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特表2023-553737アキシャル３次元発光ダイオードを有する光電子デバイス

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(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３次元発光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 33/44 20100101ALI20231218BHJP

H01L 33/28 20100101ALI20231218BHJP

H01L 33/30 20100101ALI20231218BHJP

H01L 33/34 20100101ALI20231218BHJP

H01L 33/10 20100101ALI20231218BHJP

H01L 33/42 20100101ALI20231218BHJP

【ＦＩ】

H01L33/08

H01L33/16

H01L33/44

H01L33/28

H01L33/30

H01L33/34

H01L33/10

H01L33/42

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023537134

(86)(22)【出願日】2021-12-15

(85)【翻訳文提出日】2023-08-08

(86)【国際出願番号】 EP2021086030

(87)【国際公開番号】W WO2022129250

(87)【国際公開日】2022-06-23

(31)【優先権主張番号】2013521

(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】ダーヌン，メディ

(72)【発明者】

【氏名】ナピエラーラ，ジェローム

(72)【発明者】

【氏名】クマレサン，ヴィシュヌヴァルダン

(72)【発明者】

【氏名】ジレ，フィリップ

(72)【発明者】

【氏名】マーラ，マージョリー

【テーマコード（参考）】

5F241

【Ｆターム（参考）】

5F241AA11

5F241CA05

5F241CA12

5F241CA33

5F241CA34

5F241CA40

5F241CA41

5F241CA65

5F241CA66

5F241CA88

5F241CB15

5F241CB23

5F241CB29

5F241FF01

(57)【要約】

本開示は、光電子デバイス（１０）に関し、光電子デバイス（１０）は、発光スペクトルに第１の波長における最大値が含まれる電磁放射線を放出するように構成された活性領域（２０）をそれぞれ備えるアキシャル発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイ（１５）を備える。デバイスは、各ＬＥＤの被覆材（２３）をさらに備え、被覆材（２３）は、ＬＥＤの少なくとも一部にわたってＬＥＤの側壁を囲む第１の材料で作られ、前記放射線に対して透明であり、各被覆材は１０ｎｍよりも大きい厚さを有する。デバイスは、被覆材の間に層（２４）をさらに備え、層（２４）は、第１の材料とは異なる第２の材料で作られ、前記放射線に対して透明であり、第２の材料は電気絶縁性であり、アレイはフォトニック結晶を形成する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光電子デバイス（１０）であって、発光スペクトルに第１の波長における最大値が含まれる電磁放射線を放出するように構成された活性領域（２０）をそれぞれ備えるアキシャル発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイ（１５）を備え、前記デバイスは、前記発光ダイオード毎に、前記放射線に対して透明な、前記発光ダイオードの少なくとも一部にわたって前記発光ダイオードの側壁を囲む第１の材料で作られた被覆材（２３）をさらに備え、前記被覆材の各々は１０ｎｍよりも大きい厚さを有し、前記デバイスは、前記被覆材の間に、前記放射線に対して透明な、前記第１の材料とは異なる第２の材料の層（２４）をさらに備え、前記第２の材料は電気絶縁性であり、前記アレイはフォトニック結晶を形成する、
光電子デバイス。

【請求項2】

前記被覆材（２３）の各々は、２０ｎｍよりも大きい厚さを有する、
請求項１に記載のデバイス。

【請求項3】

前記第１の波長における前記第１の材料の屈折率は、前記第１の波長における前記第２の材料の屈折率よりも厳密には大きい、
請求項１または２に記載のデバイス。

【請求項4】

前記第１の波長における前記第１の材料の屈折率と、前記第１の波長における前記第２の材料の屈折率との差は、０．５よりも大きい、
請求項３に記載のデバイス。

【請求項5】

前記発光ダイオード（ＬＥＤ）の各々は、第３の材料の半導体素子（２２）を備え、少なくとも部分的に前記被覆材（２３）によって囲まれており、前記第１の材料の屈折率と前記第３の材料の屈折率との差は、０．５よりも小さく、好ましくは０．３よりも小さい、
請求項１～４のいずれか１項に記載のデバイス。

【請求項6】

前記第１の材料は、電気絶縁性である、
請求項１～５のいずれか１項に記載のデバイス。

【請求項7】

前記発光ダイオード（ＬＥＤ）毎に、前記被覆材（２３）と前記発光ダイオード（ＬＥＤ）との間に介在する電気絶縁性コーティング（３６）をさらに備え、前記コーティングの厚さは１０ｎｍよりも小さい、
請求項１～６のいずれか１項に記載のデバイス。

【請求項8】

前記発光ダイオード（ＬＥＤ）の各々は、ＩＩＩ－Ｖ族化合物、ＩＩ－ＶＩ族化合物、またはＩＶ族半導体もしくは化合物の部分（１８、２２）を備える、
請求項１～７のいずれか１項に記載のデバイス。

【請求項9】

前記第１の材料は窒化ケイ素または酸化チタンである、
請求項１～８のいずれか１項に記載のデバイス。

【請求項10】

前記第２の材料は酸化ケイ素である、
請求項１～９のいずれか１項に記載のデバイス。

【請求項11】

前記フォトニック結晶は、少なくとも第２の波長（λ_Ｔ１）で前記電磁放射線の強度を増幅する共振ピークを形成するように構成されており、前記第２の波長（λ_Ｔ１）は、前記第１の波長とは異なるか、または前記第１の波長に等しい、
請求項１～１０のいずれか１項に記載のデバイス。

