特表 2024-507745 希土類イオンを含む発光領域を有する発光ダイオード

(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】2024-02-21

(54)【発明の名称】希土類イオンを含む発光領域を有する発光ダイオード

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/08 20100101AFI20240214BHJP

   H01L 33/22 20100101ALI20240214BHJP

   H01L 33/32 20100101ALI20240214BHJP

【ＦＩ】

H01L33/08

H01L33/22

H01L33/32

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023547858

(86)(22)【出願日】2022-02-02

(85)【翻訳文提出日】2023-10-06

(86)【国際出願番号】 FR2022050200

(87)【国際公開番号】W WO2022171948

(87)【国際公開日】2022-08-18

(31)【優先権主張番号】2101228

(32)【優先日】2021-02-09

(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】502124444

【氏名又は名称】コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ

(71)【出願人】

【識別番号】506316557

【氏名又は名称】サントル ナショナル ドゥ ラ ルシェルシュ シアンティフィック

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】ブリュノ・ドーダン

(72)【発明者】

【氏名】グウェノレ・ジャコパン

【テーマコード（参考）】

5F241

【Ｆターム（参考）】

5F241AA12

5F241CA40

5F241CA65

5F241CA66

5F241CA71

5F241CB27

5F241CB36

5F241FF06

(57)【要約】

複数のピクセル（１０１）を備えるディスプレイデバイス（１００）を作製するための方法であって、各ピクセルの作製が、窒素原子、ならびにアルミニウム原子、および／またはガリウム原子、および／またはインジウム原子を含む化合物に相当する半導体のＰＩＮ接合部を形成するスタック（１０２）を作製するステップと、第１の発光領域、第２の発光領域、および第３の発光領域をそれぞれ形成するスタックの第１の領域（１１８）、第２の領域（１２０）、および第３の領域（１２２）にそれぞれ対面して配設された第１の開口部、第２の開口部、および第３の開口部（１１６）を備えるマスク（１１４）を介して、ネスト部分の第１のパート、第２のパート、および第３のパート中にそれぞれ第１の希土類イオン、第２の希土類イオン、および第３の希土類イオンを注入するステップとを含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のピクセル（１０１）を備えるディスプレイデバイス（１００）を作製するための方法であって、各ピクセル（１０１）の前記作製が、
ｎドープ半導体である第１の部分（１０４）と、前記第１の部分（１０４）上に配設された、意図せずにドープされた半導体である第３の部分と呼ばれる別の部分（１０８）とを少なくとも備えるスタック（１０２）を作製するステップであって、前記第１の部分（１０４）および前記第３の部分（１０８）の前記半導体は、窒素原子、ならびにアルミニウム原子、および／またはガリウム原子、および／またはインジウム原子を含む化合物に相当するものである、ステップと、次いで、
少なくとも１つの第１の発光領域を形成するように意図された前記スタック（１０２）の少なくとも１つの第１の領域（１１８）に対面して配設された少なくとも１つの第１の開口部（１１６）を備える第１のマスク（１１４）を介して、前記第３の部分（１０８）の少なくとも１つの第１のパート中に第１の希土類イオンを注入するステップと、
前記第１の領域（１１８）とは異なる、および少なくとも１つの第２の発光領域を形成するように意図された前記スタック（１０２）の少なくとも１つの第２の領域（１２０）に対面して配設された少なくとも１つの第２の開口部（１１６）を備える第２のマスク（１１４）を介して、前記第３の部分（１０８）の前記第１のパートとは異なる前記第３の部分（１０８）の少なくとも１つの第２のパート中に、前記第１の希土類イオンの性質とは異なる性質を有する第２の希土類イオンを注入するステップと、
前記第１の領域（１１８）および前記第２の領域（１２０）とは異なる、ならびに少なくとも１つの第３の発光領域を形成するように意図された前記スタック（１０２）の少なくとも１つの第３の領域（１２２）に対面して配設された少なくとも１つの第３の開口部（１１６）を備える第３のマスク（１１４）を介して、前記第３の部分（１０８）の前記第１のパートおよび前記第２のパートとは異なる前記第３の部分（１０８）の少なくとも１つの第３のパート中に、前記第１の希土類イオンおよび前記第２の希土類イオンの性質とは異なる性質を有する第３の希土類イオンを注入するステップと
を少なくとも含み、
前記スタック（１０２）は、ｐドープ半導体である第２の部分（１０６）をさらに備え、前記第３の部分（１０８）は、前記第１の部分（１０４）と前記第２の部分（１０６）との間に配設され、前記第２の部分（１０６）の前記半導体は、窒素原子、ならびにアルミニウム原子、および／またはガリウム原子、および／またはインジウム原子を含む化合物に相当するものであり、前記第２の部分（１０６）は、前記第１の希土類イオン、前記第２の希土類イオン、および前記第３の希土類イオンを注入する前記ステップの実施前または実施後に作製され、
前記スタック（１０２）の前記第１の領域（１１８）、前記第２の領域（１２０）、および前記第３の領域（１２２）は、前記スタック（１０２）の上方面に対して平行な平面内において相互に識別可能である、方法。

【請求項2】

前記第２の部分（１０６）の前記半導体は、マグネシウム原子および／またはインジウム原子でドープされる、および／または
前記第１の部分（１０４）の前記半導体は、ケイ素原子および／またはゲルマニウム原子でドープされる、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記第２の部分（１０６）の前記半導体中のマグネシウムの原子濃度が、１０^２０ａｔ／ｃｍ^３～１０^２１ａｔ／ｃｍ^３の間である、および／または
前記第１の部分（１０４）の前記半導体中のケイ素および／またはゲルマニウムの原子濃度が、１０^１９ａｔ／ｃｍ^３～１０^２０ａｔ／ｃｍ^３の間である、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記第１の希土類イオン、前記第２の希土類イオン、および前記第３の希土類イオンは、前記第１の発光領域、前記第２の発光領域、および前記第３の発光領域が、赤色、緑色、および青色のそれぞれの波長を発することが可能となるように選択される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

各ピクセル（１０１）の前記作製に関して、前記第１の領域（１１８）、前記第２の領域（１２０）、および前記第３の領域（１２２）とは異なる、ならびに少なくとも１つの第４の発光領域を形成するように意図された前記スタック（１０２）の少なくとも１つの第４の領域（１２４）に対面して配設された少なくとも１つの第４の開口部（１１６）を備える第４のマスク（１１４）を介して、前記第３の部分（１０８）の前記第１のパート、前記第２のパート、および前記第３のパートとは異なる前記第３の部分（１０８）の少なくとも第４のパート中に、前記第３の希土類イオンを注入する前記ステップ後に実施される、第４の希土類イオンを注入するステップをさらに含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

前記第１の希土類イオン、前記第２の希土類イオン、前記第３の希土類イオン、および前記第４の希土類イオンを注入する前記ステップは、前記第１の発光領域、前記第２の発光領域、前記第３の発光領域、および前記第４の発光領域が、各ピクセル（１０１）内において２×２マトリクスの形態で構成されるように実施される、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記第１の希土類イオン、前記第２の希土類イオン、および前記第３の希土類イオンは、ユーロピウムイオン、テルビウムイオンおよび／またはエルビウムイオン、ならびにツリウムイオンから選択される、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記スタック（１０２）は、基板（１１０）上に作製され、前記スタック（１０２）は、前記基板（１１０）と前記第１の部分（１０４）との間に配設されたｎドープＧａＮ部分（１１２）を少なくともさらに備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

前記スタック（１０２）は、
ナノワイヤを成長させるステップ、
平坦層を堆積するステップ、または
平坦層を堆積し、次いで前記堆積された層をエッチングしてナノワイヤを形成するステップ
を実施することによって作製される、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

前記スタック（１０２）が前記ナノワイヤ成長ステップの実施により作製される場合に、前記スタック（１０２）を作製する前記ステップの後におよび前記第１の希土類イオンを注入する前記ステップの前に実施される、前記ナノワイヤ同士の間に電気絶縁材料を堆積するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記第１の部分（１０４）、前記第２の部分（１０６）、および前記第３の部分（１０８）の前記半導体は、ＡｌＮを含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項12】

前記第１のマスク、前記第２のマスク、および前記第３のマスクは、同一のハードマスク（１１４）に相当するものであり、前記ハードマスク（１１４）は、前記第１の希土類イオン、前記第２の希土類イオン、および前記第３の希土類イオンを注入する前記ステップの最中において、前記スタック（１０２）に対する位置が相互に異なり、
前記方法が、請求項５に従属し、前記第４の希土類イオンを注入する前記ステップを含む場合に、前記第４のマスクは、前記第１のマスク、前記第２のマスク、および前記第３のマスクを形成するものと同一のハードマスクに相当するものであり、前記第４の希土類イオンを注入する前記ステップの最中における前記スタック（１０２）に対する前記第４のマスクの位置は、前記第１の希土類イオン、前記第２の希土類イオン、および前記第３の希土類イオンを注入する前記ステップの最中における前記スタック（１０２）に対する前記第４のマスクの位置とは異なる、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項13】

