Brevet FR3003396A1 — publié le 20140919

STRUCTURES SEMI-CONDUCTRICES DOTÉES DE RÉGIONS ACTIVES COMPRENANT DE L'INGAN RÉFÉRENCE CROISÉE À UNE DEMANDE CONNEXE [0001] L'objet de la présente demande concerne la demande de document américain n° (dossier d'avocat n° 3356-10360US(F12/120ICA GLA)) déposée à la même date sous le nom Arena et al., et la demande de document américain n° (dossier d'avocat n° 3356-11802U5 (F13/0208JFD GLA)) déposée à la même date sous le nom Debray et al. DOMAINE TECHNIQUE [0002] La présente invention concerne des structures semi-conductrices et des dispositifs électroluminescents fabriqués à partir de telles structures semi-conductrices comportant une région active comprenant de l'InGaN, des procédés de fabrication de tels dispositifs électroluminescents ainsi que des dispositifs comprenant de tels dispositifs électroluminescents. CONTEXTE [0003] Les dispositifs électroluminescents tels que des diodes électroluminescentes (DELs) sont des dispositifs électriques émettant un rayonnement électromagnétique sous la forme de lumière visible lorsqu'une tension est appliquée à travers une région active de la DEL entre une anode et une cathode. Les DELs comprennent typiquement une ou plusieurs couches de matériau semi-conducteur, à l'intérieur desquelles les électrons amenés par l'anode et les trous amenés par la cathode se recombinent. À mesure que les électrons et les trous se recombinent à l'intérieur de la région active de la DEL, de l'énergie est libérée sous la forme de photons émis par la région active de la DEL. [0004] La fabrication des DELS peut se faire à partir d'une large gamme de types différents de matériaux semi-conducteurs comprenant, par exemple, les matériaux semiconducteurs III-V et les matériaux semi-conducteurs II-V. La longueur d'onde de la lumière émise par n'importe quelle DEL particulière est fonction de la quantité d'énergie libérée lorsqu'un électron et un trou se recombinent. La longueur d'onde de la lumière émise par la DEL est donc fonction de la différence relative d'énergie entre le niveau d'énergie de l'électron et le niveau d'énergie du trou. Les niveaux d'énergie des électrons et les niveaux d'énergie des trous sont au moins en partie fonction de la composition des matériaux semiconducteurs, du type et de la concentration du dopage, de la configuration (c'est-à-dire de la structure et de l'orientation des cristaux) des matériaux semi-conducteurs ainsi que de la qualité des matériaux semi-conducteurs à l'intérieur desquels les électrons et les trous se recombinent. La longueur d'onde de la lumière émise par une DEL peut donc être adaptée au choix en adaptant au choix la composition et la configuration des matériaux semi-conducteurs contenus à l'intérieur de la DEL. [0005] On sait comment fabriquer dans l'art des DELs comprenant des matériaux semi-conducteurs III-V, tels que des matériaux en nitrure du Groupe III. De telles DELs au nitrure du Groupe III sont connues pour leur capacité à émettre un rayonnement dans les régions visibles du bleu et du vert du spectre de rayonnement électromagnétique ainsi que pour leur possible utilisation à une puissance et une luminosité relativement élevées. RÉSUMÉ SUCCINCT [0006] Le présent résumé est destiné à introduire une sélection de concepts sous une forme simplifiée. Ces concepts sont décrits plus en détail dans la description détaillée d'exemples de réalisation de la description suivante. Le présent résumé ne vise pas à identifier les caractéristiques principales ou les caractéristiques essentielles de l'objet revendiqué ni à limiter la portée de l'objet revendiqué. [0007] Dans certains modes de réalisation, la présente invention comporte une structure semi-conductrice comprenant une couche de base d'InnGai,N ayant un plan de croissance polaire avec un paramètre de maille de plan de croissance supérieur à environ 3,2 Angstrôms. Une