesquelles la différence d'énergie entre la première sous-bande de conduction et la première sous- bande de valence de celles-ci est supérieure à l'énergie de photon émis à partir de ladite couche active; une couche de contact ohmique que l'on fait croître sur lesdites couches de super- réseau d'AlGaInP conductrices; une seconde électrode installée sur le dessus de ladite couche de contact ohmique. Pour atteindre les buts ci-dessus et d'autres buts de la présente invention, on prévoit aussi une diode électroluminescente à couches formant fenêtre transparente à la lumière, caractérisée en ce qu'elle comprend: un substrat semi-conducteur conducteur avec une première électrode sur son côté arrière; une couche de confinement d'AlGaInP d'un premier type de conductivité que l'on fait croître sur ledit substrat semi-conducteur conducteur; une couche active d'AlGaInP conductrice que l'on fait croître sur ladite couche de confinement d'AlGaInP dudit premier type de conductivité; une couche de confinement d'AlGaInP d'un second type de conductivité que l'on fait croître sur ladite couche active d'AlGaInP; une pluralité de couches de super-réseau d'AlGaInP conductrices que l'on fait croître sur ladite couche de confinement d'AlGaInP dudit second type de conductivité dans lesquelles la différence d'énergie entre la première sous-bande de conduction et la première sous- bande de valence de celles-ci est supérieure à l'énergie de photon émis à partir de ladite couche active; une couche d'A1GaInP que l'on fait croître sur lesdites couches de super-réseau d'AlGaInP dudit premier type de conductivité; une pluralité de couches de super-réseau d'AlGaInP dudit second type de conductivité que l'on fait croître sur ladite couche d'AlGaInP dans lesquelles la différence d'énergie entre la première sous- bande de conduction et la première sous-bande de valence de celles-ci est supérieure à l'énergie de photon émis à partir de ladite couche active; une couche de contact ohmique que l'on fait croître sur lesdites couches de super-réseau d'AlGaInP conductrice dudit second type de conductivité; une seconde électrode installée sur le dessus de ladite couche de contact ohmique. Les divers buts et avantages de la présente invention seront mieux compris à partir de la description détaillée qui suit lue conjointement avec les trois dessins annexés, sur lesquels: La figure 1 est un schéma d'une vue en coupe transversale des couches formant fenêtre transparente à la lumière de la diode électroluminescente du premier mode de réalisation préféré de la présente invention; la figure 2 est un schéma d'une vue en coupe transversale des couches formant fenêtre transparente à la lumière de la diode électroluminescente du second mode de réalisation préféré de la présente invention; la figure 3 est un diagramme des bandes d'énergie des couches formant fenêtre transparente à la lumière de la diode électroluminescente d'un mode de réalisation préféré de la présente invention. Comme montré sur la figure 1, un schéma d'une vue en coupe transversale des couches formant fenêtre transparente à la lumière de la diode électroluminescente du premier mode de réalisation préféré de la présente invention est montré. Ci- dessous, nous allons décrire, en détail, la structure de couches formant fenêtre transparente à la lumière de diode électroluminescente plus brillante du premier mode de réalisation de la présente invention. Le premier mode de réalisation de diode électroluminescente avec une fenêtre transparente à la lumière selon la présente invention comprend: un substrat en GaAs 10 d'un premier type de conductivité; une couche de réflecteur de Bragg 11 consistant en AlGaAs/GaAs et formée sur le substrat 10; une couche de confinement d'A1GaInP 12 du premier type de conductivité que l'on fait croître sur la couche de réflecteur de Bragg 11; une couche active d'AlGaInP conductrice 13 que l'on fait croître sur la couche de confinement d'AlGaInP 12; une couche de confinement d'AlGaInP 14 d'un second type de conductivité que l'on fait croître sur la couche active d'AlGaInP 13; une pluralité de couches de super-réseau d'AlGaInP conductrices 15 que l'on fait croître sur la couche de confinement d'AlGaInP 14; une couche de contact ohmique 16 du second type de conductivité que l'on fait croître sur les couches de super-réseau d'AlGaInP conductrices 15; un contact avant 17 formé sur le dessus de la couche de contact ohmique 16; et un contact arrière 18 formé sur le côté arrière du substrat 10. Le substrat en GaAs 10 est du premier type de conductivité avec une concentration de dopant supérieure à 1 x 1017/cm3. La couche de réflecteur de Bragg 11 comprend 10-20 paires d'A1GaAs/GaAs. Sur la base de la longueur d'onde d'émission de 6450 A, la couche de super-réseau de GaInP/AlGaInP (AlGaAs/AlGaInP) 15 peut être conçue de manière à présenter