前記第１のマスクは、感光性樹脂の上に配置され、前記第２の希土類イオンを注入する前記ステップ前に除去され、
前記第２のマスクは、感光性樹脂の上に配置され、前記第２の希土類イオンを注入する前記ステップの後に除去され、
前記第３のマスクは、感光性樹脂の上に配置され、前記第３の希土類イオンを注入する前記ステップ後に除去され、
前記方法が、請求項５に従属し、前記第４の希土類イオンを注入する前記ステップを含む場合に、前記第４のマスクは、感光性樹脂の上に配置され、前記第４の希土類イオンを注入する前記ステップの後に除去される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項14】

複数のピクセル（１０１）を有するディスプレイデバイス（１００）であって、各ピクセルは、
ｎドープ半導体である第１の部分（１０４）、ｐドープ半導体である第２の部分（１０６）、および前記第１の部分（１０４）と前記第２の部分（１０６）との間に配設された意図せずにドープされた半導体である第３の部分（１０８）を少なくとも備えるスタック（１０２）であって、前記第１の部分（１０４）、前記第２の部分（１０６）、および前記第３の部分（１０８）の前記半導体は、窒素原子、ならびにアルミニウム原子、および／またはガリウム原子、および／またはインジウム原子を含む化合物に相当するものである、スタック（１０２）と、
少なくとも１つの第１の発光領域を形成するように意図された前記スタック（１０２）の少なくとも１つの第１の領域（１１８）に帰属する前記第３の部分（１０８）の少なくとも１つの第１のパート中に注入された第１の希土類イオンと、
前記第３の部分（１０８）の前記第１のパートとは異なる、および少なくとも１つの第２の発光領域を形成するように意図された前記第１の領域（１１８）とは異なる前記スタック（１０２）の少なくとも１つの第２の領域（１２０）に帰属する、前記第３の部分（１０８）の少なくとも１つの第２のパート中に注入された、前記第１の希土類イオンの性質とは異なる性質を有する第２の希土類イオンと、
前記第３の部分（１０８）の前記第１のパートおよび前記第２のパートとは異なる、ならびに少なくとも１つの第３の発光領域を形成するように意図された前記第１の領域（１１８）および前記第２の領域（１２０）とは異なる前記スタック（１０２）の少なくとも１つの第３の領域（１２２）に帰属する、前記第３の部分（１０８）の少なくとも１つの第３のパート中に注入された、前記第１の希土類イオンおよび前記第２の希土類イオンの性質とは異なる性質を有する第３の希土類イオンと
を少なくとも備え、
前記スタック（１０２）の前記第１の領域（１１８）、前記第２の領域（１２０）、および前記第３の領域（１２２）は、前記スタック（１０２）の上方面に対して平行な平面内において相互に識別可能である、ディスプレイデバイス（１００）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発光ダイオードすなわちＬＥＤを使用するディスプレイデバイスの分野に関し、より詳細にはＬＥＤを使用するマイクロディスプレイデバイスの分野に関する。

【背景技術】

【0002】

これらのディスプレイデバイス、具体的には、例えばスマートフォン画面などに使用されるマイクロディスプレイデバイスは、ピクセルセットを備える。各ピクセルは、少なくとも３つのＬＥＤまたはマイクロＬＥＤを備え、各ＬＥＤまたはマイクロＬＥＤは、サブピクセルを形成し、以下の三原色、すなわち赤色、緑色、および青色の中の１つを局所的に発色する。この場合には、ＲＢＧピクセルが考慮される。

【0003】

かかるディスプレイデバイスは、画素数が多い場合には、一般的には支持体上に様々なＬＥＤをアセンブルすることによって作製される。このアセンブリングステップは、欠陥を生じさせることなく実施されるようなデリケートなものである。しかし、これらの欠陥が１つでも存在すれば、「ブラック」ピクセルと呼ばれる所望の色を発色しないピクセルが生じ、これは販売を目的としたディスプレイデバイスの場合には許容され得るものではない。

【0004】

現行では、かかるディスプレイデバイスを作製するために使用されるＬＥＤは、有機材料を一般的に含み、ＯＬＥＤ（「有機発光ダイオード」）と呼ばれる。赤色、緑色、および青色のこれらの３色は、それぞれ異なる有機材料から得られる。色毎に、大きな表面を有する構造体が製造され、次いでそれぞれがＬＥＤに相当する小さな要素に切り分けられ、その後に最終アセンブリングがなされる。この解決策は、高額の費用がかかり、信頼性が限定的である。

【0005】

さらに、ＯＬＥＤベースディスプレイデバイスの輝度は、限定的なものに留まる。この輝度は、半導体から作製されたＬＥＤを使用することにより改善され得る。実際に、窒化物ベース半導体材料は、青色については非常に効率的であり緑色についてはやや効率性が劣るＬＥＤの製造を可能にする。具体的には、組み込まれるインジウムの量がＬＥＤの発光波長を修正するために調整される、ＧａＮ／ＩｎＧａＮヘテロ構造が使用される。しかし、これらの窒化物ベース半導体材料は、この同技術によれば、青色ＬＥＤまたは緑色ＬＥＤと同様の効率性を有する赤色ＬＥＤを実現することはできない。したがって、赤色サブピクセルを形成するために、異なる族の材料を、すなわちリン化物（ＧａＰ／ＧａＩｎＰ）の材料を使用することが必要となる。欠陥を伴わずに多数のＬＥＤをアセンブルすることに関連するこの技術上の複雑さおよび難点により、作製が可能なディスプレイデバイスの性能およびサイズは、現行では限定されている。

【0006】

また、ＧａＮナノワイヤまたはＡｌＮナノワイヤに希土類イオンを注入することにより単色ＬＥＤを作製することが知られている。しかし、この解決策もまた、このように作製されるサブピクセルのアセンブリングおよび結果として生じる欠陥に関連する問題に直面する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の目的は、このＬＥＤタイプの複数の単色サブピクセルから形成されたピクセルを備え、これらの各ピクセルの形成のために個別に作製される複数のサブピクセルのアセンブリングに関連する欠点を有さない、ディスプレイデバイスの作製を可能にする解決策を提示することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

これを目的として、複数のピクセルを備えるディスプレイデバイスを作製するための方法が説明される。各ピクセルの作製は、
ｎドープ半導体である第１の部分と、ｐドープ半導体である第２の部分と、第１の部分と第２の部分との間に配設された意図せずにドープされた半導体である第３の部分とを少なくとも備えるスタックを作製するステップであって、第１の部分、第２の部分、および第３の部分の半導体が、窒素原子、ならびにアルミニウム原子、および／またはガリウム原子、および／またはインジウム原子を含む化合物に相当するものである、ステップと、
少なくとも１つの第１の発光領域すなわち少なくとも１つの第１のサブピクセルを形成するように意図されたスタックの少なくとも１つの第１の領域に対面して配設された少なくとも１つの第１の開口部を備える第１のマスクを介して、第３の部分の少なくとも１つの第１のパート中に第１の希土類イオンを注入するステップと、
第１の領域とは異なる、および少なくとも１つの第２の発光領域すなわち少なくとも１つの第２のサブピクセルを形成するように意図されたスタックの少なくとも１つの第２の領域に対面して配設された少なくとも１つの第２の開口部を備える第２のマスクを介して、第３の部分の第１のパートとは異なる第３の部分の少なくとも１つの第２のパート中に、第１の希土類イオンの性質とは異なる性質を有する第２の希土類イオンを注入するステップと、
第１の領域および第２の領域とは異なる、ならびに少なくとも１つの第３の発光領域を形成するように意図されたスタックの少なくとも１つの第３の領域に対面して配設された少なくとも１つの第３の開口部を備える第３のマスクを介して、第３の部分の第１のパートおよび第２のパートとは異なる第３の部分の少なくとも１つの第３のパート中に、第１の希土類イオンおよび第２の希土類イオンの性質とは異なる性質を有する第３の希土類イオンを注入するステップとを少なくとも含む。

【0009】

さらに、複数のピクセルを備えるディスプレイデバイスを作製するための方法が提案される。各ピクセルの作製は、
ｎドープ半導体である少なくとも１つの第１の部分と、第１の部分上に配設された、意図せずにドープされた半導体である第３の部分と呼ばれる別の部分とを備えるスタックを作製するステップであって、第１の部分および第３の部分の半導体が、窒素原子、ならびにアルミニウム原子、および／またはガリウム原子、および／またはインジウム原子を含む化合物に相当するものである、ステップと、
少なくとも１つの第１の発光領域を形成するように意図されたスタックの少なくとも１つの第１の領域に対面して配設された少なくとも１つの第１の開口部を備える第１のマスクを介して、第３の部分の少なくとも１つの第１のパート中に第１の希土類イオンを注入するステップと、
第１の領域とは異なる、および少なくとも１つの第２の発光領域を形成するように意図されたスタックの少なくとも１つの第２の領域に対面して配設された少なくとも１つの第２の開口部を備える第２のマスクを介して、第３の部分の第１のパートとは異なる第３の部分の少なくとも１つの第２のパート中に、第１の希土類イオンの性質とは異なる性質を有する第２の希土類イオンを注入するステップと、
第１の領域および第２の領域とは異なる、ならびに少なくとも１つの第３の発光領域を形成するように意図されたスタックの少なくとも１つの第３の領域に対面して配設された少なくとも１つの第３の開口部を備える第３のマスクを介して、第３の部分の第１のパートおよび第２のパートとは異なる第３の部分の少なくとも１つの第３のパート中に、第１の希土類イオンおよび第２の希土類イオンの性質とは異なる性質を有する第３の希土類イオンを注入するステップと
を少なくとも含み、
スタックは、ｐドープ半導体である第２の部分をさらに備え、第３の部分は、第１の部分と第２の部分との間に配設され、第２の部分の半導体は、窒素原子、ならびにアルミニウム原子、および／またはガリウム原子、および／またはインジウム原子を含む化合物に相当するものであり、第２の部分は、第１の希土類イオン、第２の希土類イオン、および第３の希土類イオンを注入するステップの実施前または実施後に作製され、
スタックの第１の領域、第２の領域、および第３の領域は、スタックの上方面に対して平行な平面内において相互に識別可能である。