région active est disposée au-dessus de la couche de base, et la région active comprend une pluralité de couches d'InGaN. La pluralité de couches d'InGaN comprend au moins une couche de puits d'In,GaiN, où 0,10 On comprendra toutefois que le nombre de couches de barrière 116 peut ne pas être égal au nombre de couches de puits 114. Les couches de puits 114 peuvent être séparées les unes des autres par les couches de barrière 116. Le nombre de couches de barrière 116 peut donc être égal, supérieur ou inférieur au nombre de couches de puits 114 dans certains modes de réalisation. [0068] Toujours en référence à la figure 1A, chaque couche de puits 114 peut avoir une épaisseur de couche moyenne Tw comprise entre environ un nanomètre (1 nm) et environ mille nanomètres (1000 nm), entre environ un nanomètre (1 nm) et environ cent nanomètres (100 nm), voire entre environ un nanomètre (1 nm) et environ dix nanomètres (10 nm). Les couches de puits 114 peuvent comprendre des puits quantiques dans certains modes de réalisation. Dans de tels modes de réalisation, chaque couche de puits 114 peut avoir une épaisseur de couche moyenne Tw d'environ dix nanomètres (10 nm) ou moins. Dans d'autres modes de réalisation, les couches de puits 114 peuvent ne pas comprendre de puits quantiques et chaque couche de puits 114 peut avoir une épaisseur de couche moyenne Tw supérieure à environ dix nanomètres (10 nm). Dans de tels modes de réalisation, la région active 106 peut comprendre ce que l'on appelle dans l'art des « doubles structures ». Chaque couche de barrière 116 peut avoir une épaisseur de couche moyenne TB comprise entre environ un nanomètre (1 nm) et environ cinquante (50 nm), voire entre environ un nanomètre (1 nm) et environ dix nanomètres (10 nm), bien que les couches de barrière 116 puissent présenter une épaisseur plus importante dans d'autres modes de réalisation. [0069] La ou les deux couches de puits 114 et les couches de barrière 116 peuvent être dopées. Par exemple, la ou les deux couches de puits 114 et les couches de barrière 116 peuvent être dopées au type n par dopage avec des éléments qui sont des donneurs d'électron, tels que le silicium ou le germanium. La concentration de dopants dans les couches de puits 114 peut s'étendre d'environ 3e17 cm-3 à environ 1e'9 cm-3 ou peut s'étendre d'environ 3e17 cm-3 à environ 5e17 cm-3 dans certains modes de réalisation. De façon similaire, la concentration de dopants dans les couches de barrière 116 peut s'étendre d'environ 3e17 cm-3 à environ 1e'9 cm-3 ou peut s'étendre d'environ 1e'8 cm-3 à environ 3e18 cm-3 dans certains modes de réalisation. 100701 La ou les deux couches de puits 114 et les couches de barrière 116 peuvent avoir une structure de cristal de Wurtzite. De plus, dans certains modes de réalisation, la ou 5 les deux couches de puits 114 et les couches de barrière 116 peuvent comprendre une surface de croissance polaire, telle qu'une surface de croissance polaire de gallium pouvant présenter une constante de maille moyenne dans le plan de croissance, parallèle à l'interface ou aux interfaces prévues entre les couches de puits 114 et les couches de barrière 116, supérieure à environ 3,2 Angstrôms. De façon plus spécifique, dans certains modes de réalisation, la 10 constante de maille moyenne c du plan de croissance peut être comprise entre environ 3,2 Angstrôms et environ 3,3 Angstrôms. [0071] La région active 106, comprenant au moins une couche de puits et au moins une couche de barrière, peut avoir une épaisseur totale moyenne comprise entre environ quarante nanomètres (40 nm) et environ mille nanomètres (1000 nm), entre environ quarante 15 nanomètres (40 nm) et environ sept cent cinquante nanomètres (750 nm) voire entre environ quarante nanomètres (40 nm) et environ deux cents nanomètres (200 nm). [0072] Toujours en référence à la figure 1A, la structure semi-conductrice 