【請求項12】

発光ダイオード（ＬＥＤ）が載置された支持体（１２）を備え、前記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）と、前記第１の半導体部分に接触した活性領域（２０）と、前記活性領域（２０）に接触した第２の半導体部分（２２）との積層体を備える、
請求項１～１１のいずれか１項に記載のデバイス。

【請求項13】

前記支持体（１２）と前記発光ダイオード（ＬＥＤ）の第１の半導体部分（１８）との間に反射層（１４）を備える、
請求項１２に記載のデバイス。

【請求項14】

前記反射層（１４）は金属である、
請求項１３に記載のデバイス。

【請求項15】

前記発光ダイオード（ＬＥＤ）の第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１２～１４のいずれか１項に記載のデバイス。

【請求項16】

活性領域（２０）をそれぞれ備えるアキシャル発光ダイオード（ＬＥＤ）を備える光電子デバイス（１０）を設計するための方法であって、
前記光電子デバイス（１０）の第１のターゲット波長を決定するステップと、
活性領域（２０）の各々が、発光スペクトルに前記第１のターゲット波長が含まれる電磁放射線を放出するように、前記発光ダイオードの寸法を決定するステップと、
前記第１のターゲット波長で前記電磁放射線の強度を増幅する共振ピークを形成するフォトニック結晶を得るために、前記発光ダイオードのアレイ（１５）の寸法を決定するステップであって、前記発光ダイオード毎に、前記放射線に対して透明な、前記発光ダイオードの少なくとも一部にわたって前記発光ダイオードの側壁を囲む第１の材料の被覆材（２３）を備え、前記被覆材の各々が１０ｎｍよりも大きい厚さを有し、前記被覆材（２３）の間に、前記放射線に対して透明な、第１の材料とは異なる第２の材料の層（２４）をさらに備え、前記第２の材料が電気絶縁性であるステップと
を含む、
方法。

【請求項17】

発光スペクトルに第１の波長における最大値が含まれる電磁放射線を放出するように構成された活性領域（２０）をそれぞれ備えるアキシャル発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイ（１５）を備える光電子デバイス（１０）の製造方法であって、前記デバイスは、前記発光ダイオード毎に、前記放射線に対して透明な、前記発光ダイオードの少なくとも一部にわたって前記発光ダイオードの側壁を囲む第１の材料で作られた被覆材（２３）をさらに備え、前記被覆材の各々は１０ｎｍよりも大きい厚さを有し、前記デバイスは、前記被覆材の間に、前記放射線に対して透明な、前記第１の材料とは異なる第２の材料で作られた層（２４）をさらに備え、前記第２の材料は電気絶縁性であり、前記アレイはフォトニック結晶を形成する、
方法。

【請求項18】

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）を前記第２の半導体部分の各々上に形成するステップと、
第１の半導体部分（１８）を前記活性領域の各々上に形成するステップと、
前記第１の半導体部分、および／または前記第２の半導体部分、および／または前記活性領域の少なくとも一部の側壁を囲む第１の材料の被覆材（２３）を、前記発光ダイオード毎に形成するステップと、
第２の材料の層（２４）を形成するステップと
を含む、
請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

前記基板（４２）を除去するステップを含む、
請求項１８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、半導体材料をベースとした発光ダイオード（ＬＥＤ）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ＬＥＤは、一般に、ＬＥＤによって提供される電磁放射線の大部分が放出されるＬＥＤ領域である活性領域を含む。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提供するように適合される。

【0003】

ここで特に関心のあるのは、アキシャル型３次元ＬＥＤ、すなわち、それぞれが３次元半導体素子を備え、好ましい方向に沿って延び、３次元半導体素子の軸方向端部に活性領域を備えるエレクトロルミネッセンスダイオードを有する光電子デバイスである。

【0004】

３次元半導体素子の例としては、以下ＩＩＩ－Ｖ化合物と称する、少なくとも１つのＩＩＩ族元素および１つのＶ族元素を過半数とする半導体材料（窒化ガリウム（ＧａＮ）など）、以下ＩＩ－ＶＩ化合物と称する、少なくとも１つのＩＩ族元素および１つのＶＩ族元素を過半数とする半導体材料（酸化亜鉛（ＺｎＯ）など）、または、少なくとも１つのＩＶ族元素を過半数とする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含む活性領域の形成が知られている。単一量子井戸は、ＩＩＩ－Ｖ族化合物、特にＧａＮなどの第１の半導体材料の２つの層（Ｐ型およびＮ型がそれぞれドープされた）の間に、ＩＩＩ－Ｖ族化合物の合金および第３の元素、特にＩｎＧａＮなどの第２の半導体材料（バンドギャップが第１の半導体材料と異なる）の層を挿入することにより作られる。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、特に活性領域の寸法に依存し、特に活性領域の平均直径に依存する。さらに、活性領域の量子効率は、特に、活性領域を構成する層の結晶品質に依存する。活性領域を構成する層の結晶品質は、活性領域の平均直径が大きくなるにつれて劣化する傾向がある。

【0007】

ＬＥＤは、フォトニック結晶を形成するように、ＬＥＤアレイに配置することができる。特に、フォトニック結晶により、好ましい方向に沿ってＬＥＤアレイによって放出される光ビームを得ることが可能となる。また、フォトニック結晶により、ＬＥＤアレイによって放出される放射線の波長をフィルタリングして、例えば、狭スペクトルの放射線の放出を促進することが可能となる。特に、フォトニック結晶の特性は、ＬＥＤアレイのＬＥＤのピッチ、およびＬＥＤの平均直径に依存する。