【0010】

スタックの前記少なくとも１つの第１の領域は、意図せずにドープされた半導体である第３の部分の前記少なくとも１つの第１のパートを備える。スタックの前記少なくとも１つの第１の領域、および意図せずにドープされた半導体である第３の部分の前記少なくとも１つの第１のパートは、第１のマスクの前記少なくとも１つの第１の開口部の形状および寸法により、第１のマスクが上に配設されるスタックの面に対して平行な平面内において幾何学的に（形状および寸法）画定される。

【0011】

スタックの前記少なくとも１つの第２の領域は、意図せずにドープされた半導体である第３の部分の前記少なくとも１つの第２のパートを備える。スタックの前記少なくとも１つの第２の領域、および意図せずにドープされた半導体である第３の部分の前記少なくとも１つの第２のパートは、第２のマスクの前記少なくとも１つの第２の開口部の形状および寸法により、第２のマスクが上に配設されるスタックの面に対して平行な平面内において幾何学的に（形状および寸法）画定される。

【0012】

スタックの前記少なくとも１つの第３の領域は、意図せずにドープされた半導体である第３の部分の前記少なくとも１つの第３のパートを備える。スタックの前記少なくとも１つの第３の領域、および意図せずにドープされた半導体である第３の部分の前記少なくとも１つの第３のパートは、第３のマスクの前記少なくとも１つの第３の開口部の形状および寸法により、第３のマスクが上に配設されるスタックの面に対して平行な平面内において幾何学的に（形状および寸法）画定される。

【0013】

この方法は、注入される希土類イオンの性質に依存する可視範囲の種々の波長の光を発することが可能なＬＥＤを形成する複数の発光領域すなわちサブピクセルを実現するために、ディスプレイデバイスのピクセルのＰＮ接合部を形成するまたは形成するように意図されたスタックの種々の領域中に、局所的な様式で希土類イオンの注入を連続的に実施することを提案する。したがって、ディスプレイデバイスのサブピクセルは、同一の半導体スタック中に連続的にｉｎ－ｓｉｔｕ作製され、したがってディスプレイデバイスのピクセルを形成するために個別に作製されたＬＥＤのアセンブリングを実施することが回避される。

【0014】

第１の構成では、第２の部分は、希土類イオン注入ステップの実施前に作製され得る。この場合に、スタックの第１の部分、第２の部分、および第３の部分は、第２の部分が完成するまで中断されない成長によって作製され得る。次いで、希土類イオンが、半導体の第３の部分の種々のパートに到達するまで第２の部分を貫通して注入される。

【0015】

第２の構成では、第２の部分は、希土類イオン注入ステップの実施後に作製され得る。この場合に、半導体である第１の部分および第３の部分は、成長により作製され得る。次いで、成長が中断され、注入が実施され得る。この第２の構成では、注入された希土類イオンは、半導体の第２の部分を横断する必要はなく、これにより、より低いエネルギーでのイオン注入ステップの実施と、実現される注入プロファイルに関するばらつきの軽減とが可能になる。注入の実施後に、成長が再開されて、半導体の第２の部分が作製され、かくしてディスプレイデバイスのピクセルを形成するＰＮ接合部の作製が完了し得る。

【0016】

さらに、この方法は、有機材料を使用せず、場合によってはＯＬＥＤベースディスプレイデバイスの場合に実現される輝度よりも優れた輝度を実現することを可能にする。

【0017】

さらに、希土類イオンの発光の特徴である低スペクトル幅の実現により、ＯＬＥＤベースディスプレイデバイスに比べてより多様な色範囲を実現することが場合によっては可能になる。

【0018】

有利には、この方法は、ＲＧＢピクセルディスプレイデバイスを作製するために実施される。すなわち、それぞれが、赤色、緑色、および青色に相当する波長を発する少なくとも３つのサブピクセルを備える。しかし、一般的には、この方法は、それぞれが異なる波長を発し必ずしもＲＧＢピクセルに相当するものではない、少なくとも３つのサブピクセルをそれぞれが備える複数のピクセルを備えるディスプレイデバイスを作製するために実施され得る。

【0019】

この方法は、大面積ディスプレイデバイスを、すなわち例えば５×７ｃｍ^２などの寸法を有するディスプレイデバイスを作製するために実施され得る。これらのデバイスの複数を後にアセンブルすることにより、コンピュータ画面もしくはテレビ画面のサイズに相当するように、またはウォールディスプレイ用のサイズに相当するように、最終デバイスのサイズを任意の大きさに拡大することが可能になり得る。

【0020】

文献全体を通じて、「ＬＥＤ」という語は、寸法の相違に関わらずＬＥＤまたはマイクロＬＥＤを示すために使用される。

【0021】

この方法では、希土類イオン注入ステップは、スタック、すなわち第１の部分および第３の部分を少なくとも備え、第１の構成の場合には第２の部分をさらに備え得るスタックの少なくともパートの作製後に実施される。

【0022】

第１の部分、第２の部分、および第３の部分の半導体は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、またはＡｌＧａＩｎＮに相当するものであってもよい。

【0023】

意図せずにドープされた半導体すなわちネストは、ドーピングステップを受けていないが、このドーピングステップの最中にドーピング原子が注入された半導体に相当する。

【0024】

さらに、複数のピクセルを備えるディスプレイデバイスを作製するための方法が提案される。前記方法は、
ｎドープ半導体である少なくとも１つの第１の部分と、ｐドープ半導体である少なくとも１つの第２の部分と、第１の部分と第２の部分との間に配設された意図せずにドープされた半導体である少なくとも１つの第３の部分とを備えるスタックを作製するステップであって、第１の部分、第２の部分、および第３の部分の半導体は、窒素原子、ならびにアルミニウム原子、および／またはガリウム原子、および／またはインジウム原子を含む化合物に相当するものである、ステップと、
第３の部分の第１のパートを備え、各ピクセルに少なくとも１つの第１の発光領域すなわち少なくとも１つの第１のサブピクセルを形成するように意図された、スタックの第１の領域に対面して配設された第１の開口部を備える第１のマスクを介して、第３の部分の第１のパート中に第１の希土類イオンを注入するステップと、
第１の領域とは異なる、および各ピクセルに少なくとも１つの第２の発光領域すなわち少なくとも１つの第２のサブピクセルを形成するように意図された、第３の部分の第２のパートを備えるスタックの第２の領域に対面して配設された第２の開口部を備える第２のマスクを介して、第３の部分の第１のパートとは異なる第３の部分の第２のパート中に、第１の希土類イオンの性質とは異なる性質を有する第２の希土類イオンを注入するステップとを少なくとも含む。

【0025】

さらに、複数のピクセルを備えるディスプレイデバイスを作製するための方法が提案される。前記方法は、
ｎドープ半導体である少なくとも１つの第１の部分と、第１の部分上に配設された意図せずにドープされた半導体である第３の部分と呼ばれる別の部分とを備えるスタックを作製するステップであって、第１の部分および第３の部分の半導体は、窒素原子、ならびにアルミニウム原子、および／またはガリウム原子、および／またはインジウム原子を含む化合物に相当するものである、ステップと、
第３の部分の第１のパートを備え、各ピクセルに少なくとも１つの第１の発光領域すなわち少なくとも１つの第１のサブピクセルを形成するように意図された、スタックの第１の領域に対面して配設された第１の開口部を備える第１のマスクを介して、第３の部分の第１のパート中に第１の希土類イオンを注入するステップと、
第１の領域とは異なる、および各ピクセルに少なくとも１つの第２の発光領域すなわち少なくとも１つの第２のサブピクセルを形成するように意図された、第３の部分の第２のパートを備えるスタックの第２の領域に対面して配設された第２の開口部を備える第２のマスクを介して、第３の部分の第１のパートとは異なる第３の部分の第２のパート中に、第１の希土類イオンの性質とは異なる性質を有する第２の希土類イオンを注入するステップとを少なくとも含み、
スタックは、ｐドープ半導体である第２の部分をさらに備え、第３の部分は、第１の部分と第２の部分との間に配設され、第２の部分の半導体は、窒素原子、ならびにアルミニウム原子、および／またはガリウム原子、および／またはインジウム原子を含む化合物に相当するものであり、第２の部分は、第１の希土類イオン、第２の希土類イオン、および第３の希土類イオンを注入するステップの実施前または実施後に作製され、
スタックの第１の領域、第２の領域、および第３の領域は、スタックの上方面に対して平行な平面内において相互に識別可能である。

