La présente demande de brevet revendique la priorité de la demande de brevet français FR14/61345 qui sera considérée comme faisant partie intégrante de la présente description.

Domaine

La présente description concerne de façon générale les dispositifs optoélectroniques comprenant des éléments semi ^¬ conducteurs tridimensionnels, par exemple des microfils, des nanofils, des éléments coniques ou des éléments tronconiques, et leurs procédés de fabrication.

Par dispositifs optoélectroniques, on entend des dispositifs adaptés à effectuer la conversion d'un signal électrique en un rayonnement électromagnétique ou inversement, et notamment des dispositifs dédiés à la détection, la mesure ou l'émission d'un rayonnement électromagnétique ou des dispositifs dédiés à des applications photovoltaïques .

Exposé de l'art antérieur

Des exemples de microfils ou nanofils comprenant un matériau semiconducteur sont les microfils ou nanofils à base d'un composé comportant ma oritairement au moins un élément du groupe III et un élément du groupe V (par exemple du nitrure de gallium GaN) , appelé par la suite composé III-V, ou comportant ma oritairement au moins un élément du groupe II et un élément du groupe VI (par exemple de l'oxyde de zinc ZnO) , appelé par la suite composé II-VI. De tels microfils ou nanofils permettent la fabrication de dispositifs semiconducteurs tels que des dispositifs optoélectroniques.

Les procédés de fabrication de microfils ou de nanofils à matériau semiconducteur doivent permettre la fabrication des microfils ou des nanofils avec un contrôle précis et uniforme de la géométrie, de la position et des propriétés cristallographiques de chaque microfil ou nanofil.

Le document US 7 829 443 décrit un procédé de fabrication de nanofils comprenant le dépôt d'une couche en un matériau diélectrique sur une face plane d'un substrat, la gravure d'ouvertures dans la couche du matériau diélectrique pour exposer des portions du substrat, le remplissage des ouvertures de portions d'un matériau favorisant la croissance de nanofils et la formation des nanofils dans les ouvertures sur ces portions. Le matériau diélectrique est choisi de façon que les nanofils ne croissent pas directement sur celui-ci.

Pour que les propriétés de conversion d'un signal électrique en un rayonnement électromagnétique ou inversement des microfils ou nanofils soient les meilleures possibles, il est souhaitable que chaque microfil ou nanofil ait une structure sensiblement monocristalline. En particulier, lorsque les microfils ou nanofils sont ma oritairement composés d'un matériau à base d'un premier élément et d'un deuxième élément, par exemple des composés III-V ou II-VI, il est souhaitable que chaque microfil ou nanofil ait sensiblement une polarité constante sur la totalité du microfil ou nanofil.

Toutefois, avec le procédé décrit dans le document

US 7 829 443, la croissance des nanofils peut être perturbée de sorte que chaque nanofil peut ne pas avoir une structure monocristalline. En particulier, lorsque les nanofils sont majoritairement composés d'un matériau à base d'un premier élément et d'un deuxième élément, par exemple des composés III-V ou II- VI, il peut apparaître, sur les flancs du nanofil, une couche périphérique ayant une polarité inversée par rapport à la polarité au coeur du nanofil.

Ceci peut entraîner la formation de défauts, notamment au niveau des joints de grains, qui peuvent dégrader le rendement de la conversion d'un signal électrique en un rayonnement électromagnétique ou inversement.

Résumé

Ainsi, un objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de pallier au moins en partie les inconvénients des dispositifs optoélectroniques, notamment à microfils ou nanofils, et de leurs procédés de fabrication décrits précédemment.

Un autre objet d'un mode de réalisation de la présente invention est que les éléments tridimensionnels, notamment des microfils ou nanofils, en matériau semiconducteur ne soient pas formés au travers d'ouvertures réalisées dans une couche d'un matériau diélectrique.

Un autre objet d'un mode de réalisation de la présente invention est que chaque élément tridimensionnel, notamment chaque microfil ou nanofil, en matériau semiconducteur ait sensiblement une structure monocristalline.

Un autre objet d'un mode de réalisation de la présente invention est que la position, la géométrie et les propriétés cristallographiques de chaque élément tridimensionnel, notamment chaque microfil ou nanofil, en matériau semiconducteur puissent être contrôlées de façon précise et uniforme.

Un autre objet d'un mode de réalisation de la présente invention est que les éléments tridimensionnels, notamment les microfils ou nanofils, en matériau semiconducteur puissent être formés à une échelle industrielle et à bas coût.

Un mode de réalisation prévoit un dispositif optoélectronique comprenant un support comprenant une face comprenant des facettes planes jointives inclinées les unes par rapport aux autres ; des germes, majoritairement en un premier composé choisi parmi le groupe comprenant les composés III-V, les composés II-VI et les composés IV, au contact du support à au moins certaines des jointures entre les facettes ; et des éléments semiconducteurs tridimensionnels filaires, coniques ou tronconiques de taille nanométrique ou micrométrique, majori- tairement en ledit premier composé, sur les germes.

Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend, en outre, pour chaque élément semiconducteur, une région active recouvrant au moins partiellement une partie de l'élément semiconducteur et adaptée à l'émission ou à la réception d'un rayonnement électromagnétique.

Selon un mode de réalisation, les éléments semiconducteurs ont une forme allongée parallèlement à une direction privilégiée, et la distance, mesurée perpendiculairement à la direction privilégiée, entre deux germes de paires de germes adjacents est supérieure à 1 um.