【0008】

一つの欠点は、適切な結晶品質を可能にしながら、所望の波長で各ＬＥＤからの好ましい放射線の放出を可能にするＬＥＤの平均直径が、所望の特性を有するフォトニック結晶を得ることを可能にする平均ＬＥＤ直径と異なる場合があるということである。

【発明の概要】

【0009】

したがって、一実施形態の目的は、上述したＬＥＤ光電子デバイスの欠点の全部または一部に対処することである。

【0010】

一実施形態の他の目的は、各ＬＥＤの活性領域が、ＩＩＩ－Ｖ族化合物、ＩＩ－ＶＩ族化合物、またはＩＶ族半導体もしくは化合物をベースとした半導体材料の層の積層体を備えることである。

【0011】

一実施形態のさらなる目的は、ＩＩＩ－Ｖ族化合物、ＩＩ－ＶＩ族化合物、またはＩＶ族半導体もしくは化合物をベースとしたアキシャル型三次元ＬＥＤの活性領域の発光スペクトルが所望の特性を有することである。

【0012】

一実施形態のさらなる目的は、光電子デバイスが所望の特性を有するフォトニック結晶を形成するＬＥＤアレイを備えることである。

【0013】

一実施形態の他の目的は、ＬＥＤの活性領域が良好な結晶品質を有することである。

【0014】

一実施形態は、アキシャルＬＥＤのアレイを備える光電子デバイスを提供し、各ＬＥＤは、発光スペクトルに第１の波長における最大値が含まれ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る。デバイスは、ＬＥＤ毎に、前述した放射線に対して透明な、ＬＥＤの少なくとも一部にわたってＬＥＤの側壁を囲む第１の材料の被覆材をさらに備え、各被覆材は１０ｎｍよりも大きい厚さを有する。デバイスは、被覆材の間に、前述した放射線に対して透明な、第１の材料とは異なる第２の材料の層をさらに備え、第２の材料は電気絶縁性であり、このアレイはフォトニック結晶を形成する。フォトニック結晶の特性は、特に結合を達成し選択効果を高めるために、コーティングされたＬＥＤのアレイが共振空洞を形成するように有利に選択される。これにより、フォトニック結晶を形成しない被覆されたＬＥＤのグループと比較して、光電子デバイスの発光面によってアレイの被覆されたＬＥＤのグループによ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できる。

【0015】

これにより、第一近似としてＬＥＤピッチと被覆材・ＬＥＤの集合体の平均外径とに基本的に依存するフォトニック結晶の特性を、第一近似として被覆材がない場合のＬＥＤの平均直径に基本的に依存するＬＥＤの活性領域の発光特性から解離することが可能となる。

【0016】

一実施形態によれば、各被覆材は２０ｎｍよりも大きい厚さを有する。これにより、被覆材がないＬＥＤアレイと比較して、被覆材によってフォトニック結晶の光学特性を変化させることができる。

【0017】

一実施形態によれば、第１の波長における第１の材料の屈折率は、第１の波長における第２の材料の屈折率よりも厳密には大きい。これにより、被覆材がないＬＥＤアレイと比較して、被覆材により、フォトニック結晶の光学特性を変化させることができる。

【0018】

一実施形態によれば、第１の波長における第１の材料の屈折率と第１の波長における第２の材料の屈折率との差は、０．５よりも大きい。第１の波長における第１の材料の屈折率と第１の波長における第２の材料の屈折率との差が大きければ大きいほど、フォトニック結晶がより効率的であり、被覆材の厚さを変えることによりフォトニック結晶の特性を変えることがより容易である。

【0019】

一実施形態によれば、各ＬＥＤは、第３の材料で作られた半導体素子を備え、少なくとも一部が前述した被覆材に囲まれており、第１の材料の屈折率と第３の材料の屈折率との差は０．５よりも小さく、好ましくは、０．３よりも小さい。これにより、第１の材料と第３の材料との間に屈折率の均一性が得られ、効率的なフォトニック結晶の形成が可能となり、光電子デバイスの設計を簡略化することが可能となる。

【0020】

一実施形態によれば、第１の材料は電気絶縁性である。そして、ＬＥＤの様々な部分の短絡からの保護は、被覆材によって達成される。

【0021】

一実施形態によれば、光電子デバイスは、ＬＥＤ毎に、被覆材とＬＥＤとの間に介在する電気絶縁性コーティングをさらに備え、コーティングの厚さは１０ｎｍよりも小さい。ＬＥＤの個々の部分の短絡に対する保護は、電気絶縁性コーティングによって達成されるため、被覆材は絶縁材料でなくてもよい。これにより、有利には、被覆材を構成する材料の選択の自由度がさらに高まる。

【0022】

一実施形態によれば、各ＬＥＤは、ＩＩＩ－Ｖ族化合物、ＩＩ－ＶＩ族化合物、またはＩＶ族半導体もしくは化合物の一部を備える。これにより、既知の方法に従ってＬＥＤを製造することが可能となる。

【0023】

一実施形態によれば、第１の材料は窒化ケイ素または酸化チタンである。これにより、第１の波長における屈折率が、ＬＥＤを構成する材料の第１の波長における屈折率に近い第１の材料を使用することが可能となる。

【0024】

一実施形態によれば、第２の材料は酸化ケイ素である。これにより、第１の材料の第１の波長における屈折率と、第２の材料の第２の波長における屈折率との大きい差を得ることが可能となる。

