Brevet FR3124024A1 — publié le 20221216

Titre : Procédé de fabrication d’un dispositif optoélectronique L’invention a pour objet un procédé de fabrication d’une LED 3D comprenant des formations des parties axiales (2) suivantes, selon (z) : une partie inférieure (21), une région active (22) prenant appui sur la partie inférieure (21), une partie supérieure (23) prenant appui sur la région active (22), ledit procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend en outre une formation d’une partie radiale (3), comprenant : une couche de blocage de porteurs (31, 32) s’étendant au contact de la base (220) ou du sommet (221) de la région active (22), et couvrant totalement des parois (212, 222) d’une partie axiale (2, 21, 22), ladite formation radiale étant intercalée entre deux formations axiales successives. L’invention a également pour objet une LED 3D comprenant des parties axiales et des parties radiales alternées. Figure pour l’abrégé : Fig. 3F Procédé de fabrication d’un dispositif optoélectronique La présente invention concerne le domaine de l’optoélectronique. Elle trouve pour application particulièrement avantageuse la fabrication de dispositifs optoélectroniques présentant une structure tridimensionnelle, par exemple des diodes électroluminescentes à base de nanofils. ETAT DE LA TECHNIQUE Les diodes électroluminescentes (LED) à base de nanofils peuvent présenter différentes architectures, notamment au niveau de l’agencement des différentes régions constitutives de la LED. Une LED comprend typiquement des régions d’injection de porteurs (électrons et trous) entre lesquelles est intercalée une région active. La région active est le lieu où se produisent des recombinaisons radiatives de paires électron-trou, qui permettent d’obtenir une émission de lumière. Cette région active peut notamment comprendre des puits quantiques, par exemple à base d’InGaN. La LED peut également comprendre différentes couches de blocage de porteurs, par exemple une couche de blocage d’électrons au niveau de la région d’injection de trous – et inversement, destinées à améliorer le rendement et les performances globales de la LED. Ces différentes régions et couches peuvent être disposées en empilement selon une direction longitudinale z. Une telle architecture de LED est dite axiale. Une LED 3D axiale présente typiquement, en empilement selon z, une partie inférieure prenant appui sur un substrat, une région active prenant appui sur la partie inférieure, et une partie supérieure prenant appui sur la région active. La partie inférieure est généralement destinée à l’injection d’électrons et la partie supérieure à l’injection de trous. La région active présente typiquement des puits quantiques s’étendant de façon transverse à la direction longitudinale z. Une couche de blocage d’électrons peut être présente entre la partie supérieure et la région active. Une couche de blocage de trous peut être présente entre la partie inférieure et la région active. Une telle LED axiale peut typiquement être réalisée par épitaxie par jets moléculaires MBE (acronyme de Molecular Beam Epitaxy ). Dans le cas d’une LED à base de GaN, le flux moléculaire de précurseur azoté est principalement orienté selon la direction longitudinale z, comme illustré dans le document « Galopin et al., Nanotechnology 22, 245606 (2011) ». Pour des basses pressions telles que celles mises en œuvre en MBE, les flux moléculaires sont en effet essentiellement balistiques. L’orientation des flux selon z permet donc de favoriser la formation de la LED selon l’architecture axiale. Alternativement, les différentes régions et couches de la LED peuvent être disposées radialement autour de la direction longitudinale z. Une telle architecture de LED est dite radiale ou cœur-coquille. Une LED 3D radiale présente typiquement une partie interne (le cœur) allongée selon z et prenant appui sur un substrat, une région active entourant la partie interne, et une partie externe (la coquille) entourant la région active. La partie interne est généralement destinée à l’injection d’électrons et la partie externe à l’injection de trous. La région active présente typiquement des puits quantiques s’étendant de façon parallèle à la direction longitudinale z. Une couche de blocage d’électrons peut être présente entre la partie externe et la région active. Une couche de blocage de trous peut être présente entre la partie interne et la région active. Une telle LED radiale peut également être réalisée par MBE, en modifiant l’orientation principale du flux moléculaire, comme illustré dans le document « Galopin et al., Nanotechnology 22, 245606 (2011) ». Alternativement, une LED radiale peut être formée par épitaxie en phase vapeur à précurseurs organométalliques MOVPE (acronyme de Met a l Organic Vapour Phase Epitaxy ) en utilisant des précurseurs gazeux à des pressions plus importantes. Quelle que