KR101577846B1 - 광전자 반도체 몸체 및 이의 제조 방법 - Google Patents

광전자 반도체 몸체 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

광전자 반도체 몸체는 전자기 복사를 생성하기에 적합한 활성층(22, 22')을 가지고, 제1 및 제2 주요면을 장착하며 본질적으로 편평한 반도체층 시퀀스(20)를 포함한다. 또한, 상기 반도체 몸체는 상기 반도체층 시퀀스의 상기 활성층을 적어도 2 개의 전기적으로 절연된 부분 활성층(22, 22')으로 분할하기 위해 상기 반도체층 시퀀스의 상기 활성층을 나누는 적어도 하나의 트렌치를 구비한다. 제2 주요면 위에 배치되는 제1 및 제2 연결층(410, 411, 460)은 상기 부분 활성층과 접촉하는 데 이용된다. 이때, 적어도 2 개의 부분 활성층들의 접촉을 위해 제1 및 제2 연결층들은, 2 개의 부분 활성층들이 직렬 연결을 형성하도록 상호 전기적으로 전도되어 연결된다.

Description

광전자 반도체 몸체 및 이의 제조 방법{OPTOELECTRONIC SEMI-CONDUCTOR BODY AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF}
본 발명은 광전자 반도체 몸체 및 광전자 반도체 몸체의 제조 방법에 관한 것이다.
광전자 반도체 몸체는 수많은 다양한 조명 응용(lighting application)에 사용된다. 광전자 반도체 몸체는 무엇보다도 근소한 공간에 높은 발광 효율이 필요할 때에 적합하다. 광전자 반도체 몸체의 이용 사례는 프로젝션 응용 및 자동차 분야, 특히 자동차의 전조등에서 볼 수 있다.
그럼에도 불구하고, 종래의 조명 수단에 비해 보다 덜 복잡하면서도 동시에 개선된 효율을 구비하는 광전자 반도체 몸체를 제공할 필요가 있다.
이러한 목적은 독립항에 따른 광전자 반도체 몸체 및 이의 제조방법에 의해 달성된다. 본 발명에 따른 실시예 및 추가 실시예는 각각 종속항들의 대상이며, 이와 동시에 종속항들의 개시 내용은 분명하게 설명에 수용된다.
개시된 원리에 따라 실시예에서 광전자 반도체 몸체는 제1 주요면(main side) 및 제2 주요면 그리고 전자기 복사 생성에 적합한 활성층을 구비하여 본질적으로 편평하게 배치되는 반도체층 시퀀스를 포함한다.
이와 관련하여 활성층은 복사 생성을 위해 pn 접합, 이중 이종 접합 구조, 단일 양자 우물(SQW, Single quantum well) 또는 다중 양자 우물(MQW, multi quantum well) 구조를 가질 수 있다. 양자 우물 구조 명칭이 양자화의 차원의 측면에서 의미를 지니는 것은 결코 아니다. 양자 우물 구조는 일반적으로 특히 양자 샘, 양자 세선 및 양자 도트 및 이 구조들의 조합을 포함한다. 다중 우물 구조에 대한 예시는 인용 참증 WO 01/39282, US 5,831,277, US 6,172,382 및 US 5,684,309에 설명되어 있다. 따라서 이들의 개시 내용은 참조된다.
본 실시예에는 전자기 복사를 방출하기 위한 제1 주요면이 제공된다. 또한 적어도 반도체층 시퀀스의 활성층은 활성층을 관통하는 트렌치(trench)에 의해 전기적으로 서로 절연되는 적어도 2 개의 부분 활성층으로 나뉜다. 즉 트렌치가 반도체층 시퀀스의 활성층을 나누고, 그렇게 함으로써 전기적으로 서로 절연된 부분 활성층이 반도체층 시퀀스 내에 형성된다.
광전자 반도체 몸체는 또한 각각 제2 주요면에 배치되며 부분 활성층과 접촉되는 제1 및 제2 연결층을 포함한다. 이때, 제2 주요면에 배치되는 연결층의 개념은 반도체층 시퀀스의 적어도 제1 또는 제2 연결층의 일부가 전면에서부터 배면 방향을 향하여 이어진다는 의미이다. 그러나, 이때 제1 또는 제2 연결층이 반도체층 시퀀스의 제2 주요면에 직접 제공될 필요는 없다. 또한, 제1 및 제2 연결층은 반도체층 시퀀스의 제2 주요면을 완전히 덮지 않아도 된다. 오히려 부분 활성층과 접촉하기 위하여 제1 및 제2 연결층이 부분적으로 제2 주요면에 배치된다. 그렇게 함으로써 제1 및 제2 연결층은 반도체층 시퀀스의 제1 주요면보다 제2 주요면에 더욱 근접한다.
각각 적어도 2 개의 전기적으로 절연되는 부분 활성층이 접촉하는 제1 및 제2 연결층은 본 발명에 따라 부분 활성층이 직렬 연결을 형성하는 방식으로 상호 전기적으로 전도되어 연결된다.
즉, 부분 활성층의 2 개의 연결층들은 부분 활성층들이 직렬 연결을 형성하도록 서로 연결된다.
그렇게 함으로써 광전자 반도체 몸체는 부분 영역으로 분할되고, 전기적으로 상호 간에 직렬 연결을 형성하는 조건에서 각기 다른 연결층을 지나 연결된다. 그로 인해 광전자 반도체 몸체가 작동 시에 현저하게 더욱 경미한 전류 흐름을 보유하게 된다. 그러나 개별적인 부분 활성 영역은 오히려 직렬 연결로 상호 연결된다. 그렇게 함으로써 광전자 반도체 몸체는 전류가 낮을 시에도 동시에 전압이 구동되어 전원이 공급될 수 있다. 그로 인해 값비싼 드라이버 및 고전류원(high current source)이 상대적으로 더욱 용이하게 제작될 수 있는, 상응하는 고전압원(high voltage source)으로 대체된다. 부분 영역으로 세분함으로써 광전자 반도체 몸체는 세분된 부분에 따라 선택 가능한 각기 다른 전압으로 작동될 수 있다.
본원의 목적에 상응하여 반도체 몸체는 모놀리식(monolithic)으로 형성된다. 즉 반도체 몸체는 단 하나의 몸체를 보유하며, 이 몸체 내부에 모든 전도판(conductive plane)과 활성층이 집적되고 제조 시에 연속하여 제공된다. 이는 공통의 기판 상에 활성층 및 전도판 형성을 포함하여 전체 웨이퍼를 넘는 대규모 제조를 가능하게 한다.
일 실시예에서 반도체 몸체는 박막 LED 칩이다. 특히 이 박막 LED 칩은 자체 배면에 지지 기판을 구비한다. 일 실시예에서 제1 및 제2 연결층은 적어도 부분적으로 반도체층 시퀀스와 지지 기판 사이에 배치된다. 박막 LED 칩은 다음의 특징 가운데 적어도 하나의 특징을 통해 구분된다.
- 지지 요소, 특히 지지 기판을 향하며 복사를 형성하는 반도체층 시퀀스의 주요면에 반사층이 장착되거나 형성되되, 이 반도체층 시퀀스는 특히 복사를 형성하는 에피택시(epitaxy)층 시퀀스이며, 반사층은 반도체층 시퀀스에서 형성되는 전자기 복사의 적어도 일부를 상기 반도체층 시퀀스로 다시 반사하는 것.
- 박막 LED 칩은 지지 요소를 구비하되, 지지 요소는 반도체층 시퀀스가 에피택시 방식으로 성장된 성장 기판이 아니며 추후에 반도체층 시퀀스에 고정된 별도의 지지 요소인 것.
- 반도체층 시퀀스가 20 ㎛ 또는 그 이하 범위, 특히 10 ㎛ 또는 그 이하 범위의 두께를 지니는 것.