【0026】

さらに、この方法は、第１の領域および第２の領域とは異なる、ならびに各ピクセルに少なくとも１つの第３の発光領域すなわち少なくとも１つの第３のサブピクセルを形成するように意図された、第３の部分の第３のパートを備えるスタックの第３の領域に対面して配設された第３の開口部を備える第３のマスクを介して、第３の部分の第１のパートおよび第２のパートとは異なる第３の部分の第３のパート中に、第１の希土類イオンおよび第２の希土類イオンの性質とは異なる性質を有する第３の希土類イオンを注入するステップをさらに含み得る。

【0027】

この方法において実施される希土類イオン注入ステップはそれぞれ、少なくとも１つのタイプの希土類イオンの注入に相当する。換言すれば、これらの注入ステップはそれぞれ、１つまたは複数の異なるタイプの希土類イオンの、および任意には希土類イオンに相当しない原子の注入に相当し得る。例えば、所与の色彩に関して希土類イオンの発光の化学プロセスを最適化するために、同一の発光領域中に２つの異なるタイプの希土類イオンを、場合によっては希土類イオンに相当しない原子と共に注入することが可能である。

【0028】

さらに、実施される希土類イオン注入ステップのそれぞれは、各ピクセルに存在するマスク開口部の個数に応じて、したがって各注入ステップにおいて各ピクセルに対してイオンが注入される第３の部分のパートの個数に応じて、各ピクセル中に１つまたは複数のサブピクセルを形成することが可能である。

【0029】

ある特定の実施形態では、第２の部分の半導体は、マグネシウム原子および／またはインジウム原子でドープされることが可能であり、および／または第１の部分の半導体は、ケイ素原子および／またはゲルマニウム原子でドープされることが可能である。

【0030】

希土類イオンが注入された半導体からの発光に伴う電子遷移は、希土類イオンの４ｆ電子殻に帰属する深い電子において発生する電子遷移に相当する。外方殻の電子によるこの殻のスクリーニングにより、発光は、非常に安定的なものとなり、結晶性または非晶質の半導体または絶縁体であり得る周辺材料の性質から独立したものとなる。これらの希土類イオンが半導体中に注入されると、４ｆ電子殻にて発生する電子遷移が電流の通過により励起され、次いで基底状態への復帰が発光により達成され得る。一方では励起および結合の効率性が、ならびに他方では励起発光寿命が、希土類イオンが注入される半導体のギャップの数値による影響を被りやすい。このギャップがより大きいほど、全体的な効率性は高くなる。本明細書において説明される方法では、第２の部分のｐドープ半導体のマグネシウム原子およびインジウム原子でのドーピングにより、例えばＡｌＮなどのワイドギャップ半導体を使用することが可能となり、これにより非常に優れた光効率を有する発光領域を実現することが可能となる。

【0031】

第２の部分の半導体中にインジウムが存在することにより、インジウムを全く含まないこの同一の半導体と比較して、より多数のドーピングマグネシウム原子を混入させることが可能となる。なぜならば、実現されるマグネシウムの原子濃度は、半導体中に存在するインジウムの量に比例するからである。したがって、この例では、第２の部分の半導体において実現され得るｐ型ドーピングレベルは、より高くなり、より高い電流注入およびより優れた電流線分布の実現を可能にする。例えば、ＡｌＮまたはＡｌＧａＮの中にインジウムが存在することにより、これらの材料中におけるマグネシウム可溶性限度を約１０倍に等しい倍数まで上昇させることが可能となり、したがってこの半導体において実現可能なドーピングレベルを上昇させる。

【0032】

半導体がインジウムを含む場合に、より多数のマグネシウム原子を混入させることが可能になることは、予想外である。なぜならば、これらの２つのタイプの原子は、それぞれ別個にＡｌＮに注入された場合には圧縮応力を引き起こすからである。したがって、インジウムの付加はマグネシウムの付加により引き起こされる弾性応力の緩和に寄与しないため、インジウムおよびマグネシウムの同時注入が弾性エネルギーの蓄積に関して好適なものとなるという先験的根拠は存在しない。

【0033】

第２の部分の半導体中におけるマグネシウムの原子濃度は、１０^２０ａｔ／ｃｍ^３～１０^２１ａｔ／ｃｍ^３の間であってもよく、もしくは１０^２０ａｔ／ｃｍ^３超であってもよい、および／または第１の部分の半導体中のケイ素および／またはゲルマニウムの原子濃度は、１０^１９ａｔ／ｃｍ^３～１０^２０ａｔ／ｃｍ^３の間であってもよい。マグネシウムのかかる原子濃度は、例えばマグネシウムの原子濃度とインジウムの原子濃度との比が１～２０の間であるか、または１～５０の間であるか、またはさらには１～１００の間である、および好ましくは約１０である場合などに実現される。この構成により、第２の部分の半導体の良好なレベルのｐ型ドーピングを実現することが可能となる。なぜならば、例えばかかるドーピングレベルにおけるマグネシウムの有効電離エネルギーが、大幅に低下するからである。したがって、この構成により、第２の部分が金属電極と類似するまたは同様の導電性を有することによる、ＬＥＤ中への良好な電流注入が可能となる。

【0034】

有利には、第１の希土類イオン、第２の希土類イオン、および第３の希土類イオンは、第１の発光領域、第２の発光領域、および第３の発光領域が、赤色、緑色、および青色のそれぞれの波長を発することが可能となるように選択され得る。このように作製されたピクセルは、ＲＧＢピクセルに相当するものとなる。

【0035】

さらに、本方法は、各ピクセルの作製に関して、第１の領域、第２の領域、および第３の領域とは異なる、ならびに少なくとも１つの第４の発光領域すなわち少なくとも１つの第４のサブピクセルを形成するように意図されたスタックの少なくとも１つの第４の領域に対面して配設された少なくとも１つの第４の開口部を備える第４のマスクを介して、第３の部分の第１のパート、第２のパート、および第３のパートとは異なる第３の部分の少なくとも１つの第４のパート中に、第３の希土類イオンを注入するステップ後に実施される、有利には第１の希土類イオン、第２の希土類イオン、または第３の希土類イオンと同様の性質を有する第４の希土類イオンを注入するステップをさらに含んでもよい。

【0036】

スタックの前記少なくとも１つの第４の領域は、意図せずにドープされた半導体である第３の部分の前記少なくとも１つの第４のパートを備える。スタックの前記少なくとも１つの第４の領域および意図せずにドープされた半導体である第３の部分の前記少なくとも１つの第４のパートは、第４のマスクの前記少なくとも１つの第４の開口部のセクションにより、第４のマスクが上に配設されるスタックの面に対して平行な平面内において幾何学的に（形状および寸法）画定される。

【0037】

この場合に、有利には、第１の希土類イオン、第２の希土類イオン、第３の希土類イオン、および第４の希土類イオンを注入するステップは、第１の発光領域、第２の発光領域、第３の発光領域、および第４の発光領域が、各ピクセル内において２×２マトリクスの形態で、すなわち２行および２列を形成する構成で構成されるように、実施され得る。

【0038】

各発光領域は、サブピクセルを画定する。サブピクセルは、平坦層スタックからまたはナノワイヤの形態の材料スタックから作製されることが可能である。各ピクセルは、少なくとも３つの異なる発光領域を備える。

【0039】

第１の希土類イオン、第２の希土類イオン、および第３の希土類イオンは、ユーロピウムイオン（赤色発光を可能にする）、テルビウムイオンおよび／またはエルビウムイオン（緑色発光を可能にする）、ならびにツリウムイオン（青色発光を可能にする）から選択され得る。また、プラセオジムイオン（赤色発光を可能にする）、および／またはホルミウム（緑色発光を可能にする）、および／またはセリウム（青色発光を可能にする）を使用することが可能である。

【0040】

このスタックは、基板上に作製することが可能であり、基板と第１の部分との間に配設された少なくとも１つのｎドープＧａＮ部分をさらに備え得る。この場合に、かかるｎドープＧａＮ部分は、例えば半導体基板、非晶質基板、または金属基板などの任意のタイプの基板上におけるｎドープ半導体である第１の部分の成長を開始させることが可能である。

【0041】

スタックは、
ナノワイヤを成長させるステップ、
平坦層を堆積するステップ、または
平坦層を堆積し、次いで堆積された層をエッチングしてナノワイヤを形成するステップを実施することによって作製され得る。

【0042】

この場合に、この方法は、スタックがナノワイヤ成長ステップの実施により作製される場合に、スタックを作製するステップの後におよび第１の希土類イオンを注入するステップの前に実施される、ナノワイヤ同士の間に電気絶縁材料を堆積するステップをさらに含み得る。