soit l’architecture de LED visée, des croissances parasites peuvent survenir – par exemple la formation d’une coquille partielle lors de la réalisation d’une LED axiale, comme illustré dans le document « Galopin et al., Nanotechnology 22, 245606 (2011) ». Des fuites de porteurs peuvent alors se produire au niveau de la LED. Cela détériore les performances de la LED. La présente invention vise à pallier au moins partiellement les inconvénients mentionnés ci-dessus. En particulier, un objet de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication d’une diode électroluminescente présentant une architecture optimisée. Un autre objet de la présente invention est de proposer une telle diode électroluminescente, limitant notamment les fuites de porteurs. Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés. En particulier, certaines caractéristiques et certains avantages du procédé peuvent s’appliquer mutatis mutandis au dispositif, et réciproquement. RESUME Pour atteindre les objectifs mentionnés ci-dessus, un premier aspect de l’invention concerne un procédé de fabrication d’une diode électroluminescente à base de GaN présentant une structure tridimensionnelle (3D), le procédé comprenant des formations par croissance axiale successives de parties dites axiales. Les parties axiales comprennent au moins, en empilement selon une direction longitudinale z : une partie inférieure comprenant une base prenant appui sur un substrat et un sommet opposé à la base suivant la direction longitudinale z, une région active configurée pour émettre ou recevoir un rayonnement lumineux, ladite région active comprenant une base prenant appui sur le sommet de la partie inférieure, la région active comprenant un sommet opposé à la base de la région active suivant la direction longitudinale z, une partie supérieure comprenant une base prenant appui sur le sommet de la région active. Les bases et les sommets s’étendent de préférence chacun transversalement à la direction longitudinale z. Les parties axiales présentent respectivement des parois parallèles à la direction longitudinale z. Avantageusement, le procédé comprend en outre au moins une formation par croissance radiale d’au moins une partie dite radiale, ladite au moins une partie radiale comprenant : une couche de blocage de porteurs s’étendant au contact d’au moins l’un parmi la base et le sommet de la région active, et couvrant totalement des parois d’au moins une partie axiale. Avantageusement, l’au moins une formation par croissance radiale est intercalée entre deux formations par croissance axiale successives. Ainsi, le procédé prévoit d’intercaler au moins une croissance radiale parmi les croissances axiales. Cela permet de former volontairement une partie radiale – typiquement une coquille – entourant tout une partie axiale. Cette coquille est avantageusement une couche de blocage de porteurs, typiquement une couche de blocage d’électrons ou une couche de blocage de trous. Cela permet de limiter voire supprimer les fuites de porteurs dans la LED 3D. Contrairement au principe d’une architecture soit uniquement axiale soit uniquement radiale prônée par l’art antérieur, et qui s’avère en pratique être une architecture mixte mal maîtrisée, le procédé selon l’invention introduit volontairement des étapes de croissance axiale alternées avec ou entrecoupées par au moins une étape de croissance radiale. Cela permet de maîtriser la formation de l’au moins une partie radiale, qui peut se présenter sous forme de coquille intégrale, contrairement aux coquilles partielles obtenues involontairement selon l’art antérieur. Les formations par croissance axiale nécessitent généralement des techniques spécifiques et distinctes des techniques requises pour la formation par croissance radiale. Selon un préjugé technique, il est difficile voire impossible de mettre en œuvre ces deux types de formation par croissance axiale et par croissance radiale dans un même procédé. L’invention surmonte ce préjugé de façon à proposer un procédé de fabrication permettant d’optimiser l’architecture d’une diode électroluminescente. Le procédé selon l’invention permet d’envisager des morphologies et des architectures de LED 3D variées. Un deuxième aspect de l’invention concerne une diode électroluminescente à base de GaN présentant une structure tridimensionnelle 3D et comprenant des parties dites axiales, lesdites parties axiales comprenant au moins, en empilement selon une direction longitudinale z : une partie inférieure comprenant une base prenant appui sur un substrat et un sommet opposé à la base suivant la direction longitudinale z, une région active configurée pour émettre ou recevoir un rayonnement lumineux, ladite région active comprenant une base prenant appui sur le sommet de la partie inférieure, la région active comprenant un sommet opposé à la base de la région active suivant la direction