多色发光器件及制造这种器件的方法技术

本发明专利技术关于一种发光器件，包括第一、第二和第三像素，其中：‑第一像素包括二维发光单元，其包括具有第一导电类型的第一半导体层、有源层、以及第二导电类型的第二半导体层的垂直堆叠件；‑第二和第三像素中的每个包括三维发光单元，其包括有规律地分布在像素表面的多个相同尺寸的纳米结构，每个纳米结构包括第一导电类型的掺杂锥状半导体核心、覆盖该核心的侧壁的有源层、以及覆盖该有源层的第二导电类型的掺杂半导体层；以及‑第二和第三像素的纳米结构具有不同的尺寸和/或不同的间距。

Polychromatic light-emitting devices and the method of making such devices

【技术实现步骤摘要】
多色发光器件及制造这种器件的方法本申请要求享有法国专利申请号18/71328的优先权权益，在法律允许的最大程度上，其内容通过引用整体包含于此。
本公开一般涉及基于半导体材料的发光器件及其制造方法。更特别地，目的在于形成多色发光显示器件，也即，包括多个像素，其中不同类型的像素分别能够发射不同波长范围的光。
技术介绍
发光显示器件传统上包括多个像素，每个像素可单独控制以将电信号转换为光线。更具体地，每个像素包括发光单元，其包括具有第一导电类型的第一掺杂半导体层、有源层、以及第二导电类型的第二掺杂半导体层的堆叠件。在操作时，在单元的第一和第二半导体层之间施加电流。在此电流作用下，有源层以基本上取决于其成分的波长范围发射光线。每个像素还可以包括控制电路，例如包括一个或多个晶体管，使得能够控制施加在像素的发光单元上的电流强度，以及相应地控制像素所发射的光线的强度。为了能够显示多色图像，显示器件应当包括多个不同类型的像素，其能够分别以不同波长范围发射。为了形成多色显示器件，一种可能性是将基于不同半导体材料分开形成的像素转移到同一衬底上。然而，像素在转移衬底上的接合和对齐可以通过精细来实现。特别地，这种技术不适合于形成像素之间间距较小的显示器件，例如，小于10μm。另一种可能性是形成一种显示器件，其中所有的像素发光单元都以同一波长范围发射，某些像素的发光单元涂有颜色转换层，例如，包含量子点或纳米磷光体的层，其能够将发光单元发射的光线转换成另一波长范围的光线。然而，局部沉积颜色转换层可能很难实现，特别是在小尺寸像素上。而且，颜色转换材料的耐久性一般相对有限。另一种可能性是在不同的局部外延序列中，通过针对每个序列修改沉积层的成分以获得在不同波长范围中直接发射的像素，从而连续形成不同类型像素的发光单元。然而，此方法的缺点在于成本高，因为实施多个连续外延序列来连续地形成不同类型像素的发光单元。
技术实现思路
需要一种多色发光显示器件以及制造这种器件的方法，以解决已知解决方案的全部或部分缺陷。因此，一个实施例提供了一种发光器件，包括能够分别以第一、第二和第三波长范围发射的第一、第二和第三像素，其中：-第一像素包括二维发光单元，其包括具有第一导电类型的第一掺杂半导体层、有源层、以及第二导电类型的第二掺杂半导体层的垂直堆叠件；-第二和第三像素中的每个包括三维发光单元，其包括有规律地分布在像素表面的多个相同尺寸的纳米结构，每个纳米结构包括第一导电类型的掺杂锥状半导体核心、覆盖该核心的侧壁的有源层、以及覆盖该有源层的第二导电类型的掺杂半导体层；以及-第二和第三像素的纳米结构具有不同的尺寸和/或不同的间距。根据一个实施例，在第一、第二和第三像素的每个中，有源层包括第一材料的半导体层与第二材料的半导体层的交替，其定义多个量子阱。根据一个实施例，在第一、第二和第三像素的每个中，第一材料是InGaN，并且第二材料是GaN或铟浓度低于第一材料的铟浓度的InGaN。根据一个实施例，第一像素的第一半导体层和第二和第三像素的半导体核心由N型掺杂GaN或N型掺杂InGaN构成。根据一个实施例，第一像素的第二半导体层和第二和第三像素的第二导电类型的掺杂半导体层由P型掺杂GaN或P型掺杂InGaN构成。根据一个实施例，该器件包括基本上平坦的基础半导体层，其表面覆盖有基本上平坦的介电掩膜层，该掩膜层包括与第一像素相对的单个开口，其横向界定第一像素的第一半导体层，以及与第二和第三像素中每个相对的多个开口，其横向界定第二和第三像素的半导体核心，在所述开口中，第一像素的第一半导体层和第二和第三像素的半导体核心布置在基础半导体层的所述表面之上并与其接触。