Selon un mode de réalisation, les jointures comprennent des premières jointures en relief et des deuxièmes jointures en creux et la distance, mesurée parallèlement à la direction privilégiée, entre une première jointure et la deuxième jointure adjacente est supérieure à 1 um.

Selon un mode de réalisation, le support comprend un substrat et au moins une couche recouvrant le substrat, les germes étant formés sur ladite couche.

Selon un mode de réalisation, le substrat est en un matériau semiconducteur, notamment un substrat en silicium, en germanium, en carbure de silicium, en un composé III-V, tel que du GaN ou du GaAs, ou un substrat en ZnO.

Selon un mode de réalisation, la couche est en nitrure d'aluminium (AIN), en oxyde d'aluminium (AI2O3) , en bore (B) , en nitrure de bore (BN) , en titane (Ti) , en nitrure de titane (TiN) , en tantale (Ta) , en nitrure de tantale (TaN) , en hafnium (Hf) , en nitrure d' hafnium (HfN) , en niobium (Nb) , en nitrure de niobium (NbN) , en zirconium (Zr) , en borate de zirconium (ZrB2) , en nitrure de zirconium (ZrN) , en carbure de silicium (SiC) , en nitrure et carbure de tantale (TaCN) , ou en nitrure de magnésium sous la forme Mg _x Ny, où x est environ égal à 3 et y est environ égal à 2, par exemple du nitrure de magnésium selon la forme ¾Ν2.

Un mode de réalisation prévoit un procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique comprenant les étapes suivantes :

former un support comprenant une face comprenant des facettes planes ointives inclinées les unes par rapport aux autres ;

former des germes, ma oritairement en un premier composé choisi parmi le groupe comprenant les composés III-V, les composés II-VI et les composés IV, au contact du support à au moins certaines des jointures entre les facettes ; et

former des éléments semiconducteurs tridimensionnels filaires, coniques ou tronconiques de taille nanométrique ou micrométrique, majoritairement en ledit premier composé, sur les germes .

Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend, en outre, pour chaque élément semiconducteur, la formation d'une région active recouvrant au moins partiellement une partie de l'élément semiconducteur et adaptée à l'émission ou à la réception d'un rayonnement électromagnétique.

Selon un mode de réalisation, les germes sont formés à une température comprise entre 900 et 1100°C.

Selon un mode de réalisation, les germes sont formés par dépôt chimique en phase vapeur organométallique .

Selon un mode de réalisation, les germes sont en un matériau III-V et les germes sont obtenus par fourniture dans un réacteur de précurseurs avec un rapport V/III inférieur à 50.

Selon un mode de réalisation, le support est en silicium et est gravé par gravure chimique à base de KOH ou de TMZH.

Brève description des dessins

Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :

les figures 1A à 1C sont des coupes, partielles et schématiques, des structures obtenues à des étapes successives d'un procédé connu de fabrication d'un dispositif optoélectronique à microfils ou nanofils ;

la figure 2 est une coupe, partielle et schématique, de détail d'un microfil ou nanofil obtenu par le procédé décrit en relation avec les figures 1A à 1C ;

la figure 3 est une coupe, partielle et schématique, d'un mode de réalisation d'un dispositif optoélectronique à microfils ou nanofils ;

les figures 4A à 4G sont des coupes, partielles et schématiques, des structures obtenues à des étapes successives d'un mode de réalisation selon l'invention d'un procédé de fabrication du dispositif optoélectronique de la figure 3 ; et la figure 5 est une coupe, partielle et schématique, d'un autre mode de réalisation d'un dispositif optoélectronique à microfils ou nanofils.

Description détaillée

Par souci de clarté, de mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures et, de plus, comme cela est habituel dans la représentation des circuits électroniques, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle. En outre, seuls les éléments utiles à la compréhension de la présente description ont été représentés et sont décrits. En particulier, les moyens de polarisation et de commande du dispositif optoélectronique sont bien connus et ne sont pas décrits. Dans la suite de la description, sauf indication contraire, les termes "sensiblement", "environ" et "de l'ordre de" signifient "à 10 % près", de préférence à 5 % près.

Dans la suite de la description, le fait de dire qu'un composé à base d'au moins un premier élément et d'un deuxième élément a une polarité du premier élément ou une polarité du deuxième élément signifie que le matériau croît selon une direction privilégiée et que lorsque le matériau est coupé dans un plan perpendiculaire à la direction de croissance privilégiée, la face exposée comprend essentiellement des atomes du premier élément dans le cas de la polarité du premier élément ou des atomes du deuxième élément dans le cas de la polarité du deuxième élément .

La présente demande concerne des dispositifs optoélectroniques à éléments tridimensionnels, par exemple des microfils, des nanofils, des éléments coniques ou des éléments tronconiques . Dans la suite de la description, des modes de réalisation sont décrits pour des dispositifs optoélectroniques à microfils ou à nanofils. Toutefois, ces modes de réalisation peuvent être mis en oeuvre pour des éléments tridimensionnels autres que des microfils ou des nanofils, par exemple des éléments tridimensionnels coniques ou tronconiques.