- 반도체층 시퀀스에 성장 기판이 없는 것. 여기서 "성장 기판이 없다"라는 것은 경우에 따라 성장에 이용되는 성장 기판이 반도체층 시퀀스로부터 제거되거나 적어도 현저하게 박막화되었다는 것을 의미한다. 특히 성장 기판은 그 자체만 또는 에피택시 층시퀀스와 함께 자체 지지되지 않는 방식으로 박막화된다. 현저하게 박막화된 성장 기판의 남는 부분은 특히 그 자체로서는 성장 기판의 기능에 적합하지 않다.
- 반도체층 시퀀스가 혼합 구조를 구비한 적어도 하나의 표면을 포함하는 반도체층을 보유하는 것. 이 혼합 구조로 인해, 이상적인 경우 반도체층 시퀀스 내에서 빛이 대략 에르고드적인(ergodic) 분포를 초래한다. 즉, 혼합 구조는 최대한 에르고딕 통계학적인 분산 거동을 가진다.
박막 LED 칩의 기본 원리는 예를 들면 인용 문헌 I. 슈니처 외, Appl. Phys. Lett. 63(16)18. 1993년 10월, 2174 - 2176쪽에 개시되어 있으며, 따라서 그 개시 내용이 참조된다. 박막 LED 칩의 예시는 인용 문헌 EP 0905797 A2 및 WO 02/13281 A1에 개시되어 있으며, 그 개시 내용 또한 참조된다.
박막 LED 칩은 균등 확산면 복사체(Lambertian surface radiator)에 매우 근접하고, 따라서 예를 들면 차량 전조등과 같은 전조등에 적용하기에 매우 적합하다.
추가적인 실시예에서 트렌치는 본질적으로 반도체층 시퀀스의 활성층에 대해 수직 방향으로 연장된다. 트렌치는 반도체층 시퀀스의 활성층에 의해 완전하게 연장될 수 있다.
트렌치는 전기 절연 물질로 채워질 수 있고 수 마이크로미터 범위의 두께가 될 수 있다. 바람직하게, 트렌치는 적어도, 전하 캐리어의 재조합 및 그와 더불어 전자기 복사 생성이 이루어지는 활성층의 영역을 관통한다. 선택적으로 트렌치는 반도체층 시퀀스의 큰 영역을 통과하여 수직으로 연장될 수 있고 그리하여 반도체층 시퀀스는 각각의 부분 활성층을 구비한 부분 영역으로 세분될 수 있다. 그로 인해 각 부분 영역들 사이에서 또는 부분 활성층 사이에서 누설 전류가 감소된다. 예를 들면 트렌치는 또한 2 개의 연결층 가운데 적어도 하나를 수직 방향에서 나눌 수 있다.
일 실시예에서 적어도 2개의 부분 활성층 가운데 제1 활성층과 접촉하기 위한 제1 연결층이, 적어도 2 개의 부분 활성층 가운데서 제2 활성층과 접촉하기 위한 제2 연결층과 전기적으로 전도되어 연결된다. 즉 그렇게 함으로써, 제1 부분 활성층의 n형으로 도핑된 영역이 제2 부분 활성층의 p형으로 도핑된 영역과 전기적으로 전도되어 연결된다. 그리하여 직렬 연결이 2 개의 부분 활성층으로 형성된다.
부분 활성층과 접촉하기 위해 일 실시예에서 제공되는 제2 연결층의 제2 부분 영역은 제2 주요면에서부터 부분 활성층의 틈을 지나 제1 주요면까지 연장되어야 한다. 따라서 부분 활성층을 지나서 틈이 형성되고, 그 틈을 이용하여 부분 활성층의 영역이 제1 주요면과 접촉하게 된다.
바람직하게는 반도체층 시퀀스 및 광전자 소자들의 발광 제1 주요면은 전기적 접촉 지점이 없다. 부분 활성층에 의해 동작 중에 방출되는 전자기 복사의 일부가 전기적 접촉 지점을 지나면서 쉐이딩(shading) 또는 흡수되는 위험이 이런 방식으로 감소된다. 그러므로 본 발명에 따른 일 실시예에서 각각 제1 및 제2 전기 연결층은 제1 주요면을 향한 반도체 몸체의 측면 상의 접촉 지점과 연결되는 부분 영역을 포함한다. 선택적으로 본 발명에 따른 일 실시예에서 반도체 몸체의 제1 주요면 위의 접촉 표면은 복사 방출 영역 옆에 형성된다. 상기 복사 방출 영역은 제1 및/또는 제2 연결층과 전기적으로 전도되어 연결된다.
바람직하게 제1 또는 제2 전기 연결층은 전도성 거울층을 구비하여 형성될 수 있고, 그렇게 함으로써 전자기 복사가 제2 주요면 방향에서 제1 주요면 방향으로 반사될 수 있다. 또 다른 실시예에서는 반도체층 시퀀스 및/또는 제2 전기적 연결층 사이에서 적어도 부분적으로 거울층이 배치된다. 이 거울층은 반도체형으로 또는 전기적으로도 절연될 수 있다. 전기적으로 절연되는 경우 거울층은 다수의 홀를 구비하며, 이 홀을 통해 제1 및/또는 제2 전기적 연결층이 반도체층 시퀀스 및 부분 활성층과 접촉한다. 또한 전기 주입을 향상하기 위하여 측면 전류 분배층이 반도체층 시퀀스와 제1 연결층 사이에 제공될 수 있다. 전류 확산층은 전도성 산화물을 포함할 수 있고 그러나 또한 거울층도 구비할 수 있으며 그리하여 반사층으로 이용될 수 있다.
선택적으로 반도체층 시퀀스의 활성층은 중첩되게 적층되는 다수의 부분 활성층을 포함할 수 있다. 예를 들면 활성층은 이중 이종 접합 구조 또는 다중 양자 우물 구조를 보유할 수 있다. 그것을 넘어서 활성층의 부분 영역이 다양하게 도핑될 수 있고, 그렇게 함으로써 재조합 시에 다양한 파장의 전자기 복사가 방출될 수 있다. 예를 들면 부분 활성층들이 다양한 부분 영역에서 다양하게 도핑될 수 있고, 그렇게 함으로써 다양한 파장의 전자기 복사가 개별 부분 영역으로 방출될 수 있다.
방출을 향상시키기 위해 층시퀀스의 제1 주요면이 구조화(structuring)될 수 있다. 또한 방출되는 전자기 복사를 다양한 파장의 제2 복사로 변환하기 위하여 제1 주요면 위에 변환 물질을 제공할 수 있다. 활성층을 위해 적합한 변환 물질 및 특정 물질 시스템이 상응할 시에 이를 통해 예를 들면 전조등 또는 영상 시스템을 위한 백색광이 생성될 수 있다.
본 발명에 따른 광전자 반도체 몸체는 일 실시예에서 성장 기판 상에 반도체층 시퀀스의 에피택시 성장에 의해 생성된다. 이때, 반도체층 시퀀스는 전자기 복사를 생성하기에 적합한 활성층을 형성하는 조건에서 성장된다. 또한 제1 전기 연결층이 제1 주요면을 등지는 반도체층 시퀀스의 면에 활성층 및 분리층 그리고 제2 전기적 연결층과 접촉하기 위해 제공될 수 있고, 이때, 제1 전기적 연결층, 분리층 및 제2 전기적 연결층은 적어도 부분적으로 횡방향으로 중첩되게 형성될 수 있다.
또한 본원의 방법은 반도체층 시퀀스를 분할하기 위해 적어도 반도체층 시퀀스의 활성층 내에 또한 특히 적어도 2 개의 부분 활성층들 내의 활성층에 전기적으로 절연하는 트렌치를 형성하는 단계를 포함한다. 그리하여 이러한 단계를 통해 반도체층 시퀀스가 각각 부분 활성층을 지닌 부분 영역으로 세분된다. 이러한 부분 활성층은 제1 및 제2 연결층을 통해 2 개의 부분 활성층이 직렬 연결을 형성하도록 접촉한다.
