特表 2023-553736 アキシャル型３次元ダイオードを有する光電子デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-12-25

(54)【発明の名称】アキシャル型３次元ダイオードを有する光電子デバイス

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/08 20100101AFI20231218BHJP

   H01L 33/16 20100101ALI20231218BHJP

   H01L 33/20 20100101ALI20231218BHJP

   H01L 33/42 20100101ALI20231218BHJP

   H01L 33/44 20100101ALI20231218BHJP

【ＦＩ】

H01L33/08

H01L33/16

H01L33/20

H01L33/42

H01L33/44

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023537131

(86)(22)【出願日】2021-12-02

(85)【翻訳文提出日】2023-08-08

(86)【国際出願番号】 EP2021083862

(87)【国際公開番号】W WO2022128484

(87)【国際公開日】2022-06-23

(31)【優先権主張番号】2013516

(32)【優先日】2020-12-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】515113307

【氏名又は名称】アルディア

(74)【代理人】

【識別番号】100114557

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 英仁

(74)【代理人】

【識別番号】100078868

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 登夫

(72)【発明者】

【氏名】ヒリュク，オルガ

(72)【発明者】

【氏名】ダーヌン，メディ

(72)【発明者】

【氏名】ナピエラーラ，ジェローム

【テーマコード（参考）】

5F241

【Ｆターム（参考）】

5F241AA11

5F241CA05

5F241CA12

5F241CA21

5F241CA33

5F241CA34

5F241CA40

5F241CA41

5F241CA65

5F241CA66

5F241CA88

5F241CB11

5F241CB16

5F241CB23

5F241CB29

5F241FF01

(57)【要約】

本開示は、アキシャル発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイ（１５）を含む光電子デバイス（１０）に関する。発光ダイオードそれぞれは、第１の波長で最大値を有する発光スペクトルを有する電磁放射線を放出するように構成された活性領域（２０）を備える。アレイは、少なくとも第２、第３および第４の波長で前記電磁放射線の強度を増幅する３つの共振ピークを形成することができるように構成されたフォトニック結晶を形成する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アキシャル発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイを備え、前記発光ダイオードそれぞれは、第１の波長（λ_Ｃ）で最大値を有する発光スペクトルを有する電磁放射線を放出するように構成された活性領域（２０）を備え、前記アレイは、少なくとも第２、第３および第４の波長（λ_Ｔ１，λ_Ｔ２，λ_Ｔ３）で前記電磁放射線の強度を増幅する３つの共振ピークを形成することができるように構成されたフォトニック結晶を形成する、
光電子デバイス（１０；３２；３４；３６）。

【請求項2】

活性領域（２０）の各々は、半値全幅が１００ｎｍ～１８０ｎｍの範囲にある発光スペクトルを有する電磁放射線を放出するように構成されている、
請求項１に記載のデバイス。

【請求項3】

フォトニック結晶は２次元フォトニック結晶である、
請求項１または２に記載のデバイス。

【請求項4】

前記発光ダイオード（ＬＥＤ）は、４００ｎｍ～４７５ｎｍの範囲のピッチでアレイに配置されており、発光ダイオードの各々は、２７０ｎｍ～３００ｎｍの範囲の平均直径を有する筒状である、
請求項１～３のいずれか１つに記載のデバイス。

【請求項5】

前記発光ダイオード（ＬＥＤ）は、ＩＩＩ－ＶまたはＩＩ－ＶＩ化合物をベースとする、
請求項１～４のいずれか１つに記載のデバイス。

【請求項6】

前記発光ダイオード（ＬＥＤ）は、１．３～１．６、好ましくは１．４５～１．５６の範囲の屈折率を有する電気絶縁材料（２４）によって分離されている、
請求項１～５のいずれか１つに記載のデバイス。

【請求項7】

前記第２、第３および第４の波長（λ_Ｔ１，λ_Ｔ２，λ_Ｔ３）のうちの１つは、４３０ｎｍ～４８０ｎｍの範囲にあり、前記第２、第３および第４の波長のうちの他の１つは、５１０ｎｍ～５７０ｎｍの範囲にあり、前記第２、第３および第４の波長のうちのさらに他の１つは、６００ｎｍ～７２０ｎｍの範囲にある、
請求項１～６のいずれか１つに記載のデバイス。

【請求項8】

前記活性領域（２０）の発光スペクトルは、前記第２の波長（λ_Ｔ１）でエネルギーを有する、
請求項１～７のいずれか１つに記載のデバイス。

【請求項9】

発光ダイオード（ＬＥＤ）の前記アレイ（１５）の少なくとも第１の部分を覆う第１の光学フィルタ（Ｆ_Ｒ）をさらに備え、前記第１の光学フィルタは、前記第１、第３、および第４の波長（λ_Ｃ，λ_Ｔ２，λ_Ｔ３）を含む第１の波長範囲にわたって前記増幅された放射線を遮り、前記第２の波長（λ_Ｔ１）を含む第２の波長範囲にわたって前記増幅された放射線を通すように構成されている、
請求項８に記載のデバイス。

【請求項10】

前記活性領域（２０）の前記発光スペクトルは、第３の波長（λ_Ｔ２）でエネルギーを有する、
請求項８または９に記載のデバイス。

【請求項11】

発光ダイオード（ＬＥＤ）の前記アレイの少なくとも第２の部分を覆う第２の光学フィルタ（Ｆ_Ｇ）をさらに備え、前記第２の光学フィルタは、前記第１、第２および第４の波長（λ_Ｃ，λ_ＣＴ１，λ_Ｔ３）を含む第３の波長範囲にわたって前記増幅された放射線を遮り、前記第３の波長（λ_Ｔ２）を含む第４の波長範囲にわたって前記増幅された放射線を通すように構成されている、
請求項１０に記載のデバイス。

【請求項12】

前記活性領域（２０）の前記発光スペクトルは、第４の波長（λ_Ｔ３）でエネルギーを有する、
請求項１０または１１に記載のデバイス。

【請求項13】

発光ダイオード（ＬＥＤ）の前記アレイ（１５）の少なくとも第３の部分を覆う第３の光学フィルタ（Ｆ_Ｂ）をさらに備え、前記第３の光学フィルタは、前記第１、第２および第３の波長（λ_Ｃ，λ_ＣＴ１，λ_ＣＴ２）を含む第５の波長範囲にわたって前記増幅された放射線を遮り、前記第４の波長（λ_Ｔ３）を含む第６の波長範囲にわたって前記増幅された放射線を通すように構成されている、
請求項１２に記載のデバイス。

【請求項14】

前記発光ダイオード（ＬＥＤ）が載置された支持体（１２）を備え、発光ダイオードの各々は、前記支持体上に載置された第１の半導体部分（１８）、前記第１の半導体部分と接触した活性領域（２０）、および前記活性領域（２０）と接触した第２の半導体部分（２２）の積層体を備える、
請求項１～１３のいずれか１つに記載のデバイス。

【請求項15】

前記発光ダイオード（ＬＥＤ）の前記第２の半導体部分（２２）は、前記発光ダイオード（ＬＥＤ）によって放出される放射線に対して少なくとも部分的に透明な導電層（２６）で覆われている、
請求項１４に記載のデバイス。

【請求項16】

前記共振ピークの少なくとも１つは、他の共振ピークに対して減衰している、
請求項１～１３のいずれか１つに記載のデバイス。

【請求項17】

前記発光ダイオード（ＬＥＤ）の少なくとも一部の第１および第２の半導体部分（１８，２２）の側壁は、シース（３５）で覆われている、
請求項１４または１６に記載のデバイス。

【請求項18】

前記発光ダイオード（ＬＥＤ）の第１のグループを覆う導電層（２６）の第１の部分は第１の厚さを有し、前記発光ダイオードの第２のグループを覆う前記導電層（２６）の第２の部分は前記第１の厚さよりも小さい第２の厚さを有する、
請求項１５または１６に記載のデバイス。

【請求項19】

前記発光ダイオードの第１のグループの前記発光ダイオード（ＬＥＤ）は、第１の屈折率を有する第１の電気絶縁材料（２４）によって分離され、前記発光ダイオードの第２のグループの前記発光ダイオード（ＬＥＤ）は、前記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する第２の電気絶縁材料によって分離されている、
請求項１６に記載のデバイス。

【請求項20】

光電子デバイス（１０；３２；３４；３６）を製造する方法であって、
前記光電子デバイス（１０；３２；３４；３６）は、アキシャル発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイ（１５）を備え、前記発光ダイオードそれぞれは、第１の波長（λ_Ｃ）で最大値を有する発光スペクトルを有する電磁放射線を放出するように構成された活性領域（２０）を備え、前記アレイは、少なくとも第２、第３および第４の波長（λ_Ｔ１，λ_Ｔ２，λ_Ｔ３）で前記電磁放射線の強度を増幅する３つの共振ピークを形成することができるように構成されたフォトニック結晶を形成する、
方法。