【0025】

一実施形態によれば、フォトニック結晶は、少なくとも第２の波長で前述した電磁放射線の強度を増幅する共振ピークを形成するように構成されており、第２の波長は、第１の波長と異なるか、または第１の波長に等しい。有利には、共振ピークが第１の波長にある場合、第１の波長で放出される放射線の強度が増加し、発光スペクトルが狭くなり、第１の波長を中心とするようになる。アレイの寸法と各ＬＥＤの寸法とを解離させることで、第１の波長で共振ピークを形成するフォトニック結晶を設計することが容易になる。

【0026】

一実施形態によれば、光電子デバイスは、ＬＥＤが載置された支持体を備え、各ＬＥＤ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。

【0027】

一実施形態によれば、デバイスは、支持体とＬＥＤの第１の半導体部分との間に反射層を備える。これにより、光電子デバイスからの光の取り出しが改善される。

【0028】

一実施形態によれば、反射層は金属である。

【0029】

一実施形態によれば、ＬＥＤの第２の半導体部分は、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で覆われている。

【0030】

また、一実施形態は、活性領域をそれぞれ備えるアキシャルＬＥＤを備える光電子デバイスを設計するための方法を提供し、方法は、
各活性領域が、発光スペクトルに第１の波長における最大値が含まれる電磁放射線を放出するように、ＬＥＤの寸法を決定するステップと、
フォトニック結晶を得るために、前述したＬＥＤのアレイの寸法を決定するステップとを含み、
アレイは、ＬＥＤ毎に、前述した放射線に対して透明な、ＬＥＤの少なくとも一部にわたってＬＥＤの側壁を囲む第１の材料の被覆材を備え、各被覆材は１０ｎｍよりも大きい厚さを有し、被覆材の間に第１の材料とは異なる第２の材料の層をさらに備え、第２の材料は電気絶縁性である。

【0031】

また、一実施形態は、発光スペクトルに第１の波長における最大値が含まれる電磁放射線を放出するように構成された活性領域をそれぞれ備えるアキシャルＬＥＤのアレイを備える光電子デバイスの製造方法を提供し、デバイスは、ＬＥＤ毎に、前述した放射線に対して透明な、ＬＥＤの少なくとも一部にわたってＬＥＤの側壁を囲む第１の材料で作られた被覆材をさらに備え、各被覆材は１０ｎｍよりも大きい厚さを有し、デバイスは、被覆材の間に第１の材料とは異なる第２の材料で作られた層をさらに含み、第２の材料は電気絶縁性であり、アレイはフォトニック結晶を形成する。

【0032】

一実施形態によれば、ＬＥＤを形成することは、
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、
第１の部分、および／または第２の部分、および／または活性領域の少なくとも一部の側壁を囲む第１の材料の被覆材を、ＬＥＤ毎に形成するステップと、
第２の材料の層を形成するステップと
を含む。

【0033】

一実施形態によれば、方法は、基板を除去するステップを含む。これにより、ＬＥＤの形成に適合する基板を使用することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0034】

上記および他の特徴および利点は、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。

【0035】

【図1】ＬＥＤを備える光電子デバイスの一実施形態の概略部分断面図である。

【図2】図１に示す光電子デバイスの概略部分透視図である。

【図3】図１に示す光電子デバイスのＬＥＤの配置の一例を模式的に示す図である。

【図4】図１に示す光電子デバイスのＬＥＤの配置の他の例を模式的に示す図である。

【図5】ＬＥＤを備える光電子デバイスの他の実施形態の概略部分断面図である。

【図6】放出される放射線の波長および方向に応じた、フォトニック結晶の被覆されていないＬＥＤによって放出される光強度のグレースケール・マップである。

【図7】放出される放射線の波長および方向に応じた、フォトニック結晶の被覆されたＬＥＤによって放出される光強度のグレースケール・マップである。

【図8】被覆されていないＬＥＤと被覆されたＬＥＤとについて第１の方向に沿って測定された波長に応じた、ＬＥＤのアレイによって放出される放射線の光強度の進化曲線を示す。

【図9】被覆されたＬＥＤについて第２の方向に沿って測定された波長に応じた、ＬＥＤアレイから放出される放射線の光強度の曲線を示す図である。

【図10A】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10B】製造方法の他のステップを示す図である。

【図10C】製造方法の他のステップを示す図である。

【図10D】製造方法の他のステップを示す図である。

【図10E】製造方法の他のステップを示す図である。

【図10F】製造方法の他のステップを示す図である。

【図10G】製造方法の他のステップを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0036】

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動作及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、詳述しない他の構成要素を含み得る。

【0037】

以下の開示では、特に指定しない限り、「前」、「後」、「頂部」、「底部」、「左」、「右」などの絶対位置、若しくは「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「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。

【0038】

特に指定されていない場合、「約」、「略」、「実質的に」および「程度」という表現は、該当する値の１０％の範囲内、好ましくは５％の範囲内を表す。さらに、「絶縁体」および「導体」という用語は、本明細書では、それぞれ「電気絶縁性」および「導電性」を意味すると理解される。

【0039】

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である。層の吸収率は、１と内部透過率との差に等しい。本明細書の残りの部分では、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。本明細書の残りの部分では、層における放射線の吸収率が６０％よりも大きい場合、層は放射線に対して吸収性を有するという。放射線が、最大値を有するガウス型スペクトルなどの一般的に「ベル型」のスペクトルを有する場合、放射線の波長、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と呼ばれる。本明細書の残りの部分では、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を指す。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。