Le terme "microfil", "nanofil", "élément conique" ou "élément tronconique" désigne une structure tridimensionnelle de forme allongée selon une direction privilégiée dont au moins deux dimensions, appelées dimensions mineures, sont comprises entre 5 nm et 2,5 um, de préférence entre 50 nm et 2,5 um, la troisième dimension, appelée dimension majeure, étant supérieure ou égale à 1 fois, de préférence supérieure ou égale à 5 fois et encore plus préférentiellement supérieure ou égale à 10 fois, la plus grande des dimensions mineures. Dans certains modes de réalisation, les dimensions mineures peuvent être inférieures ou égales à environ 1 um, de préférence comprises entre 100 nm et 1 um, plus préféren- tiellement entre 100 nm et 800 nm. Dans certains modes de réalisation, la hauteur de chaque microfil ou nanofil peut être supérieure ou égale à 500 nm, de préférence comprise entre 1 um et 50 um.

Dans la suite de la description, on utilise le terme "fil" pour signifier "microfil ou nanofil". De préférence, la ligne moyenne du fil qui passe par les barycentres des sections droites, dans des plans perpendiculaires à la direction privilégiée du fil, est sensiblement rectiligne et est appelée par la suite "axe" du fil.

Dans la suite de la description, des modes de réalisation vont être décrits dans le cas d'un dispositif optoélectronique à diodes électroluminescentes. Toutefois, il est clair que ces modes de réalisation peuvent concerner d'autres applications, notamment des dispositifs dédiés à la détection ou la mesure d'un rayonnement électromagnétique ou des dispositifs dédiés aux applications photovoltaïques .

Les figures 1A à 1C illustrent les structures obtenues à des étapes successives d'un exemple de procédé connu de fabrication d'un dispositif optoélectronique comprenant des fils tels que décrits précédemment.

(i) Une couche 1 d'un matériau diélectrique est déposée sur un substrat 2 et des ouvertures 4 sont gravées dans la couche 1, les ouvertures 4 venant exposer certaines parties 5 du substrat 2 (figure 1A) .

(ii) On fait croître des germes 6 d'un matériau favorisant la croissance de fils dans les ouvertures 4 (figure 1B) .

(iii) On fait croître un fil 7 sur chaque germe 6 (figure 1C) .

La figure 2 est une vue de détail de l'un des fils 7 représenté en figure 1C.

Les inventeurs ont mis en évidence que lorsque le procédé décrit précédemment en relation avec les figures 1A à 1C est mis en oeuvre pour la formation de fils d'un matériau semiconducteur à base d'un composé d'un premier élément et d'un deuxième élément, ceci peut se traduire par la formation d'un fil 7 comprenant un coeur 8 monocristallin, ayant la polarité du premier élément, entouré d'une couche périphérique 9 monocristalline de la polarité du deuxième élément. Ceci peut alors entraîner l'apparition de défauts à l'interface entre la couche 9 et le coeur 8. Une explication serait que la présence de la couche de diélectrique 1 perturbe la formation du germe 6 et/ou le début de la croissance du fil 7, ce qui entraîne la formation de la couche 9 lorsque le fil 7 croît à partir du germe 6 sous-jacent.

Selon un mode de réalisation, avant la formation des fils, il est prévu de former des motifs en relief sur la face du support sur laquelle les germes à la base des fils doivent être formés. Les motifs en relief peuvent notamment comprendre des pyramides, des marches ou des nervures. La face du support comprend alors une succession de facettes planes jointives qui sont reliées les unes aux autres par des jointures, correspondant à des coins ou à des arêtes. Les coins ou les arêtes peuvent être en "relief" ou en "creux". A titre d'exemple, un coin en relief peut correspondre au sommet d'une aspérité et une arête en relief peut correspondre au nez d'une marche. Un coin en creux peut correspondre au fond d'un évidement et une arête en creux peut correspondre au fond d'une vallée.

Les inventeurs ont mis en évidence que, lorsque des conditions de croissance adaptées sont mises en oeuvre, il est possible de faire croître les germes utilisés pour la formation des fils sensiblement seulement sur les coins ou les arêtes en relief. Les fils ne sont ainsi pas formés au travers d'ouvertures prévues dans une couche isolante recouvrant le support.

La figure 3 est une coupe, partielle et schématique, d'un mode de réalisation d'un dispositif optoélectronique 10 comprenant des fils tels que décrits précédemment et adapté à l'émission d'un rayonnement électromagnétique.

Le dispositif 10 comprend, du bas vers le haut en figure 3 :

une première électrode de polarisation 12, par exemple métallique ;

un support 14 comprenant une première face 16 au contact de l'électrode 12 et une deuxième face 18 opposée à la première face 16, et comprenant des motifs en reliefs 20, qui correspondent dans le présent mode de réalisation à des pyramides 20 ayant chacune un sommet 22 ;

des germes 26 en contact avec le support 14 aux sommets 22 ;

des éléments semiconducteurs 28, qui dans le présent mode de réalisation correspondent à des fils de hauteur H _] _ et d'axe D, trois fils 28 étant représentés, chaque fil 28 comprenant une portion inférieure 30 de hauteur ¾, dopée d'un premier type de conductivité, par exemple de type N, en contact avec l'un des germes 26, et une portion supérieure 32 de hauteur H3, dopée du premier type de conductivité ou non intentionnellement dopée ;

une coque 34 recouvrant la paroi extérieure de la portion supérieure 32 de chaque fil 28, chaque coque 34 comprenant au moins un empilement d'une couche active 36 recouvrant la portion supérieure 32 et d'une couche semiconductrice 38 d'un second type de conductivité opposé au premier type de conductivité, recouvrant la couche active 36 ;

une région isolante 40 recouvrant la face 18 entre les fils 28 sur au moins la hauteur ¾ ; et

une couche de seconde électrode 42 recouvrant les couches semiconductrices 38 des coques 34 et la région isolante 40.