【請求項21】

活性領域（２０）の各々は、半値全幅が１００ｎｍ～１８０ｎｍの範囲にある発光スペクトルを有する電磁放射線を放出するように構成される、
請求項２０に記載の方法。

【請求項22】

前記アレイ（１５）の前記発光ダイオード（ＬＥＤ）を形成することは、
前記アレイのピッチによって互いに分離される第２の半導体部分（２２）を基板（４２）上に形成するステップと、
活性領域（２０）を各第２の半導体部分上に形成するステップと、
第１の半導体部分（１８）を各活性領域上に形成するステップとを含む、
請求項２０または２１に記載の方法。

【請求項23】

前記発光ダイオードは、少なくとも発光ダイオードの第１および第２のグループに分けられ、前記方法は、第１の光学フィルタを前記第１のグループに形成し、前記第１の光学フィルタとは異なる第２の光学フィルタを前記第２のグループに形成することを含む、
請求項２０～２２のいずれか１つに記載の方法。

【請求項24】

前記発光ダイオードを形成した後に、前記共振ピークの少なくとも１つを他の共振ピークに対して減衰させることを含む、
請求項２０～２３のいずれか１つに記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光電子デバイス、特に、半導体材料で作られた発光ダイオードを備える表示スクリーンまたは画像投影デバイス、およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体材料をベースとした発光ダイオードは、一般に、発光ダイオードによって提供される電磁放射線の大部分が放出される発光ダイオードの領域である活性領域を備える。活性領域の構造および組成は、所望の特性を有する電磁放射線を得るように構成される。特に、理想的に実質的にモノクロである狭スペクトルの電磁放射線を得ることが一般的に望まれている。

【0003】

ここでは、アキシャル型３次元発光ダイオードを備える光電子デバイスが考慮されている。アキシャル型３次元発光ダイオードは、それぞれが好ましい方向に沿って延びる３次元半導体素子を備え、３次元半導体素子の軸方向端部に活性領域を備える発光ダイオードである。

【0004】

３次元半導体素子の例としては、以下ＩＩＩ－Ｖ化合物と呼ばれる、主に少なくとも１つのＩＩＩ族元素および１つのＶ族元素を含む化合物（例えば窒化ガリウムＧａＮ）、または、以下ＩＩ－ＶＩ化合物と呼ばれる、主に少なくとも１つのＩＩ族元素および１つのＶＩ族元素を含む化合物（例えば酸化亜鉛ＺｎＯ）をベースとした半導体材料を備えるマイクロワイヤまたはナノワイヤがある。このようなデバイスは、例えば、仏国特許出願公開第２９９５７２９号明細書および仏国特許出願公開第２９９７５５８号明細書に記載されている。

【0005】

閉じ込め手段、特に単一量子井戸または多重量子井戸を備える活性領域の形成が知られている。単一量子井戸は、Ｐ型およびＮ型がそれぞれドープされた第１の半導体材料（例えば、ＩＩＩ－Ｖ化合物、特にＧａＮ）の２つの層の間に、第１の半導体材料とは異なるバンドギャップを有する第２の半導体材料（例えば、ＩＩＩ－Ｖ化合物および第３元素の合金、特にＩｎＧａＮ）の層を挟むことにより、形成される。多重量子井戸構造は、量子井戸と障壁層とを交互に形成する半導体層の積層体を備える。

【0006】

光電子デバイスの活性領域によって放出される電磁放射線の波長は、特に量子井戸を形成する第２の材料のバンドギャップに依存する。第２の材料がＩＩＩ－Ｖ化合物および第３の元素の合金（例えば、ＩｎＧａＮ）である場合、放出される放射線の波長は、特に第３の元素（例えば、インジウム）の原子百分率に依存する。特に、インジウムの原子百分率が高ければ高いほど、波長は長い。

【0007】

欠点は、インジウムの原子百分率が閾値を超えると、量子井戸のＧａＮとＩｎＧａＮとの間の格子パラメータの差異が観察され、転位などの活性領域における非放射欠陥の形成を引き起こし、光電子デバイスの活性領域の量子効率の著しい低下を引き起こす可能性があるということである。したがって、ＩＩＩ－ＶまたはＩＩ－ＶＩ化合物をベースとした単一量子井戸または多重量子井戸を備える活性領域を有する光電子デバイスによって放出される放射線の最大波長が存在する。特に赤色で発光するＩＩＩ－ＶまたはＩＩ－ＶＩ化合物で作られた発光ダイオードの形成は、困難である可能性がある。

【0008】

しかし、ＩＩＩ－ＶまたはＩＩ－ＶＩ化合物から作られた材料の使用は望ましい。それは、大きな寸法の基板上にエピタキシーによってそのような材料を低コストで成長させる方法が存在するからである。

【0009】

活性領域によって放出される電磁放射線を異なる波長、特に高い波長の電磁放射線に変換できるフォトルミネセンス材料で発光ダイオードを覆うことが知られている。しかし、このようなフォトルミネセンス材料は、コストが高く、変換効率が低く、時間の経過とともに性能が低下する可能性がある。

【0010】

また、所望の特性を有し、特にターゲット発光周波数付近の狭い帯域を含む発光スペクトルを有する活性領域を有する、ＩＩＩ－ＶまたはＩＩ－ＶＩ化合物をベースとしたアキシャル型３次元発光ダイオードを形成することは、困難である可能性がある。

【0011】

さらに、ＩＩＩ－ＶまたはＩＩ－ＶＩ化合物をベースとしたアキシャル型３次元発光ダイオードの活性領域の製造方法の工業的開発は、デリケートな作業を要する。したがって、光電子デバイスの発光ダイオードの全ての活性領域を、同じ構造および同じ組成で同時に形成し、その後、フォトルミネッセンス材料を使用せずに発光ダイオードのグループの発光スペクトルを変更させることができるようにすることが望ましい。

【発明の概要】

【0012】

そこで、一実施形態の目的は、発光ダイオードを備える前述した光電子デバイスの欠点の全部または一部を克服することである。

【0013】

一実施形態の他の目的は、各発光ダイオードの活性領域がＩＩＩ－ＶまたはＩＩ－ＶＩ化合物をベースとした半導体材料の積層体を備えることである。

【0014】

一実施形態の他の目的は、光電子デバイスが、フォトルミネセンス材料を使用せずに、赤色の光放射を放出するように構成された発光ダイオードを備えることである。

【0015】

一実施形態の他の目的は、ＩＩＩ－ＶまたはＩＩ－ＶＩ化合物をベースとしたアキシャル型３次元発光ダイオードが、所望の特性を有し、特にターゲット発光周波数付近の狭い帯域を含む発光スペクトルを有する活性領域を有することである。

【0016】

一実施形態の他の目的は、フォトルミネッセンス材料を使用せずに、発光ダイオードの活性領域を形成した後に発光ダイオードの発光周波数を変更させることができることである。

【0017】

一実施形態は、アキシャル発光ダイオードのアレイを備える光電子デバイスを提供し、発光ダイオードそれぞれは、第１の波長で最大値を有する発光スペクトルを有する電磁放射線を放出するように構成された活性領域を備え、アレイは、少なくとも第２、第３および第４の波長で前記電磁放射線の強度を増幅する３つの共振ピークを形成することができるように構成されたフォトニック結晶を形成する。

【0018】

一実施形態によれば、各活性領域は、半値全幅が１００ｎｍ～１８０ｎｍの範囲にある発光スペクトルを有する電磁放射線を放出するように構成されている。

【0019】

一実施形態によれば、フォトニック結晶は２次元フォトニック結晶である。

【0020】

一実施形態によれば、発光ダイオードは、４００ｎｍ～４７５ｎｍの範囲のピッチでアレイに配置されており、各発光ダイオードは、２７０ｎｍ～３００ｎｍの範囲の平均直径を有する筒状である。

【0021】

一実施形態によれば、発光ダイオードは、ＩＩＩ－ＶまたはＩＩ－ＶＩ化合物をベースとする。

【0022】

一実施形態によれば、発光ダイオードは、１．３～１．６、好ましくは１．４５～１．５６の範囲の屈折率を有する電気絶縁材料によって分離されている。

【0023】

一実施形態によれば、第２、第３及び第４の波長のうちの１つは、４３０ｎｍ～４８０ｎｍの範囲にあり、第２、第３及び第４の波長のうちの他の１つは、５１０ｎｍ～５７０ｎｍの範囲にあり、第２、第３及び第４の波長のうちの更なる他の１つは、６００ｎｍ～７２０ｎｍの範囲にある。