另一实施例提供了一种制造如上所定义的器件的方法，其中第一像素的第一半导体层和第二和第三像素的半导体核心在同一外延步骤中同时形成。根据一个实施例，第一像素的第一半导体层和第二和第三像素的半导体核心通过在覆盖有介电掩膜层的基础半导体层的表面上的局部外延而形成。根据一个实施例，介电掩膜层包括与第二和第三像素中的每个相对的多个开口，其有规律地分布在像素的发光单元的整个表面上。根据一个实施例，开口是通过蚀刻与基于嵌段共聚物形成的具有受控孔隙的膜的孔相对的介电掩膜层形成的。根据一个实施例，第一、第二和第三像素的有源层在同一外延步骤中同时形成。根据一个实施例，关于形成第一、第二和第三像素的有源层的外延生长条件如下：-生长温度为720℃+/-30℃；-生长速度为0.12μm/h+/-0.007μm/h；-铟/镓流动比率范围在2到5之间；-V/III的半导体比率大于5,000；以及-压强大约为400mbar。根据一个实施例，第一像素的第二半导体层和第二和第三像素的半导体层在同一外延步骤中同时形成。在下面结合附图对特定实施例的非限制性描述中将详细讨论前述以及其他特征和优势。附图说明图1是示意性并局部示出根据一个实施例的发光显示器件制造方法的步骤的顶视图；图2是图1结构的截面图；图3是示意性并局部示出根据一个实施例的发光显示器件制造方法的另一步骤的截面图；图4是示意性并局部示出根据一个实施例的发光显示器件制造方法的另一步骤的截面图；图5是示意性并局部示出根据一个实施例的发光显示器件制造方法的另一步骤的截面图；图6是示意性并局部示出根据一个实施例的发光显示器件制造方法的另一步骤的截面图；以及图7是示意性并局部示出根据一个实施例的发光显示器件制造方法的另一步骤的截面图。具体实施方式在不同附图中，相同的元件赋予相同的参考标号。特别地，不同实施例公共的结构和/或功能元件可以赋予相同的参考标号并且可以具有相同的结构、尺寸和材料属性。为了清楚起见，仅示出并详细描述了对于理解所描述实施例有用的那些步骤和元件。具体地，更具体考虑了多色发光显示器件的像素的发光单元的形成。未详细描述像素控制电路的形成以及像素的发光单元之间可能的绝缘结构的形成，因为这些元件的形成都在本领域技术人员的能力范围内。在下面的描述中，当提及修饰绝对位置的词语，诸如词语“前面”、“后面”、“顶部”、“底部”、“左边”、“右边”等等，或提及修饰相对位置的词语时，诸如词语“之上”、“之下”、“更上”、“更下”等等，或者提及修饰方向的词语时，诸如“水平”、“垂直”等等，除非另有说明，否则是指附图的朝向，在实践中应当理解，所描述的器件可以有不同朝向。词语“大概”、“近似”、“基本上”和“大约”在本文用于指定所讨论值的加减10％的容差，优选加减5％的容差。图1到图7示出了根据一个实施例的多色发光显示器件方法示例的连续步骤。本文考虑包括能够分别以三个不同波长范围来进行发射的三种类型的不同像素的显示器件的形成作为示例。更具体地，在本示例中期望形成这样的显示器件，其包括一个或多个第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发光器件，包括能够分别以第一波长范围、第二波长范围和第三波长范围发射的第一像素(B)、第二像素(G)和第三像素(R)，其中：/n-第一像素(B)包括二维发光单元，其包括第一导电类型的第一掺杂半导体层(111B)、有源层(115)、以及第二导电类型的第二掺杂半导体层(117)的垂直堆叠件；/n-第二像素(G)和第三像素(R)中的每个包括三维发光单元，其包括有规律地分布在像素表面上的多个相同尺寸的纳米结构，每个纳米结构包括第一导电类型的掺杂锥状半导体核心(111G、111R)、覆盖所述核心的侧壁的有源层(115)、以及覆盖所述有源层的第二导电类型的掺杂半导体层(117)；以及/n-第二像素(G)和第三像素(R)的所述纳米结构具有不同的尺寸和/或不同的间距，/n所述器件还包括基本上平坦的基础半导体层(103)，其表面覆盖有基本上平坦的介电掩膜层，所述掩膜层包括与第一像素(B)相对的单个开口，其横向界定第一像素(B)的所述第一半导体层(111B)，以及与第二像素(G)和第三像素(R)中的每个相对的多个开口(107)，其横向界定第二像素(G)和第三像素(R)的半导体核心(111G、111R)，在所述开口(107)中，第一像素(B)的第一半导体层(111B)、以及第二像素(G)和第三像素(R)的半导体核心(111G、111R)布置在基础半导体层(103)的所述表面之上并与其接触。/n...