une largeur de puits/barrière de 30 A/30 À et à 15 périodes. La couche de contact ohmique 16 du second type de conductivité peut employer du GaAs ou du GaP avec une concentration de dopant supérieure à 1 x 1 017/cm3. Comme montré sur la figure 2, le second mode de réalisation préféré de diode électroluminescente avec une fenêtre transparente à la lumière selon la présente invention comprend: un substrat en GaAs 10 d'un premier type de conductivité; une couche de réflecteur de Bragg 11 consistant en AlGaAs/GaAs et formée sur le substrat 10; une couche de confinement d'AlGaInP 12 du premier type de conductivité que l'on fait croître sur la couche de réflecteur de Bragg 11; une couche active d'AlGaInP conductrice 13 que l'on fait croître sur la couche de confinement d'AlGaInP 12; une couche de confinement d'AlGaInP 14 d'un second type de conductivité que l'on fait croître sur la couche active d'AlGaInP 13; une pluralité de couches de super-réseau de GaInP/AlGaInP 15 du premier type de conductivité que l'on fait croître sur la couche de confinement d'AlGaInP 14; une couche d'AlGaInP 16 que l'on fait croître sur les couches de super-réseau d'AlGaInP du premier type de conductivité; une pluralité de couches de super-réseau de GaInP/AlGaInP (AlGaAs/A1GaInP) 17 du second type de conductivité que l'on fait croître sur la couche d'AlGaInP 16; une couche de contact ohmique 18 du second type de conductivité que l'on fait croître sur les couches de super-réseau de GaInP/A1GaInP (AlGaAs/AlGaInP) 17; une électrode de contact ohmique 19 formée sur la couche de contact ohmique 18; et un contact arrière 20 formé sur le côté arrière du substrat 10. Le substrat en GaAs 10 est du premier type de conductivité avec une concentration de dopant supérieure à 1 x 1017/cm3. La couche de réflecteur de Bragg 11 comprend 10 à 20 paires d'AlAs/GaAs. Sur la base de la longueur d'onde d'émission de 6450 A, la couche de super-réseau de GaInP/AlGaInP (GaA1As/AlGaInP) 17 peut être conçue de manière à présenter une largeur de puits/barrière de 30 À/30 A et à 15 périodes. La couche de contact ohmique 18 du second type de conductivité peut employer du GaAs ou du GaP avec une concentration de dopant supérieure à 1 x 1017/cm3. Pour le mode de réalisation, on peut faire croître les couches de super-réseau de GaInP/AlGaInP (AlGaAs/AlGaInP) en une ou plusieurs paires afin de former une fenêtre transparente à la lumière qui peut améliorer l'uniformité de la distribution de courant à l'intérieur de la puce de diode électroluminescente, sans absorber la lumière émise à partir de la couche active. Pour une bande de longueur d'onde différente (jaune ou orange), la transparence peut être préservée tant que la différence d'énergie entre la première sous-bande de conduction et la première sous- bande de valence de celle-ci est supérieure à l'énergie de photon émis à partir de la couche active. De plus, l'emploi de couches de super-réseau comme fenêtre de transparence peut augmenter l'uniformité de la distribution de courant à l'intérieur de la puce de diode électroluminescente, augmentant ainsi la brillance de la diode électroluminescente. Comme montré sur la figure 3, la largeur de barrière/ largeurs de puits des couches de super-réseau de GaInP/AlGaInP (GaAlAs/AlGaInP) sont de 30 /30 A. La différence d'énergie entre la première sous- bande de conduction et la première sous-bande de valence de celles-ci (C1-HH1) est calculée de manière à être de 2,0296 eV, c'est- à-dire supérieure à l'énergie de photon de 1,922 eV de la lumière d'émission (6450 A). Donc, les couches de super-réseau n'absorberont pas la lumière émise à partir de la couche active. A la suite de cette discussion, les couches de super-réseau peuvent être rendues transparentes à la lumière émise à diverses longueurs d'onde tant que la différence d'énergie de sous-bande (C1-HH1) de celles-ci est conçue prudemment pour dépasser l'énergie de photon émis. De plus, les couches de super-réseau peuvent fournir une densité d'état supérieure qui facilitera le couplage de la fonction d'onde électronique. Ceci est favorable à l'amélioration de l'uniformité du courant dans la puce de diode électroluminescente. Plus spécifiquement, les paramètres de dispositif de la couche de superréseau influencent la différence d'énergie de sous-bande (Cl-HH1) et le couplage de la fonction d'onde électronique de la manière suivante: (1) La différence entre la largeur de bande interdite de barrière et de puits (fonction de la composition de AlGaInP) et la largeur de barrière/puits décident si oui ou non la différence d'énergie (C1-HH1) du super-réseau dépasse l'énergie de photon émis. C'est-à-dire si oui ou non les couches de super-réseau sont transparentes au photon émis. (2) La largeur de barrière/puits décide si oui ou non le couplage d'onde électronique est suffisamment élevé pour