Une couche conductrice, non représentée, peut recouvrir la couche d'électrode 42 entre les fils 28. Une couche d' encapsulation, non représentée, isolante et transparente, peut recouvrir l'électrode 42.

L'ensemble formé par chaque fil 28 et la coque 34 associée constitue une diode électroluminescente DEL. Lorsque plusieurs diodes électroluminescentes DEL sont formées sur le substrat 14, elles peuvent être connectées en série et/ou en parallèle et former un ensemble de diodes électroluminescentes. L'ensemble peut comprendre de quelques diodes électrolumines ^¬ centes DEL à un millier de diodes électroluminescentes DEL.

Le support 14 peut être une structure monobloc ou comprendre un empilement d'une couche, de deux couches ou de plusieurs couches sur un substrat. Dans le mode de réalisation représenté en figure 3, le support 14 comprend un substrat 24 éventuellement recouvert d'une couche de nucléation 25 adaptée à faciliter la croissance des germes 26. Le substrat 24 peut être un substrat semiconducteur, par exemple un substrat en silicium, en germanium, en carbure de silicium, en un composé III-V, tel que du GaN ou du GaAs, ou un substrat en ZnO. De préférence, le substrat 24 est un substrat de silicium monocristallin. De préférence, il s'agit d'un substrat semiconducteur compatible avec les procédés de fabrication mis en oeuvre en microélectronique. Le substrat 24 peut correspondre à une structure multicouches de type silicium sur isolant, également appelée SOI (acronyme anglais pour Silicon On Insulator) . Le substrat 24 peut être en un matériau isolant, par exemple du saphir. Lorsque la structure du support 14 ne permet pas la circulation du courant entre les faces 16 et 18, l'électrode 12 peut être réalisée du côté de la face 18 du substrat 24. Le substrat 24 peut être fortement dopé, faiblement dopé ou non dopé .

La couche de germination 25 est en un matériau favorisant la croissance des germes 26. A titre d'exemple, le matériau composant la couche de germination 25 peut être un nitrure, un carbure ou un borure d'un métal de transition de la colonne IV, V ou VI du tableau périodique des éléments ou une combinaison de ces composés. A titre d'exemple, la couche de germination 25 peut être en nitrure d'aluminium (AIN), en oxyde d'aluminium (AI2O3) , en bore (B) , en nitrure de bore (BN) , en titane (Ti) , en nitrure de titane (TiN) , en tantale (Ta) , en nitrure de tantale (TaN) , en hafnium (Hf) , en nitrure d'hafnium (HfN) , en niobium (Nb) , en nitrure de niobium (NbN) , en zirconium (Zr) , en borate de zirconium (ZrB2), en nitrure de zirconium (ZrN) , en carbure de silicium (SiC) , en nitrure et carbure de tantale (TaCN) , ou en nitrure de magnésium sous la forme Mg _x Ny, où x est environ égal à 3 et y est environ égal à 2, par exemple du nitrure de magnésium selon la forme ¾Ν2. La couche de germination 25 peut être dopée du même type de conductivité que le substrat 24. La couche de germination 25 a, par exemple, une épaisseur comprise entre 1 et 100 nanomètres, de préférence comprise entre 10 et 30 nanomètres.

Lorsque la couche de germination 25 est en nitrure d'aluminium, elle peut être sensiblement texturée et posséder une polarité préférentielle. La texturation de la couche de germination 25 peut être obtenue par un traitement supplémentaire réalisé après le dépôt de la couche de germination 25. Il s'agit, par exemple, d'un recuit sous flux d'ammoniac (NH3) . Dans le cas d'un fil 20 composé principalement de GaN, la couche de germination 25 peut favoriser la croissance du GaN avec la polarité N.

Les germes 26 et les éléments semiconducteurs 28 sont en majorité formés à partir d'au moins un matériau semiconducteur choisi parmi le groupe comprenant les composés III-V, les composés II-VI ou les semiconducteurs ou composés du groupe IV.

Les germes 26 et les éléments semiconducteurs 28 peuvent être, au moins en partie, formés à partir de matériaux semiconducteurs comportant ma oritairement un composé III-V, par exemple un composé III-N. Des exemples d'éléments du groupe III comprennent le gallium (Ga) , l'indium (In) ou l'aluminium (Al). Des exemples de composés III-N sont GaN, AIN, InN, InGaN, AlGaN ou AlInGaN. D'autres éléments du groupe V peuvent également être utilisés, par exemple, le phosphore ou l'arsenic. De façon générale, les éléments dans le composé III-V peuvent être combinés avec différentes fractions molaires.

Les germes 26 et les éléments semiconducteurs 28 peuvent être, au moins en partie, formés à partir de matériaux semiconducteurs comportant majoritairement un composé II-VI. Des exemples d'éléments du groupe II comprennent des éléments du groupe IIA, notamment le béryllium (Be) et le magnésium (Mg) et des éléments du groupe IIB, notamment le zinc (Zn) , le cadmium (Cd) et le mercure (Hg) . Des exemples d'éléments du groupe VI comprennent des éléments du groupe VIA, notamment l'oxygène (0) et le tellure (Te) . Des exemples de composés II-VI sont ZnO, ZnMgO, CdZnO, CdZnMgO, CdHgTe, CdTe ou HgTe. De façon générale, les éléments dans le composé II-VI peuvent être combinés avec différentes fractions molaires.