목적에 부합하게 전기적으로 절연하는 트렌치는 제1 전기 연결층의 제공 후에 형성되고, 그리하여 제1 전기 연결층도 역시 세분된다. 그런 다음 후속 공정에서, 제1 부분 영역 또는 접촉하는 방식으로 이루어진 제1 부분 활성층의 제1 전기 연결층이, 제2 부분 영역 또는 접촉하는 방식으로 이루어진 제2 부분 활성층의 제2 전기 연결층과 전기적으로 전도되는 방식으로 연결된다. 그리하여 2 개의 부분 활성층이 직렬로 상호 연결된다.
본원의 방법의 일 실시예에서 활성층 내에 틈이 형성되고 이 틈 내에 제2 전기 연결층의 부분 영역이 형성되며, 이때, 제2 전기 연결층은 분리층에 의해 제1 전기 연결층으로부터 전기적으로 절연된다. 부분 영역을 지나서 제2 전기 연결층은 활성층 및 특히 부분 활성층과 접촉한다. 이를 위해 트렌치들을 지나서 형성되는 반도체층 시퀀스 또는 부분 활성층의 각각의 부분 영역들에서 각 부분 활성층 내에 틈이 제공될 수 있다.
전기적으로 절연하는 트렌치 및 틈은 이를 위해 공통으로 실행되는 활성층의 식각에 의해 생성될 수 있다.
또 다른 실시예에서 제1 전기 연결층은 반사하는 방식으로 형성될 수 있고, 그렇게 함으로써 활성층에서 생성되어 제1 주요면을 향한 횡방향으로 방출된 전자기 복사가 제1 전기 연결층에 의해 제1 주요면 방향으로 반사된다.
추가 실시예에는 분리층에도 틈이 형성될 수 있고, 이 틈은 제1 부분 활성층과 접촉하는 제1 연결층을 제2 부분 활성층과 접촉하는 제2 연결층과 전기적으로 전도하는 방식으로 연결하는 물질로 충전된다. 이런 방식으로 트렌치에 의해 분리되는 부분 활성층들 사이에서 연결이 생성된다. 이러한 연결들은 예를 들면 직렬 연결 및/또는 병렬 연결로 계속 연결될 수 있다.
또한, 또 다른 실시예에서는 제1 주요면을 등지는 측 상에 접촉 패널이 형성되고, 이 접촉 패널은 각각 제1 및 제2 연결층과 접촉하는 각각의 부분 활성층을 전기적으로 연결한다. 그 결과 각각의 접촉 패널을 지나 각각의 부분 활성층에 개별적으로 전류가 공급될 수 있다. 이로 인해 반도체층 시퀀스의 개별적인 부분 영역을 선택적으로 제어하는 것이 가능하다. 따라서 외부 전자 장치 내에 반도체층 시퀀스의 부분 활성층이 부분 영역 단위로 원하는 이용 사례에 따라 직렬로 또는 병렬로 연결될 수 있다.
본원의 방법의 추가적인 실시예에서 반도체층 시퀀스의 성장 후에 성장 기판의 적어도 일부가 제거된다. 이러한 제거는 개별 연결층의 제공 이전 또는 이후에 이루어진다. 예를 들면 제거는 특히 개별 부분 영역으로 세분된 후에 그리고 이어지는 개별 부분 영역들의 접촉 후에 실시될 수 있다. 성장 기판은 예를 들면 LLO(Laser Lift-off) 공정에 의해 분리될 수 있다.
성장 기판을 제거하기 전에 일 실시예에서 반도체 몸체의 배면에 지지 기판이 배치될 수 있다. 지지 기판은 별도의 지지 요소일 수 있고, 예를 들면 솔더층(solder layer) 또는 접착제층(adhesive layer)에 의해 반도체층 시퀀스와 연결될 수 있다. 또한 지지 기판은 제1 및/또는 제2 연결층의 일부가 될 수 있다. 추가적인 실시예에서 반도체층 시퀀스의 배면에 부분적으로 반도체형으로 또는 전기적으로 절연하는 거울층이 형성된다. 이때, 거울층에 홀이 제공될 수 있고, 이 홀을 통해 활성층이 제1 및/또는 제2 연결층과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한 제1 및/또는 제2 전기적 연결층은 거울층의 홀을 지나서 연장되는 각각의 부분 영역을 포함한다.
다음에서 본 발명은 도를 참조하며 각기 다른 실시예를 이용하여 상세하게 설명된다.
도 1a 내지 1g는 개시된 원리에 따른 광전자 반도체 몸체의 제조 방법의 실시예를 도시한 개략도이다.
도 2는 추가 실시예에 따른 광전자 반도체 몸체의 단면도이다.
도 3는 제 3의 실시예에 따른 광전자 반도체 몸체의 단면도이다.
도 4a, 4b는 일 실시예에 따라 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4c, 4d는 도 4a, 4b의 실시예의 등가 회로도이다.
도 4e, 4f는 도 4a 내지 4d의 단면도 및 등가 회로도에 맞추어 4개의 부분 영역으로 세분된 광전자 반도체 몸체를 도시한 평면도이다.
도 5a, 5b는 활성층을 통과하는 틈이 배치된 광전자 반도체 몸체를 도시한 평면도이다.
실시예들에서 도시된 소자들의 크기 비율은 기본적으로 축척에 맞게 도시되지 않았다. 오히려 예를 들면 층들과 같은 개별 소자들은 이해를 돕고 그리고/또는 더욱 잘 도시하기 위해 과도하게 크게 또는 두껍게 도시될 수 있다.
도 1a 내지 1g는 개시된 원리에 따른 모놀리식 광전자 반도체 몸체의 제조 방법의 일 실시예를 도시하고 있다.
모놀리식이라는 개념은 개별 층들이 상호 분리되지 않고 제조되는 제조 방법을 뜻한다. 더 정확하게 말하자면 층들이 어떠한 기능을 충족해야 하는 것과는 상관없이, 선행 공정 단계에서 형성된 층 위에서 층들의 분리 또는 형성이 이루어진다. 그로 인해 연속하는 단계에서 반도체 몸체가 개시된 원리에 따라 제조된다.
본원의 방법의 각기 다른 단계가 개략적으로 단면도 및 평면도로 도시되고 있다. 특별히 연결층들을 지나서 형성되는 직렬 연결을 설명하기 위하여 2 개의 단면도가 실선 또는 파선을 통해 표시되며 도시되어 있다.
본원의 방법에서 우선 반도체층 시퀀스(20)가 성장 기판(10) 위에서 에피택시얼 성장된다.
이 반도체층 시퀀스(20)는 응용에 따라서 다양하게 도핑될 수 있는 반도체 물질 시스템을 기반으로 한다. 예를 들면 소위 III/V족 화합물 반도체 또는 II/VI족 화합물 반도체가 이용될 수 있다. 반도체층 시퀀스(2)는 여기서 5 마이크로 미터와 7 마이크로미터 사이의 두께를 지닌다.
III/V족 화합물 반도체 물질은 예를 들면 Al, Ga, In 등의 제 3 주요 그룹에 속한 적어도 하나의 원소 및 예를 들면 B, N, P, A와 같은 V족 주요 그룹에 속한 원소를 포함한다. 특히 "II/V족 화합물 반도체 물질" 개념은 제 3 주요 그룹에 속한 적어도 하나의 원소 및 제 5 주요 그룹에 속한 적어도 하나의 원소를 보유하는 2원, 3원 또는 4원 화합물의 그룹, 특히 질화물 반도체 및 인화물 반도체를 포함한다. 그러한 2원, 3원 또는 4원 화합물은 또한 예를 들면 하나의 또는 다수의 도펀트 및 추가적인 구성 요소들을 보유할 수 있다. III/V 족 화합물 반도체 물질에 예를 들면 질화물 III족 화합물 반도체 물질과 인화물 III족 화합물 반도체 물질, 예를 들면 GaN, GaAs 및 InGaAIP가 속한다. 또한 물질 시스템 AIGaN/GaN이 상기 언급한 화합물 반도체에 속한다.