【0040】

アキシャルＬＥＤとは、円筒形など、好ましい方向に沿って細長い形状の３次元構造を意味し、該３次元構造は、５ｎｍと２．５μｍとの間、好ましくは５０ｎｍと２．５μｍとの間の、マイナーディメンジョンと呼ばれる少なくとも２つの寸法を有する。メジャーディメンションと称される第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。いくつかの実施形態では、マイナーディメンションは、約１μｍ以下、好ましくは１００ｎｍと１μｍとの間、より好ましくは１００ｎｍと８００ｎｍとの間であってよい。いくつかの実施形態では、各ＬＥＤの高さは、５００ｎｍ以上、好ましくは１μｍと５０μｍとの間であってもよい。

【0041】

図１及び図２は、それぞれ、ＬＥＤを有する光電子デバイス１０の一実施形態を示す概略部分側断面図及び概略部分透視図である。

【0042】

図１において下から上へ、光電子デバイス１０は、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ＬＥＤ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；
・各アキシャル発光ダイオードＬＥＤの絶縁性被覆材２３（図２に示されない）：発光ダイオードＬＥＤの高さの少なくとも一部にわたって発光ダイオードＬＥＤの側壁を囲む第１の絶縁材料で作られており、発光ダイオードＬＥＤと発光ダイオードＬＥＤを囲む絶縁性被覆材２３とを備える集合体は、被覆されたエレクトロルミネッセンスダイオードＬＥＤ’を形成し、図２に被覆されたエレクトロルミネッセンスダイオードＬＥＤ’の外形のみが示されている；
・被覆されたエレクトロルミネッセンスダイオードＬＥＤ’の高さ全体にわたって被覆されたエレクトロルミネッセンスダイオードＬＥＤ’の間に延びる第２の絶縁材料の絶縁層２４；
・発光ダイオードＬＥＤの上側部分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を画定するコーティング２８（図２に示されない）。

【0043】

各発光ダイオードＬＥＤは、活性領域２０が下側部分１８の延伸部にあり、上側部分２２が活性領域２０の延伸部にあるという点で、アキシャルであると言われ、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ＬＥＤ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の軸は、平行し、面１６に直交する。

【0044】

支持体１２は、電子回路に対応してもよい。電極層１４は、銀、銅、または亜鉛などの金属であってもよい。一例として、電極層１４は、０．０１μｍと１０μｍとの間の厚さを有する。電極層１４は、支持体１２を完全に覆ってもよい。変形例では、電極層１４は、ＬＥＤアレイのＬＥＤグループの別個の制御を可能にするように、分離した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。そして、電極層１４は、鏡面反射を示してもよい。他の実施形態によれば、電極層１４は、ランバート反射を示してもよい。ランバート反射を示す表面を実現する１つの方法は、導電性表面上に凹凸を形成することである。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がレリーフを有するように、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うことができる。

【0045】

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（または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で導電性の酸化物（ＴＣＯ）層である。一例として、電極層２６は、５ｎｍと２００ｎｍとの間、好ましくは２０ｎｍと５０ｎｍとの間の厚さを有する。コーティング２８は、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含んでもよい。

【0046】

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。例えば、絶縁層２４の厚さは、絶縁層２４の上面がＬＥＤの上面と面一になるように、発光ダイオードＬＥＤの高さに等しいように選択される。

【0047】

一実施形態によれば、半導体部分１８および２２ならびに活性領域２０は、少なくとも一部が半導体材料で作られている。半導体材料は、ＩＩＩ－Ｖ族化合物、ＩＩ－ＶＩ族化合物、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、ベリリウム（Ｂｅ）およびマグネシウム（Ｍｇ）を含むＩＩＡ族元素、ならびに亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、および水銀（Ｈｇ）を含むＩＩＢ族元素が挙げられる。ＶＩ族元素の例としては、酸素（Ｏ）およびテルル（Ｔｅ）を含むＶＩＡ族元素が挙げられる。ＩＩ－ＶＩ族化合物の例は、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ることができる。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（ＳｉＣ）合金、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）合金、または炭化ゲルマニウム（ＧｅＣ）合金である。半導体部分１８、２２は、ドーパントを含んでもよい。一例として、ＩＩＩ－Ｖ化合物の場合、ドーパントは、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）もしくは水銀（Ｈｇ）などのＩＩ族Ｐ型ドーパント、炭素（Ｃ）などのＩＶ族Ｐ型ドーパント、またはケイ素（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）などのＩＶ族Ｎ型ドーパント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であり、半導体部分２２はＮドープＧａＮである。

【0048】

発光ダイオードＬＥＤ毎に、活性領域２０は封じ込め手段を含んでもよい。一例として、活性領域２０は、単一量子井戸を含んでもよい。そして、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。この場合、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。

【0049】

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Δ軸を有する筒形状を有する。しかし、各発光ダイオードＬＥＤは、Δ軸と、正方形、長方形、または六角形のような多角形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。