100 peut comprendre en option des couches supplémentaires prévues entre la région active 106 et la couche de contact de type p 104 et/ou entre la région active 106 et la couche de base 102. Par 20 exemple, dans certains modes de réalisation, la structure semi-conductrice 100 peut comprendre une couche d'écartement 118 prévue entre la région active 106 et la couche de base 102. [0073] La couche d'écartement optionnelle 118 peut comprendre une couche d'InspGai_spN, où 0,01 0,05) ou, dans certains modes de réalisation, peut être supérieure ou égale à environ 0,20 (c'est-à-dire w - b > 0,20). Dans certains modes de réalisation, la concentration en dopant des couches de barrière 116 peut être différente de la concentration en dopant des couches de puits 114. Des concentrations en dopant élevées peuvent provenir de défauts dans la structure des cristaux d'InGaN et de tels défauts peuvent être à l'origine de combinaisons non rayonnantes de paires de trous d'électron. Dans certains modes de réalisation, la concentration en dopant des couches de puits 114 peut être inférieure à la concentration en dopant des couches de barrière 116 pour réduire la vitesse des combinaisons non rayonnantes de paires de trous d'électron dans les couches de puits 114 par rapport à la vitesse des combinaisons non rayonnantes de paires de trous d'électron dans les couches de barrière 116. Dans d'autres modes de réalisation, la concentration en dopant des couches de barrière 116 peut être supérieure à la concentration en dopant des couches de puits 114. 100891 Tel qu'illustré sur la figure 1B, la barrière d'énergie prévue par la couche de 25 blocage des électrons 108 peut découler de la différence de niveau d'énergie de la bande conductrice 128 se trouvant dans la couche de blocage des électrons 108 et dans la couche de revêtement 120 (ou dans toute autre couche jouxtant immédiatement la couche de blocage des électrons 108 sur le côté le plus proche de la région active 106). La hauteur de la barrière d'énergie peut être modifiée en modifiant la composition de la couche de blocage des 30 électrons 108. Par exemple, tel qu'illustré sur la figure 1 B, le niveau d'énergie de conduction 130 (illustré sous la forme d'une ligne pleine) peut illustrer le niveau d'énergie de la bande conductrice pour une couche de blocage des électrons au moins sensiblement composée de GaN (mis à part la présence de dopants). Le niveau d'énergie de la bande conductrice à l'intérieur de la couche de blocage des électrons peut être réduit par rapport à une couche de blocage des électrons GaN, tel qu'illustré par le niveau d'énergie de bande conductrice 132 (illustré sous la forme d'une ligne en pointillés) en formant une couche de blocage des électrons au moins sensiblement composée d'IneGai_eN, où 0,01 REVENDICATIONS1. Structure semi-conductrice, comprenant : une couche de base d'InnGaiN ayant un plan de croissance polaire avec un paramètre de maille de plan de croissance supérieur à environ 3,2 Angstrôms une région active disposée au-dessus de la couche de base, la région active comprenant une pluralité de couches d'InGaN, la pluralité de couches d'InGaN comprenant au moins une couche de puits d'In,GaiN, où 0,10 2. Structure semi-conductrice selon la revendication 1, dans laquelle la couche de base comprend en outre un modèle de croissance, le modèle de croissance comprenant : un substrat de support ; et une couche de germination d'InsGa1N disposée sur le substrat de support, un plan de croissance de la couche de germination d' InsGai_sN étant un plan polaire avec un paramètre de maille de plan de croissance supérieur à environ 3,2 Angstrôms, où 0,02 3. Structure semi-conductrice selon la revendication 2, comprenant en outre une couche d'espacement d'InspGai_spN disposée sur la couche de germinationd'InsGai_sN sur un côté de celle-ci opposé à la couche de base d'InnGaiN, où 0,01