【0024】

一実施形態によれば、活性領域の発光スペクトルは、第２の波長でエネルギーを有する。

【0025】

一実施形態によれば、デバイスは、発光ダイオードの前記アレイの少なくとも第１の部分を覆う第１の光学フィルタをさらに備え、第１の光学フィルタは、第１、第３および第４の波長を含む第１の波長範囲にわたって前記増幅された放射線を遮り、第２の波長を含む第２の波長範囲にわたって前記増幅された放射線を通すように構成されている。

【0026】

一実施形態によれば、活性領域の発光スペクトルは、第３の波長でエネルギーを有する。

【0027】

一実施形態によれば、デバイスは、発光ダイオードの前記アレイの少なくとも第２の部分を覆う第２の光学フィルタをさらに備える。第２の光学フィルタは、第１、第２および第４の波長を含む第３の波長範囲にわたって前記増幅された放射線を遮り、第３の波長を含む第４の波長範囲にわたって前記増幅された放射線を通すように構成されている。

【0028】

一実施形態によれば、活性領域の発光スペクトルは、第４の波長でエネルギーを有する。

【0029】

一実施形態によれば、デバイスは、発光ダイオードの前記アレイの少なくとも第３の部分を覆う第３の光学フィルタをさらに備え、第３の光学フィルタは、第１、第２および第３の波長を含む第５の波長範囲にわたって前記増幅された放射線を遮り、第４の波長を含む第６の波長範囲にわたって前記増幅された放射線を通すように構成されている。

【0030】

一実施形態によれば、光電子デバイスは、発光ダイオードが載置される支持体を備え、各発光ダイオードは、支持体上に載置された第１の半導体部分、第１の半導体部分に接触した活性領域、および活性領域に接触した第２の半導体部分の積層体を備える。

【0031】

一実施形態によれば、発光ダイオードの第２の半導体部分は、発光ダイオードによって放出される放射線に対して少なくとも部分的に透明な導電層で覆われている。

【0032】

一実施形態によれば、共振ピークの少なくとも１つは、他の共振ピークに対して減衰している。

【0033】

一実施形態によれば、発光ダイオードの少なくとも一部の第１および第２の半導体部分の側壁は、シースで覆われている。

【0034】

一実施形態によれば、前記発光ダイオードの第１のグループを覆う導電層の第１の部分は、第１の厚さを有し、前記発光ダイオードの第２のグループを覆う導電層の第２の部分は、第１の厚さよりも小さい第２の厚さを有する。

【0035】

一実施形態によれば、前記発光ダイオードの第１のグループの発光ダイオードは、第１の屈折率を有する第１の電気絶縁材料によって分離されており、前記発光ダイオードの第２のグループの発光ダイオードは、第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する第２の電気絶縁材料によって分離されている。

【0036】

また、一実施形態は、アキシャル発光ダイオードのアレイを備える光電子デバイスの製造方法を提供し、発光ダイオードそれぞれは、第１の波長で最大値を有する発光スペクトルを有する電磁放射線を放出するように構成された活性領域を備え、アレイは、少なくとも第２、第３、および第４の波長で前記電磁放射線の強度を増幅する３つの共振ピークを形成するように構成されたフォトニック結晶を形成する。

【0037】

一実施形態によれば、アレイの発光ダイオードの形成は、アレイのピッチによって互いに分離される第２の半導体部分を基板上に形成するステップと、活性領域を各第２の半導体部分上に形成するステップと、第１の半導体部分を各活性領域上に形成するステップとを含む。

【0038】

一実施形態によれば、発光ダイオードは、発光ダイオードの少なくとも第１および第２のグループに分けられる。方法は、第１の光学フィルタを第１のグループに形成し、第１の光学フィルタとは異なる第２の光学フィルタを第２のグループに形成することを含む。

【0039】

一実施形態によれば、方法は、発光ダイオードを形成した後に、共振ピークの少なくとも１つを他の共振ピークに対して減衰させることを含む。

【図面の簡単な説明】

【0040】

上記及び他の特徴及び利点は、添付図面を参照して本発明を限定するものではない実例として与えられる以下の特定の実施形態に詳細に記載されている。

【0041】

【図1】発光ダイオードを備える光電子デバイスの一実施形態の部分概略断面図である。

【図2】図１に示す光電子デバイスの部分概略透視図である。

【図3】図１に示す光電子デバイスの発光ダイオードのレイアウトの一例を概略的に示す図である。

【図4】図１に示す光電子デバイスの発光ダイオードのレイアウトの他の一例を概略的に示す図である。

【図5】図１の光電子デバイスによって放出される放射線の光強度の変化曲線を概略的に示し、３つの共振を有する構成を示す図である。

【図6】３つの共振を有する構成での放射線の１つの共振の選択方法を示す図である。

【図7】３つの共振を有する構成での放射線の他の共振の選択方法を示す図である。

【図8】３つの共振を有する構成での放射線の２つの共振の選択方法を示す図である。

【図9】３つの共振を有する構成での放射線の１つの共振の選択方法を示す図である。

【図10】光電子デバイスによって放出される放射線の光強度の変化曲線を概略的に示し、３つの共振を有する初期構成から得られた１つの共振を有する構成を示す図である。

【図11】図１０の発光スペクトルを有する光電子デバイスの一実施形態の部分概略断面図である。

【図12】図１０の発光スペクトルを有する光電子デバイスの一実施形態の部分概略断面図である。

【図13】図１０の発光スペクトルを有する光電子デバイスの一実施形態の部分概略断面図である。

【図14A】図１に示す光電子デバイスの製造方法の一実施形態のステップを示す図である。

【図14B】製造方法の他のステップを示す図である。

【図14C】製造方法の他のステップを示す図である。

【図14D】製造方法の他のステップを示す図である。

【図14E】製造方法の他のステップを示す図である。

【図14F】製造方法の他のステップを示す図である。

【図14G】製造方法の他のステップを示す図である。

【図15】図１に示す光電子デバイスの製造方法の他の実施形態のステップを示す図である。

【図16】光電子デバイスのフォトニック結晶の発光ダイオードによって第１の波長で放出される光強度の、フォトニック結晶のピッチおよび発光ダイオードの直径に応じたグレースケール・マップである。

【図17】光電子デバイスのフォトニック結晶の発光ダイオードによって第２の波長で放出される光強度の、フォトニック結晶のピッチおよび発光ダイオードの直径に応じたグレースケール・マップである。

【図18】光電子デバイスのフォトニック結晶の発光ダイオードによって第３の波長で放出される光強度の、フォトニック結晶のピッチおよび発光ダイオードの直径に応じたグレースケール・マップである。

【図19】試験で測定された発光ダイオードの光強度の波長に応じた変化曲線を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0042】

同様の特徴は、様々な図面で同様の参照符号によって指定されている。特に、様々な実施形態の間で共通である構造的および／または機能的特徴は、同じ参照符号を有し得、同一の構造的、寸法的および材料的特性を有し得る。明確にするために、本明細書に記載された実施形態の理解に有用なステップおよび要素のみが図示され、詳細に説明されている。特に、考慮される光電子デバイスは、任意に他の構成要素を備えるが、ここで詳述しない。

【0043】

以下の説明では、用語「前」、「後」、「頂部」、「底部」、「左」、「右」などの絶対位置を修飾する用語、用語「の上」、「の下」、「上側」、「下側」などの相対位置を修飾する用語、または用語「水平」、「垂直」などの方向を修飾する用語に言及する場合、図に示された向き、または通常の使用位置にある光電子デバイスを参照する。

【0044】

「約」、「およそ」、「実質的に」および「程度」という表現は、特に指定されていない場合、該当する値の１０％の範囲内、好ましくは５％の範囲内を表す。また、用語「絶縁性」および「伝導性」は、それぞれ「電気絶縁性」および「電気伝導性」を意味すると考えられている。

【0045】

以下の説明では、層の内部透過率は、層から出る放射線強度と層に入る放射線強度との比に対応する。層の吸収率は、１と内部透過率との差に等しい。以下の説明では、層を通る放射線の吸収率が６０％よりも小さい場合、層は放射線に対して透明であるという。以下の説明では、層を通る放射線の吸収率が６０％よりも大きい場合、層は放射線を吸収するという。放射線が、最大値を有するガウス型などの一般的に「ベル」型のスペクトルを示す場合、放射線の表現波長、または放射線の中心波長もしくは主波長は、スペクトルの最大値に達する波長を指す。以下の説明では、材料の屈折率は、光電子デバイスによって放出される放射線の波長範囲に対する材料の屈折率に対応する。特に指定しない限り、屈折率は、有用な放射線の波長範囲にわたって実質的に一定であると考えられ、例えば、光電子デバイスによって放出される放射線の波長範囲にわたる屈折率の平均に等しい。

