Brevet FR3089686A1 — publié le 20200612

Description Titre de l'invention : Dispositif optoélectronique comportant des pixels émettant trois couleurs Domaine technique [0001] L'invention concerne un dispositif optoélectronique comprenant au moins un pixel, ledit au moins un pixel comportant au moins un sous-pixel primaire comprenant au moins une diode électroluminescente primaire apte à émettre un premier rayonnement lumineux présentant sensiblement une première longueur d'onde et formé sur une surface support d'un substrat. [0002] La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel dispositif optoélectronique. [0003] L'invention trouve une application notamment dans les écrans d'affichage ou les systèmes de projection d'images Technique antérieure [0004] Par « dispositif optoélectronique », il est entendu dans ce document un dispositif adapté à effectuer la conversion d'un signal électrique en un rayonnement électromagnétique à émettre, notamment de la lumière. [0005] Il existe des dispositifs optoélectroniques comportant des diodes électrolumi- nescentes, également connues sous l'acronyme « LED » pour « light-emitting diode » selon la terminologie anglo-saxonne consacrée, formées sur un substrat. [0006] Il est connu que chaque diode électroluminescente comprenne une couche active ex- ploitant 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. [0007] Chaque diode électroluminescente peut être formée sur la base d'éléments semicon- ducteurs, par exemple obtenus au moins partiellement par épitaxie. Les diodes électroluminescentes sont typiquement formées à base d'un matériau semiconducteur comprenant des éléments de la colonne III et de la colonne V du tableau périodique, tel qu'un composé III-V, notamment le nitrure de gallium (GaN), le nitrure d'indium et de gallium (InGaN) ou le nitrure d'aluminium et de gallium (A1GaN). [0008] Afin de former une image, le dispositif optoélectronique peut être organisé en pixels indépendants. [0009] 11 existe notamment des dispositifs optoélectroniques comportant une matrice de diodes électroluminescentes présentant une certaine surface d'émission au travers de laquelle est transmis les rayonnements lumineux émis par les diodes électroluminescentes. De tels dispositifs optoélectroniques peuvent notamment être utilisés dans la 2 constitution d'écrans d'affichage ou de systèmes de projection d'images, où la matrice de diodes électroluminescentes définit une matrice de pixels lumineux où chaque pixel comporte une ou plusieurs diodes électroluminescentes. Notamment, chaque pixel comprend classiquement : - au moins un sous-pixel formé d'au moins une diode électroluminescente apte à générer directement, ou à transmettre par l'intermédiaire d'un convertisseur de lumière adapté, de la lumière bleue, - au moins un sous-pixel formé d'au moins une diode électroluminescente apte à générer directement, ou à transmettre par l'intermédiaire d'un convertisseur de lumière adapté, de la lumière verte, - au moins un sous-pixel formé d'au moins une diode électroluminescente apte à générer directement, ou à transmettre par l'intermédiaire d'un convertisseur de lumière adapté, de la lumière rouge. [0010] L'une des difficultés est de parvenir à ce que chaque pixel puisse émettre des lumières de différentes couleurs, par exemples bleues, vertes et rouges et ce à partir de matériaux de type GaN, InGaN ou AIGaN qui ne requièrent pas de changement de technique de formation d'un sous-pixel à l'autre et d'un pixel à l'autre. [0011] Une première solution connue prévoit que chaque pixel comprenne au moins une diode électroluminescente apte à émettre de la lumière bleue, au moins une diode électroluminescente apte à émettre de la lumière verte et au moins une diode électroluminescente apte à émettre de la lumière rouge. Pour y parvenir, les diodes électroluminescentes qui sont aptes à émettre une lumière dans une couleur donnée sont fabriquées sur un même substrat, cela étant répété séparément pour les trois couleurs. Puis chaque substrat est découpé afin de délimiter des dispositifs individuels. Chaque pixel est alors obtenu par reconstruction afin d'associer de tels dispositifs individuels de manière à disposer des trois couleurs. [0012] Cette solution, également connue sous le nom de « pick and place » selon la ter- minologie anglo-saxonne consacrée, n'est pas optimale car elle engendre de nombreuses manipulations, un temps de fabrication et des coûts élevés, ainsi qu'un nombre de connexions important. Compte tenu de la miniaturisation toujours croissante, cette solution peut même parfois s'avérer malheureusement impossible à mettre en oeuvre. [0013] D'autre part, généralement la couleur rouge est obtenue à partir du matériau de formule « InGaAIP » mais cette technique présente des inconvénients tels que le fait de présenter une variation importante de la longueur d'onde en fonction de la température, le fait de varier d'efficacité en fonction de la taille des diodes électroluminescentes (l'efficacité diminuant pour des micro diodes inférieures à 30 microns) et le fait que la croissance de ce matériau est délicate. 3 100141 Un autre inconvénient de cette dernière technique est qu'elle implique la présence d'une couche d'isolant électronique intercalaire (souvent du SiG,) dans l'assemblage des couches. Ceci impose que la formation des reprises de contacts électriques est complexe et peut générer des capacités parasites. [0015] Une autre solution consiste à prévoir que les diodes électroluminescentes soient adaptées à émettre une lumière dans les couleurs bleues. Afin que le pixel lumineux puisse émettre dans les couleurs vertes et/ou dans les couleurs rouges, ce dernier peut comporter des plots photoluminescents jouant le rôle de convertisseur de couleur au niveau de certains sous-pixels : chaque plot photoluminescent est conçu de sorte à absorber au moins une partie de la lumière bleue émise par les diodes électroluminescentes et à la convertir en une lumière verte ou rouge. Ces plots photoluminescents sont habituellement formés d'une matrice liante adaptée. [0016] Toutefois, cette solution ne donne pas une entière satisfaction car les plots photolu- minescents induisent des pertes lumineuses élevées. Généralement, le taux de conversion des plots est en effet compris entre 50% et 80%. De plus, elle reste complexe et assez coûteuse à mettre en oeuvre en raison des opérations dédiées à la fabrication des plots photoluminescents. Exposé de l'invention [0017] La présente invention vise à résoudre tout ou partie des inconvénients présentés ci- avant. [0018] Dans ce contexte, un objectif est donc de fournir une solution répondant à au moins l'un des objectifs suivants : - disposer d'une architecture monolithique permettant de générer au moins deux couleurs, voire trois couleurs, dans un même pixel sans manipulation mécanique, - proposer une fabrication simple et économique, - avoir un rendement lumineux élevé, - incorporer des quantités élevées d'Indium, notamment dans une proportion supérieure à 20%, dans des puits quantiques d'InGaN sans dégrader l'efficacité des puits quantiques, notamment pour s'affranchir du recours à de l'InGaAIP, - obtenir un arrangement de couches sans isolant électronique intercalaire. [0019] Ce but peut être atteint grâce à la mise en oeuvre d'un dispositif optoélectronique comprenant au moins un pixel, ledit au moins un pixel comportant au moins un sous-pixel primaire comprenant au moins une diode électroluminescente primaire apte à émettre un premier rayonnement lumineux présentant sensiblement une première longueur d'onde et formé sur une surface support d'un substrat, le sous-pixel primaire comprenant : - au moins un premier empilement primaire comportant au moins deux premières couches principales de nitrure d'indium et de gallium répondant à la formule InzGa,,N où 0