[發明專利]具有亞波長抗反射結構的光電器件、相關屏幕和制造方法

在審

• 申請號: 202310143102.8
• 申請日: 2023-02-21
• 公開（公告）號: CN116632131A
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發明（設計）人: 阿瑪德·恩迪亞耶;巴德希斯·本·巴基爾
• 申請（專利權）人: 法國原子能及替代能源委員會
• 主分類號: H01L33/10
• 分類號: H01L33/10;H01L33/06;H01L33/30;H01L33/36;H01L33/00;H01L27/15
• 代理公司: 中國商標專利事務所有限公司 11234
• 代理人: 王淑玲

光電器件(1)包括發射結構(2)，其至少一部分由一種或多種半導體材料形成，其被配置為當它具有電流流過其中時產生發光輻射，所述發光輻射在發射結構內產生并且具有平均波長λ，該發射結構具有平均光學折射率n并且由出射表面(4)界定，所述發光輻射的至少一部分通過該出射表面離開，該器件還包括抗反射結構(3)，其包括亞波長周期性光柵，該光柵包括形成間距(a)小于λ/[2.n]的周期性結構的中空部分(7)和突出部分(6)。

技術領域是微電子技術領域，更具體地是用于發光的光電器件技術領域，諸如發光二極管。

背景技術

基于半導體的發光源，諸如發光二極管或激光二極管，被越來越多地使用并且多年來一直在穩步增長。

最近，在微型LED(microLED)和微型LED屏幕的領域中以及在用于照明的更大(和更強大)LED的領域中取得了重要進展。

然而，對于所謂的“表面發射”的發射結構，諸如LED(發光二極管)或VCSEL(垂直腔面發射激光器)，一個重要的問題是限制在輻射的出射表面處的回射。

事實上，形成這些發射結構的(多個)半導體材料的光學折射率通常遠高于輻射離開的介質例如空氣(或透明填充材料，諸如氧化硅)的光學折射率。

在沒有特別預防措施的情況下，即使在垂直入射時，這種大的折射率差異對于所產生的輻射而言在發射結構的出射表面處引起顯著反射，因此減少了由該結構最終遞送的光量。

為了降低反射系數，發射結構在該出射表面處具有抗反射層，該抗反射層由折射率為n_AR的均質材料形成，其可以被沉積在該表面上。當抗反射層具有等于λ/(4.n_AR)的厚度時，并且當折射率n_AR等于時，獲得最大透射，n是發射結構的平均光學折射率，n_out是發光輻射離開介質的折射率，并且λ是發射輻射的平均波長(真空中的波長)。

實際上，在不同的可能材料(必須是透明的并且適合薄膜沉積的材料)之中，選擇其折射率最接近最佳值的材料。但是一般來說，這種材料的折射率并不完全等于該最佳值，因此在出射表面處會或多或少地存在明顯的殘余反射。

在此背景下，Hee?Kwan?Lee等人在Microelectronic?Engineering(微電子工程)，104(2013年4月1日)，第29-32頁發表的文章“Improved?Device?Performance?of?AlGaInP-Based?Vertical?Light-Emitting?Diodes?with?Low-n?ATO?Antireflective?CoatingLayer(具有低n?ATO抗反射涂層的基于AlGaInP的垂直發光二極管的改進的器件性能)”描述了一種LED，其出射面提供有由ATO(氧化銻錫)的薄多孔層形成的抗反射層。

90nm厚的該層由傾斜的ATO納米柱形成，每個納米柱具有在約10到30nm之間的直徑，被空氣隔開，并以無序的方式被排列在LED的出射面上(參見所述文章中的圖像1b)。該層是通過執行氣相沉積(通過RF磁控管濺射)而獲得的，相對于發射結構表面具有非常傾斜的通量。對于某些壓力和傾斜條件，觀察到所沉積的ATO的自組織，其以柱狀的形式自組織。

LED的發射波長λ約為635nm，并且由GaP制成的LED上層的折射率n在該波長下約為3.3。因此，ATO層的納米結構的典型尺寸更低，甚至遠低于λ/(2n)，因此該層可以被認為在光學上等效于(至少作為一階近似)均質層，其有效且均勻的折射率具有介于空氣折射率和ATO折射率之間的中間值。

與沒有任何抗反射層的LED相比(對于流過LED的相同電流而言)，該層使得可以將LED實際遞送的發光功率提高約20％。

該ATO層的有效折射率n_eff可以通過在該層的沉積期間改變通量傾斜度(這修改了ATO層的孔隙率)來在某種程度上進行調整。這允許該折射率被調整為接近最佳值