이에 상응하여 II/VI 족 화합물 반도체 물질은 예를 들면 Be, Mg, Ca, Sr과 같은 제2 주요 그룹에 속한 적어도 하나의 원소와 예를 들면 O, S, Se와 같은 제 6 주요 그룹에 속한 적어도 하나의 원소를 포함한다. 특히 II/VI족 화합물 반도체 물질은 제2 주요 그룹에 속한 적어도 하나의 원소와 제 6 주요 그룹에 속한 적어도 하나의 원소를 포함하는 2원, 3원 또는 4원 화합물을 갖는다. 그러한 2원, 3원 또는 4원 화합물은 또한 예를 들면 하나의 또는 다수의 도펀트 및 추가적인 구성 요소들을 보유할 수 있다. II/VI족 화합물 반도체 물질에는 예를 들면 ZnO, ZnMgO, CdS, CnCdS, MgBeO가 속한다.
원하는 파장 또는 원하는 파장 스펙트럼에 따라 하나의 또는 다수의 상기 언급된 화합물들이 물질 시스템으로서 광전자 구성 요소를 위해 제공될 수 있다.
도시된 반도체층 시퀀스(20)는 제1 n형 도핑층(21)을 구비하며, 이 층은 예를 들면 사파이어 소재의 성장 기판(10)에 인접하여 성장된다. 원하는 응용에 따라 이러한 도핑은 n형 도핑층(21)에서 균일하게 이루어지지만, 또한 점진적인 차이도 있다. 이 n형 도핑층에 p형 도핑층(23)이 연결되고, 이 p형 도핑층은 성장 기판(10)을 등지는 반도체층 시퀀스(20)의 측 상에 배치된다. 2가지 층들(21 및 23)의 각기 다른 도핑을 통해 이들 층들 사이에 활성 영역(22)이 형성된다. 이러한 활성 영역(22)의 두께는 2 개의 성장된 층들(21 및 23)의 도핑에 좌우된다. 장치들의 추후 동작 시에 상기 층들(21 및 23)에 주입된 전하 캐리어가 pn 접합(22)에서 재결합되고, 이때, 이용되는 반도체 시스템의 밴드 갭에 따라 전자기 복사가 방출된다. 따라서 층들(21 및 23)도 활성층이라 한다. 이 활성층은 본원에서 광전자 반도체 몸체 위를 지나 균일하게 배치된다.
선택적 실시예에서, 반도체층 시퀀스(20)는 n형 도핑층(21)을 등지는 p형 도핑층(23)의 측 상에 추가적인 n형 도핑층이 형성되는 npn층 시퀀스로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서 p형 도핑층(23)이 성장 기판(10)에 인접하고 n형 도핑층(21)이 성장 기판(10)으로부터 이격된다.
다른 추가적인 실시예에서, 반도체층 시퀀스(20)가 성장하기 전에 추가적인 버퍼층이 사파이어 성장 기판(10) 위에 제공된다. 그로 인해 추후에 성장되어야 할 층 시퀀스의 격자 상수가 성장 기판(10)에 맞추어지고, 그렇게 함으로써 전압 및 층 시퀀스에 존재할 수 있는 결함이 감소될 수 있다. 또한 이 버퍼층은 예를 들면 2 × 1017 atoms/cm3의 농도 또는 그 이하의 농도로 비도핑되거나 또는 약하게 n도핑 될 수 있다. 그러한 버퍼층은 비록 반도체 몸체의 동작 전류가 관류하기에 적합하지 않으나, 반도체 몸체가 완성되었을 시에 정전기 방전(ESD)에 의한 손상 또는 파괴의 위험이 감소된다.
본원의 발명의 실시예에서, 반도체층 시퀀스(20)의 제조가 완료된 후에 전도성 접촉층(30)이 반도체층 시퀀스의 p형 도핑층(23)에 제공된다. 이러한 전도층(30)은 또한 반사할 수 있으며, 그렇게 함으로써 추후 작동 시에 방출되는 전자기 복사가 전기 전도층(30)을 향하는 방향에서 전도층(30)에 의해 반사되고 원하는 방향으로 복사된다. 전도 물질은 예를 들면 은 또는 그 밖에 다른 반사하는 금속을 포함할 수 있다.
이어서 포토 마스크에 의해 전도층(30)이 구조화되는데, 예를 들어 규칙적으로 배치되는 원형의 접촉홀(contact hole)(32)로 형성된다. 이는 반도체 몸체(1)의 평면 중 가운데 그림에서 확인할 수 있다. 또한 전도층(30) 내에 트렌치(31)가 식각되고, 그렇게 함으로써 전기 전도층이 본원에 도시된 바와 같이 4 개의 부분 영역으로 세분된다. 이러한 부분 영역은 추후에 광전자 반도체 몸체를 4 개의 부분 영역으로 세분하는 것과 일치한다. 명확하게 하기 위하여 2 개의 단면도에서 광전자 반도체 몸체의 우측 부분 영역이 R로, 좌측 부분 영역이 L로 표시된다.
이어서, 도 1b에 따라 반도체층 시퀀스 내에 층(21)과 접촉하기 위한 다수의 틈이 형성된다. 이 틈은 예를 들면 반도체층 시퀀스를 적합하게 식각함으로써 형성되고, 이때 이 틈 위에 제공되는 구조화 된 금속막은 식각 마스크로서 이용될 수 있다. 개별적인 틈들(41)은 반도체층 시퀀스(2)의 pn 접합(22)을 지나서 연장되고 그렇게 함으로써 n형 도핑층(21)과 접촉한다. 또한 금속층의 트렌치(31) 영역도 식각되고, 그렇게 함으로써 반도체층 시퀀스 내에 역시 활성층을 지나서 연장되는 트렌치(42)가 형성된다.
적합한 조치에 의해 반도체층(21)과 접촉하기 위한 틈들을 소정의 깊이에서 막는 것도 또한 가능하며, 반면 트렌치(42)는 현저하게 더욱 큰 깊이에 도달한다. 예를 들면 틈들(41)이 제1 깊이에 도달했을 시에 식각 공정이 정지되고, 그런 다음 포토마스크에 의해 덮이고 트렌치(42)는 최종 깊이까지 계속 식각되는 것이다. 물론 트렌치와 틈들은 처음에는 동일한 깊이를 구비할 수 있다. 새로 형성되는 트렌치들(42)에 의해 광전자 반도체 몸체는 다수의 부분 영역으로 세분되고, 이때, 활성층(22)이 그에 상응하여 부분 활성층으로 나뉜다. 다수의 틈들(41)이 광전자 반도체 몸체의 각기 다른 부분 영역에 형성됨으로써 또한 균일한 전류 분배가 n형 도핑층(21)에서 달성된다.
트렌치(42) 및 틈들(41)을 형성하기 위한 각기 다른 식각 공정이 완료된 후에 비전도층(40)이 제공되고, 이는 트렌치들(42) 및 틈들(41)을 채운다. 이러한 절연층은 예를 들면 투명하게 형성될 수 있고, 그렇게 함으로써 도 1b의 평면도에 도시된 바와 같이 개별 트렌치들(42) 및 틈들(32)도 식별될 수 있다.
후속 공정에서 도 1c에 따라 절연층이 전기 전도층(30)의 영역 및 광전자 반도체 몸체의 최우측 부분에서 포토마스크에 의해 제거된다. 틈들(41) 및 트렌치들(42)의 영역 내에는 절연 물질이 포함되어 유지되고, 그렇게 함으로써 그에 상응하는 기둥부(41a, 42a)가 형성된다. 또한 반도체층 시퀀스(20)의 제2 층(23)은 광전자 반도체 몸체의 우측 영역에서 노출된다. 상기 제2층은 추후에 반도체 몸체의 동작을 위해 반도체층 시퀀스와 접촉하는 데에 이용된다. 평면도에서 노출된 웨브(42a)는 트렌치들(42)의 영역에서, 기둥부(41a)는 틈들(41)의 영역에서 확인될 수 있다.