Les germes 26 et les éléments semiconducteurs 28 peuvent être, au moins en partie, formés à partir de matériaux semiconducteurs comportant ma oritairement au moins un élément du groupe IV. Des exemples de matériaux semiconducteurs du groupe IV sont le silicium (Si) , le carbone (C) , le germanium (Ge) , les alliages de carbure de silicium (SiC) , les alliages silicium- germanium (SiGe) ou les alliages de carbure de germanium (GeC) .

Les éléments semiconducteurs 28 peuvent, en outre, comprendre un dopant. A titre d'exemple, pour des composés III-V, le dopant peut être choisi parmi le groupe comprenant un dopant de type P du groupe II, par exemple, du magnésium (Mg) , du zinc (Zn) , du cadmium (Cd) ou du mercure (Hg) , un dopant du type P du groupe IV, par exemple du carbone (C) ou un dopant de type N du groupe IV, par exemple du silicium (Si) , du germanium (Ge) , du sélénium (Se), du souffre (S), du terbium (Tb) ou de l'étain (Sn) .

Chaque germe 26 a une taille moyenne nanométrique, c'est-à-dire que le volume de chaque germe 26 est compris dans une sphère dont le diamètre est compris entre 1 nm et 100 nm. Les germes 26 ne s'étendent pas sur les facettes entre les jointures. Ceci signifie que chaque germe 26 ne recouvre qu'une seule jointure et qu'il n'y a pas de germe qui recouvre deux ou plus de deux jointures.

Chaque germe 26 peut correspondre à un monocristal. Selon la nature du matériau composant le germe 26 et du matériau composant le substrat 24 ou la couche de germination 25 sur laquelle le germe 26 repose, chaque germe 26, ou au moins certains d'entre eux, peut correspondre à une boîte quantique. Une boîte quantique est une structure semiconductrice de dimension nanométrique. Elle se comporte comme un puits de potentiel qui confine les électrons et les trous dans les trois dimensions de l'espace, dans une région d'une taille de l'ordre de la longueur d'onde des électrons, soit quelques dizaines de nanomètres dans un matériau semiconducteur.

Lorsque les éléments semiconducteurs tridimensionnels 28 du dispositif optoélectronique 10 correspondent à des fils, la hauteur H _] _ peut être comprise entre 250 nm et 50 um. Chaque fil 28 peut avoir une structure semiconductrice allongée selon un axe D. Les axes D des fils 28 peuvent être sensiblement parallèles. Chaque fil 28 peut avoir une forme générale cylindrique, dont la base a, par exemple, une forme ovale, circulaire ou polygonale, notamment triangulaire, rectangulaire, carrée ou hexagonale. Les axes de deux fils 28 adjacents peuvent être distants de 0,5 um à 10 um et de préférence de 1,5 um à 5 um. A titre d'exemple, les fils 28 peuvent être régulièrement répartis, notamment selon un réseau hexagonal .

Selon un mode de réalisation, la portion inférieure 30 de chaque fil est principalement constituée d'un composé III-N, par exemple du nitrure de gallium, dopé d'un premier type de conductivité, par exemple de type N. Le dopant de type N peut être le silicium. La hauteur ¾ de la portion inférieure 30 peut être comprise entre 500 nm et 25 um.

Selon un mode de réalisation, la portion supérieure 32 de chaque fil est, par exemple, au moins partiellement réalisée dans un composé III-N, par exemple du nitrure de gallium. La portion 32 peut être dopée du premier type de conductivité, par exemple de type N, ou ne pas être dopée de façon intentionnelle.

La hauteur H3 de la portion supérieure 32 peut être comprise entre 500 nm et 25 um.

Dans le cas d'un fil 28 composé principalement de GaN, la structure cristalline du fil peut être du type wurtzite, le fil s 'étendant selon la direction cristallographique c.

La couche active 36 est la couche depuis laquelle est émise la majorité du rayonnement fourni par le dispositif 10. La couche active 36 peut comporter des moyens de confinement. A titre d'exemple, la couche active 36 peut comprendre un puits quantique unique. Elle comprend alors un matériau semiconducteur différent du matériau semiconducteur formant la portion supérieure 32 et la couche semiconductrice 38 et ayant une bande interdite inférieure à celle du matériau formant la portion supérieure 32 et la couche semiconductrice 38. La couche active 36 peut comprendre des puits quantiques multiples. Elle comprend alors un empilement de couches semiconductrices formant une alternance de puits quantiques et de couches barrières .

La couche semiconductrice 38 peut comprendre un empilement de plusieurs couches comprenant notamment :

- une couche de blocage d'électrons recouvrant la couche active 36 ;

- une couche intermédiaire de type de conductivité opposé à la portion inférieure 30 et recouvrant la couche de blocage d'électrons ; et

- une couche de liaison recouvrant la couche inter ^¬ médiaire et recouverte par l'électrode 42.

La couche de blocage d'électrons peut être formée d'un alliage ternaire, par exemple en nitrure de gallium et d'aluminium (AlGaN) ou en nitrure d' indium et d'aluminium (AlInN) en contact avec la couche active et la couche intermédiaire, pour assurer une bonne répartition des porteurs électriques dans la couche active .

La couche intermédiaire, par exemple dopée de type P, peut correspondre à une couche semiconductrice ou à un empilement de couches semiconductrices et permet la formation d'une jonction

P-N ou P-I-N, la couche active 36 étant comprise entre la couche intermédiaire de type P et la portion 32 de type N du fil 28 de la jonction P-N ou P-I-N.

