(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】2023-12-26
(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 20100101AFI20231219BHJP
H01L 33/16 20100101ALI20231219BHJP
H01L 33/10 20100101ALI20231219BHJP
H01L 33/42 20100101ALI20231219BHJP
H01L 33/44 20100101ALI20231219BHJP
【ＦＩ】
H01L33/08
H01L33/16
H01L33/10
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 2023537133
(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】 EP2021083863
(87)【国際公開番号】W WO2022128485
(87)【国際公開日】2022-06-23
(31)【優先権主張番号】2013514
(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
5F241CA33
5F241CA34
5F241CA40
5F241CA41
5F241CA65
5F241CA66
5F241CA88
5F241CB11
5F241CB15
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）に関し、各発光ダイオードは、第１の波長で最大値を含む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）を含み、アレイは、第１の波長とは異なる少なくとも１つの第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たフォトニック結晶を形成する。
【選択図】図２
【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（１５）を備え、前記発光ダイオードの各々は、第１の波長（λＣ）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、前記第１の波長とは異なる少なくとも１つの第２の波長（λＴ１）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たフォトニック結晶を形成する、光電子デバイス（１０）。
【請求項2】
前記発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイ（１５）の少なくとも１つの第１の部分を覆う第１の光学フィルタ（ＦＲ）をさらに備え、前記第１の光学フィルタは、前記第１の波長（λＣ）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（λＴ１）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１に記載のデバイス。
【請求項3】
活性領域（２０）の発光スペクトルは、前記第２の波長（λＴ１）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4】
前記フォトニック結晶は、前記第１および第２の波長（λＣ、λＣＴ１）とは異なる少なくとも１つの第３の波長（λＴ２）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いる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項5】
前記活性領域（２０）の発光スペクトルは、前記第３の波長（λＴ２）でエネルギーを有する、請求項４に記載のデバイス。
【請求項6】
前記発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイ（１５）の少なくとも第２の部分を覆う第２の光学フィルタ（ＦＧ）をさらに備え、前記第２の光学フィルタは、前記第１および第２の波長（λＣ、λＣＴ１）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（λＴ２）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４または５に記載のデバイス。
【請求項7】
フォトニック結晶は、前記第１、第２および第３の波長（λＣ、λＣＴ１、λＣＴ２）とは異なる少なくとも１つの第４の波長（λＴ３）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いる、請求項４～６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４の波長（λＴ３）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9】
前記発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイ（１５）の少なくとも第３の部分を覆う第３の光学フィルタ（ＦＢ）をさらに備え、前記第３の光学フィルタは、前記第１、第２、第３の波長（λＣ、λＣＴ１、λＣＴ２）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（λＴ３）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７または８に記載のデバイス。
【請求項10】
前記発光ダイオード（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）、前記第１の半導体部分に接触した活性領域（２０）、および前記活性領域に接触した第２の半導体部分（２２）の積層体を備える、請求項１～９のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項11】
前記支持体（１２）と前記発光ダイオード（ＬＥＤ）の前記第１の半導体部分（１８）との間に反射層（１４）を備える、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項12】
前記反射層（１４）が金属で作られている、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）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前記放射線に対して少なくとも部分的に透明な導電層（２６）によって覆われている、請求項１０～１２のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項14】
前記発光ダイオード（ＬＥＤ）は、電気絶縁材料（２４）によって分離されている、請求項１～１３のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項15】
アキシャル発光ダイオードのアレイ（１５）を備える光電子デバイス（１０）を製造する方法であって、前記発光ダイオードの各々は、第１の波長（λＣ）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層（２０）を備え、前記アレイは、前記第１の波長とは異なる少なくとも１つの第２の波長（λＴ１）で前記発光ダイオードによる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たフォトニック結晶を形成する、方法。
【請求項16】
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で互いに分離されている第２の半導体部分（２２）を基板（４０）上に形成するステップと、
活性領域（２０）を各第１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１５に記載の方法。
【請求項17】
前記基板（４０）を除去するステップを含む、請求項１６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適合される。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】
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、転位および／または合金分離効果などの活性層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。従って、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、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ため、望ましい。
【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。
【発明の概要】
【0011】
一実施形態の目的は、発光ダイオードを含む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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
一実施形態の他の目的は、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である。
【0015】