절연 물질을 트렌치들(42) 및 틈들(41) 밖으로 제거한 후에 도 1d에 도시된 바와 같이 추가적인 전도 접촉층(50)이 제공 및 구조화될 수 있고, 그렇게 함으로써 이러한 홀들(50a)이 틈들(41) 및 트렌치들(42)의 영역 내에 형성된다. 또한 그에 상응하여 전기 전도 물질(51)이 광전자 반도체 몸체의 우측 영역 내에서 반도체층 시퀀스(20)의 제2 층(23) 상에 제공된다. 층들(50)의 물질은 추후에 부분 층들과 접촉하기 위한 2개의 연결 층들 가운데 하나의 층을 형성한다.
이에 상응하여 단면도에서처럼 단면 1 및 단면 2가 식별될 수 있고, 트렌치들(42) 및 틈들(41)의 영역에서 금속 접촉(50)이 단절된다. 이는 도 1d에서 분명하게 확인할 수 있다. 도 1d에서 광전자 반도체 몸체의 우측 하부 부분 영역은 추후에 제1 접촉 패널을 형성하며, 반면에 영역(51) 내에서 분리되는 물질은 제2 접촉 패널이 된다.
지금까지의 공정 단계에서 제공된 전도층(30 및 50)이 예를 들면 증착될 수 있고, 각기 다른 두께를 보유할 수 있다. 그리하여 특히 전도층(30)은 전도층(50) 보다 얇게 형성될 수 있다. 이를 넘어서 전도층(30)은 또한 전류 확산층으로서 추후에 언급되어야 할 전하 캐리어의 최대한 우수한 측면 분배에 적합할 수 있다. 두 층들은 동일한 물질뿐 아니라 각기 다른 물질들을 함유할 수 있다.
도 1e에 따라 절연층(45)은 전도성 물질(50 및 51) 위에 제공된다. 영역(51) 내에서 이러한 절연층이 다시 제거된다. 바람직하게는 절연층으로서 한 가지 물질이 이용되고, 이 물질이 틈들(40) 및 트렌치들(42)도 충전한다. 이어서 포토 마스크에 의해 절연 물질(45)이 틈들(41) 내에서 식각되고 부분적으로 제거된다. 그러나 틈들(41)의 벽부에 여전히 절연 물질이 남는다. 식각 공정은 이방성으로(anisotropic) 이루어질 수 있고 트렌치의 중앙에서 절연 물질이 틈들(41)의 바닥부까지 제거될 수 있다. 틈들 내에서 여전히 절연 기능이 있는 절연층 벽부는 후속 단계에서 삽입될 물질(60)이 반도체층 시퀀스(2)의 개별적인 층들과 단락을 일으키기 않도록 방지한다.
그 결과 틈들 내에서 분리층이 틈들의 표면의 일부 위에 형성된다. 이 분리층은 원주 방향으로 연장되는 틈들의 측면 벽부 또는 측면 벽부들을 금속층(30), 접촉층(50) 및 층시퀀스(20)의 층(23)의 영역들에서 적어도 부분적으로 덮는다. 분리층(45)은 또한 접촉층(50)을 덮고 트렌치(42)를 완전하게 충전한다.
이어서 틈들(41)은 하나의 물질(60)로 다시 충전되고, 그렇게 함으로써 접촉 요소(46)가 반도체층 시퀀스(20)의 제1 층(21)을 위해 발생한다. 도 1e의 단면도 내 단면 1에 따라 접촉 영역(63)은 완전하게 전도성 물질(60)로 채워지고, 그렇게 함으로써 상기 접촉 영역(63)은 접촉 요소(46a)를 지나서 제1 층(21)과 전기 접촉을 형성한다. 광전자 반도체 몸체의 우측 부분 영역과 좌측 부분 영역 사이에서 또한 층(60)이 트렌치(42)의 영역에서 나뉜다.
광전자 반도체 몸체의 평면도에는 또한 홀들(48)이 도시되어 있다. 이 홀들은 단면도 내 단면 2와 마찬가지로 홀들에 의해 형성되고, 이 홀들은 패시베이션층(passivation layer)(45) 내에서 형성되고 접촉층(50)까지 도달한다.
도 1f는 추가적인 제조 단계에 따른 구조를 도시하고 있다. 영역(63)에서 각 부분 영역의 트렌치들(42)과 접촉되는 층(60) 위에 패시베이션층이 제공된다. 이 패시베이션층은 층(45)과 동일한 물질로 구성되고, 이때, 홀들(48)은 여전히 공백으로 남겨진다. 이 홀들은 단면 2의 그림에서 볼 수 있듯이 후속 공정에서 전도성 물질(54)로 다시 채워진다. 또한 물질층(55)이 패시베이션층의 표면 상에서 분리되고, 이때, 연결부(63)와 결합되어 있는 물질의 부분 영역(56)과 영역(55)의 물질 사이에 전기적 접촉은 발생하지 않는다. 전기적 접촉은 예를 들면 구멍 내에 그리고 패시베이션층(45)의 표면 상에 편평하게 적용됨으로써 그리고 이어서 구조화됨으로써 이루어질 수 있다.
부분 영역(56)의 층은 전기적으로 전도되는 방식으로 틈들(46)과 접촉하는 층(60)과 연결된다. 그리하여 부분 영역(56)의 층은 반도체층 시퀀스(20)의 층(21)이 접촉하기 위한 제1 연결층을 형성한다. 이에 상응하여 우측 부분 영역(R)의 층들(50)은 반도체층 시퀀스(20)의 중간 층(30)을 지나서 접촉하기 위한 제2 연결층을 형성한다. 우측 부분 영역(R)의 제2 연결층(50)은 요소(54)를 지나서 광전자 반도체 몸체의 좌측 부분 영역(L) 내의 층(55)과 연결된다. 층(55)은 재차 전기적으로 전도되어 좌측 부분 영역(L)의 층(60)과 접촉하고, 이 층(60)은 광전자 반도체 몸체의 좌측 부분 영역(L) 내에서 틈들(46)과 접촉한다.
이에 상응하여 좌측 부분 영역(L)의 층들(55 및 60)은 광전자 반도체 몸체에서 부분 활성층의 접촉을 위해 좌측 부분 영역의 제1 연결층을 형성한다. 그로 인해 도시된 직렬 연결에서 광전자 반도체 몸체의 부분 영역의 제2 연결층이 광전자 반도체 몸체의 제2 부분 영역의 제1 연결층과 연결되고, 직렬 연결 형성으로 연결되게 된다.
도 1g에 따른 후속 제조 단계에서 후속하여 성장 기판(10)을 등지는 반도체층 시퀀스(2)의 배면 상에 솔더층 또는 접착제층에 의해 예비 지지 기판(80)이 고정된다. 이 예비 지지 기판은 예를 들면 질화 알루미늄 또는 다른 물질로 구성될 수 있다. 특히 예를 들면 유리 지지 기판과 같은 예비 지지 기판(80)이 이를 위해 적합하다.
후속 제조 단계에서 성장 기판(10)은 박막화되고 이어서 완전히 제거된다. 이 공정은 예를 들면 당업자에게 개시된 원리에서 알려진 LLO 공정에 의해 이루어질 수 있다. 이를 위해 성장 기판(10) 또는 반도체층 시퀀스(20)가 추가적인 희생층을 구비할 수 있고, 이 희생층은 레이저를 이용한 방사 시에 분해된다. 그리하여 성장 기판(10)이 분리된다.