【0043】

より一般的には、デバイスは、スタックの種々の部分を形成する層スタック、または相互に隣接して配設され共にスタックの種々の部分を形成する複数のナノワイヤを備え得る。

【0044】

第１の部分、第２の部分、および第３の部分の半導体は、ＡｌＮを含むことが可能である。

【0045】

第１の実施形態では、本方法は、
第１のマスク、第２のマスク、および第３のマスクが、同一のハードマスクに相当するものであり、このハードマスクが、第１の希土類イオン、第２の希土類イオン、および第３の希土類イオンを注入するステップの最中において、スタックに対する位置が相互に異なり、
この方法が第４の希土類イオンを注入するステップを含む場合に、第４のマスクが、第１のマスク、第２のマスク、および第３のマスクを形成するものと同一のハードマスクに相当するものであり、第４の希土類イオンを注入するステップの最中におけるスタックに対する第４のマスクの位置が、第１の希土類イオン、第２の希土類イオン、および第３の希土類イオンを注入するステップの最中におけるスタックに対する第４のマスクの位置とは異なるようなものであることが可能である。

【0046】

第２の実施形態では、本方法は、
第１のマスクが、感光性樹脂の上に配置され、第２の希土類イオンを注入するステップの前に除去され、
第２のマスクが、感光性樹脂の上に配置され、第２の希土類イオンを注入するステップの後に除去され、
第３のマスクが、感光性樹脂の上に配置され、第３の希土類イオンを注入するステップの後に除去され、
本方法が第４の希土類イオンを注入するステップを含む場合に、第４のマスクが、感光性樹脂の上に配置され、第４の希土類イオンを注入するステップの後に除去されるようなものであることが可能である。

【0047】

この第２の実施形態は、標準的なマイクロエレクトロニクス技術を利用するという利点を有し、これにより経済的に有利なものとなる。

【0048】

また、本発明は、複数のピクセルを有するディスプレイデバイスに関する。各ピクセルは、
ｎドープ半導体である少なくとも１つの第１の部分、ｐドープ半導体である少なくとも１つの第２の部分、および第１の部分と第２の部分との間に配設された意図せずにドープされた半導体である少なくとも１つの第３の部分を備えるスタックであって、第１の部分、第２の部分、および第３の部分の半導体が、窒素原子、ならびにアルミニウム原子、および／またはガリウム原子、および／またはインジウム原子を含む化合物に相当するものである、スタックと、
少なくとも１つの第１の発光領域すなわち少なくとも１つの第１のサブピクセルを形成するように意図されたスタックの少なくとも１つの第１の領域に帰属する第３の部分の少なくとも１つの第１のパート中に注入された第１の希土類イオンと、
第３の部分の第１のパートとは異なる、および少なくとも１つの第２の発光領域すなわち少なくとも１つの第２のサブピクセルを形成するように意図された第１の領域とは異なるスタックの少なくとも１つの第２の領域に帰属する、第３の部分の少なくとも１つの第２のパート中に注入された、第１の希土類イオンの性質とは異なる性質を有する第２の希土類イオンと、
第３の部分の第１のパートおよび第２のパートとは異なる、ならびに少なくとも１つの第３の発光領域すなわち少なくとも１つの第３のサブピクセルを形成するように意図された第１の領域および第２の領域とは異なるスタックの少なくとも１つの第３の領域に帰属する、第３の部分の少なくとも１つの第３のパート中に注入された、第１の希土類イオンおよび第２の希土類イオンの性質とは異なる性質を有する第３の希土類イオンとを少なくとも備える。

【0049】

また、複数のピクセルを備えるディスプレイデバイスが提案される。このディスプレイデバイスは、
ｎドープ半導体である少なくとも１つの第１の部分、ｐドープ半導体である少なくとも１つの第２の部分、および第１の部分と第２の部分との間に配設された意図せずにドープされた半導体である少なくとも１つの第３の部分を備えるスタックであって、第１の部分、第２の部分、および第３の部分の半導体が、窒素原子、ならびにアルミニウム原子、および／またはガリウム原子、および／またはインジウム原子を含む化合物に相当するものである、スタックと、
スタックの第１の領域に帰属する、および各ピクセルに少なくとも１つの第１の発光領域すなわち少なくとも１つの第１のサブピクセルを形成するように意図された、第３の部分の第１のパート中に注入された第１の希土類イオンと、
第１の領域とは異なるスタックの第２の領域に帰属する、および各ピクセルに少なくとも１つの第２の発光領域すなわち少なくとも１つの第２のサブピクセルを形成するように意図された、第３の部分の第１のパートとは異なる第３の部分の第２のパート中に注入された、第１の希土類イオンの性質とは異なる性質を有する第２の希土類イオンとを少なくとも備える。

【0050】

また、このディスプレイデバイスは、第１の領域および第２の領域とは異なるスタックの第３の領域に帰属する、および各ピクセルに少なくとも１つの第３の発光領域すなわち少なくとも１つの第３のサブピクセルを形成するように意図された、第３の部分の第１のパートおよび第２のパートとは異なる第３の部分の第３のパート中に注入された、第１の希土類イオンおよび第２の希土類イオンの性質とは異なる性質を有する第３の希土類イオンをさらに備え得る。

【0051】

スタックの第１の領域、第２の領域、および第３の領域は、スタックの上方面に対して平行な平面（または例えばスタックの半導体の２つの異なる部分間の境界部を通過する平面などの、スタックの任意の他の「横方向」平面）内において相互に識別可能である。換言すれば、それぞれ異なる希土類イオンが注入されるそれぞれ異なる領域は、相互に重畳されないが相互に隣接して配設された領域に相当する。スタックの上方面に対して平行な平面内において、注入がなされたスタックの領域、およびしたがってさらには注入がなされた半導体の第３の部分の種々のパートは、相互に隣接して配設される。

【0052】

また、このディスプレイデバイスは、第１の領域、第２の領域、および第３の領域とは異なるスタックの第４の領域に帰属する、ならびに各ピクセルに少なくとも１つの第４の発光領域すなわち少なくとも１つの第４のサブピクセルを形成するように意図された、第３の部分の第１のパート、第２のパート、および第３のパートとは異なる第３の部分の第４のパート中に注入された、第４の希土類イオンを備え得る。

【0053】

添付の図面を参照としてもっぱら示唆的かつ非限定的に提示される例示の実施形態の説明を読むことにより、本発明がよりよく理解されよう。

【図面の簡単な説明】

【0054】

【図1】第１の実施形態によるディスプレイデバイスを作製するための方法のステップを示す図である。

【図2】第１の実施形態によるディスプレイデバイスを作製するための方法のステップを示す図である。

【図3】第１の実施形態によるディスプレイデバイスを作製するための方法のステップを示す図である。

【図4】第１の実施形態によるディスプレイデバイスを作製するための方法のステップを示す図である。

【図5】第１の実施形態によるディスプレイデバイスを作製するための方法のステップを示す図である。

【図6】第１の実施形態によるディスプレイデバイスを作製するための方法のステップを示す図である。

【図7】第１の実施形態によるディスプレイデバイスを作製するための方法のステップを示す図である。

【図8】第１の実施形態によるディスプレイデバイスを作製するための方法のステップを示す図である。

【図9】第２の実施形態によるディスプレイデバイスを作製するため方法のステップの一部を示す図である。

【図10】第２の実施形態によるディスプレイデバイスを作製するため方法のステップの一部を示す図である。

【図11】第２の実施形態によるディスプレイデバイスを作製するため方法のステップの一部を示す図である。

【図12】第２の実施形態によるディスプレイデバイスを作製するため方法のステップの一部を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0055】

以下において説明する様々な図面の同等部分、同様部分、または均等部分は、図面間における移動を容易にするために同一の参照数字を有する。

【0056】

図面に示す種々のパーツは、図面をより分かりやすくするために、必ずしも一定の縮尺で図示されるとは限らない。

【0057】

種々の可能性（変形形態および実施形態）は、相互に非排他的なものとして理解されるべきであり、相互に組み合わされることが可能である。

【0058】

次に、図１～図８に関連して、第１の実施形態による複数のピクセル１０１を備えるディスプレイデバイス１００を作製するための方法を説明する。

【0059】

本方法の第１のステップは、第１のｎドープ半導体部分１０４と、第２のｐドープ半導体部分１０６と、第１の部分と第２の部分との間に配設された第３の意図せずにドープされた半導体部分１０８とを少なくとも備えるスタック１０２を作製することである。第１の部分１０４の半導体、第２の部分１０６の半導体、および第３の部分１０８の半導体は、窒素原子と、アルミニウム原子および／またはガリウム原子および／またはインジウム原子とを含む化合物に相当する。

【0060】

この場合に、スタック１０２は、例えば半導体からなる基板１１０上に作製され、この半導体は、例えばシリコンに相当するものであることが可能である。代替的には、基板１１０は、サファイアまたは他の材料を含んでもよい。