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、各発光ダイオードは、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、第１の波長とは異なる少なくとも１つの第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たフォトニック結晶を形成する。
【0016】
一実施形態によれば、デバイスは、前述した発光ダイオードのアレイの少なくとも１つの第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の波長を含む第１の波長範囲にわたって前述した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述した増幅された放射線を通すように構成されている。
【0017】
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。
【0018】
一実施形態によれば、フォトニック結晶は、第１の波長および第２の波長とは異なる少なくとも１つの第３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いる。
【0019】
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。
【0020】
一実施形態によれば、デバイスは、前述した発光ダイオードの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の波長および第２の波長を含む第３の波長範囲にわたって前述した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述した増幅された放射線を通すように構成されている。
【0021】
一実施形態によれば、フォトニック結晶は、第１、第２および第３の波長とは異なる少なくとも１つの第４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いる。
【0022】
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。
【0023】
一実施形態によれば、デバイスは、前述した発光ダイオードの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述した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述した増幅された放射線を通すように構成されている。
【0024】
一実施形態によれば、デバイスは、発光ダイオードが載置された支持体を備え、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。
【0025】
一実施形態によれば、デバイスは、支持体と発光ダイオードの第１の半導体部分との間に反射層を備える。
【0026】
一実施形態によれば、反射層は金属で作られている。
【0027】
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。
【0028】
一実施形態によれば、発光ダイオードは電気絶縁材料によって分離されている。
【0029】
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を製造する方法を提供する。各発光ダイオードは、第１の波長で最大値を含む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層を備える。アレイは、第１の波長とは異なる少なくとも１つの第２の波長で発光ダイオードによる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たフォトニック結晶を形成する。
【0030】
一実施形態によれば、アレイの発光ダイオードを形成することは、アレイのピッチで互いに分離されている第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１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。
【0031】
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。
【図面の簡単な説明】
【0032】
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。
【0033】
【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6】光強度の変化曲線を概略的に示し、２つの共振を有する構成を示す図である。
【図7】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8】２つの共振を有する構成での放射線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選択方法を示す図である。
【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。
【図12】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13】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14】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15】第１の試験で測定した波長に応じた発光ダイオードの光強度の変化曲線を示す図である。
【図16】第２の試験で測定した波長に応じた発光ダイオードの光強度の変化曲線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
「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。
【0037】
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」型のスペクトルを有する場合、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。
【0038】
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。
【0039】
【0040】
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、下側半導体部分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）。
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、下側半導体部分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）。
【0041】
各発光ダイオードＬＥＤは、活性領域２０が下側半導体部分１８と一直線にあり、上側半導体部分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。下側半導体部分１８、活性領域２０および上側半導体部分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。
【0042】
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ってもよい。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
一実施形態によれば、下側半導体部分１８、上側半導体部分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。下側半導体部分１８および上側半導体部分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、下側半導体部分１８はＰドープＧａＮで作られ、上側半導体部分２２はＮドープＧａＮで作られている。
【0046】
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。そして、活性領域２０は、下側半導体部分１８および上側半導体部分２２を形成する半導体材料とは異なる半導体材料を含み、下側半導体部分１８および上側半導体部分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。
【0047】
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。
【0048】
下側半導体部分１８の高さｈ１、活性領域２０の高さｈ２、上側半導体部分２２の高さｈ３、電極層２６の厚さ、およびコーティングの厚さ２８の合計は、発光ダイオードＬＥＤの高さＨと呼ばれる。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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（破線）、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λＣで頂点を有する。曲線Ｃ２はターゲット波長λＴ１を中心とする狭い共振ピークに対応する。曲線Ｃ３は中心波長λＣにおける頂点Ｓとターゲット波長λＴ１におけるピークＰ１とを含む。特に、頂点Ｓにおける曲線Ｃ３の半値全幅は、ピークＰ１における曲線Ｃ３の半値全幅よりも、例えば、２倍、特に８倍～１５倍、例えば１０倍大きくてもよい。
【0059】