이어서 예비 지지 기판(80)을 등지는 반도체층 시퀀스(20)의 측면이 분리 구조(decoupling structure)(25)로 보완된다. 또한 트렌치(42)의 영역에서 반도체층 시퀀스가 상부면으로부터 제거되고, 그렇게 함으로써 트렌치 형태의 갭(49)이 형성된다. 이 갭(49)은 광전자 반도체 몸체의 반도체층 시퀀스의 부분 영역을 완전히 나누고, 그렇게 함으로써 누설 전류가 방지된다. 이 갭(49)은 다시 예를 들면 SiO2와 같은 절연 물질로 채워진다.
또한 연결 접촉부(63) 영역에서 반도체층 시퀀스가 제거되고, 그렇게 함으로써 물질의 표면이 노출된다. 이러한 연결 접촉부는 접촉을 위한 제1 접촉 패널(63')을 형성한다. 반도체층 시퀀스의 물질이 역시 제거된 반도체 몸체의 추가적인 영역에서 역시 접촉을 위해 제2 접촉 패널(63'')이 형성된다. 광전자 반도체 몸체의 4개 부분 영역이 직렬 연결됨으로써 4개 부분 영역들 모두가 접촉 패널(63' 및 63'')에 의해 동작에 필요한 전류를 공급받을 수 있다.
도 1g에 도시된 광전자 반도체 몸체는 이를 위해 제공되고 4개의 부분 영역에서 작동 중에 생성되는 전자기 복사를 반도체층 시퀀스의 구조화된 측면 방향으로 방출해야 한다. pn접합(22) 영역에서 예비 지지 기판(80) 방향으로 방출되는 전자기 복사는 전기적으로 전도하는 중간층에서 반도체층 시퀀스(20)의 구조화된 측면 방향으로 반사된다. 4개 부분 영역으로 세분됨으로써 동작에 필요한 광전자 반도체 몸체의 전류가 감소되지만, 직렬 연결을 바탕으로 동작에 필요한 전압은 상승된다. 본원의 실시예에서 광전자 구성 소자는 4 개의 부분 영역으로 세분되고, 그렇게 함으로써 역치 전압이 4배 증가되고 동시에 전류 소비는 1/4만큼 감소된다. 물질 시스템이 InGaN을 바탕으로 할 때, 본원의 실시예에서 발광 구성 소자는 12 볼트의 동작 전압으로 실현된다.
이와 관련하여 도 4a 내지 4f는 개시된 원리에 따른 일 실시예의 개략도를 도시하고 있다. 도 4a는 도 4e에 도시된 방향을 따라 절단한 광전자 반도체 몸체를 단면도로 도시하고 있다. 접촉은 각각 가장자리 영역에서 접촉 요소들(410 또는 411)에 의해 이루어진다. 접촉 요소(410)는 틈들(446)과 전기적으로 전도되는 방식으로 연결되고, 이 틈들(446)은 반도체층 시퀀스(20)의 층(21)과 접촉한다. 상이하게 도핑된 2개의 층들(21 및 23) 사이에서 pn 접합이 형성되고, 이 접합 내에서 동작 중에 주입되는 전하 캐리어가 재조합되고 전자기 복사가 방출된다. 층(23) 위에 또한 측면 전류 분배층(450)이 배치되고, 이 전류 분배층(450)은 광전자 반도체 몸체의 제2 부분 영역의 접촉층(411)과 동일한 물질로 구성된다.
제2 연결층(460)은 광전자 반도체 몸체의 우측 부분 영역의 전류 분배층(450)과 접촉하고, 광전자 반도체 몸체의 좌측 부분 영역에서 반도체층 시퀀스의 층(21')을 위해 틈접촉을 형성한다. 이에 상응하여 제2 연결층(410)은 반도체층 시퀀스(20')의 제2 층(23')과 연결된다.
광전자 반도체 몸체의 좌측 부분 영역과 우측 부분 영역 사이에 도 4a의 단면도 및 도 4e의 평면도에 도시된 바와 같이 절연 트렌치가 제공된다. 절연 트렌치에 의해 부분 영역들이 전기적으로 상호 분리된다. 그리하여 도 4c에 따른 등가 회로도에서 각 2 개의 다이오드가 직렬로 연결된다. 이때, 다이오드 작용은 반도체층 시퀀스(20 또는 20')의 도시된 pn 접합으로부터 발생한다.
도 4b는 하나의 간단한 pn 접합 대신 다수의 pn 접합들이 제공되는 선택적 실시예를 도시하고 있다. 이 접합들은 도 4d에 따른 등가 회로도에서 발생하는 것과 같이 연달아 연결되는 2개의 다이오드처럼 작용한다.
도 4b에 따른 단면은 도 4f에 도시된 바와 같은 축 I를 따라 도시되고 있다. 본 실시예에서 광전자 반도체 몸체는 4 개의 부분 영역으로 세분되며, 이 부분 영역들은 각각 트렌치(442)에 의해 절연하는 방식으로 분리된다. 각기 다른 연결층들(410, 411, 460 및 450)은 각각 각기 다른 부분 영역의 반도체층 시퀀스 및 그 속에 위치하는 pn 접합부들과 접촉한다. 이때, 연결층들(410, 411, 450 내지 470)은 도 4d에 따른 등가 회로도에서 도시되는 바와 같이 4 개의 부분 영역들이 연결되는 방식으로 형성된다.
그렇게 함으로써 광전자 반도체 몸체에서 개시된 원리에 따라 각각 2 개씩 잇달아 연결되는 4개의 다이오드로 구성되는 직렬 연결이 구현된다. 그 결과 장치의 작동 시에 상대적으로 더욱 높은 작동 전압이 필요하게 된다. 전류가 낮을 시에 전압으로 구동되어 광전자 반도체 몸체 내에 전력이 공급되므로, 에피택시얼 층 내의 직렬 연결로 구성된 정교한 조합을 통해 값비싼 드라이버 및 고전류원이 이용될 수 있다. 또한 모든 발광 소자가 전류를 절감하는 방식으로 개별 반도체 몸체에서 구현 가능하므로, 흡수하는 접촉이 방지됨으로써 최적으로 표면을 이용하게 된다. 또한 칩의 직렬 연결도 상 접촉(top contact) 및 전도성 지지 기판만을 구비하여 형성된다.
이와 같은 예시가 도 2에 도시되어 있다.
개시된 원리에 따른 소자는 모놀리식 반도체 몸체로 형성된다. 즉 개별 층들이 중첩되게 제공되었고, 개별적으로 분리된 공정으로 제조된 것이 아니라 잇달아서 상호 결합되었다. 그에 의해 정확성이 개선되고 또한 안정성도 향상된다.
전술한 실시예들과 반대로 도 2에 따른 실시예에서는 틈(203)이 활성 영역(200)을 지나서 반도체층 시퀀스의 전체 두께를 넘어서 연장되는 틈으로서 형성된다. 즉 본 실시예에서 틈(203)은 상부면에 배치된 제1 주요면에서부터 반도체층 시퀀스의 제2 주요면(202) 하부까지 연장된다. 상기 틈은 반도체층 시퀀스(200) 내에 홀을 형성한다.
반도체층 시퀀스(200)의 패턴닝(patterning)된 상부면(225) 상에 추가적인 전류 확산층(209)이 제공된다. 상기 전류 확산층은 반도체층 시퀀스의 배면에 제공되는 전류 확산층(209)에 더해 추가로 배치된다. 2 개의 전류 확산층들은 반도체층 시퀀스 내로 최대한 우수한 측면 전류 분배 및 전류 연결을 보장하기 위해 이용된다. 그에 의해 소자의 효율이 증가되고 타측으로는 반도체층 시퀀스 내로 유입되는 너무 큰 전류 흐름에 의한 국지적 가열이 방지된다. 이를 위해 전류 확산층은 최대한 근소한 측면 방향의 표면 저항을 지닌다.