【0046】

さらに、「主に材料で形成された化合物」または「材料をベースとした化合物」とは、化合物における前記材料の割合が９５％以上であることを意味し、この割合は好ましくは９９％以上である。アキシャル発光ダイオードという用語は、例えば筒状の細長い形状を有する３次元構造を指し、該３次元構造は、５ｎｍ～２．５μｍの範囲、好ましくは５０ｎｍ～２．５μｍの範囲の、マイナーディメンジョンと呼ばれる少なくとも２つの寸法を主方向に沿って有する。メジャーディメンションと呼ばれる第３の寸法は、最大のマイナーディメンションの１倍以上、好ましくは５倍以上、さらに好ましくは１０倍以上である。特定の実施形態では、マイナーディメンションは、およそ１μｍ以下、好ましくは１００ｎｍ～１μｍの範囲、より好ましくは１００ｎｍ～８００ｎｍの範囲であってよい。特定の実施形態では、各発光ダイオードの高さは、５００ｎｍ以上、好ましくは１μｍ～５０μｍの範囲であってもよい。考慮されたワイヤの底面の面積と同じ面積を持つ円形底面のワイヤの直径は、ワイヤの平均直径と呼ばれる。

【0047】

図１および図２それぞれは、発光ダイオードを備える光電子デバイス１０の一実施形態の部分概略側断面図および透視図である。

【0048】

光電子デバイス１０は、図１において下から上へ、以下の要素を備える：
支持体１２；
支持体１２上に載置され、上面１６を有する第１の電極層１４；
上面１６上に載置されたアキシャル発光ダイオードＬＥＤのアレイ１５：各アキシャル発光ダイオードは、図１において下から上へ、電極層１４に接触した下側半導体部分１８（図２に示されない）と、半導体部分１８に接触した活性領域２０（図２に示されない）と、活性領域２０に接触した上側半導体部分２２（図２に示されない）とを備える；
発光ダイオードＬＥＤの高さ全体に沿って発光ダイオードＬＥＤの間に延びる絶縁層２４；
発光ダイオードＬＥＤの上側半導体部分２２に接触して発光ダイオードＬＥＤを覆う第２の電極層２６（図２に示されない）；および
第２の電極層２６を覆い、光電子デバイス１０の発光面３０を規定するコーティング２８（図２に示されない）。

【0049】

各発光ダイオードＬＥＤは、活性領域２０が下側部分１８と一直線にあり、上側部分２２が活性領域２０と一直線にあるため、アキシャルと呼ばれる。下側部分１８、活性領域２０および上側部分２２を備える集合体は、アキシャル発光ダイオードの軸と呼ばれる軸Δに沿って延びている。好ましくは、発光ダイオードＬＥＤの軸Δは、平行し、面１６に直交する。

【0050】

支持体１２は、電子回路に対応してもよい。電極層１４は、金属（例えば、銀、銅、または亜鉛）で作られてもよい。電極層１４の厚さは、電極層１４がミラーを形成するのに十分である。例えば、電極層１４は１００ｎｍよりも大きい厚さを有する。電極層１４は、支持体１２を完全に覆ってもよい。変形例として、電極層１４は、発光ダイオードのアレイの発光ダイオードのグループの別々の制御を可能にするように、別個の部分に分割されてもよい。一実施形態によれば、面１６は、反射性であってもよい。その場合、電極層１４は、鏡面反射を有してもよい。他の実施形態によれば、電極層１４は、ランバート反射を有してもよい。ランバート反射を有する表面を得るためには、導電性表面上に凹凸を作成することができる。一例として、面１６がベース上に載置された導電層の表面に対応する場合、一旦堆積された金属層の面１６が隆起部分を示すように、金属層の堆積前にベースの表面のテクスチャリングを行ってもよい。

【0051】

第２の電極層２６は、導電性で透明である。一実施形態によれば、電極層２６は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、アルミニウムもしくはガリウムでドープされたかもしくはドープされない酸化亜鉛、またはグラフェンなどの透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層である。一例として、電極層２６は、５ｎｍ～２００ｎｍの範囲、好ましくは２０ｎｍ～５０ｎｍの範囲の厚さを有する。絶縁層２４は、無機材料（例えば、酸化ケイ素または窒化ケイ素）で作られてもよい。絶縁層２４は、有機材料（例えば、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）をベースとした絶縁ポリマー）で作られてもよい。コーティング２８は、後でさらに詳述するように、１つの光学フィルタ、または互いに隣り合って配置された複数の光学フィルタを備えてもよい。一実施形態によれば、絶縁層２４の材料の屈折率は、１．３～１．６の範囲、好ましくは１．４５～１．５６の範囲である。

【0052】

図１および図２に示す実施形態では、全ての発光ダイオードＬＥＤが同じ高さを有する。絶縁層２４の厚さは、例えば、絶縁層２４の上面が発光ダイオードの上面と面一になるように、発光ダイオードＬＥＤの高さに等しくなるように選択される。

【0053】

一実施形態によれば、半導体部分１８、２２および活性領域２０は、少なくとも部分的に半導体材料で作られている。半導体材料は、ＩＩＩ－Ｖ化合物、ＩＩ－ＶＩ化合物、およびＩＶ族半導体もしくは化合物からなる群から選択される。ＩＩＩ族元素の例としては、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）またはアルミニウム（Ａｌ）が挙げられる。Ｖ族元素の例としては、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）が挙げられる。ＩＩＩ－Ｎ化合物の例は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＡｌＩｎＧａＮである。ＩＩ族元素の例としては、ＩＩＡ族元素（特にベリリウム（Ｂｅ）およびマグネシウム（Ｍｇ））、ならびにＩＩＢ族元素（特に亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）および水銀（Ｈｇ））が挙げられる。ＶＩ族元素の例としては、ＶＩＡ族元素、特に酸素（Ｏ）およびテルル（Ｔｅ）が挙げられる。ＩＩ－ＶＩ化合物の例は、ＺｎＯ、ＺｎＭｇＯ、ＣｄＺｎＯ、ＣｄＺｎＭｇＯ、ＣｄＨｇＴｅ、ＣｄＴｅまたはＨｇＴｅである。一般に、ＩＩＩ－ＶまたはＩＩ－ＶＩ化合物の元素は、異なるモル分率で組み合わせてもよい。ＩＶ族半導体材料の例は、ケイ素（Ｓｉ）、炭素（Ｃ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、炭化ケイ素合金（ＳｉＣ）、シリコンゲルマニウム合金（ＳｉＧｅ）、または炭化ゲルマニウム合金（ＧｅＣ）である。半導体部分１８および２２は、ドーパントを備えてもよい。一例として、ＩＩＩ－Ｖ化合物の場合、ドーパントは、Ｐ型ＩＩ族ドーパント（例えば、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）もしくは水銀（Ｈｇ））、Ｐ型ＩＶ族ドーパント（例えば、炭素（Ｃ））、またはＮ型ＩＶ族ドーパント（例えば、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、セレン（Ｓｅ）、硫黄（Ｓ）、テルビウム（Ｔｂ）もしくは錫（Ｓｎ））からなる群から選択されてもよい。好ましくは、半導体部分１８はＰドープＧａＮで作られ、半導体部分２２はＮドープＧａＮで作られている。

【0054】

各発光ダイオードＬＥＤについて、活性領域２０は、閉じ込め手段を備えてもよい。一例として、活性領域２０は、単一量子井戸を備えてもよい。その場合、活性領域２０は、半導体部分１８および２２を形成する半導体材料とは異なる半導体材料を含み、半導体部分１８および２２を形成する材料のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを有する。活性領域２０は、多重量子井戸を備えてもよい。その場合、量子井戸と障壁層とを交互に形成する半導体層の積層体を備える。

【0055】

図１および図２において、各発光ダイオードＬＥＤは、円形底面および軸Δを有する筒形状を有する。しかし、各発光ダイオードＬＥＤは、軸Δと、多角形（例えば、正方形、長方形または六角形）の底面とを有する筒形状を有してもよい。好ましくは、各発光ダイオードＬＥＤは、六角形底面を有する筒形状を有する。

【0056】

下側部分１８の高さｈ１、活性領域２０の高さｈ２、上側部分２２の高さｈ３、電極層２６の厚さ、およびコーティング２８の厚さの合計は、発光ダイオードＬＥＤの高さＨと呼ばれる。

【0057】

一実施形態によれば、発光ダイオードＬＥＤは、フォトニック結晶を形成するように配置されている。図２には、１２個の発光ダイオードＬＥＤが例として示されている。実際には、アレイ１５は、７～１００，０００個の発光ダイオードＬＥＤを備えてもよい。

【0058】

アレイ１５の発光ダイオードＬＥＤは、行および列に配置されている（図２には、３行および４列が例として示されている）。アレイ１５のピッチ「ａ」は、発光ダイオードＬＥＤの軸と、同じ行または隣接する行にある近くの発光ダイオードＬＥＤの軸との間の距離である。ピッチａは実質的に一定である。より詳細には、アレイのピッチａは、アレイ１５がフォトニック結晶を形成するように選択される。形成されたフォトニック結晶は、例えば２次元フォトニック結晶である。