garantir l'uniformité de la distribution de courant à l'intérieur des puces de diodes électroluminescentes. En résumé, la diode électroluminescente à fenêtre transparente à la lumière selon la présente invention peut fournir une luminance claire et uniforme en permettant au courant de circuler uniformément à travers la puce de diode électroluminescente entière et en augmentant la transparence de la couche formant fenêtre. Bien que la présente invention ait été décrite avec référence aux deux modes de réalisation préférés de celle-ci, on comprendra que l'invention n'est pas limitée aux détails de ceux-ci. Diverses substitutions et modifications ont été suggérées dans la description précédente et d'autres se présenteront aux hommes du métier. Toutes ces substitutions et modifications sont destinées à être comprises dans le domaine de l'invention telle que définie dans les revendications annexées. TABLEAU 1 HP UEC TOSHIBA CES COUCHE DE ITO CONTACT COUCHE DE GaP GaP AlGaAs AlGaInP FEN TRE (P, 50pm) (P,5-10pm) (P,3pm) REVENDICATIONS 1. Diode électroluminescente à couches formant fenêtre transparente à la lumière, caractérisée en ce qu'elle comprend: un substrat semi-conducteur conducteur (10) avec une première électrode sur son côté arrière; une couche de confinement d'AlGaInP (12) d'un premier type de conductivité que l'on fait croître sur ledit substrat semi-conducteur conducteur (10); une couche active d'AlGaInP (13) conductrice que l'on fait croître sur ladite couche de confinement d'AlGaInP (12) dudit premier type de conductivité; une couche de confinement d'AlGaInP (14) d'un second type de conductivité que l'on fait croître sur ladite couche active d'AlGaInP (13); une pluralité de couches de super-réseau d'AlGaInP (15) conductrices que l'on fait croître sur ladite couche de confinement d'AlGaInP (14) dudit second type de conductivité dans lesquelles la différence d'énergie entre la première sous-bande de conduction et la première sous-bande de valence de celles-ci est supérieure à l'énergie de photon émis à partir de ladite couche active (13); une couche de contact ohmique (16) que l'on fait croître sur lesdites couches de super-réseau d'AlGaInP (15) conductrices; une seconde électrode (17) installée sur le dessus de ladite couche de contact ohmique (16). 2. Diode électroluminescente selon la revendication 1, dans laquelle ledit substrat semi- conducteur conducteur (10) est un substrat en GaAs. 3. Diode électroluminescente selon la revendication 1, dans laquelle une couche de réflecteur de Bragg (11) est prévue entre ledit substrat semi- conducteur conducteur (10) et ladite couche de confinement d'AlGaInP (12) dudit premier type de conductivité. 4. Diode électroluminescente à couches formant fenêtre transparente à la lumière, caractérisée en ce qu'elle comprend: un substrat semi-conducteur conducteur (10) avec une première électrode sur son côté arrière; une couche de confinement d'AlGaInP (12) d'un premier type de conductivité que l'on fait croître sur ledit substrat semi-conducteur conducteur (10); une couche active d'AlGaInP (13) conductrice que l'on fait croître sur ladite couche de confinement d'AlGaInP (12) dudit premier type de conductivité; une couche de confinement d'AlGaInP (14) d'un second type de conductivité que l'on fait croître sur ladite couche active d'AlGaInP (13); une pluralité de couches de super-réseau d'AlGaInP (15) conductrices que l'on fait croître sur ladite couche de confinement d'AlGaInP (14) dudit second type de conductivité dans lesquelles la différence d'énergie entre la première sous-bande de conduction et la première sous-bande de valence de celles-ci est supérieure à l'énergie de photon émis à partir de ladite couche active (13); une couche d'AlGaInP (16) que l'on fait croître sur lesdites couches de super-réseau d'AlGaInP (15) dudit premier type de conductivité; une pluralité de couches de super-réseau d'AlGaInP (15) dudit second type de conductivité que l'on fait croître sur ladite couche d'AlGaInP dans lesquelles la différence d'énergie entre la première sous-bande de conduction et la première sous-bande de valence de celles-ci est supérieure à l'énergie de photon émis à partir de ladite couche active (13); une couche de contact ohmique (18) que l'on fait croître sur lesdites couches de super- réseau d'AlGaInP conductrice dudit second type de conductivité; une seconde électrode (19) installée sur le dessus de ladite couche de contact ohmique (18). 5. Diode électroluminescente selon la revendication 4, dans laquelle le substrat semi- conducteur conducteur (10) est un substrat en GaAs. 6. Diode électroluminescente selon la revendication 4, dans laquelle une couche de réflecteur de Bragg (11) est prévue entre ledit substrat semi- conducteur conducteur (10) et ladite couche de confinement d'AlGaInP (12) dudit premier type de conductivité.