一実施形態によれば、ターゲット波長λＴ１で狭スペクトル光放射を放出する光電子デバイス１０を得ることは、ターゲット波長λＴ１よりも小さい波長を遮るように、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達成されてもよい。これは、コーティング２８に光学フィルタを提供することによって達成されてもよい。図５では、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スペクトルの遮られた部分がハッチングされている。その場合、光電子デバイス１０の発光面３０によって放出される放射線のスペクトルは、主にピークＰ１を含む。
【0060】
これにより、有利には、ターゲット波長λＴ１とは異なる中心波長λＣで最大強度を有する放射線を放出する活性領域２０を形成することが可能となる。また、有利には、半値における放射帯域がターゲット放射線の放射帯域よりも大きい放射線を放出する活性領域２０を使用することが可能となる。さらに、有利には、活性領域２０の製造が容易になることが可能となる。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λＴ１よりも小さい中心波長λＣ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、量子効率を改善した活性領域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、製造が容易な、中心波長λＣ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λＴ１で放射線を得ることが可能となる。さらに、下側半導体部分１８の高さｈ１および上側半導体部分２２の高さｈ２は、ピークの光強度がターゲット波長λＴ１で最大になるように、有利に決定される。
【0061】
図６は図５と類似した図であり、フォトニック結晶による増幅係数の変化曲線Ｃ２が、それぞれターゲット波長λＴ１およびλＴ２を中心とする２つの狭い共振ピークを含む点で異なる。その場合、曲線Ｃ３は、中心波長λＣにおける頂点Ｓ、ターゲット波長λＴ１におけるピークＰ１、およびターゲット波長λＴ２におけるピークＰ２を含む。
【0062】
図７は図５と類似した図であり、フォトニック結晶による増幅係数の変化曲線Ｃ２は、それぞれターゲット波長λＴ１、λＴ２およびλＴ３を中心とする３つの狭い共振ピークを含む点で異なる。曲線Ｃ３は、中心波長λＣにおける頂点Ｓ、ターゲット波長λＴ１におけるピークＰ１、ターゲット波長λＴ２におけるピークＰ２、および図７に示した中心波長λＣに実質的に等しいターゲット波長λＴ３におけるピークＰ３を含む。
【0063】
図８および図９は、それぞれ２つの共振ピークおよび３つの共振ピークを有する構成の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している。図５に関連して前述したように、ターゲット波長λＴ１を中心とする狭スペクトルの光放射を放出する光電子デバイスを得ることは、発光ダイオードの発光スペクトルの不要な部分を遮ることにより達成されてもよい。一例として、図８および図９では、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スペクトルの遮られた部分がハッチングされており、共振ピークの１つだけが保持されている。
【0064】
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り達成されてもよい。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り達成されてもよい。
【0065】
一実施形態によれば、少なくとも２つの共振ピークを含む発光構成において、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。
【0066】
一実施形態によれば、少なくとも３つの共振ピークを含む発光構成において、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。光電子デバイスは、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、第３のターゲット波長で第３の放射線を放出するように構成されており、したがって、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とは達成できる。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。
【0067】
一実施形態によれば、第１のグループの発光ダイオード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、第２のグループの発光ダイオード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、第３のグループの発光ダイオード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。
【0068】
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。
【0069】
【0070】
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。
【0071】
基板４０上にシード層４２を形成する。そして、シード層４２から発光ダイオードＬＥＤを形成する。より詳細には、上側半導体部分２２がシード層４２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４２は、上側半導体部分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、上側半導体部分２２上に活性領域２０を形成し、活性領域２０上に下側半導体部分１８を形成する。
【0072】
【0073】
発光ダイオードが設置される位置でシード層４２の一部のみを露出させるために、シード層４２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４２をエッチングしてもよい。
【0074】
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。
【0075】
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、下側半導体部分１８および上側半導体部分２２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。
【0076】
一実施形態によれば、上側半導体部分２２の高さは、所望の高さｈ３よりも大きい。実際には、特にシード層４２からの上側半導体部分２２の成長開始により、上側半導体部分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、半導体を直接にシード層４２上に形成すると、シード層４２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半導体部分２２の一部を除去することが望まれる場合がある。
【0077】
図１０Ｂ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している。層２４は、例えば、図１０Ａに示す構造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、下側半導体部分１８の上面を露出させる。次いで、層２４の上面を、各下側半導体部分１８の上面と実質的に面一にする。変形例として、方法は、下側半導体部分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。
【0078】
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。
【0079】
図１０Ｃ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。
【0080】
図１０Ｄ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。
【0081】
図１０Ｅは、基板４０およびシード層４２を除去した後に得られる構造体を示す。さらに、層２４および上側半導体部分２２は、各上側半導体部分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を正確に制御し、上側半導体部分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。
【0082】
図１０Ｆは、電極層２６の堆積後に得られる構造体を示す。
【0083】
図１０Ｇは、図１０Ｅに示す構造体の全体または一部上に少なくとも１つの光学フィルタを形成した後に得られる構造体を示す。例として、前述したように３つの共振ピークを有する構成では、それぞれが発光ダイオードＬＥＤの第１、第２、第３のグループに配置されている第１、第２、第３の光学フィルタＦＲ、ＦＧ、ＦＢが示されている。
【0084】
図１１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の各上側半導体部分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。部分的にエッチングするステップは、上側半導体部分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することが可能となる。
【0085】
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。下側半導体部分１８および上側半導体部分２２の屈折率は２．４～２．５の範囲である。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。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、下側半導体部分１８および上側半導体部分２２の高さは、決定的なパラメータではない。