그 외에 전류 확산층(209')은 추가적으로 투명한 물질로서, 예를 들면 ITO와 같은 투명 전도성 산화물의 형태로 형성될 수 있다. 방출 방향을 등지는 측면 상의 전류 확산층(209)은 바람직하게는 반사하는 방식으로 그러나 또한 투명하게 형성될 수 있다. 전류 확산층(209)이 투명하게 형성되는 경우에 도시된 바와 같이 광전자 반도체 몸체는 추가적인 거울층(210)을 구비한다. 거울층(210)과 연결층(203)의 물질 사이에 추가적인 절연 패시베이션층이 존재하지 않는 한, 거울층은 바람직하게는 비전도 방식으로 형성된다. 일 실시예에서 거울층(210)은 분리층들(205)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 그렇게 하여 반도체층 시퀀스의 활성층에 대해 평행하게 복사될 시에도 측면 벽부에서 반사됨으로써 반사 특성이 개선된다.
접촉을 위해 전류 확산층은 가이드 틈(210a)을 지나서 전기 연결층(204)과 연결된다. 전기 연결층은 전기 중간층(208)을 지나서 접촉 요소(207)와 배면에서 연결된다. 접촉 요소(207)는 동시에 광전자 반도체 몸체를 위한 예비 지지 기판도 형성한다.
도 2에 따른 실시예에는 반도체 몸체의 제1 부분 영역만 도시되고 있다. 반도체 몸체의 추가적인 부분 영역은 여기에 도시된 제1 부분 영역과 좌측면에서 연결된다. 이러한 연결은 제2 연결층(204)이 반도체층 시퀀스(200) 내에 미도시된 틈과 전기적으로 전도되는 방식으로 연결되도록 형성된다. 이 틈은 제2 부분 영역의 반도체층 시퀀스(200)의 제1 층(221)과 접촉하고 그런 형식으로 직렬 연결을 형성한다. 동시에 좌측면에 배치되는 절연 물질(205 및 210)은 반도체층 시퀀스를 부분 영역으로 절연하는 트렌치를 형성한다.
지금까지의 실시예에서는 특히 반도체 몸체 내부의 연결층들이 그에 상응하게 배치됨으로써 직렬 연결이 실현되었다. 그러나 이를 넘어서 직렬뿐 아니라 병렬 연결과 이들의 조합을 실현하기 위해 직렬 연결의 일부 또는 연결 변형을 외부에서 형성하는 것도 생각해 볼 수 있다. 그렇게 하여 상응하는 전자 제어 시스템을 통해 반도체 몸체의 특징적인 속성이 각 어플리케이션에 따라 변경될 수 있다. 예를 들면 전조등의 경우 반도체 몸체의 개별 부분 영역들을 적절하게 추가로 연결하거나 또는 분리하여 조명의 세기를 바꿀 수 있다.
도 3은 상응하는 일 실시예를 횡단면도로 도시하고 있다. 이 경우에도 역시 모든 접촉 요소들이 배면에 배치된다. 반도체층 시퀀스(320)는 제1 n형 도핑층(321)을 구비하며, 이 층에 인접하여 p형 도핑층(323)이 제공된다. 경계면에 도시된 바와 같이 pn 접합(322)이 형성된다.
반도체층 시퀀스의 물질 시스템으로서 예를 들면 IN-GaN/GaN이 사용될 수 있고, 이의 방출 스펙트럼은 가시 청색광의 영역 이내이다. 본원에서 제공되는 구조화패턴(325)에 의해 광전자 반도체 몸체의 발광 특성이 개선된다. 이뿐 아니라 변환 수단도 구조화패턴(325)의 표면 상에 구비될 수 있다. 그렇게 하여 방출되는 청색광의 일부가 또 다른 파장의 광으로 변환되고, 그렇게 함으로써 백색광의 생성이 실현된다.
구조화패턴(325)을 등지는 반도체층 시퀀스(320)의 제2층(323)의 측면 상에 반사특성을 가진 전도성 연결층(330)이 배치된다. 이 연결층은 동시에 전하 캐리어의 결합을 위해 측면 전류 확산층으로도 이용된다. 층(330)은 다수의 공급 소자(350)와 접속되고, 공급 소자들은 자체 부분에서 틈(351)에 의해 배면에 배치되는 접촉부(390)에 연결된다.
또한 전기적 전도성 물질(361)로 충전된 틈(346)이 제공된다. 이 틈은 반도체 몸체의 배면에서부터 모든 층들을 지나서 반도체층 시퀀스(320)의 층(321)까지 연장된다. 자체의 측면 벽부는 예를 들면 연결층(330)과의 단락을 방지하기 위하여 본질적으로 절연 물질(364)로 거의 완전하게 둘러싸인다. 또한 접촉부(361)는 광전자 반도체 몸체의 배면 상의 배면 접촉부(391) 및 전도성 물질층(350')과 연결된다. 이 물질층(350')은 반도체 몸체의 좌측 부분 영역의 연결층(330')과 접촉한다. 반도체 몸체의 좌측 부분 영역은 우측 부분 영역으로부터 절연 트렌치(342)에 의해 전기적으로 완전하게 분리된다. 트렌치(342)는 개별적인 피드 스루(feed-through)(350'와 350) 사이의 사이 공간도 채우는 절연 물질로 충전된다. 이러한 절연 물질은 동시에 예비 지지 기판(380)을 위한 지지 기판으로서 이용될 수 있다.
전도층(350')은 층(330')과 공통으로 광전자 반도체 몸체의 좌측 부분 영역의 제1 연결층을 형성하고 반도체층 시퀀스(320)의 층(323)과 접촉한다. 이에 상응하여 반도체 몸체의 좌측 부분 영역에서도 트렌치(361')가 형성되고, 이 트렌치의 측면 벽부(346a)에는 절연 물질이 제공된다. 트렌치(361')의 물질은 배면의 표면상에 위치하는 접촉부(390')와 접촉한다.
접촉부(390' 및 390)는 배면에서 외부의 스위치(S1)와 연결되고, 이 스위치는 제1 커넥터(A1)로 안내된다. 접촉부(390)는 제2 커넥터(A2)와 연결된다. 장치의 작동 중에 스위치 위치(S1)에 따라 광전자 소자의 우측 부분만 또는 광전자 소자의 양측 부분에 전류가 공급된다. 도시된 스위치 위치에서는 반도체 장치가 동작할 때 전류가 접촉부(390) 및 공급부(350)를 지나서 반도체 몸체의 우측 영역의 반도체층 시퀀스로 흐른다. 도핑된 pn접합에서 전하 캐리어 및 방출된 광이 재결합한다. 동작 중에 도시된 스위치 위치에서 반도체 몸체의 좌측 부분 영역에 전류가 끊어진다.
커넥터(A1)가 스위치(S1)를 지나 접촉부(390')와 연결되면, 전류는 반도체 몸체의 우측 부분 영역 내의 트렌치(361')를 지나서 반도체 몸체의 좌측 부분 영역 내의 층들(350' 및 330')으로 구성된 제1 연결층으로 흐른다. 그렇게 하여 2개의 반도체층 시퀀스 및 자체 내부에 포함된 pn 접합부들이 직렬로 연결된다.
개별 연결층들의 배열 및 각 부분 영역들 내에서 개별 연결층들의 접촉의 형태에 따라 광전자 반도체 몸체의 개별 부분 영역들의 외부 병렬 연결 또는 외부 직렬 연결이 달성된다.
도 5a 및 5b는 제조 공정 중에 광전자 반도체 몸체가 각기 다른 부분 영역으로 세분되는 것에 대한 다양한 변형을 평면도로 도시하고 있다. 또한 틈(505) 및 그에 의해 노출된 활성층(506)의 물질의 다양한 형태가 도시되고 있다. 또한 각각의 반도체 몸체의 가장자리 영역에 접촉 요소들(507)이 위치하며, 이 요소들은 추후에 접촉 패널(561)의 일부를 구성한다. 틈들(505)은 당해 실시예에서 트렌치 형태로 형성되고 절연층(541), 반도체층 시퀀스의 제2층 및 활성 영역을 관통한다. 또한 반도체 몸체는 트렌치들(542)에 의해 총 3개의 부분 영역으로 세분되며, 이때, 가운데 부분 영역이 현저하게 더욱 작은 신장부를 구비한다. 연결층들의 적합한 연결 및 외부의 회로 설치를 통해 임의의 직렬 연결 및 병렬 연결 형태가 도시된 영역들을 지나서 실현될 수 있다.