【0059】

アレイ１５によって形成されるフォトニック結晶の特性は、有利には、発光ダイオードのアレイ１５が、軸Δに垂直な面内の共振空洞と軸Δに沿った共振空洞とを形成するように、特に結合を達成し選択効果を高めるために選択される。これにより、フォトニック結晶を形成しない発光ダイオードＬＥＤの集合体と比較して、アレイ１５の発光ダイオードＬＥＤの集合体によって発光面３０を通って放出される放射線の強度を、特定の波長において増幅することが可能となる。

【0060】

図３および図４は、アレイ１５の発光ダイオードＬＥＤのレイアウトの例を概略的に示す。特に、図３は、いわゆる正方形格子レイアウトを示し、図４は、いわゆる六角形格子レイアウトを示す。図３および図４はそれぞれ、４つの発光ダイオードＬＥＤを有する行を３つ示す。図３に示すレイアウトでは、発光ダイオードＬＥＤは、行と列との各交差点に位置し、行は列に垂直である。図４に示すレイアウトでは、一行におけるダイオードは前の行および次の行における発光ダイオードに対してピッチａの半分だけシフトされている。

【0061】

図３および図４に示す実施形態では、各発光ダイオードＬＥＤは面１６に平行な面において直径Ｄの円形断面を有する。六角形格子レイアウトまたは正方形格子レイアウトの場合、直径Ｄは０．０５μｍ～２μｍの範囲であってもよい。ピッチａは０．１μｍ～４μｍの範囲であってもよい。

【0062】

さらに、一実施形態によれば、発光ダイオードＬＥＤの高さＨは、各発光ダイオードＬＥＤが、光電子デバイス１０によって放出される放射線の所望の中心波長λで軸Δに沿って共振空洞を形成するように選択される。一実施形態によれば、高さＨは、ｋ×（λ／２）×ｎｅｆｆに実質的に比例するように選択され、ｎｅｆｆは、考慮される光学モードにおける発光ダイオードの有効屈折率であり、ｋは正の整数である。有効屈折率は、例えば、Ｊｏａｃｈｉｍ Ｐｉｐｒｅｋ著「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ：Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ」において定義されている。

【0063】

しかし、発光ダイオードが異なる中心波長で発光する発光ダイオードの複数のグループに分けられている場合でも、全ての発光ダイオードの高さＨは同じであってもよい。そして、各グループの発光ダイオードの共振空洞を得ることが可能な理論的な高さから決定されてもよく、例えば、これらの理論的な高さの平均に等しい。

【0064】

一実施形態によれば、発光ダイオードＬＥＤのアレイ１５によって形成されるフォトニック結晶の特性は、少なくとも３つのターゲット波長で発光ダイオードＬＥＤのアレイ１５によって放出される光強度を増加させるように選択される。一実施形態によれば、各発光ダイオードＬＥＤの活性領域２０は、相対的に広がった発光スペクトルを有し、特に、３つのターゲット波長をカバーするように、第１の波長に最大値を有し、半値全幅が１００ｎｍよりも大きく、好ましくは１８０ｎｍよりも大きい。すなわち、活性領域２０の発光スペクトルのターゲット波長におけるエネルギーはヌルではない。一実施形態によれば、活性領域２０によって放出される放射線のスペクトルの最大値は、少なくとも２つのターゲット波長とは異なる波長にある。

【0065】

図５は、波長λに応じて、個別に考慮される発光ダイオードＬＥＤの活性領域２０によって放出される光強度Ｉの変化曲線Ｃ１（実線）、フォトニック結晶との結合による増幅係数の変化曲線Ｃ２（図５では破線、図６～図１０では実線）、および発光ダイオードのアレイ１５によって放出される光強度の変化曲線Ｃ３（点線）を概略的に示している。曲線Ｃ１は一般的な「ベル」形状を有し、中心波長λ_Ｃで頂点を有する。曲線Ｃ２は、ターゲット波長λ_Ｔ１を中心とする第１の共振ピークＰ_１、ターゲット波長λ_Ｔ２を中心とする第２の共振ピークＰ_２、ターゲット波長λ_Ｔ３を中心とする第３の共振ピークＰ_３という３つの狭い共振ピークを含む。曲線Ｃ３は、ターゲット波長λ_Ｔ１における強度ピークＰ’_１、ターゲット波長λ_Ｔ２における強度ピークＰ’_２、ターゲット波長λ_Ｔ３における強度ピークＰ’_３を含み、他の波長においては曲線Ｃ１に実質的に従う。特に、曲線Ｃ１の頂点Ｓにおける半値全幅は、曲線Ｃ３の各ピークＰ’_１、Ｐ’_２、Ｐ’_３における半値全幅よりも、例えば、２倍、特に１０倍大きい。

【0066】

一実施形態によれば、ターゲット波長λ_Ｔ１は、青色光、すなわち４３０ｎｍ～４８０ｎｍの範囲の波長を有する放射線に対応する。一実施形態によれば、ターゲット波長λ_Ｔ２は、緑色光、すなわち５１０ｎｍ～５７０ｎｍの範囲の波長を有する放射線に対応する。一実施形態によれば、ターゲット波長λ_Ｔ３は、赤色光、すなわち６００ｎｍ～７２０ｎｍの範囲の波長を有する放射線に対応する。

【0067】

一実施形態によれば、ターゲット波長λ_Ｔ１、λ_Ｔ２またはλ_Ｔ３のうちの１つで狭スペクトル光放射を放出する光電子デバイス１０は、所望のターゲット波長における強度ピークのみを保持するように、発光ダイオードＬＥＤのアレイ１５によって放出される放射線をフィルタリングすることによって得ることができる。これは、コーティング２８に光学フィルタを設けることによって達成されてもよい。

【0068】

図６および図７は、発光ダイオードのアレイ１５によって放出される放射線のフィルタリングの原理を示す。ターゲット波長を中心とする狭スペクトル光放射を放出する光電子デバイスは、発光ダイオードのアレイ１５の発光スペクトルの不要な部分を遮ることにより得ることができる。一例として、図６及び図７において、発光ダイオードのアレイ１５によって放出される放射線のスペクトルの遮られた部分はハッチングされ、１つの共振ピークのみが保持されており、図６ではターゲット波長λ_Ｔ１における共振ピークＰ_１、図７ではターゲット波長λ_Ｔ３における共振ピークＰ_３が保持されている。

【0069】

さらに、下側部分１８の高さｈ１および上側部分２２の高さｈ２は、有利に、ターゲット波長におけるピークの光強度が最大となるように決定されてもよい。

【0070】

発光ダイオードのアレイによって放出される放射線のフィルタリングは、任意の手段によって実行されてもよい。一実施形態によれば、フィルタリングは、発光ダイオードを着色材料の層で覆うことによって達成されてもよい。他の実施形態によれば、フィルタリングは、発光ダイオードを干渉フィルタで覆うことによって達成されてもよい。

【0071】

一実施形態によれば、発光ダイオードのアレイの発光ダイオードは、発光ダイオードの第１および第２のグループに分けられてもよい。第１のフィルタリングは、第１の共振ピークのみを保持するように、第１のグループの発光ダイオードに実施され、第２のフィルタリングは、第２の共振ピークのみを保持するように、第２のグループの発光ダイオードに実施される。したがって、第１のターゲット波長で第１の放射線、第２のターゲット波長で第２の放射線を放出するように構成された光電子デバイスを得ることができ、また、第１および第２のグループの発光ダイオードの活性領域および発光ダイオードのアレイは同じ構造を有する。

【0072】

一実施形態によれば、発光ダイオードは、発光ダイオードの第１、第２および第３のグループに分けられてもよい。第１のフィルタリングは、第１の共振ピークのみを保持するように、第１のグループの発光ダイオードに実施される。第２のフィルタリングは、第２の共振ピークのみを保持するように、第２のグループの発光ダイオードに実施される。第３のフィルタリングは、第３の共振ピークのみを保持するように、第３のグループの発光ダイオードに実施される。したがって、第１のターゲット波長における第１の放射線、第２のターゲット波長における第２の放射線、第３のターゲット波長における第３の放射線を放出するように構成された光電子デバイスを得ることができ、また、第１、第２、第３のグループの発光ダイオードの活性領域および発光ダイオードのアレイが同じ構造を有する。これにより、特にカラー画像表示スクリーンの表示画素の表示副画素を形成することが可能となる。

【0073】

一実施形態によれば、発光ダイオードの第１のグループのフィルタリング後の放射線は、青色光、すなわち４３０ｎｍ～４８０ｎｍの範囲の波長を有する放射線に対応する。一実施形態によれば、発光ダイオードの第２のグループのフィルタリング後の放射線は、緑色光、すなわち５１０ｎｍ～５７０ｎｍの範囲の波長を有する放射線に対応する。一実施形態によれば、発光ダイオードの第３のグループのフィルタリング後の放射線は、赤色光、すなわち６００ｎｍ～７２０ｎｍの範囲の波長を有する放射線に対応する。

