KR101634410B1 - 광전 반도체 몸체 - Google Patents

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칼 엔글
마티아스 사바틸
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오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하
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Abstract

전자기 복사의 생성을 위해 적합한 활성층(100)을 구비한 반도체 층시퀀스(1) 및 제1전기 연결층(4)을 포함한 광전 반도체 몸체가 제공된다. 반도체 몸체는 전방측(2)으로부터 전자기 복사를 방출하도록 예정된다. 반도체 층시퀀스(1)는 적어도 하나의 개구부(110)를 포함하고, 상기 개구부는 반도체 층시퀀스(1)를 전방측(2)으로부터 상기 전방측(2)에 대향된 후방측(3)으로 가는 방향으로 완전히 관통한다. 제1전기 연결층(4)은 반도체 몸체의 후방측(3)에 배치되고, 제1전기 연결층(4)의 세그먼트(40)는 후방측(3)으로부터 개구부(110)를 관통하여 전방측(2)까지 이어지며, 반도체 층시퀀스(1)의 전방측 주요면(10)의 제1부분 영역(11)을 덮는다. 전방측 주요면(10)의 제2부분 영역(12)은 제1전기 연결층(4)에 의해 덮이지 않는다.

Description

광전 반도체 몸체{OPTOELECTRONIC SEMICONDUCTOR BODY}
본 특허 출원은 독일 특허 출원 10 2008 051048.3의 우선권을 청구하고, 그 공개 내용은 참조로 포함된다.
본 출원은 광전 반도체 몸체에 관한 것이다.
본 출원의 과제는 매우 높은 총 효율을 가지거나/가지고 매우 비용 효과적으로 제조할 수 있는 광전 반도체 몸체를 제공하는 것이다.
이러한 과제는 특허청구범위 제1항에 따른 광전 반도체 몸체에 의하여 해결된다. 반도체 몸체의 유리한 형성예 및 발전예는 종속항들에 제공된다. 특허청구범위의 공개 내용은 명백하게 상세한 설명에 참조적으로 포함되어 있다.
반도체 층시퀀스를 포함한 광전 반도체 몸체가 제공된다. 반도체 층시퀀스는 전자기 복사의 생성을 위해 적합한 활성층을 포함한다. 활성층은 복사 생성을 위해 pn접합, 이중 이종 구조 또는 단일 양자 우물 구조(SQW, single quantum well)나 다중 양자 우물 구조(MQW, multi quantum well)와 같은 양자 우물 구조를 포함한다.
반도체 층시퀀스는 적어도 하나의 개구부를 포함한다. 개구부는 반도체 층시퀀스를 전방측에서부터 상기 전방측에 대향된 후방측으로 가는 방향으로 완전히 관통한다. 바꾸어 말하면, 반도체 층시퀀스는 홈을 포함하고, 이러한 홈은 반도체 층시퀀스의 총 두께에 걸쳐 연장된다. 홈은 예컨대 구멍이다. 두께는 전방측으로부터 후방측까지의 방향에서의 반도체 층시퀀스의 치수이다.
광전 반도체 몸체는 전자기 복사를 전방측에서 방출하는 것으로 예정된다. 제1전기 연결층은 반도체 몸체의 후방측에 배치된다. 예컨대, 제1전기 연결층은 후방측을 관찰한 배면도에서 반도체 층시퀀스를 국부적 또는 완전히 덮는다. 제1전기 연결층의 세그먼트는 후방측에서부터 반도체 층시퀀스의 개구부를 관통하여 전방측을 향하여 이어지며, 반도체 층시퀀스의 전방측 주요면의 제1부분 영역을 덮는다.
바람직한 형성예에서, 반도체 층시퀀스는 복수 개의 개구부들을 포함하고, 이러한 개구부들은 반도체 몸체의 평면도상에서 예컨대 직사각형, 정사각형 또는 육각형 격자의 격자점들에 배치된다. 복수 개의 개구부를 포함한 반도체 몸체에서는, 각 개구부에 제1전기 연결층의 세그먼트(section)이 부속하고, 상기 세그먼트는 각각의 개구부를 관통한다. 또한, 각 개구부에는 전방측 주요면의 제1부분 영역이 부속하며, 제1부분 영역은 각각의 세그먼트에 의해 덮여있다.
적합한 형성예에서 개구부 또는 적어도 상기 개구부의 후방측 부분 영역에 분리층이 배치되고, 상기 분리층은 제1전기 연결층의 세그먼트를 반도체 층시퀀스으로부터 절연시킨다. 이러한 방식으로, 개구부에 배치되어 활성층의 관통홀을 관통하는 제1전기 연결층의 세그먼트에 의해 상기 활성층의 단락 위험이 감소한다. 분리층은 제1전기 연결층과 통합되어 형성될 수 있고, 예컨대 금속을 함유한 제1전기 연결층의 테두리 영역의 산화에 의해 그러할 수 있다. 바람직하게는, 분리층은 제1전기 연결층과 상이하다. 분리층은 예컨대 유전체를 포함하거나 그것으로 구성된다. 예컨대 분리층은 규소이산화물 또는 규소질화물을 포함하거나 이러한 물질 중 하나로 구성된다.