【0050】

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の厚さの合計を、発光ダイオードＬＥＤの高さＨと称する。

【0051】

絶縁性被覆材２３を構成する第１の絶縁材料は、発光ダイオードＬＥＤによって放出される放射線の波長に対して透明である。第１の絶縁材料の屈折率は、第２の絶縁材料の屈折率よりも厳密には大きい。一実施形態によれば、被覆されたエレクトロルミネッセンスダイオードＬＥＤ’は、フォトニック結晶を形成するように配置される。効果的なフォトニック結晶を有するためには、第１の絶縁材料と第２の絶縁材料との間に最大の屈折率ギャップを有することが望ましい。好ましくは、光学的観点から、被覆材２３がＬＥＤの下側部分１８および上側部分２２の「延伸部」を形成するために、第１の絶縁材料の屈折率と、ＬＥＤの下側部分１８および上側部分２２を構成する材料の屈折率との差ができるだけ小さい。第１の絶縁材料の屈折率と第２の絶縁材料の屈折率との差は、好ましくは０．５よりも大きく、より好ましくは０．６よりも大きく、理想的には１よりも大きい。好ましくは、第１の絶縁材料の屈折率とＬＥＤの下側部分１８および上側部分２２を構成する材料の屈折率との差は０．５よりも小さく、好ましくは０．３よりも小さい。ＬＥＤの下側部分１８および上側部分２２を構成する材料がＧａＮ系である場合、第１の絶縁材料の屈折率は、好ましくは２と２．５との間である。一実施形態によれば、絶縁性被覆材２３を構成する第１の絶縁材料は、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、または酸化チタン（ＴｉＯ_２）である。一実施形態によれば、絶縁性被覆材２３は、対応する発光ダイオードＬＥＤの下側部分１８、活性領域２０、および上側部分２２の全体にわたって延びている。他の実施形態によれば、絶縁性被覆材２３は、対応する発光ダイオードＬＥＤの下側部分１８、および／または活性領域２０、および／または上側部分２２の一部のみにわたって延びている。絶縁性被覆材２３の厚さは、１０ｎｍよりも大きく、好ましくは１５ｎｍと１５０ｎｍとの間であり、より好ましくは１５ｎｍと５０ｎｍとの間である。一般に、絶縁性被覆材２３の厚さは、特にフォトニック結晶の所望の特性に応じて、大幅に変化することができる。一実施形態によれば、絶縁性被覆材２３の厚さは実質的に一定である。しかしながら、絶縁性被覆材２３は、発光ダイオードＬＥＤの下側部分１８、および／または活性領域２０、および／または上側部分２２の高さ全体にわたって存在しなくてもよい。

【0052】

一実施形態によれば、絶縁層２４を構成する第２の絶縁材料は、発光ダイオードＬＥＤによって放出される放射線の波長に対して透明である。第２の材料の屈折率は１．６よりも小さく、好ましくは１．３と１．５６との間である。絶縁層２４は、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）などの無機材料で作られてもよい。絶縁層２４は、有機材料、例えば、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）またはパリレン系の絶縁性ポリマーであってもよい。

【0053】

一実施形態によれば、被覆されたエレクトロルミネッセンスダイオードＬＥＤ’は、フォトニック結晶を形成するように配置される。図２には１２個の被覆されたエレクトロルミネッセンスダイオードＬＥＤ’が例として示されているが、実際には、アレイ１５は、７～１００，０００個の被覆されたエレクトロルミネッセンスダイオードＬＥＤ’を備えてもよい。

【0054】

アレイ１５の被覆されたエレクトロルミネッセンスダイオード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、被覆されたエレクトロルミネッセンスダイオードＬＥＤ’の軸と、同じ行または隣接する行にある近くの被覆されたエレクトロルミネッセンスダイオード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。より具体的には、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。形成される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。

【0055】

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、特に結合を達成し選択効果を高めるために、被覆されたエレクトロルミネッセンスダイオードＬＥＤ’のアレイ１５が、Δ軸に垂直な面内の共振空洞とΔ軸に沿った共振空洞とを形成するように、有利に選択される。これにより、フォトニック結晶を形成しない被覆されたエレクトロルミネッセンスＬＥＤのグループと比較して、アレイ１５の被覆されたエレクトロルミネッセンスダイオードＬＥＤ’のグループによって発光面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できる。

【0056】

図３及び図４は、アレイ１５の被覆されたエレクトロルミネッセンスダイオードＬＥＤ’の配置例を模式的に示す、面１６と平行な面における断面図である。特に、図３は、いわゆる正方形網目配置を示し、図４は、いわゆる六角形網目配置を示す。

【0057】

図３および図４はそれぞれ、４行のＬＥＤを示す。図３に示す配置では、各被覆されたエレクトロルミネッセンスダイオードＬＥＤ’は、行と列との交差点に位置し、行は列に垂直である。さらに、図３に示す配置では、発光ダイオードＬＥＤは、面１６に平行な平面において直径Ｄの円形断面を有し、被覆されたエレクトロルミネッセンスダイオードＬＥＤ’は、面１６に平行な平面において直径Ｄ’の円形断面を有する。図４に示す配置では、１ライン上の被覆されたエレクトロルミネッセンスダイオードＬＥＤ’は、前後のライン上の被覆されたエレクトロルミネッセンスダイオードＬＥＤ’からピッチａの半分だけオフセットされている。さらに、図４に示す配置では、発光ダイオードＬＥＤは、面１６に平行な平面において平均直径Ｄの六角形断面を有し、被覆されたＬＥＤは、面１６に平行な平面において平均直径Ｄ’の六角形断面を有する。本明細書の残りの部分では、ある平面における素子の平均直径は、この平面における素子の断面の面積と同じ面積を有するディスクの直径と称される。変形例では、被覆されたエレクトロルミネッセンスダイオードＬＥＤ’の断面は、そこに含まれる発光ダイオードＬＥＤの断面とは異なってもよい。一例として、被覆されたエレクトロルミネッセンスダイオードＬＥＤ’の断面は円形、その中の発光ダイオードＬＥＤの断面は六角形であってもよい。