La couche de liaison peut correspondre à une couche semiconductrice ou à un empilement de couches semiconductrices et permet la formation d' un contact ohmique entre la couche intermédiaire et l'électrode 42. A titre d'exemple, la couche de liaison peut être dopée très fortement du type opposé à la portion inférieure 30, jusqu'à dégénérer la ou les couches semi- conductrices, par exemple dopée de type P à une concentration supérieure ou égale à 10^0 atomes/cm-^.

La région isolante 40 peut être en un matériau diélectrique, par exemple en oxyde de silicium (S1O2) _f en nitrure de silicium (Si _x Ny, où x est environ égal à 3 et y est environ égal à 4, par exemple du S13N4) , en oxynitrure de silicium (notamment de formule générale SiO _x Ny, par exemple du S12O 2), en oxyde d'hafnium (HfC^) ou en diamant. A titre d'exemple, l'épaisseur de la région isolante 40 est comprise entre 500 nm et 25 um. La région isolante 40 peut avoir une structure monocouche ou correspondre à un empilement de deux couches ou de plus de deux couches .

L'électrode 42 est adaptée à polariser la couche active 36 recouvrant chaque élément semiconducteur 28 et à laisser passer le rayonnement électromagnétique émis par les diodes électro ^¬ luminescentes DEL. Le matériau formant l'électrode 42 peut être un matériau transparent et conducteur tel que de l'oxyde d'indium- étain (ou ITO, acronyme anglais pour Indium Tin Oxide) , de l'oxyde de zinc dopé ou non à l'aluminium ou au gallium, ou du graphène.

A titre d'exemple, la couche d'électrode 42 a une épaisseur comprise entre 5 nm et 200 nm, de préférence entre 20 nm et 50 nm.

Lorsqu'une tension est appliquée entre les électrodes 12 et 42, un rayonnement lumineux est émis par la couche active 36. De façon avantageuse, les facettes des pyramides 20 peuvent jouer le rôle de surfaces réfléchissantes et améliorer la réflexion de la lumière émise par les couches actives en direction du substrat 24, vers l'extérieur du dispositif optoélectronique 10.

Le procédé de croissance des germes 26 et/ou des fils

28 peut être un procédé du type dépôt chimique en phase vapeur (CVD, sigle anglais pour Chemical Vapor Déposition) ou dépôt chimique en phase vapeur organométallique (MOCVD, acronyme anglais pour Metal-Organic Chemical Vapor Déposition) , également connu sous le nom d'épitaxie organométallique en phase vapeur (ou MOVPE, acronyme anglais pour Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy) . Toutefois, des procédés tels que l'épitaxie par jets moléculaires (MBE, acronyme anglais pour Molecular-Beam Epitaxy) , la MBE à source de gaz (GSMBE) , la MBE organométallique (MOMBE) , la MBE assistée par plasma (PAMBE) , l'épitaxie par couche atomique (ALE, acronyme anglais pour Atomic Layer Epitaxy) ou l'épitaxie en phase vapeur aux hydrures (HVPE, acronyme anglais pour Hydride Vapor Phase Epitaxy) peuvent être utilisés.

A titre d'exemple, le procédé peut comprendre l'injection dans un réacteur d'un précurseur d'un élément du groupe III et d'un précurseur d'un élément du groupe V. Des exemples de précurseurs d'éléments du groupe III sont le triméthylgallium (TMGa) , le triéthylgallium (TEGa) , le triméthylindium (TMIn) ou le triméthylaluminium (TMA1) . Des exemples de précurseurs d'éléments du groupe V sont l'ammoniac (NH3) , le tertiarybutylphoshine (TBT) , l'arsine (ASH3) , ou le diméthylhydrazine asymétrique (UDMH) . On appelle rapport V/III le rapport entre le flux de gaz du précurseur de l'élément du groupe V et le flux de gaz du précurseur de l'élément du groupe III.

Selon un mode de réalisation de l'invention, dans une phase de croissance des fils 28 du composé III-V, notamment pour la croissance de la portion inférieure 30, un précurseur d'un élément supplémentaire est ajouté en plus des précurseurs du composé III-V. La présence du précurseur de l'élément supplémentaire conduit à l'incorporation de l'élément supplé ^¬ mentaire dans le composé III-V pour doper ce composé III-V mais également à la formation d'une couche d'un matériau diélectrique principalement constitué de l'élément supplémentaire et de l'élément du groupe V sur les flancs latéraux des cristaux en croissance du composé III-V. L'élément supplémentaire peut être le silicium (Si) . Un exemple de précurseur du silicium est le silane (S1H4) . Ceci permet de doper les fils de type N. Ceci peut entraîner, en outre, la formation d'une couche diélectrique de nitrure de silicium SiN, éventuellement sous forme stoechiométrique S13N4, sur les parois latérales du fil. L'épaisseur de la couche diélectrique de S13N4 obtenue est alors généralement inférieure à 10 nm.

La face 18 est irrégulière ou rugueuse, c'est-à-dire qu'elle présente des aspérités. En figure 3, la face 18 comprend des aspérités en forme de pyramides 20. De façon générale, la face 18 comprend une succession de facettes jointives qui sont reliées les unes aux autres par des jointures, correspondant à des coins ou à des arêtes, en relief ou en creux. Dans le mode de réalisation représenté en figure 3, les facettes correspondent aux faces des pyramides 20, les coins en relief correspondent aux sommets 22 des pyramides 20, les arêtes en creux correspondent aux arêtes situées à la base des pyramides 20 et qui sont communes à des pyramides adjacentes.