【0074】

有利には、同じ構造および同じ組成を有する活性領域２０は、異なるターゲット波長で狭スペクトル放射線を放出することができる光電子デバイスの製造に使用されてもよい。これにより、新たな光電子デバイスの設計の際に、活性領域の新しい構造を設計する必要がなくなり、それに伴う全ての工業的開発の問題を解決することができ、したがって、新たな光電子デバイスの設計方法を簡素化させることができる。実際には、全ての発光ダイオードを同じ構造で形成することができるので、少なくとも発光ダイオードが製造されるまでの製造方法の初期ステップは、異なる光電子デバイスの製造に共通であってもよい。

【0075】

活性領域２０が、ターゲット波長λ_Ｔ１、λ_Ｔ２、もしくはλ_Ｔ３とは異なる、または少なくともそれらのうちの２つとは異なる中心波長λ_Ｃで最大強度の放射線を放出することは、さらに有利であり得る。実際には、一例として、活性領域２０がＩｎＧａＮ層を備える場合、放出される放射線の中心波長はインジウムの割合が増えるにつれて増加する。しかし、赤色に対応する発光波長を得るためには、１６％よりも大きいインジウムの割合を得る必要があり、これは活性領域の量子効率の低下と解釈される。ターゲット波長λ_Ｔ１よりも小さい中心波長λ_Ｃで最大強度を有する放射線を放出する活性領域２０を使用するという事実により、改善された量子効率を有する活性領域２０を使用することが可能となる。さらに、フォトルミネセンス材料を使用することなく、製造がより容易な、中心波長λ_Ｃで最大強度を有する放射線を放出する活性領域２０を使用することにより、ターゲット波長λ_Ｔ１における放射線を得ることが可能となる。

【0076】

光電子デバイスによって放出される放射線の所望のスペクトルよりも大きな広がりを有するスペクトルを有する放射線を放出する活性領域２０が、さらに使用されてもよい。これにより、活性領域２０の設計および製造を簡素化させることができる。

【0077】

他の実施形態によれば、光電子デバイスによって放出される放射線のターゲット波長の選択は、広がっているが、３つのターゲット波長λ_Ｔ１、λ_Ｔ２、λ_Ｔ３をカバーしない発光スペクトルを有する活性領域を使用することによって得ることができる。その場合、発光ダイオードのアレイ１５によって放出される放射線において、活性領域２０によって放出される放射線の帯域にあるターゲット波長λ_Ｔ１、λ_Ｔ２、またはλ_Ｔ３における１つの強度ピークのみまたは複数の強度ピークが得られる。

【0078】

図８は、図５と類似した図であるが、活性領域２０によって放出されるスペクトルの変化曲線Ｃ１が、曲線Ｃ２のそれぞれターゲット波長λ_Ｔ２およびλ_Ｔ３を中心とする２つの狭い共振ピークのみをカバーしている点で図５と異なる。そして、対応する曲線Ｃ３（不図示）は、中心波長λ_Ｃにおける頂点Ｓ、ターゲット波長λ_Ｔ２における強度ピーク、およびターゲット波長λ_Ｔ３における強度ピークを含む。

【0079】

図９は、図５と類似した図であるが、活性領域２０によって放出されるスペクトルの変化曲線Ｃ１が、曲線Ｃ２のターゲット波長λ_Ｔ３を中心とする単一の狭い共振ピークのみをカバーしている点で図５と異なる。そして、対応する曲線Ｃ３（不図示）は、中心波長λ_Ｃにおける頂点Ｓ、およびターゲット波長λ_Ｔ３における強度ピークを含む。

【0080】

より一般的には、活性領域２０の成長のためのエピタキシャル条件は、フォトニック結晶を変更することなく、活性領域２０によって放出されるスペクトルが波長λ_Ｔ１、λ_Ｔ２、またはλ_Ｔ３のみを択一的にカバーするように選択することができる。これは、例えば、活性領域２０がＩｎＧａＮ量子井戸を備える場合、活性領域２０におけるインジウム濃度のみを変更することによって実現できる。これにより、有利には、活性領域２０の成長を除いてほとんど同一の基本製造パラメータで、３つの異なるターゲット波長で発光するデバイスを工業的に製造することができる。

【0081】

他の実施形態によれば、光電子デバイスによって放出される放射線のターゲット波長の選択は、図１および図２に関連して先に説明された、３つの共振ピークの存在を引き起こす基準構造に対してフォトニック結晶の特性を変更させて、共振ピークのうちの１つの振幅を減少させ、好ましくは共振ピークのうちの１つを消滅させるか、または、共振ピークのうちの２つの振幅を減少させ、好ましくは共振ピークのうちの２つを消滅させることによって得ることができる。これにより、発光ダイオードのアレイ１５によって放出される放射線のスペクトルは、基準構造で得られる強度ピークよりも少ない数の強度ピークを含む。一実施形態によれば、基準構造に対してフォトニック結晶の特性を変更させることは、発光ダイオードのアレイ１５を形成した後に行われる。一つの可能性として、共振を促進するために、ワイヤの周囲に素子、特にナノ材料を導入する。また一つの可能性は、絶縁層２４および／またはコーティング２８を形成する材料を変更させることを含む。さらに一つの可能性は、例えば、電極層２６の厚さを変更させることによって構造の全高Ｈを変更させることを含む。これにより、全ての発光ダイオードを同じ構造で形成することができるため、少なくとも発光ダイオードが製造されるまでの製造方法の初期ステップは、異なる光電子コンポネントの製造に共通であってもよい。

【0082】

図１０は、図８と類似した図であり、ターゲット波長λ_Ｔ２におけるフォトニック結晶による増幅係数の変化曲線Ｃ２の共振ピークＰ_２が実質的に消失している点、および、変化曲線Ｃ２のターゲット波長λ_Ｔ３における共振ピークＰ_３の振幅が減少している点で図８と異なる。これにより、発光ダイオードのアレイ１５によって放出される放射線は、単一の強度ピークを含み、光学フィルタを使用する必要はない。

【0083】

図１１、図１２、および図１３は、図１０に示す曲線Ｃ１およびＣ２を得ることができる光電子デバイスの実施形態の部分概略断面図である。コーティング２８は、場合によっては存在するが、図１１、１２、１３には示されていない。光電子デバイスの各々について、第１の領域Ｚ１では、３つの強度ピークを有する放射線を第１の領域Ｚ１において得るように、図１に示す光電子デバイス１０の基準構造が維持され、第２の領域Ｚ２では、より少ない強度ピークを有する放射線を第２の領域Ｚ２において得るように、図１に示す光電子デバイス１０の基準構造が変更される。図１１では、発光ダイオードＬＥＤの高さＨは、第２の領域Ｚ２において変更される。図１２では、発光ダイオードＬＥＤの直径は、第２の領域Ｚ２において変更される。図１３では、フォトニックセンサを形成する材料の屈折率は、第２の領域Ｚ２において変更される。

【0084】

図１１は、図１に示した光電子デバイス１０の要素の集合体を備える光電子デバイス３２を示すが、電極層２６が一定の厚さを有しない点で図１と異なる。一例として、光電子デバイス３２の第１の領域Ｚ１における電極層２６の厚さは、光電子デバイス３２の第２の領域Ｚ２における電極層２６の厚さよりも厚い。一実施形態によれば、第１の領域Ｚ１における電極層２６の厚さは、基準構造について決定された厚さであり、これにより、第１の領域Ｚ１における発光ダイオードＬＥＤのアレイ１５によって供給される放射線に３つの強度ピークが存在する。第２の領域Ｚ２における電極層２６の厚さが減少すると、フォトニック結晶の特性が変更されるため、第２の領域Ｚ２における発光ダイオードＬＥＤのアレイ１５では、図１０に示す曲線Ｃ１およびＣ２が得られる。

【0085】

図１２は、図１に示した光電子デバイス１０の全ての要素を備える光電子デバイス３４を示すが、シース３５が第２の領域Ｚ２における各発光ダイオードＬＥＤの側壁を取り囲んでいる点で図１と異なる。一実施形態によれば、各シース３５は、半導体部分１８および２２を形成する材料の屈折率に近い屈折率を有する材料で作られている。その場合、第１の領域Ｚ１における発光ダイオードの直径に対して、第２の領域Ｚ２における発光ダイオードの直径が増加したように表れる。第２の領域Ｚ２における直径の増加は、フォトニック結晶の特性の変更を引き起こすため、第２の領域Ｚ２における発光ダイオードＬＥＤのアレイ１５では、図１０に示す曲線Ｃ１およびＣ２が得られる。