【0061】

本明細書において説明される第１の実施形態では、第１の部分１０４、第２の部分１０６、および第３の部分１０８は、基板１１０上における局所的成長により作製されたナノワイヤによって形成される。この局所的成長は、ＭＯＣＶＤタイプのエピタキシー（有機金属気相エピタキシー）、または分子ビーム（「分子ビームエピタキシー」なのでＭＢＥとも呼ばれる）に相当するものであってもよい。基板１１０上における成長を局所化するために、基板１１０は、リソグラフィにより開口部が形成された、例えばＴｉＮなどを含むマスクで覆われることが可能である。このマスクは、図１～図８では見ることができない。

【0062】

具体的な一例によれば、これらのナノワイヤの第１の領域は、ｎドープＧａＮ部分１１２の形態で基板１１０上に最初に形成される。

【0063】

ナノワイヤの成長は、例えば部分１１２上にｎドープＡｌＮなどを備える第２の領域を形成することによって延長される。このｎ型ドーピングは、例えば成長の最中にナノワイヤの第２の領域にケイ素原子および／またはゲルマニウム原子を混合することによって実現される。これらの第２の領域の半導体中におけるドーパント濃度は、例えば１０^１７ａｔ／ｃｍ^３～１０^２０ａｔ／ｃｍ^３の間であり、有利には１０^１９ａｔ／ｃｍ^３～１０^２０ａｔ／ｃｍ^３の間である。

【0064】

これらの第２の領域は、スタック１０２の第１のｎドープ半導体部分１０４を形成する。ナノワイヤの成長方向に対して平行な方向における第２の領域の寸法（図１～図８における軸Ｚに対して平行な方向における寸法）、すなわちナノワイヤの第２の領域における長さ（さらにこれはスタック１０２の第１の部分１０４の厚さに相当する）は、例えば５００ｎｍに等しく、より一般的には１００～１０００ｎｍの間となる。

【0065】

次いで、ナノワイヤの成長は、例えば第２の領域すなわち第１の部分１０４の上に意図せずにドープされたＡｌＮなどを備える第３の領域を形成することによって延長される。これらの第３の領域は、スタック１０２の第３の意図せずにドープされた半導体部分１０８を形成する。この第３の部分１０８は、光が発せられることとなる半導体発光部分を形成するために後に使用される。第３の部分１０８の半導体は、意図せずにドープされ、すなわちデバイス１００の製造の最中にドーピングステップを受けないが、このドーピングステップの最中にドーピング原子が注入される。ナノワイヤの成長方向に対して平行な方向における第３の領域の寸法、すなわちナノワイヤの第３の領域の長さ（さらにこれはスタック１０２の第３の部分１０８の厚さに相当する）は、例えば５ｎｍ～５０ｎｍの間である。

【0066】

次いで、ナノワイヤの成長は、例えば第３の領域すなわち第３の部分１０８の上にｐドープＡｌＮなどを備える第４の領域を形成することによって延長される。これらの第４の領域は、スタック１０２の第２のｐドープ半導体部分１０６を形成する。有利には、この場合に、ｐ型ドーピングは、ナノワイヤの第４の領域にマグネシウム原子およびインジウム原子を混合することによって実現される。有利には、ナノワイヤのこれらの第４の領域の半導体中におけるマグネシウムの原子濃度は、１０^１７ａｔ／ｃｍ^３～１０^２１ａｔ／ｃｍ^３の間であり、有利には１０^２０ａｔ／ｃｍ^３～１０^２１ａｔ／ｃｍ^３の間である。

【0067】

ＭＢＥによる第２の部分１０６の半導体の成長のためには、アルミニウム、活性窒素、インジウム、および場合によってはガリウムのフラックスが、第３の部分１０８の上方表面すなわちここではナノワイヤの第３の領域の上方表面に相当する成長表面に対して送られる。さらに、マグネシウムのフラックスが、作製される半導体がマグネシウム原子でｐドープされるように送られる。これらのフラックスの数値、すなわちこれらの各化学元素の送られる原子量は、第２の部分１０６の半導体にとって望ましい組成に従って選択され、具体的にはインジウムの原子濃度が０～１％の間となり、好ましくは０．１％に相当するように選択される。このインジウムのフラックスが存在する場合に、第２の部分１０６の半導体中のマグネシウムの原子濃度は、この半導体中に混合されるインジウム量に比例し、例えば１０^１７ａｔ／ｃｍ^３～１０^２１ａｔ／ｃｍ^３の間であり、有利には１０^２０ａｔ／ｃｍ^３～１０^２１ａｔ／ｃｍ^３の間である。すなわち、マグネシウムの原子濃度は、０．１％～１％の間となる。

【0068】

ＭＯＣＶＤによる成長の最中に、半導体成長のために使用される元素は、有機金属前駆体であり、例えばアルミニウムソースとして使用されるトリメチルアルミニウムまたはトリエチルアルミニウム、窒素ソースとして使用されるアンモニア、インジウムソースとして使用されるトリメチルインジウムまたはトリエチルインジウム、および任意にはガリウムソースとして使用されるにトリメチルガリウムまたはトリエチルガリウムなどである。マグネシウムの原子は、例えばマグネソセンすなわちＭｇ（Ｃｐ）_２の溶液などの適切な前駆体により獲得される。ＭＯＣＶＤにより獲得されるインジウム濃度およびマグネシウム濃度は、ＭＢＥにより獲得される濃度と同様であることが可能である。

【0069】

ナノワイヤの成長方向に対して平行な方向における第４の領域の寸法、すなわちナノワイヤの第４の領域の長さ（さらにこれはスタック１０２の第２の部分１０６の厚さに相当する）は、後に第３の部分１０８中に注入されることとなる希土類イオンの侵入深さに適合するように選択される。この希土類イオンの侵入深さは、注入の実施のために用いられるエネルギーに依存する。例えば、典型的な注入エネルギーである３００ｋｅＶの場合には、第２の部分１０６の厚さは、約５０ｎｍと同等になるように選択され得る。

【0070】

例えば、各ナノワイヤの直径は、１００ｎｍ～１５０ｎｍの間である。２つの隣接し合うナノワイヤの中心同士の間の距離に相当する、ナノワイヤの作製で用いられる周期、すなわち反復ピッチは、例えば１５０ｎｍ～３００ｎｍの間である。ある特定の例示の実施形態では、この周期の数値は、ナノワイヤの中の１つの直径の数値の２倍に等しいものであることが可能である。

【0071】

図１は、本方法のこの段階で実現されるスタック１０２を概略的に示す。

【0072】

図２は、走査電子顕微鏡法により取得された、スタック１０２の断面図（ａ図）および平面図（ｂ図）を示す。

【0073】

代替的には、スタック１０２は、部分１１２を備えなくてもよい。

【0074】

スタック１０２において、第１の部分１０４、第２の部分１０６、および第３の部分１０８は、デバイス１００のＬＥＤを形成することを目的としたＰＩＮ接合部のセットを形成する。

【0075】

上述のスタック１０２では、第１の部分１０４、第２の部分１０６、および第３の部分１０８は、ＡｌＮを含む。より一般的には、これらの部分１０４、１０６、１０８は、窒素原子と、アルミニウム原子および／またはガリウム原子および／またはインジウム原子とを含む化合物を含んでもよい。したがって、一例の実施形態では、第１の部分１０４の半導体は、Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{（１－ｘ１）}Ｎに相当するものであってもよく、ここで０≦Ｘ１≦１であり、好ましくは０．７≦Ｘ１≦１である。また、第１の部分１０４の半導体は、インジウム原子を含んでもよく、第１の部分１０４の化合物は、この場合にはＡｌＧａＩｎＮまたはＩｎＧａＮに相当するものであることが可能である。別の例示の実施形態によれば、第３の部分１０８の半導体は、Ａｌ_ｘ４Ｇａ_{（１－ｘ４）}Ｎに相当するものであってもよく、ここでＸ４＜Ｘ１であり、好ましくはＸ４≦０．９．Ｘ１である。別の例示の実施形態によれば、第２の部分１０６は、マグネシウム原子およびインジウム原子でｐドープされたＡｌ_ｘ２Ｇａ_{（１－Ｘ２－Ｙ２）}Ｉｎ_Ｙ２Ｎを含んでもよく、ここでＸ２＞０、Ｙ２＞０、およびＸ２＋Ｙ２≦１である。有利には、第２の部分１０６の半導体は、Ｘ２＝Ｘ１となるようなものである。さらに、０＜Ｙ２≦０．０１を有し、好ましくはＹ２＝０．００１を有することが有利である。

【0076】

一変形実施形態によれば、スタック１０２は、第１の部分１０４と第３の部分１０８との間に、および／または第３の部分１０８と第２の部分１０６との間に配設された、少なくとも１つの意図せずにドープされたＡｌＧａＮ部分を備えてもよい。第３の部分１０８と第２の部分１０６との間に配設されたかかる意図せずにドープされたＡｌＧａＮ部分は、電子ブロック層を形成し、この電子ブロック層は、ｐドープゾーンにおける電子の余剰を回避し、第３の部分における電荷キャリアの再結合を促進することを可能にする。