도 5b에 따른 실시예에서 틈들(505)은 규칙적으로 배치되는 원의 형태로 형성된다. 이 원들은 절연층(504) 및 그 아래에 위치하는 제2 층 그리고 반도체층 시퀀스(541)의 활성 영역을 관통한다. 또한 본 실시예에는 광전자 반도체 몸체를 각기 다른 큰 부분 영역들로 분할하는 트렌치들(542)이 제공된다. 본 실시예에서 연결은 각각 2 개의 부분 영역들(1 및 2) 가운데 하나가 개별적으로 작동에 필요한 전원을 공급받든지 또는 직렬 연결의 형태로 부분 영역(3)과 연결되는 형태로 이루어진다. 이때, 이러한 연결은 각각 원하는 이용 사례에 따라 직렬로 또는 병렬로 이루어질 수 있다.
반도체 몸체를 각기 다른 부분 영역으로 절연 세분함으로써 분할하고 이어서 연결층을 적절하게 제조하여 이 부분 영역들을 직렬 연결 또는 병렬 연결로 연결하는 본 발명은 여기에 도시된 실시예들에 제한되지 않는다. 오히려 본원의 발명은 가능한 연결의 각각의 조합 및 특히 다양한 연결층들의 구성을 포함한다. 반도체층 시퀀스의 제조 후에 연결층들의 적합한 패턴닝 및 생성을 통해 반도체 몸체의 임의의 연결이 생성될 수 있다.
개별적인 반도체 몸체의 제조 및 각기 다른 부분 영역으로 세분하는 추후 분할로 인해 기하학적으로 근접한 배치를 통해 광효율을 높이면서 동시에 비용면에서 저렴한 제조가 가능하다. 다수의 pn 접합을 지닌 LED 구조를 이용함으로써 직렬 연결 및 병렬 연결로 구성된 정교한 조합이 달성된다. 특히 에피택시층 내에서 연결이 이루어질 수 있고, 또한 이때, 전도성 지지 물질들의 이용이 가능하다.

Claims (15)

  1. - 제1 주요면 및 제2 주요면을 구비하고, 전자기 복사를 생성하는 활성층을 가지며, 실질적으로 편평한 반도체층 시퀀스로서, 상기 제1 주요면은 전자기 복사의 방출을 위해 제공되는 것인, 반도체층 시퀀스;
    - 상기 반도체층 시퀀스의 활성층을 적어도 2 개의 전기적으로 절연된 부분 활성층으로 분할하기 위해 적어도 상기 반도체층 시퀀스의 활성층을 절단하는 트렌치;
    - 각각 제2 주요면 상에 배치되며, 상기 부분 활성층들의 접촉을 위한 제1 전기 연결층 및 제2 전기 연결층으로서, 각각 적어도 2 개의 부분 활성층과 접촉하는 제1 전기 연결층 및 제2 전기 연결층이 상호 전기 전도적으로 결합되되, 상기 적어도 2 개의 부분 활성층이 직렬 연결을 형성하는 방식으로 상호 전기 전도적으로 결합되는 것인, 제1 전기 연결층 및 제2 전기 연결층;
    - 상기 활성층 내의 틈으로서, 상기 틈 내에 상기 제2 전기 연결층의 부분 영역이 형성되는 것인, 틈; 및
    - 상기 제2 전기 연결층을 상기 제1 전기 연결층과 전기적으로 절연하는 분리층; 및
    - 제2 주요면에 있는 지지 기판
    을 포함하고,
    상기 제1 전기 연결층 및 상기 제2 전기 연결층, 그리고 분리층이 횡방향에서 중첩되고,
    상기 제1 전기 연결층 및 제2 전기 연결층은 적어도 부분적으로 상기 반도체층 시퀀스와 상기 지지 기판 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 몸체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 전기 연결층 및 제2 전기 연결층 중 적어도 하나는 상기 적어도 2 개의 부분 활성층 중 하나의 활성층에 의해 상기 제2 주요면 방향을 향해 방출되는 전자기 복사의 일부를 상기 제1 주요면 방향으로 반사하는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 몸체.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 전기 연결층 및 제2 전기 연결층 중 적어도 하나와 상기 반도체층 시퀀스 사이에서 적어도 부분적으로 반도체형으로 또는 전기적으로 절연하는 거울층이 배치되는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 몸체.
  4. 청구항 3에 있어서,
    반도체형으로 또는 전기적으로 절연하는 거울층은 복수의 홀을 구비하고, 상기 제1 전기 연결층 및 상기 제2 전기 연결층 중 적어도 하나는 상기 홀을 통해서 상기 반도체층 시퀀스로 연장되는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 몸체.
  5. 청구항 3에 있어서,
    반도체형으로 또는 전기적으로 절연하는 거울층이 상기 반도체층 시퀀스의 제2 주요면의 50% 이상을 덮는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 몸체.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 반도체 층 시퀀스는 상기 제2 주요면에 인접한 전류 확산층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 몸체.
  7. 광전자 반도체 몸체를 제조하는 방법에 있어서,
    - 전자기 복사를 생성하는 활성층을 구비하고 제1 주요면으로부터의 전자기 복사의 방출을 제공하는 반도체층 시퀀스를, 성장 기판 상에 에피택시얼 성장시키는 단계;
    - 적어도 반도체층 시퀀스의 활성층에서 전기 절연 트렌치를 형성하여 적어도 2개의 부분 활성층으로 분할하는 단계;
    - 상기 활성층의 접촉을 위해 상기 제1 주요면을 등지는 반도체층 시퀀스의 측에 제1 전기 연결층을 제공하는 단계;
    - 상기 제1 주요면을 등지는 반도체층 시퀀스의 측에 분리층을 형성하는 단계;
    - 상기 제1 주요면을 등지는 반도체층 시퀀스의 측에 제2 전기 연결층을 제공하는 단계로서, 상기 제2 전기 연결층을 제공하는 단계는, 상기 활성층 내에 틈을 형성하는 것을 포함하고, 상기 틈 내에 상기 제2 전기 연결층의 부분 영역이 형성되고, 상기 제2 전기 연결층은 상기 분리층에 의해 상기 제1 전기 연결층과 전기적으로 절연되는 것인, 제2 전기 연결층을 제공하는 단계;
    - 제1 전기 연결층 및 제2 전기 연결층이 적어도 부분적으로 반도체층 시퀀스와 지지 기판 사이에 배치되도록 제2 주요면에 지지 기판을 배치하는 단계; 및
    - 성장 기판을 제거하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 전기 연결층, 상기 분리층 및 상기 제2 전기 연결층이 적어도 부분적으로 횡방향으로 중첩되게 형성되고,
    상기 전기 연결층들은 직렬 연결을 형성하면서 적어도 2 개의 부분 활성층과 접촉하는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 몸체를 제조하는 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 상기 제1 전기 연결층 및 제2 전기 연결층 중 적어도 하나와 상기 반도체층 시퀀스 사이에서 적어도 부분적으로 반도체형으로 또는 전기적으로 절연하는 거울층이 배치되는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 몸체를 제조하는 방법.
  9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 전기 연결층은 반사형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 몸체를 제조하는 방법.
  10. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
    - 상기 제1 전기 연결층과 접촉하는 제1 부분 활성층과 전기적으로 접촉하는, 상기 제1 주요면을 등지는 측 상에 제1 접촉 패널을 형성하는 단계; 및
    - 상기 제2 전기 연결층과 접촉하는 제2 부분 활성층과 전기적으로 접촉하는, 상기 제1 주요면을 등지는 측 상에 제2 접촉 패널을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 몸체를 제조하는 방법.
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