【0058】

六角形アレイ配置または正方形アレイ配置の場合、直径Ｄ’は、０．０５μｍと２μｍとの間であってもよい。ピッチａは、０．１μｍと４μｍとの間であってもよい。

【0059】

さらに、一実施形態によれば、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Δ軸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、関心のある光学モードにおける発光ダイオードＬＥＤ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、書籍「ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＤｅｖｉｃｅｓ：ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｏＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ」（ＪｏａｃｈｉｍＰｉｐｒｅｋ著）に定義されている。

【0060】

ＬＥＤが異なる中心波長で発光するＬＥＤグループに分割される場合、それにもかかわらず、全てのＬＥＤの高さＨは同じであることができる。そして、各グループのＬＥＤの共振空洞を得ることが可能な理論的な高さから決定することが可能となり、例えば、これらの理論的な高さの平均に等しい。

【0061】

一実施形態によれば、被覆された発光ダイオード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１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、ターゲット波長とは異なる中心波長で最大値を有する発光スペクトルを有する。しかし、活性領域２０の発光スペクトルは、ターゲット波長と重なり、すなわち、ターゲット波長における活性領域２０の発光スペクトルのエネルギーは、ゼロではない。これにより、適切な結晶品質を有する活性領域２０の製造を可能にする発光ダイオードＬＥＤの平均直径Ｄを選択することが可能となる。各発光ダイオードＬＥＤについて、被覆材２３が発光ダイオードＬＥＤの側壁を側壁の高さの一部のみにわたって覆うことができるという事実により、絶縁性被覆材２３の厚さに加えて、フォトニック結晶の所望の特性を選択するために使用される追加のパラメータを用いることが可能となる。

【0062】

図５は、ＬＥＤを備える光電子デバイス３５の他の実施形態を示す概略部分断面図である。光電子デバイス３５は、図１に示した光電子デバイス１０の全ての素子を備え、さらに、発光ダイオードＬＥＤ毎に、被覆材２３と発光ダイオードＬＥＤとの間に介在する絶縁性コーティング３６を含む。絶縁性コーティング３６は、１０ｎｍよりも小さく、好ましくは５ｎｍよりも小さい厚さを有する層に対応してもよい。コーティング３６は、パッシベーション層に対応してもよい。コーティング３６は、ＬＥＤによって放出される放射線に対して透明である。コーティング３６は、十分に薄いので、被覆材２３、コーティング３６およびＬＥＤを備える集合体の平均屈折率にほとんど影響しない。発光ダイオードＬＥＤの異なる部分間の短絡の防止は、コーティング３６によって達成されるので、被覆材２３は、絶縁材料でなくてもよい。これにより、有利には、被覆材２３を構成する材料の選択の自由度がさらに高まり、絶縁性材料、導電性材料、または半導体材料であってもよい。

【0063】

シミュレーションおよび試験が行われた。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ドープＧａＮで作られている。上側半導体部分２２は、Ｎ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、２．４と２．５との間である。活性領域２０は、ＩｎＧａＮの層に対応する。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ベースのポリマーで作られている。絶縁層２４の屈折率は、１．４５と１．５６との間である。

【0064】

シミュレーションおよび試験では、ＬＥＤは円形底面である。高さｈ３は３００ｎｍと３５０ｎｍとの間に等しく、全高Ｈは４００ｎｍに等しい。面１６での鏡面反射が考慮されている。フォトニック結晶のピッチａは一定で３００ｎｍに等しい。

【0065】

図６及び図７は、ＬＥＤアレイ１５によって放出される放射線の光強度のグレースケール・マップであり、ｘ軸上では発光方向と発光面３０に直交する方向との間の角度に応じ、ｙ軸上では比ａ／λに応じ、λはＬＥＤによって放出される放射線の中心波長である。図６については、ＬＥＤは、絶縁性被覆材２３によって囲まれていない。図７については、各ＬＥＤは、屈折率が２．４と２．５との間で、２５ｎｍの厚さを有するＴｉＯ_２で作られた絶縁性被覆材２３によって囲まれている。中心波長λの対応する値は、図６および図７の右側にさらに示されている。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。

【0066】

本発明者らは、図７が、図６に実質的に対応し、Ｙ軸に沿ってシフトしたことを強調した。これは、図６に存在する共振ピークが図７にも存在するが、比ａ／λのより低い値で得られることを意味する。これは、被覆されたエレクトロルミネッセンスダイオードＬＥＤ’のピッチａおよび平均直径Ｄ’に主に依存するフォトニック結晶の特性が、発光ダイオードＬＥＤの平均直径Ｄに依存する波長λから実質的に相関除去されていることを示す。

【0067】

一例として、図６では、発光角度が１０°で、比ａ／λが約０．５７に等しい場合に共振ピークが得られ、波長λが５３０ｎｍで、平均直径Ｄが２４０ｎｍに等しい場合に対応する。この同じ共振ピークは、図７において、約０．５５に等しい比ａ／λの場合に得られ、２６０ｎｍに等しい平均直径Ｄ’に対応する。したがって、ＴｉＯ_２の絶縁性被覆材２３の厚さが２５ｎｍの場合、ＬＥＤの平均直径の約２０ｎｍの増加に相当すると思われる。