【0077】

有利には、作製された構造部中に存在するｐ型ドーパントを活性化するステップが実施される。この活性化ステップは、熱アニーリングおよび／または電子ビーム照射の実施に相当し得る。熱アニーリングは、例えば１００℃～１０００℃の間の、および好ましくは７００℃相当の温度にて実施される。電子ビームによる照射は、第２の部分１０６により形成された上方面を経由して、作製された構造部に対して１つまたは複数の電子ビームを送ることからなる。これらの電子のエネルギーは、例えば３ｋｅＶに等しく、またはより一般的には約２ｋｅＶ～３０ｋｅＶの間である、特に第２の部分１０６の厚さに従って選択される。線量は、電子ビームの電流値により固定され、１ｍＡ／ｃｍ^２～２０ｍＡ／ｃｍ^２の間で変更可能であり、好ましくは７ｍＡ／ｃｍ^２に等しい。この電子照射は、例えば１０分に等しい期間にわたり実施される。

【0078】

スタック１０２が作製された後に、第３の部分１０８の第１のパート中への第１の希土類イオンの注入が、デバイス１００の各ピクセル１０１に少なくとも１つの第１の発光領域すなわち少なくとも１つの第１のサブピクセルを形成することを目的として、スタック１０２の第１の領域１１８に対面して配設された開口部１１６を備えるマスク１１４を経由して、実施される（マスク１１４が配設されたスタック１０２の部分平面図を示す図３を参照）。第３の部分１０８の第１のパートは、スタック１０２の第１の領域１１８の一部を形成する第３の部分１０８の複数部分に相当する。

【0079】

本明細書において説明される実施形態では、これらの第１の希土類イオンは、ユーロピウムイオンに相当する。したがって、作製される第１の発光領域は、赤色光を発することが可能であり、各ピクセル１０１の赤色発光サブピクセルを形成する。これらの各サブピクセルは、複数のナノワイヤを一般的に備える。

【0080】

代替的には、赤色発光領域を作製するためにプラセオジムイオンを注入することが可能である。

【0081】

さらに、第１の注入ステップの最中に、第３の部分１０８の第１のパート中に複数のタイプの希土類イオンおよび／または他の原子を注入することが可能である。

【0082】

さらに、本明細書において説明される例示の実施形態では、各開口部１１６が、マスク１１４の主要面の平面内に、または注入の最中にマスク１１４が配設されるスタック１０２の上方面に対して平行な方向の平面内に、実質的に正方形または矩形である形状を有する。この平面内における各開口部１１６の寸法は、例えば１×１μｍ^２～４×４μｍ^２の間である。これらの寸法が、１×１μｍ^２に等しい場合には、この注入が実施されるスタック１０２の第１の領域１１８のそれぞれは、約１００本のナノワイヤを備え得る。

【0083】

本明細書において説明される第１の実施形態では、マスク１１４は、例えば窒化ケイ素ＳｉＮなどを含むハードマスクに相当する。かかる注入の実施の詳細は、例えばＬ．Ｇ． Ｖｉｌｌａｎｕｅｖａら、「Ｌｏｃａｌｉｚｅｄ Ｉｏｎ Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｍｉｃｒｏ／Ｎａｎｏｓｔｅｎｃｉｌ Ｍａｓｋｓ」（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｏｎ Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、１０、９４０ （２０１１））に記されている。

【0084】

次いで、マスク１１４は、開口部１１６が第１の領域１１８とは異なるスタック１０２の第２の領域１２０に対面する状態で配設されるように移動され、デバイス１００の各ピクセル１０１に少なくとも１つの第２の発光領域すなわち少なくとも１つの第２のサブピクセルを形成するように意図される。次いで、第３の部分１０８の第１のパートとは異なる、およびスタック１０２の第２の領域１２０の一部を形成する第３の部分１０８の第２のパート中への、第１の希土類イオンの性質の性質とは異なる性質を有する第２の希土類イオンの注入が、マスク１１４を介して実施される（図４を参照）。

【0085】

本明細書において説明される例示の実施形態では、第２の希土類イオンは、テルビウムイオンおよび／またはエルビウムイオンに相当する。したがって、作製される第２の発光領域は、緑色光を発することが可能であり、各ピクセル１０１の緑色発光サブピクセルを形成する。

【0086】

代替的には、緑色発光領域を作製するために、ホルミウムを注入することが可能である。

【0087】

さらに、この第２の注入ステップの最中に、第３の部分１０８の第２のパート中に複数のタイプの希土類イオンおよび／または他の原子を注入することが可能である。

【0088】

次いで、マスク１１４は、開口部１１６が第１の領域１１８および第２の領域１２０とは異なるスタック１０２の第３の領域１２２に対面する状態で配設されるように移動され、デバイス１００の各ピクセル１０１に少なくとも１つの第３の発光領域すなわち少なくとも１つの第３のサブピクセルを形成するように意図される。次いで、第３の部分１０８の第１のパートおよび第２のパートとは異なる、ならびにスタック１０２の第３の領域１２２の一部を形成する第３の部分１０８の第３のパート中への、第１の希土類イオンおよび第２の希土類イオンの性質とは異なる性質を有する第３の希土類イオンの注入が、マスク１１４を介して実施される（図５を参照）。

【0089】

本明細書において説明される例示の実施形態では、第３の希土類イオンは、ツリウムイオンに相当する。したがって、作製される第３の発光領域は、青色光を発することが可能である、各ピクセル１０１の青色発光サブピクセルを形成する。

【0090】

代替的には、青色発光領域を作製するために、セリウムイオンを注入することが可能である。

【0091】

さらに、この第３の注入ステップの最中に、第３の部分１０８の第３のパート中に複数のタイプの希土類イオンおよび／または他の原子を注入することが可能である。

【0092】

次いで、マスク１１４は、開口部１１６が第１の領域１１８、第２の領域１２０、および第３の領域１２２とは異なるスタックの第４の領域１２４に対面する状態で配設されるように移動され、デバイス１００の各ピクセル１０１に少なくとも１つの第４の発光領域すなわち少なくとも１つの第４のサブピクセルを形成するように意図される。次いで、第３の部分１０８の第１のパート、第２のパート、および第３のパートとは異なる、ならびにスタック１０２の第４の領域１２４の一部を形成する第３の部分１０８の第４のパート中への、例えば第１の希土類イオン、第２の希土類イオン、または第３の希土類イオンの性質と同様の性質を有する第４の希土類イオンの注入が、マスク１１４を介して実施される（図６を参照）。

【0093】

本明細書において説明される例示の実施形態では、第４の希土類イオンは、ユーロピウムイオンに相当する。したがって、作製される第４の発光領域は、赤色光を発することが可能であり、各ピクセル１０１の赤色発光サブピクセルを形成する。これは、ヒトの目にとって感度が比較的低い赤色に対応する波長範囲での各ピクセル１０１の発光を強化し、さらにピクセル１０１による白色光の発光の最適化を可能にする。

【0094】

さらに、この第４の注入ステップの最中に、第３の部分１０８の第４のパート中に複数のタイプの希土類イオンおよび／または他の原子を注入することが可能である。

【0095】

本明細書において説明される例示の実施形態では、各ピクセル１０１の第４の発光領域、すなわち各ピクセル１０１の第４のサブピクセルは、２×２個のサブピクセルの正方形形状マトリクスを形成するように配設される。この例では、各サブピクセルは、平面（Ｘ、Ｙ）内において１×１μｍ^２に等しい寸法を有し、各ピクセル１０１は、平面（Ｘ、Ｙ）内において２．５×２．５μｍ^２に等しい寸法を有する。

【0096】

別の例示の実施形態によれば、各サブピクセルが、平面（Ｘ、Ｙ）内において、４×４μｍ^２に等しい寸法を有し、各ピクセル１０１が、平面（Ｘ、Ｙ）内において、約８×８μｍ^２の寸法を有する。この例では、各ナノワイヤの直径が約１５０ｎｍに等しく、これらのナノワイヤが約３００ｎｍに等しい周期で作製される場合に、各サブピクセルは、約１７０本のナノワイヤを備える。

【0097】

希土類イオンを注入するために用いられるエネルギーは、例えば３００ｋｅＶに等しい。このように注入される希土類イオンは、各ナノワイヤ内に、第３の部分１０８を中心としたガウス分布を有する。

【0098】

図７は、上述のステップを実施することにより取得された２つのピクセル１０１および２つの他のピクセル１０１の一部を示す。

【0099】

次いで、平坦化が、スタック１０２を形成するナノワイヤの頂部にて、すなわちナノワイヤの第４の領域の上方面にて実施され得る。

【0100】

次いで、スタック１０２を例えば１２００℃などの高温熱アニーリングすることが実施され得る。その後、電極１２６が、例えばインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）をベースとして各サブピクセルを形成するスタック１０２の複数パート上に個別に作製される（図８を参照）。