제1전기 연결층을 이용하면, 반도체 몸체의 후방측에서부터 반도체 몸체의 전방측 외부 전기 접촉이 이루어질 수 있다. 유리하게도, -가령 본딩패드와 같은 - 외부 전기 연결부를 위한 전기 연결층은 복사 방출 전방측에서 필요하지 않다. 이러한 외부 전기 연결층은 일반적으로 반도체 몸체의 효율을 감소시키는데, 예컨대 외부 전기 연결층은 활성층으로부터 방출된 복사의 일부의 아웃커플링에 방해가 되기 때문이다.
일 형성예에서, 전기 연결층은 전방측의 주요면을 완전히 덮는다. 대안적 형성예에서, 전방측 주요면의 제2부분 영역은 제1전기 연결층에 의해 덮이지 않는다. 특히, 제2부분 영역은 전방측 주요면의 평면도상에서 전기 전도층에 의해 덮이지 않는다. 예컨대, 전방측 주요면의 제2부분 영역은 반도체 몸체의 노출된 외부면을 나타낸다. 또한, 제2부분 영역이 전방측 주요면의 평면도상에서 하나 이상의 층들, 특히 하나 이상의 복사 투과성층들에 의해 덮이는 경우도 고려할 수 있다. 이 경우, 특히, 전방측 주요면의 평면도상에서 제2부분 영역을 덮는 층, 또는 각각의 층은 전기 절연성이다.
일 발전예에서, 전방측 접촉면의 면적을 전방측 주요면의 전체면적으로 나눈 몫은 0.05이상의 값을 가진다. 대안적 또는 부가적으로, 상기 몫의 값은 0.15이하이다. 전방측 접촉면이란 개념은 제1부분 영역의 외부 윤곽선에 의해 둘러싸이는 면을 가리키고, 복수 개의 제1부분 영역들이 있는 경우 개별적 제1부분 영역들의 외부 윤곽선들에 의해 각각 둘러싸이는 면들의 합을 가리킨다. 전방측 접촉면의 면적은 전방측 주요면의 제2부분 영역의 면적과 전체면적 간의 차이다. 이러한 맥락에서, 전방측 접촉면의 면적, 제2부분 영역의 면적 및 전방측 주요면의 전체면적이란 각각 반도체 층시퀀스의 주 연장면에 평행한 평면에서 상기의 해당 면들이 영사되었을 때의 각각의 면적을 의미한다. 이 때, 평면과 상이한 위상 기하학(topology) - 가령 광 아웃커플링의 개선을 위한 전방측 주요면의 구조화에 기인함 - 은 고려되지 않는다.
본 발명인은, 제1부분 영역 또는 - 개구부들이 복수 개인 경우 - 복수 개의 제1부분 영역들에 의해, 반도체 몸체의 전기 광학적 총 효율이 매우 크게 얻어진다는 것을 확인하였다. 상기 제1부분 영역들은 전체적으로, 전방측 주요면의 전체면적의 5%이상, 그리고 특히 15%이하를 덮는다.
일 형성예에서, 광전 반도체 몸체는 박막 발광다이오드칩이다. 박막 발광다이오드칩의 기본 원리는 예컨대 문헌 I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63(16), 1993.10.18, p2174-2176에 기술되어 있고, 그 공개 내용은 참조로 포함된다. 박막 발광다이오드칩에 대한 예는 문헌 EP 0905797 A2 및 WO 02/13281 A1에 기술되어 있으며, 그 공개 내용은 마찬가지로 참조로 포함된다.
박막 발광다이오드칩은 거의 람베르시안 표면 이미터(surface emitter)에 가까우며, 예컨대 가령 자동차 전조등과 같은 투광기에 사용되기에 알맞다.
일 형성예에 따른 박막 발광다이오드칩은 이하의 특징들 중 적어도 하나, 특히 이하의 모든 특징들을 특징으로 한다:
- 반도체 층시퀀스, 특히 복사 생성 에피택시 층시퀀스에서 전방측 주요면에 대향된 후방측 주요면에는 반도체 층시퀀스에서 생성된 전자기 복사의 적어도 일부를 상기 층시퀀스에 재귀 반사하는 반사층이 적층되거나 형성됨;
- 박막 발광다이오드칩은 - 바람직하게는 후방측에서 - 캐리어 부재를 포함하고, 상기 캐리어부재는 반도체 층시퀀스가 에피택시얼 성장되었던 성장 기판이 아니라 차후에 반도체 층시퀀스에 고정된 별도의 캐리어 부재를 가리킴;
- 반도체 층시퀀스의 두께는 10 ㎛이하의 범위, 특히 5 ㎛이하의 범위를 가짐;
- 반도체 층시퀀스는 성장 기판을 포함하지 않음. 여기서 "성장 기판을 포함하지 않음이란, 경우에 따라서 성장용으로 사용된 성장 기판이 반도체 층시퀀스로부터 제거되거나 적어도 상당히 얇아져 있음을 의미함. 특히, 성장 기판이 독자적으로 또는 에피택시 층시퀀스와 함께만으로는 자체 지지력을 가지지 못할만큼 얇아져있음. 상당히 얇아진 성장 기판의 잔류한 나머지는 특히 성장 기판의 기능을 하기 위한 것으로서는 부적합함; 그리고
- 반도체 층시퀀스는 혼합 구조를 가진 적어도 하나의 면을 구비한 적어도 하나의 반도체층을 포함하고, 상기 혼합 구조는 이상적인 경우에 반도체 층시퀀스에서 광이 거의 에르고딕으로 분포하도록 유도하며, 즉 가능한 한 에르고딕한 확률적 분산 거동을 포함한다.