longitudinale z, une partie supérieure comprenant une base prenant appui sur le sommet de la région active. Les bases et les sommets s’étendent de préférence chacun transversalement à la direction longitudinale z. Les parties axiales présentent respectivement des parois parallèles à la direction longitudinale z. Avantageusement, la diode électroluminescente comprend en outre au moins une partie dite radiale comprenant une couche de blocage de porteurs s’étendant au contact d’au moins l’un parmi la base et le sommet de la région active, et couvrant totalement des parois d’au moins une partie axiale. Ainsi, la diode électroluminescente selon l’invention présente une architecture mixte axiale et radiale. En particulier, les parties et régions transportant et utilisant les porteurs sont formées axialement, et les parties et régions passivantes ou bloquant les porteurs sont formées radialement. Cela permet d’optimiser le fonctionnement de la LED 3D. Les parties axiales peuvent ainsi être vues comme des parties actives, et les parties radiales peuvent être vues comme des parties passives. Les parties actives bénéficient ainsi d’une excellente qualité cristalline liée à la croissance axiale. Le rendement quantique interne est amélioré. Les parties passives bénéficient ainsi d’une excellente couverture radiale liée à la croissance radiale. Les fuites de porteurs sont fortement limitées voire éliminées. Le rendement total de la LED 3D est amélioré. Une telle LED 3D peut avantageusement être obtenue par le procédé selon le premier aspect de l’invention. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée de modes de réalisation de cette dernière qui sont illustrés par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels : Les FIGURES 1A à 1F illustrent des étapes d’un procédé de fabrication de LED 3D selon un premier mode de réalisation de la présente invention. La illustre une partie d’une LED 3D, selon un mode de réalisation de la présente invention. La illustre une formation par croissance axiale d’une partie de LED 3D, selon un mode de réalisation de la présente invention. La illustre une formation par croissance radiale d’une partie de LED 3D, selon un mode de réalisation de la présente invention. Les FIGURES 3A à 3F illustrent des étapes d’un procédé de fabrication de LED 3D selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention. Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier, les dimensions des différentes parties de la LED 3D ne sont pas forcément représentatives de la réalité. Procédé de fabrication d’une diode électroluminescente (1) à base de GaN présentant une structure tridimensionnelle (3D), le procédé comprenant des formations par croissance axiale successives de parties dites axiales (2), lesdites parties axiales (2) comprenant au moins, en empilement selon une direction longitudinale (z) : une partie inférieure (21) comprenant une base (210) prenant appui sur un substrat (10) et un sommet (211) opposé à la base (210) suivant la direction longitudinale (z), une région active (22) configurée pour émettre ou recevoir un rayonnement lumineux, ladite région active (22) comprenant une base (220) prenant appui sur le sommet (211) de la partie inférieure (21), la région active (22) comprenant un sommet (221) opposé à la base (220) de la région active (22) suivant la direction longitudinale (z), une partie supérieure (23) comprenant une base (230) prenant appui sur le sommet (221) de la région active (22), lesdites parties axiales (2, 21, 22, 23) présentant respectivement des parois (212, 222, 232) parallèles à la direction longitudinale (z), ledit procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend en outre au moins une formation par croissance radiale d’au moins une partie dite radiale (3), ladite au moins une partie radiale (3, 31, 32) comprenant : une couche de blocage de porteurs (31, 32) s’étendant au contact d’au moins l’un parmi la base (220) et le sommet (221) de la région active (22), et couvrant totalement des parois (212, 222) d’au moins une partie axiale (2, 21, 22), ladite au moins une formation par croissance radiale étant intercalée entre deux formations par croissance axiale successives. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel les bases (210, 220, 230) et les sommets (211, 221, 231) s’étendent chacun transversalement à la direction longitudinale (z). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’au moins une partie radiale (3) comprend une première partie radiale comprenant une couche de blocage d’électrons (31), et dans lequel les formations respectives des parties axiales (2, 21, 22, 23) et de l’au moins une partie radiale (3, 31, 32) suit la séquence d’étapes suivante : former la partie inférieure (21) par croissance axiale, former la région active (22) par croissance axiale, former la couche de blocage d’électrons (31) par croissance radiale, de sorte à ce que ladite couche de blocage d’électrons (31) s’étende au contact du sommet (221) de la région active (22), et couvre totalement les parois (222) de la région active (22) et de préférence les parois (212) de la partie inférieure (21), former la partie supérieure (23) par croissance axiale. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l’au moins une partie radiale (3) comprend en outre une deuxième partie radiale comprenant une couche de blocage de trous (32) et dans lequel la séquence d’étapes comprend en outre une formation de la couche de blocage de trous (32) par croissance radiale, après formation de la partie inférieure (21) et avant formation de la région active (22), de sorte à ce que ladite couche de blocage de trous (32) s’étende au contact de la base (220) de la région active (22), et couvre totalement les parois (212) de la partie inférieure (21). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant en outre, après formation de la partie supérieure (23) par croissance axiale, une passivation des parois (232) de ladite partie supérieure (23). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque formation par croissance axiale comprend une épitaxie par jets moléculaires assistée par plasma présentant un flux de précurseur azoté dirigé selon une première direction formant un angle α1 avec la direction longitudinale (z), tel que 0° Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les formations par croissance axiale sont mises en œuvre dans une première chambre et l’au moins une formation par croissance radiale est mise en œuvre dans une deuxième chambre. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les formations par croissance axiale et par croissance radiale sont mises en œuvre successivement dans une même chambre. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’au moins une formation par croissance radiale comprend une épitaxie en phase vapeur à précurseurs organométalliques. Procédé selon la revendication précédente en combinaison avec la revendication 8, dans lequel l’au moins une formation par croissance radiale est suivie d’une purge de la chambre avant mise en œuvre de la formation par croissance axiale suivante. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l’au moins une formation par croissance radiale comprend une épitaxie par jets moléculaires assistée par plasma présentant un flux de précurseur azoté dirigé selon une deuxième direction formant un angle α2 avec la direction longitudinale (z), tel que α2 > 30°. Diode électroluminescente (1) à base de GaN présentant une structure tridimensionnelle (3D) et comprenant des parties dites axiales (2), lesdites parties axiales (2) comprenant au moins, en empilement selon une direction longitudinale (z) : une partie inférieure (21) comprenant une base (210) prenant appui sur un substrat (10) et un sommet (211) opposé à la base (210) suivant la direction longitudinale (z), une région active (22) configurée pour émettre ou recevoir un rayonnement lumineux, ladite région active (22) comprenant une base (220) prenant appui sur le sommet (211) de la partie inférieure (21), la région active (22) comprenant un sommet (221) opposé à la base (220) de la région active (22) suivant la direction longitudinale (z), une partie supérieure (23) comprenant une base (230) prenant appui sur le sommet (221) de la région active (22), les bases (210, 220, 230) et les sommets (211, 221, 231) s’étendant de préférence chacun transversalement à la direction longitudinale (z), lesdites parties axiales (2, 21, 22, 23) présentant respectivement des parois (212, 222, 232) parallèles à la direction longitudinale (z), ladite diode électroluminescente (1) étant caractérisée en ce qu’elle comprend en outre au moins une partie dite radiale (3) comprenant une couche de blocage de porteurs (31, 32) s’étendant au contact d’au moins l’un parmi la base (220) et le sommet (221) de la région active (22), et couvrant totalement des parois (212, 222) d’au moins une partie axiale (2, 21, 22). Diode (1) selon la revendication précédente dans laquelle l’au moins une partie radiale (3) comprend une première partie radiale comprenant une couche de blocage d’électrons (31) s’étendant sur les parois (222) et le sommet (221) de la région active (22), et une deuxième partie radiale comprenant une couche de blocage de trous (32) s’étendant sur les parois (212) et le sommet (211) de la partie inférieure (21). Diode (1) selon l’une quelconque des revendications 12 à 13 dans laquelle la partie inférieure (21) prend appui sur le substrat (10) au travers d’une couche de masquage (11), et dans laquelle l’au moins une partie radiale (3, 31, 32) prend appui sur ladite couche de masquage (11). Diode selon l’une quelconque des revendications 12 à 14 dans laquelle les parois (232) de la partie supérieure (23) sont couvertes par une couche de passivation (33).