【技术特征摘要】
20181029 FR 18/713281.一种发光器件，包括能够分别以第一波长范围、第二波长范围和第三波长范围发射的第一像素(B)、第二像素(G)和第三像素(R)，其中：
-第一像素(B)包括二维发光单元，其包括第一导电类型的第一掺杂半导体层(111B)、有源层(115)、以及第二导电类型的第二掺杂半导体层(117)的垂直堆叠件；
-第二像素(G)和第三像素(R)中的每个包括三维发光单元，其包括有规律地分布在像素表面上的多个相同尺寸的纳米结构，每个纳米结构包括第一导电类型的掺杂锥状半导体核心(111G、111R)、覆盖所述核心的侧壁的有源层(115)、以及覆盖所述有源层的第二导电类型的掺杂半导体层(117)；以及
-第二像素(G)和第三像素(R)的所述纳米结构具有不同的尺寸和/或不同的间距，
所述器件还包括基本上平坦的基础半导体层(103)，其表面覆盖有基本上平坦的介电掩膜层，所述掩膜层包括与第一像素(B)相对的单个开口，其横向界定第一像素(B)的所述第一半导体层(111B)，以及与第二像素(G)和第三像素(R)中的每个相对的多个开口(107)，其横向界定第二像素(G)和第三像素(R)的半导体核心(111G、111R)，在所述开口(107)中，第一像素(B)的第一半导体层(111B)、以及第二像素(G)和第三像素(R)的半导体核心(111G、111R)布置在基础半导体层(103)的所述表面之上并与其接触。


2.根据权利要求1所述的器件，其中，在第一像素(B)、第二像素(G)和第三像素(R)的每个中，所述有源层(115)包括第一材料的半导体层与第二材料的半导体层的交替，其定义多个量子阱。


3.根据权利要求2所述的器件，其中，在第一像素(B)、第二像素(G)和第三像素(R)的每个中，第一材料是InGaN，并且第二材料是GaN或铟浓度低于第一材料的InGaN。


4.根据权利要求1到3任一项所述的器件，其中第一像素(B)的第一半导体层(111B)、以及第二像素(G)和第三像素(R...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿梅莉·迪赛涅，
申请(专利权)人：原子能与替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：法国;FR