【0086】

図１３は、図１に示した光電子デバイス１０の全ての要素を備える光電子デバイス３６を示すが、第２の領域Ｚ２における絶縁層２４が第１の領域Ｚ１とは異なる屈折率を有する材料で作られている点で図１と異なり、これは、２つの領域Ｚ１とＺ２との間の限界３８によって示されている。第２の領域Ｚ２における絶縁層２４の屈折率の変更は、フォトニック結晶の特性の変更を引き起こすため、第２の領域Ｚ２における発光ダイオードＬＥＤのアレイ１５では、図１０に示す曲線Ｃ１およびＣ２が得られる。

【0087】

図１４Ａ～図１４Ｇは、図１に示す光電子デバイス１０の製造方法の他の実施形態の連続するステップで得られる構造体の部分概略断面図である。

【0088】

図１４Ａは、下記の形成ステップの後に得られる構造体を示す。

【0089】

基板４２上にシード層４０を形成する。そして、シード層４０から発光ダイオードＬＥＤを形成する。より詳細には、上側部分２２がシード層４０に接触するように、発光ダイオードＬＥＤを形成する。シード層４０は、上側部分２２の成長に有利な材料で作られる。各発光ダイオードＬＥＤについて、上側部分２２上に活性領域２０を形成し、活性領域２０上に下側部分１８を形成する。

【0090】

さらに、発光ダイオードＬＥＤを、アレイ１５を形成するように、すなわち、アレイ１５の所望のピッチで行および列を形成するように設置する。図１４Ａ～図１４Ｇには、１つの行のみが部分的に示されている。

【0091】

発光ダイオードが設置される位置でシード層４０の一部のみを露出させるために、シード層４０上に発光ダイオードを形成する前に、図示しないマスクを形成してもよい。変形例として、発光ダイオードが形成される位置に設置されるパッドを形成するように、発光ダイオードの形成前にシード層４０をエッチングしてもよい。

【0092】

発光ダイオードＬＥＤの成長方法は、化学気相成長法（ＣＶＤ）または有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）（有機金属気相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）としても知られている）などの方法または複数の方法の組み合わせであってもよい。しかし、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、ガスソースＭＢＥ（ＧＳＭＢＥ）、有機金属ＭＢＥ（ＭＯＭＢＥ）、プラズマアシストＭＢＥ（ＰＡＭＢＥ）、原子層エピタキシー（ＡＬＥ）またはハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）などの方法を使用してもよい。しかし、電気化学的なプロセス、例えば、化学浴堆積法（ＣＢＤ）、水熱プロセス、液体エアロゾル熱分解、または電着を使用してもよい。

【0093】

発光ダイオードＬＥＤの成長条件は、アレイ１５の全ての発光ダイオードが実質的に同じ速度で形成されるようにする。したがって、半導体部分２２および１８の高さ、ならびに活性領域２０の高さは、アレイ１５における全ての発光ダイオードについて実質的に同一である。

【0094】

一実施形態によれば、半導体部分２２の高さは、所望の値ｈ３よりも大きい。実際には、特にシード層４０からの上側部分２２の成長開始により、上側部分２２の高さを正確に制御することが困難である可能性がある。さらに、半導体材料をシード層４０上に直接形成すると、シード層４０の直上の半導体材料に結晶欠陥が発生する可能性がある。したがって、活性領域２０を形成する前に一定の高さを得るように上側部分２２の一部を除去することが望まれる場合がある。

【0095】

図１４Ｂは、充填材料、例えば電気絶縁材料（例えば、酸化ケイ素）の層２４を形成した後に得られる構造体を示す。層２４は、例えば、図１４Ａに示す構造体上に充填材料の層を堆積させることによって形成され、該層は発光ダイオードＬＥＤの高さよりも大きい厚さを有する。その後、充填材料の層を部分的に除去して平坦化し、半導体部分１８の上面を露出させる。次いで、層２４の上面を、各半導体部分１８の上面と実質的に面一にする。変形例として、方法は、半導体部分１８を部分的にエッチングするエッチングステップを含んでもよい。

【0096】

充填材料は、アレイ１５によって形成されたフォトニック結晶が所望の特性を有するように、すなわち、発光ダイオードＬＥＤのアレイによって放出される放射線の強度を波長に関して選択的に改善するように選択される。

【0097】

図１４Ｃは、前のステップで得られた構造体上に電極層１４を堆積させた後に得られる構造体を示す。

【0098】

図１４Ｄは、例えば金属間ボンディング、熱圧着、または支持体１２側で共晶を使用したはんだ付けによって層１４を支持体１２にボンディングした後に得られる構造体を示す。

【0099】

図１４Ｅは、基板４２およびシード層４０を除去した後に得られる構造体を示す。さらに、層２４および上側部分２２は、各上側部分２２の高さが所望の値ｈ３を有するようにエッチングされる。このステップにより、有利には、発光ダイオードの高さｈを正確に制御し、上側部分２２の結晶欠陥を有する可能性のある部分を除去することが可能となる。

【0100】

図１４Ｆは、電極層２６の堆積後に得られる構造体を示す。

【0101】

図１４Ｇは、図１４Ｅに示す構造体の全体または一部を覆う少なくとも光学フィルタを形成した後に得られる構造体を示す。一例として、発光ダイオードＬＥＤの第１、第２および第３のグループにそれぞれ位置する第１、第２、第３の光学フィルタＦ_Ｒ、Ｆ_ＧおよびＦ_Ｂが示されている。

【0102】

図１５は、図１に示す光電子デバイスの製造方法の変形例を示す。この方法では、電極層２６が形成される前に、発光ダイオードＬＥＤの各上側部分２２の自由端を部分的にエッチングするステップを実施する。部分的なエッチングステップは、上側部分２２の自由端に傾斜側部４４を形成することを含んでもよい。これにより、フォトニック結晶の特性を若干変更することが可能となる。したがって、フォトニック結晶による増幅の共振ピークの位置をより細かく変更させることが可能となる。

【0103】

シミュレーションおよび試験が実行された。これらのシミュレーションおよび試験では、各発光ダイオードＬＥＤについて、下側半導体部分１８はＰ型ドープＧａＮで作られている。上側半導体部分２２は、Ｎ型ドープＧａＮで作られている。下側部分１８および上側部分２２の屈折率はおよそ２．４である。活性領域２０はＩｎＧａＮ層に対応する。活性領域２０の高さｈ２は４０ｎｍに等しい。電極層１４はアルミニウムで作られている。絶縁層２４はＢＣＢポリマーで作られている。絶縁層２４の屈折率は１．４５～１．５６の範囲である。シミュレーションでは、面１６での鏡面反射が考慮されている。部分１８および２２の高さは、共振ピークの強度に影響を及ぼしても共振ピークの位置を実質的に変更しないため、決定的なパラメータではない。

【0104】

図１６、１７および１８は、発光ダイオードＬＥＤのアレイ１５の第１、第２、および第３の波長でそれぞれ発光面３０に直交した方向に対して５度傾斜した第１の方向において放出される放射線の光強度の、フォトニック結晶のピッチ「ａ」および各発光ダイオードの直径「Ｄ」に応じたグレースケール・マップである。シミュレーションでは、第１の波長は４５０ｎｍ（青色）、第２の波長は５３０ｎｍ（緑色）、第３の波長は６３０ｎｍ（赤色）である。

【0105】

各グレースケール・マップには、共振ピークに対応する明るい領域が含まれている。このような共振ピークを有する領域は、図１６において実線の輪郭Ｂ、図１７において破線の輪郭Ｇ、図１８において一点鎖線の輪郭Ｒで概略的に示されている。

【0106】

これは、例として、フォトニック結晶のピッチ「ａ」および発光ダイオードの直径「Ｄ」を選択することにより、図１６の輪郭Ｂで囲まれた領域の１つに位置し、フィルタリングなしで得られた発光ダイオードＬＥＤのアレイ１５の発光スペクトルが、４５０ｎｍ波長における少なくとも１つの共振ピークを有することを意味する。

【0107】

図１７では、図１６の輪郭Ｂは輪郭Ｇに重ねられている。これは、例として、フォトニック結晶のピッチ「ａ」および発光ダイオードの直径「Ｄ」を選択することにより、図１７の輪郭ＢおよびＧでともに囲まれた領域の１つに位置し、フィルタリングなしで得られた発光ダイオードＬＥＤのアレイ１５の発光スペクトルが、４５０ｎｍ波長における少なくとも１つの共振ピークおよび５３０ｎｍ波長における１つの共振ピークを有することを意味する。