【0068】

本発明者らは、さらなるシミュレーションにより、ＴｉＯ_２の絶縁性被覆材２３の厚さが３０ｎｍの場合、ＬＥＤの平均直径の約４０ｎｍの増加に相当し、ＴｉＯ_２絶縁性被覆材２３の厚さが５０ｎｍの場合、ＬＥＤの平均直径の約６０ｎｍの増加に相当する、と示した。

【0069】

なお、高さｈ１およびｈ３を変えることで、最適化を図ることができることが留意されたい。

【0070】

１００ｎｍに等しい高さｈ１、３００ｎｍに等しい高さｈ３、１００ｎｍに等しい高さｈ２、３００ｎｍに等しいフォトニック結晶のピッチａ、および２４０ｎｍに等しい平均直径Ｄというパラメータでシミュレーションおよび試験を行った。

【0071】

図８は、被覆されていない発光ダイオードＬＥＤによって放出される放射線の波長λに応じた、発光面３０に垂直な方向に対して±２４°だけ傾斜した方向における光度Ｉ（任意単位（ａ．ｕ．））の進化曲線Ｃ１、および被覆された発光ダイオードＬＥＤのアレイ１５によって放出される放射線の光度Ｉの進化曲線Ｃ２を示す。曲線Ｃ２について、各絶縁性被覆材２３は、１２０ｎｍに等しい厚さを有する。図９は、発光面３０に垂直な方向に対して±５°だけ傾斜した方向についての曲線Ｃ２に類似する進化曲線Ｃ３を示す。

【0072】

図８に示すように、発光ダイオードＬＥＤによって放出される放射線の中心波長とは異なる波長で曲線Ｃ２の共振ピークＰ１が得られる。図９に示すように、発光ダイオードＬＥＤによって放出される放射線の中心波長とは異なる波長で、曲線Ｃ３の高い増幅率を有する共振ピークＰ３が得られる。このようにして指向性放射が得られる。

【0073】

図１０Ａ～図１０Ｇは、図１に示す光電子デバイス１０の製造方法の一実施形態の連続するステップで得られる構造体の概略部分断面図である。

【0074】

図１０Ａは、下記の形成ステップの後に得られる構造体を示す図である。

【0075】

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。具体的には、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の成長を促進する材料で作られる。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。

【0076】

さらに、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、発光ダイオードＬＥＤを設置する。図１０Ａ～図１０Ｇには、１つの行のみが部分的に示されている。

【0077】

ＬＥＤ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ように、シード層４０上にＬＥＤを形成する前に、図示しないマスクを形成してもよい。変形例では、ＬＥＤ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、ＬＥＤの形成前にシード層４０をエッチングしてもよい。

【0078】

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）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）などの方法を使用することもできる。しかし、電気化学的な方法、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、または電着を使用することもできる。

【0079】

ＬＥＤの成長条件は、アレイ１５における全ての発光ダイオードＬＥＤ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ＬＥＤについて実質的に同じである。

【0080】

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。これは、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な場合があるからである。また、半導体材料を直接にシード層４０上に形成すると、シード層４０の直上の半導体材料に結晶欠陥が発生する場合がある。したがって、上側部分２２の一部を除去したい場合がある。

【0081】

図１０Ｂは、被覆された発光ダイオードＬＥＤ’を得るために発光ダイオードＬＥＤを覆って窒化ケイ素などの第１の絶縁材料の被覆材２３を形成した後に得られる構造体を示す。一実施形態によれば、被覆材２３は、ＣＶＤによって形成される。他の実施形態によれば、図１０Ａに示す構造体全体上に第１の絶縁材料の層を堆積させ、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、被覆材２３を画定するために、第１の絶縁材料の層を部分的にエッチングする。

【0082】

図１０Ｃは、酸化ケイ素などの第２の絶縁材料の層２４の形成後に得られる構造体を示す。層２４は、図１０Ｂ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、例えば、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、第２の絶縁材料の層および被覆材２３を平坦化するように部分的に除去して、半導体部分１８の上面を露出させる。次いで、層２４および被覆材２３の上面を、各半導体部分１８の上面と実質的に面一にする。変形例では、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。

【0083】

図１０Ｄ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。

【0084】

図１０Ｅは、例えば金属間ボンディング、または熱圧着、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に取り付けた後に得られる構造体を示す。

【0085】

図１０Ｆ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、被覆材２３および上側部分２２を、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する。有利には、このステップにより、ＬＥＤの高さＨを正確に制御し、結晶欠陥を有する可能性のある上側部分２２の部分を除去することが可能となる。

【0086】

図１０Ｇは、電極層２６の堆積後に得られる構造体を示す。

【0087】

本方法は、図１０Ｇに示す構造体の全体又は一部上に少なくとも１つの光学フィルタを形成することをさらに含んでもよい。

【0088】

様々な実施形態および変形例が説明された。当業者は、これらの実施形態及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、上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含んでもよい。特に、コーティング２８は、反射防止層、保護層などを含んでもよい。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。さらに、ＬＥＤを構成する材料の屈折率値は、ＩＩＩ－ＶＩ族化合物ＬＥＤの場合について記載されている。ＬＥＤがＩＩ－ＶＩ族化合物、またはＩＶ族半導体もしくは化合物をベースとした場合、これらの数値の屈折率値を適合させる必要があることは明らかである。

【0089】

本特許出願は、本明細書の一部とみなされる仏国特許出願第２０／１３５２１号明細書の優先権を主張している。

【図1】