Les inventeurs ont mis en évidence que, lorsque la rugosité de la face 18 a des propriétés particulières et pour des conditions de croissance des germes 26 particulières décrites par la suite, les germes se forment d'abord en majorité, voire en totalité, sur certaines des jointures de la face 18, de préférence sur les coins en relief, et s'il n'y a pas de coins en relief, sur les arêtes en relief. Ces arêtes ou coins 22 forment alors des sites de croissance privilégiés des germes 26. Les germes 26 eux-mêmes forment des sites de croissance des fils 28. Une explication serait que lorsque les atomes du matériau composant les germes 26 sont déposés sur la face 18 lors de la croissance des germes 26, ces atomes tendent à s'accumuler d'abord au niveau des coins en relief, ou en l'absence de coins en relief, au niveau d'arêtes en relief, ces emplacements étant ceux où la croissance des germes 26 nécessiterait le moins d'énergie.

Selon un mode de réalisation, la distance D _] _, mesurée perpendiculairement à l'axe D, entre deux coins en relief 22 adjacents, ou, en l'absence de coins en relief, entre deux arêtes en relief adjacentes, est supérieure à la longueur de diffusion des atomes du matériau composant les germes 26. Cette longueur de diffusion dépend notamment de la forme géométrique de la face 18, de sa rugosité, du matériau composant les germes 26, et des conditions de croissance des germes 26. A titre d'exemple, lorsque les germes 26 sont en GaN, que le substrat 24 est en Si et que les aspérités 20 correspondent à des pyramides, la distance D _] _ entre deux sommets 22 adjacents est comprise entre 1 um et 10 um.

Selon un mode de réalisation, la distance D2, mesurée parallèlement à l'axe D, entre un coin en relief 22 et l'arête ou le coin en creux 22 adjacent, ou, en l'absence de coins en relief, entre une arête en relief et l'arête ou le coin en creux 22 adjacent, est supérieure à la longueur de diffusion des atomes du matériau composant les germes 26. A titre d'exemple, lorsque les germes sont en GaN, que le substrat 14 est en Si et que les aspérités 20 correspondent à des pyramides, la distance D2 entre le sommet 22 et la base de la pyramide 20 est comprise entre 1 um et 10 um.

Selon un mode de réalisation, dans le cas où la croissance des germes 26 est réalisée par MOCVD, le rapport V/III est inférieur à 500, de préférence inférieur à 50.

Le paramètre principal pour modifier la longueur de diffusion du matériau composant les germes 26 est la température dans le réacteur lors de la croissance des germes. Selon un mode de réalisation, dans le cas où la croissance des germes 26 est réalisée par MOCVD, la température dans le réacteur de croissance est comprise entre 900 et 1100, de préférence entre 950 et 1050.

Les figures 4A à 4G sont des coupes, partielles et schématiques, des structures obtenues à des étapes successives d'un mode de réalisation d'un procédé de fabrication du dispositif optoélectronique 10 représenté en figure 3.

La figure 4A représente la structure obtenue après avoir déposé, sur une face 50 plane du substrat 24, une couche 52, formant un masque de gravure, et comprenant des ouvertures 54 qui exposent des parties de la face 50 du substrat 24. Le substrat 24 a, par exemple, une épaisseur initiale de 400 um. La couche 52 correspond, par exemple, à une couche de titane (Ti) , de nitrure de titane (TiN) , de nitrure de silicium (S13N4) ou le dioxyde de silicium (S12O) . Selon un mode de réalisation, la couche 52 est déposée sur la totalité de la face 50 et les ouvertures 54 sont formées dans la couche 52 par gravure. Selon un autre mode de réalisation, notamment lorsque la couche est en nitrure de silicium (Si _x Ny) , les conditions de dépôt de la couche peuvent être adaptées pour entraîner la formation des ouvertures 54 de façon aléatoire lors du dépôt de la couche 52.

Selon un autre mode de réalisation, le procédé de formation de la couche 52 comprend le dépôt d'une couche de résine 52 sur la totalité de la face 50 du substrat 24 et la formation des ouvertures 54 dans la couche de résine 52 par lithographie par nano-impression. La lithographie par nano-impression est un procédé de gravure dans lequel un poinçon recouvert d'un motif nanométrique est appliqué sur la couche de résine 52. La couche de résine 52 est ensuite durcie, par exemple sous l'effet de la chaleur ou de l'exposition à des rayons ultraviolets, la couche de résine 52 durcie conservant le motif imprimé à partir du poinçon. La portion de résine résiduelle au fond des motifs imprimés est alors retirée, par exemple par gravure sèche, pour obtenir les ouvertures 54.

La figure 4B représente la structure obtenue après avoir gravé le substrat 24 au travers de la couche 52 pour former une face 56 comprenant des motifs 20 en relief et après avoir retiré la couche 52. Les motifs en relief peuvent correspondre à des pyramides. Lorsque la couche de germination 25 n'est pas présente, la face 56 correspond à la face 18 décrite précédemment. Lorsqu'une couche de germination 25 doit être déposée, la face 56 a la même forme que la face 18 recherchée.