【0108】

図１８では、図１６の輪郭Ｂおよび図１７の輪郭Ｇが輪郭Ｒに重ねられている。これは、例として、図１８の輪郭Ｂ、ＧおよびＲでともに囲まれた領域の１つに位置するように、フォトニック結晶のピッチ「ａ」および発光ダイオードの直径「Ｄ」を選択することにより、フィルタリングなしで得られた発光ダイオードＬＥＤのアレイ１５の発光スペクトルが、４５０ｎｍ波長における少なくとも１つの共振ピーク、５３０ｎｍ波長における共振ピーク、および６３０ｎｍ波長における共振ピークを有することを意味する。この３つのピークは、高さＨがおよそ１μｍに等しく、フォトニック結晶のピッチ「ａ」が４００ｎｍに等しく、発光ダイオードの六角形底面に外接する円の直径が２６０ｎｍから２７０ｎｍ±２５ｎｍの間で変化する（２８０ｎｍから２９０ｎｍの間で変化する補正直径に相当する）場合に得られる。

【0109】

なお、高さｈ１およびｈ３を変更させることで、最適化を図ることができることに留意されたい。

【0110】

試験において、発光ダイオードは六角形底面を有する。およそ、所定半径の円形底面を有する発光ダイオードについて実行されたシミュレーションは、断面の外接円の半径が所定半径の１．１倍に等しい六角形底面を有する発光ダイオードについて実行されたシミュレーションと同等であると考えられている。半導体部分１８、２２および活性領域２０は、全てのフォトダイオードでＭＯＣＶＤによって同時に形成されている。

【0111】

試験は前述した寸法で行われた。

【0112】

図１９は、試験における発光ダイオードのアレイ１５の光強度Ｉ（任意単位）の波長に応じた変化曲線ＣＲＧＢを示す。４５０ｎｍ、５９０ｎｍおよび７００ｎｍ波長における３つの共振ピークが効果的に得られている。

【0113】

様々な実施形態および変形例について説明してきた。当業者は、これらの実施形態および変形例の特定の特徴を組み合わせてもよく、他の変形例も当業者により容易に想起されることを理解するであろう。特に、前述したコーティング２８は、一または複数の光学フィルタ以外の追加の層を備えてもよい。特に、コーティング２８は、反射防止層、保護層などを備えてもよい。最後に、本明細書で説明した実施形態および変形例の実用化は、本明細書で提供した機能的な説明に基づいて、当業者の能力の範囲内である。

【0114】

本特許出願は、本明細書を構成する一部とみなされる仏国特許出願第２０／１３５１６号明細書の優先権を主張している。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14A】

【図14B】

【図14C】

【図14D】

【図14E】

【図14F】

【図14G】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【手続補正書】

【提出日】2023-08-17

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アキシャル発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイを備え、前記発光ダイオードそれぞれは、第１の波長（λ_Ｃ）で最大値を有する発光スペクトルを有する電磁放射線を放出するように構成された活性領域（２０）を備え、前記アレイは、少なくとも第２、第３および第４の波長（λ_Ｔ１，λ_Ｔ２，λ_Ｔ３）で前記電磁放射線の強度を増幅する３つの共振ピークを形成することができるように構成されたフォトニック結晶を形成する、
光電子デバイス（１０；３２；３４；３６）。

【請求項2】

活性領域（２０）の各々は、半値全幅が１００ｎｍ～１８０ｎｍの範囲にある発光スペクトルを有する電磁放射線を放出するように構成されている、
請求項１に記載のデバイス。

【請求項3】

フォトニック結晶は２次元フォトニック結晶である、
請求項１に記載のデバイス。

【請求項4】

前記発光ダイオード（ＬＥＤ）は、４００ｎｍ～４７５ｎｍの範囲のピッチでアレイに配置されており、発光ダイオードの各々は、２７０ｎｍ～３００ｎｍの範囲の平均直径を有する筒状である、
請求項１に記載のデバイス。

【請求項5】

前記発光ダイオード（ＬＥＤ）は、１．３～１．６、好ましくは１．４５～１．５６の範囲の屈折率を有する電気絶縁材料（２４）によって分離されている、
請求項１に記載のデバイス。

【請求項6】

前記第２、第３および第４の波長（λ_Ｔ１，λ_Ｔ２，λ_Ｔ３）のうちの１つは、４３０ｎｍ～４８０ｎｍの範囲にあり、前記第２、第３および第４の波長のうちの他の１つは、５１０ｎｍ～５７０ｎｍの範囲にあり、前記第２、第３および第４の波長のうちのさらに他の１つは、６００ｎｍ～７２０ｎｍの範囲にある、
請求項１に記載のデバイス。

【請求項7】

前記活性領域（２０）の発光スペクトルは、前記第２の波長（λ_Ｔ１）でエネルギーを有する、
請求項１に記載のデバイス。

【請求項8】

発光ダイオード（ＬＥＤ）の前記アレイ（１５）の少なくとも第１の部分を覆う第１の光学フィルタ（Ｆ_Ｒ）をさらに備え、前記第１の光学フィルタは、前記第１、第３、および第４の波長（λ_Ｃ，λ_Ｔ２，λ_Ｔ３）を含む第１の波長範囲にわたって前記増幅された放射線を遮り、前記第２の波長（λ_Ｔ１）を含む第２の波長範囲にわたって前記増幅された放射線を通すように構成されている、
請求項７に記載のデバイス。

【請求項9】

前記活性領域（２０）の前記発光スペクトルは、第３の波長（λ_Ｔ２）でエネルギーを有する、
請求項７に記載のデバイス。

【請求項10】

発光ダイオード（ＬＥＤ）の前記アレイの少なくとも第２の部分を覆う第２の光学フィルタ（Ｆ_Ｇ）をさらに備え、前記第２の光学フィルタは、前記第１、第２および第４の波長（λ_Ｃ，λ_ＣＴ１，λ_Ｔ３）を含む第３の波長範囲にわたって前記増幅された放射線を遮り、前記第３の波長（λ_Ｔ２）を含む第４の波長範囲にわたって前記増幅された放射線を通すように構成されている、
請求項９に記載のデバイス。

【請求項11】

前記活性領域（２０）の前記発光スペクトルは、第４の波長（λ_Ｔ３）でエネルギーを有する、
請求項９に記載のデバイス。

【請求項12】

発光ダイオード（ＬＥＤ）の前記アレイ（１５）の少なくとも第３の部分を覆う第３の光学フィルタ（Ｆ_Ｂ）をさらに備え、前記第３の光学フィルタは、前記第１、第２および第３の波長（λ_Ｃ，λ_ＣＴ１，λ_ＣＴ２）を含む第５の波長範囲にわたって前記増幅された放射線を遮り、前記第４の波長（λ_Ｔ３）を含む第６の波長範囲にわたって前記増幅された放射線を通すように構成されている、
請求項１１に記載のデバイス。

【請求項13】

前記発光ダイオード（ＬＥＤ）が載置された支持体（１２）を備え、発光ダイオードの各々は、前記支持体上に載置された第１の半導体部分（１８）、前記第１の半導体部分と接触した活性領域（２０）、および前記活性領域（２０）と接触した第２の半導体部分（２２）の積層体を備える、
請求項１に記載のデバイス。

【請求項14】

前記発光ダイオード（ＬＥＤ）の前記第２の半導体部分（２２）は、前記発光ダイオード（ＬＥＤ）によって放出される放射線に対して少なくとも部分的に透明な導電層（２６）で覆われており、前記共振ピークの少なくとも１つは、他の共振ピークに対して減衰しており、前記発光ダイオード（ＬＥＤ）の第１のグループを覆う導電層（２６）の第１の部分は第１の厚さを有し、前記発光ダイオードの第２のグループを覆う前記導電層（２６）の第２の部分は前記第１の厚さよりも小さい第２の厚さを有する、
請求項１３に記載のデバイス。

【請求項15】

光電子デバイス（１０；３２；３４；３６）を製造する方法であって、
前記光電子デバイス（１０；３２；３４；３６）は、アキシャル発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイ（１５）を備え、前記発光ダイオードそれぞれは、第１の波長（λ_Ｃ）で最大値を有する発光スペクトルを有する電磁放射線を放出するように構成された活性領域（２０）を備え、前記アレイは、少なくとも第２、第３および第４の波長（λ_Ｔ１，λ_Ｔ２，λ_Ｔ３）で前記電磁放射線の強度を増幅する３つの共振ピークを形成することができるように構成されたフォトニック結晶を形成する、
方法。

【請求項16】

活性領域（２０）の各々は、半値全幅が１００ｎｍ～１８０ｎｍの範囲にある発光スペクトルを有する電磁放射線を放出するように構成される、
請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記発光ダイオードは、少なくとも発光ダイオードの第１および第２のグループに分けられ、前記方法は、第１の光学フィルタを前記第１のグループに形成し、前記第１の光学フィルタとは異なる第２の光学フィルタを前記第２のグループに形成することを含む、
請求項１５に記載の方法。

【請求項18】

前記発光ダイオードを形成した後に、前記共振ピークの少なくとも１つを他の共振ピークに対して減衰させることを含む、
請求項１５に記載の方法。

【国際調査報告】