【0086】
図１２、１３および１４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に直交する方向に対して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）、第２の波長は５３０ｎｍ（緑）、第３の波長は６３０ｎｍ（赤）である。
【0087】
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１２において実線の輪郭Ｂ、図１３において破線の輪郭Ｇ、図１４において一点鎖線の輪郭Ｒで概略的に示されている。
【0088】
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１２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。
【0089】
図１３では、図１２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１３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。
【0090】
図１４では、図１２の輪郭Ｂおよび図１３の輪郭Ｇが輪郭Ｒに重ねられている。これは、例として、図１４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。
【0091】
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に留意されたい。
【0092】
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。下側半導体部分１８、上側半導体部分２２および活性層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。
【0093】
第１の試験は、およそ１μｍに等しい高さＨ、４００ｎｍに等しいフォトニック結晶のピッチ「ａ」、および約２７０ｎｍ±２５ｎｍの発光ダイオードの六角形底面の外接円の直径というパラメータで実行された。図１４のシミュレーションで補正された約２９７ｎｍの直径を考慮すると、６３０ｎｍ波長における共振が予想される。
【0094】
図１５は、第１の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λに応じた変化曲線ＣＲを示す。およそ６４４ｎｍに等しい波長において強度ピークが効果的に得られている。
【0095】
第２の試験は、第１の試験と同じ底面寸法で、図１４のシミュレーションにおける輪郭Ｒ、ＧおよびＢに入るように各発光ダイオードの全体の平均直径をわずかに減少させるように変更された、活性領域（２０）を形成するためのエピタキシャル成長条件で実行された。第１の試験と比較して、変更されたパラメータは、増加された活性領域の量子障壁の厚さ、増加されたＩｎ／ＩＩＩ入力流量、および増加された温度である。
【0096】
図１６は、第２の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。
【0097】
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。
【0098】
本特許出願は、本明細書の一部を構成するものとみなされる仏国特許出願第２０／１３５１４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10A】
【図10B】
【図10C】
【図10D】
【図10E】
【図10F】
【図10G】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【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（１５）を備え、前記発光ダイオードの各々は、第１の波長（λＣ）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、前記第１の波長とは異なる少なくとも１つの第２の波長（λＴ１）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たフォトニック結晶を形成する、光電子デバイス（１０）。
【請求項2】
前記発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイ（１５）の少なくとも１つの第１の部分を覆う第１の光学フィルタ（ＦＲ）をさらに備え、前記第１の光学フィルタは、前記第１の波長（λＣ）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（λＴ１）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１に記載のデバイス。
【請求項3】
活性領域（２０）の発光スペクトルは、前記第２の波長（λＴ１）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4】
前記フォトニック結晶は、前記第１および第２の波長（λＣ、λＣＴ１）とは異なる少なくとも１つの第３の波長（λＴ２）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いる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項5】
前記活性領域（２０）の発光スペクトルは、前記第３の波長（λＴ２）でエネルギーを有する、請求項４に記載のデバイス。
【請求項6】
前記発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイ（１５）の少なくとも第２の部分を覆う第２の光学フィルタ（ＦＧ）をさらに備え、前記第２の光学フィルタは、前記第１および第２の波長（λＣ、λＣＴ１）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（λＴ２）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４に記載のデバイス。
【請求項7】
フォトニック結晶は、前記第１、第２および第３の波長（λＣ、λＣＴ１、λＣＴ２）とは異なる少なくとも１つの第４の波長（λＴ３）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いる、請求項４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４の波長（λＴ３）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9】
前記発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイ（１５）の少なくとも第３の部分を覆う第３の光学フィルタ（ＦＢ）をさらに備え、前記第３の光学フィルタは、前記第１、第２、第３の波長（λＣ、λＣＴ１、λＣＴ２）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（λＴ３）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７に記載のデバイス。
【請求項10】
前記発光ダイオード（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）、前記第１の半導体部分に接触した活性領域（２０）、および前記活性領域に接触した第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11】
前記支持体（１２）と前記発光ダイオード（ＬＥＤ）の前記第１の半導体部分（１８）との間に例えば金属で作られた反射層（１４）を備える、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項12】
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前記放射線に対して少なくとも部分的に透明な導電層（２６）によって覆われている、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項13】
前記発光ダイオード（ＬＥＤ）は、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14】
アキシャル発光ダイオードのアレイ（１５）を備える光電子デバイス（１０）を製造する方法であって、前記発光ダイオードの各々は、第１の波長（λＣ）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層（２０）を備え、前記アレイは、前記第１の波長とは異なる少なくとも１つの第２の波長（λＴ１）で前記発光ダイオードによる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たフォトニック結晶を形成する、方法。
【請求項15】
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で互いに分離されている第２の半導体部分（２２）を基板（４０）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１４に記載の方法。
【請求項16】
前記基板（４０）を除去するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【国際調査報告】