【0101】

次に、図９～図１２に関連して、第２の実施形態による複数のピクセル１０１を備えるディスプレイデバイス１００を作製するための方法を説明する。

【0102】

最初に、第１の実施形態において前述したものと同様のスタック１０２が作製される。

【0103】

ナノワイヤ同士の間に空間が存在する場合に、例えば原子層堆積（ＡＬＤ）による堆積されたＡｌ_２Ｏ_３もしくはＳｉＯ_２、または例えばスピンコーティングにより堆積されたシリカゲルもしくはパリレンなどの電気絶縁材料をナノワイヤ同士の間に堆積するステップが実施され得る。このように堆積された材料は、ナノワイヤ同士の間の空間を充填する。次いで、スタック１０２の上方表面が平坦になるように、平坦化ステップが実施され得る。

【0104】

次いで、例えば図９～図１２に示す実施形態におけるような十字形状などのアラインメントマスク１２８が、スタック１０２の上方表面上に作製され得る。これらのアラインメントマスク１２８は、例えばアラインメントマスク１２８の所望のパターンに従ったフォトリソグラフィ、樹脂現像、金属材料の蒸着（例えばＴｉおよび／またはＡｕ）、次いで樹脂の除去（または「リフトオフ」）によってスタック１０２の上方表面上に作製される。スタック１０２の上方表面上に残る金属材料は、アラインメントマスク１２８を形成する。

【0105】

アラインメントマスク１２８は、希土類イオンが注入されることになるスタック１０２の領域を識別するために使用され、したがって希土類イオンの注入のために使用されるマスクの作製を容易にする。

【0106】

第１の感光性樹脂マスクは、スタック１０２の上方面上にフォトリソグラフィ、アイソレーション、およびエッチングにより作製される。この第１のマスクは、各ピクセル１０１に少なくとも１つの第１の発光領域すなわち少なくとも１つの第１のサブピクセルを形成するように意図されたスタック１０２の第１の領域１１８に対面して配設された開口部を備えるように、作製される。アラインメントマスク１２８は、第１のマスクの開口部の位置を正確に特定するために使用される。第１のマスクは、例えば１μｍ～１０μｍなどの間である厚さを有する。

【0107】

次いで、第１の希土類イオンは、第１の実施形態に関連して前述したものと同様の様式で、すなわちこれらのイオンが主に第３の部分１０８内に位置するように、スタック１０２の第１の領域１１８中に注入される。

【0108】

本明細書において説明される例示の実施形態では、第１の希土類イオンは、ツリウムイオンに相当する。したがって、作製される第１の発光領域は、青色光を発することが可能である。

【0109】

第１の実施形態におけるように、青色発光領域を作製するために、セリウムイオンを注入することが可能である。さらに、この第１の注入ステップの最中に、第３の部分１０８の第１のパート中に複数のタイプの希土類イオンおよび／または他の原子を注入することが可能である。

【0110】

この注入の終了時に、第１のマスクは、例えばエッチングなどにより除去される。

【0111】

図１０は、この第１の注入の実施後に取得される構造部を概略的に示す。

【0112】

次いで、第２の感光性樹脂マスクが、スタック１０２の上方面上にフォトリソグラフィ、露光、およびエッチングにより作製される。この第２のマスクは、各ピクセル１０１に少なくとも１つの第２の発光領域すなわち少なくとも１つの第２のサブピクセルを形成するように意図されたスタック１０２の第２の領域１２０に対面して配設された開口部を備えるように、作製される。アラインメントマスク１２８は、第２のマスク開口部の位置を正確に特定するために使用される。第１のマスクと同様に、この第２のマスクは、例えば１μｍ～１０μｍの間などである厚さを有する。

【0113】

次いで、第２の希土類イオンは、第１の実施形態に関連して前述したものと同様の様式で、すなわちこれらのイオンが主に第３の部分１０８内に位置するように、スタック１０２の第２の領域１２０中に注入される。

【0114】

本明細書において説明される例示の実施形態では、第２の希土類イオンは、テルビウムイオンおよび／またはエルビウムイオンに相当する。したがって、取得される第２の発光領域は、緑色光を発することが可能である。

【0115】

第１の実施形態におけるように、緑色発光領域を作製するために、ホルミウムイオンを注入することが可能である。さらに、この第２の注入ステップの最中に、第３の部分１０８の第２のパート中に複数のタイプの希土類イオンおよび／または他の原子を注入することが可能である。

【0116】

この注入の終了時に、第２のマスクは、例えばエッチングなどにより除去される。

【0117】

図１１は、この第２の注入の実施後に取得される構造部を概略的に示す。

【0118】

次いで、第３の樹脂マスクが、スタック１０２の上方面上にフォトリソグラフィ、アイソレーション、およびエッチングにより作製される。この第３のマスクは、各ピクセル１０１に少なくとも１つの第３の発光領域すなわち少なくとも１つの第３のサブピクセルを形成するように意図されたスタック１０２の第３の領域１２２に対面して配設された開口部を備えるように、作製される。本明細書において説明される実施形態では、スタック１０２の第３の領域１２２は、各ピクセル１０１に２つの第３の発光領域すなわち２つのサブピクセルを形成するように意図される。アラインメントマスク１２８は、第３のマスク開口部の位置を正確に特定するために使用される。第１のマスクおよび第２のマスクと同様に、この第３のマスクは、例えば１μｍ～１０μｍの間などである厚さを有する。

【0119】

次いで、第３の希土類イオンは、第１の実施形態に関連して前述したものと同様の様式で、すなわちこれらのイオンが主に第３の部分１０８内に位置するように、スタック１０２の第３の領域１２２中に注入される。

【0120】

本明細書において説明される例示の実施形態では、第３の希土類イオンは、ユーロピウムイオンに相当する。したがって、各ピクセル１０１内に作製される第３の発光領域は、赤色光を発することが可能である。

【0121】

第１の実施形態におけるように、赤色発光領域を作製するために、プラセオジムイオンを注入することが可能である。さらに、この第３の注入ステップの最中に、第３の部分１０８の第１のパート中に複数のタイプの希土類イオンおよび／または他の原子を注入することが可能である。

【0122】

この注入の終了時に、第３のマスクは、例えばエッチングなどにより除去される。

【0123】

図１２は、この第３の注入の実施後に取得された構造部を概略的に示す。

【0124】

次いで、デバイス１００は、各サブピクセルを形成するスタック１０２の複数パート上に電極１２６を作製することにより完成する。平坦化が、ナノワイヤ同士の間の空間内への電気絶縁材料の蒸着後に既に実施されている場合には、電極１２６は、新規の平坦化を実施する必要性を伴うことなく、スタック１０２の上方表面上に直接的に作製され得る。

【0125】

上述の例示の実施形態の一変形例として、両実施形態に関して、スタック１０２の種々の領域中に注入される希土類イオンは、先述のものとは異なるものであることが可能である。また、各ピクセル１０１内における種々の発光領域の構成が、先述のものと異なることもまた可能である。

【0126】

上述の実施形態において、希土類イオンの注入は、各ピクセル１０１に４つの異なる発光領域をおよびしたがって４つのサブピクセルを形成するために実施される。代替的には、希土類イオン注入ステップは、各ピクセル１０１が、３つのみの異なる発光領域すなわちサブピクセルを、または５つ以上の発光領域すなわちサブピクセルを備えるように実施されることも可能である。

【0127】

希土類イオン注入ステップの最中に使用されるマスクは、各注入時に、１つまたは複数の発光領域が、デバイスの各ピクセル１０１内に、またはより一般的には１つまたは複数のピクセル１０１内に形成されるような、開口部を備え得る。

【0128】

先述の２つの実施形態では、スタック１０２は、基板１１０上に直接的に作製されたナノワイヤのセットにより形成される。代替的には、スタック１０２の種々の部分（第１の部分１０４、第２の部分１０６、および第３の部分１０８、ならびに第１の領域１１２）は、相互に上に積層されたおよび基板１１０上に堆積された層の形態で作製されることが可能であり、これは、例えばエピタキシー、任意には次いでこの層セットのエッチングなどの、一連の堆積ステップを実施することによって作製され得る。別の変形例によれば、スタック１０２は、層スタックをエッチングすることにより取得されたナノワイヤセットを備えることが可能である（「トップダウン」アプローチ）。

【0129】

上述の例示の実施形態では、第２の部分１０６は、希土類イオン注入ステップの実施前に作製される。代替的には、第２の部分１０６は、希土類イオン注入ステップの実施後に作製されることが可能である。この場合には、第１の部分１０４および第３の部分１０８は、成長により作製され得る。次いで、この成長は中断され、次いで注入ステップが実施される。これらの注入後に、成長が再開されて、第２の部分１０６が作製される。

【符号の説明】

【0130】

１００ ディスプレイデバイス
１０１ ピクセル
１０２ スタック
１０４ 第１のｎドープ半導体部分、第１の部分
１０６ 第２のｐドープ半導体部分、第２の部分
１０８ 第３の意図せずにドープされた半導体部分、第３の部分
１１０ 基板
１１２ 第１の領域、ｎドープＧａＮ部分
１１４ マスク
１１６ 開口部
１１８ 第１の領域
１２０ 第２の領域
１２２ 第３の領域
１２４ 第４の領域
１２６ 電極
１２８ アラインメントマスク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【国際調査報告】