Le type de gravure à utiliser dépend notamment du matériau ou des matériaux composant le substrat 24. Selon un mode de réalisation, dans le cas où la partie du substrat 24 à graver est en silicium, la gravure du substrat 24 peut être une gravure chimique humique anisotrope utilisant une solution aqueuse d'hydroxyde de potassium (KOH) ou d'hydroxyde de tétraméthy- lammonium (TMAH) . Dans ce cas, la face 50 du substrat 24 peut être une face (001) et la face 56 obtenue après la gravure peut être composée de plans (111) . Selon un mode de réalisation, notamment dans le cas où la partie du substrat 24 à graver est en Si, en saphir, en SiC, en GaN ou en AIN, la gravure du substrat 24 peut être une gravure sèche directive, par exemple mettant en oeuvre un plasma. Dans le cas où la partie du substrat 24 à graver est en GaN de polarité N ou en AIN de polarité N, la gravure du substrat 24 peut être une gravure chimique humique anisotrope utilisant une solution aqueuse d'hydroxyde de potassium (KOH) .

La figure 4C représente la structure obtenue après le dépôt éventuel de la couche 25 favorisant la croissance des germes 26. La couche de germination 25 peut être déposée par un dépôt conforme, par exemple par MOCVD ou par PVD.

La figure 4D représente la structure obtenue après la formation des germes 26 sur la couche de germination 25 aux sommets 22 des pyramides 20. A titre d'exemple, dans le cas où les germes 26 sont en GaN, un procédé du type MOCVD peut être mis en oeuvre par in ection dans un réacteur MOCVD, de type douchette, d'un gaz précurseur du gallium, par exemple le triméthylgallium (TMGa) et d'un gaz précurseur de l'azote, par exemple l'ammoniac (NH3) . A titre d'exemple, on peut utiliser un réacteur MOCVD 3x2", de type douchette, commercialisé par la société AIXTRON. Un rapport V/III inférieur à 50, par exemple dans la gamme de 5 à 50, permet de favoriser la croissance des germes 26. La pression dans le réacteur est, par exemple, comprise entre 100 mbar (100 hPa) et

800 mbar (800 hPa) . La température dans le réacteur est, par exemple, comprise entre 900°C et 1100°C.

La figure 4E représente la structure obtenue après avoir fait croître les portions inférieures 30 des fils 28. Selon un mode de réalisation, les conditions de fonctionnement du réacteur

MOCVD décrites précédemment pour la croissance des germes 26 sont maintenues à l'exception du fait qu'un précurseur du silicium, par exemple du silane (S1H4) , est ajouté aux autres gaz précurseurs. La présence de silane parmi les gaz précurseurs entraîne l'incorporation de silicium au sein du composé GaN. On obtient ainsi des portions inférieures 30 dopées de type N. En outre, ceci se traduit par la formation d'une couche de nitrure de silicium, non représentée, qui recouvre le pourtour de chaque portion inférieure 30, à l'exception du sommet au fur et à mesure de la croissance de la portion inférieure 30.

La figure 4F représente la structure obtenue après avoir fait croître les portions supérieures 32 des fils 28. Selon un mode de réalisation, les conditions de fonctionnement du réacteur MOCVD décrites précédemment sont, à titre d'exemple, maintenues à l'exception du fait que le flux de silane dans le réacteur est réduit, par exemple d'un facteur supérieur ou égal à 10, ou arrêté. Même lorsque le flux de silane est arrêté, la portion supérieure 32 peut être dopée de type N en raison de la diffusion dans cette portion active de dopants provenant des portions passivées adjacentes ou en raison du dopage résiduel du GaN.

La figure 4G représente la structure obtenue après avoir fait croître les coques 34 recouvrant les portions supérieures 32 des fils 28. Les couches composant la coque 34 peuvent être formées par épitaxie. Compte tenu de la présence de la couche de nitrure de silicium recouvrant le pourtour de la portion inférieure 30 de chaque fil 28, le dépôt des couches composant la coque 34 ne se produit que sur la portion supérieure 32 de chaque fil 28.

Les étapes ultérieures du mode de réalisation du procédé de fabrication du dispositif optoélectronique 10 comprennent la formation de la région isolante 40 et la formation des électrodes

42 et 12. Le procédé peut comprendre une étape d'amincissement du substrat 14 avant la formation de l'électrode 12.

La figure 5 est une coupe, partielle et schématique, d'un mode de réalisation d'un dispositif optoélectronique 60 comprenant des fils 28 tels que décrits précédemment et adapté à l'émission d'un rayonnement électromagnétique. Le dispositif optoélectronique 60 comprend l'ensemble des éléments du dispositif optoélectronique 10 décrit précédemment en relation avec la figure 3 à la différence que les motifs 20 en relief de forme pyramidale du dispositif optoélectronique 10 sont remplacées par des motifs en relief en forme de marches 62. En outre, en figure 5, la couche de germination 25 n'est pas représentée. La distance D _] _, décrite précédemment, correspond à la distance perpendiculaire à l'axe D entre deux nez 64 de marche successifs et la distance D2, décrite précédemment, correspond à la hauteur de la marche, mesurée parallèlement à l'axe D. Les nez 64 des marches 62 forment des sites privilégiés de croissance des germes 26 lorsque les conditions de croissance décrites précédemment sont mises en oeuvre. Les motifs en relief en forme de marches 62 peuvent être obtenus notamment par gravure sèche et/ou par l'utilisation de substrat désorienté.

Des modes de réalisation particuliers ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, bien que des modes de réalisation décrits précédemment aient été décrits pour des dispositifs opto ^¬ électroniques à structure radiale dans lesquels la couche active 36 recouvre les parois latérales et éventuellement la paroi sommitale de la portion supérieure 32 du fil 28 associé, le dispositif optoélectronique peut avoir une structure axiale dans laquelle la couche active n'est formée que dans le prolongement du fil, c'est-à-dire seulement sur la paroi sommitale du fil.