반도체 몸체를 박막 발광다이오드칩으로서 제조하는 경우, 반도체 층시퀀스를 완전히 관통하도록 개구부를 형성할 수 있고, 특히 이러한 것이 유리할 수 있다. 후방측으로부터 전방측의 방향으로 반도체 층시퀀스안으로 삽입해들어가긴 하나 완전히 관통하지는 않는 개구부를 포함한 박막 반도체칩의 경우, 성장 기판의 제거 시 반도체 층시퀀스가 손상될 위험이 상대적으로 크다. 본 출원에 따른 반도체 몸체에 비해, 상기와 같은 반도체 몸체에서는 비교적 두꺼운 두께의 반도체 층시퀀스가 필요하다.
본 출원에 따른 반도체 몸체는 매우 얇은 두께를 가진 반도체 층시퀀스를 포함할 수 있어 유리하다. 일 형성예에서, 반도체 층시퀀스의 두께는 3 ㎛이하, 예컨대 1 ㎛이하이다. 일 발전예에서, 반도체 층시퀀스의 두께는 500 nm이하이다.
이러한 방식으로, 반도체 층시퀀스의 제조 시 필요한 시간이 매우 짧게 된다. 그러므로 반도체 몸체의 제조는 매우 비용 효과적이다. 이와 같이 얇은 두께는 예컨대, 반도체 층시퀀스가 구조화된 부분을 포함하고 상기 구조화된 부분이 광 결정을 나타내는 형성예를 위해 매우 유리하다. 또한, 이와 같이 얇은 층 두께는, 전방측 주요면 및/또는 후방측 주요면이 구조화된 부분을 포함하고, 상기 구조화된 부분이 활성층까지 연장되거나 더욱이 활성층을 절단시키는 경우의 반도체 층시퀀스에 있어서 유리하다. 이와 같은 구조화를 이용하면, 소위 퍼셀 효과가 활용될 수 있으며, 퍼셀 효과를 통해 활성층의 방출율이 증가할 수 있다. 광 결정을 나타내거나 퍼셀 효과를 활용할 수 있도록 만드는 구조화는 당업자에게 원칙적으로 공지되어 있으므로, 이 부분에서 더 이상 상세히 설명하지 않는다. 얇은 층 두께를 가진 반도체 몸체와 관련하여 상기의 구조화를 이용하면 매우 큰 광학적 효율을 얻을 수 있다.
반도체 몸체의 형성예에서, 반도체 층시퀀스의 전방측 주요면의 제1부분 영역은 적어도 하나의 개구부를 둘러싼다. 상기 제1부분 영역은 제1전기 연결층의 제1세그먼트의 말단부에 의해 덮여있다. 바꾸어 말하면, 이러한 형성예에서 제1부분 영역의 외부 윤곽선은 전방측 주요면에 대한 평면도상에서 개구부의 둘레를 완전히 일주한다. 특히, 제1부분 영역은 전방측의 평면도에서 개구부를 링의 형태로 둘러싼다. 예컨대, 제1부분 영역은 전방측 주요면의 평면도상에서 - 적어도 실질적으로 - 원형, 타원형 또는 n각형인 외부 윤곽을 포함하고, 이 때 n각형의 외부 윤곽인 경우 n은 3이상이다. 제1부분 영역의 내부 윤곽선은 예컨대 개구부의 전방측 테두리에 의해 형성된다. 일 발전예에서, 반도체 층시퀀스는 복수 개의 개구부들을 포함하고, 상기 개구부들은 각각 제1부분 영역에 의해 둘러싸여 있다.
일 형성예에서, 제1전기 연결층의 세그먼트는 - 특히 적어도 전기적 분리층과 함께 - 개구부를 완전히 또는 적어도 거의 완전히 채운다.
다른 실시예에서, 반도체 몸체는 적어도 하나의 함몰부를 포함하고, 함몰부는 반도체 층시퀀스의 적어도 하나의 개구부와 함께 래터럴 방향으로 겹치며, 전방측으로부터 후방측으로 가는 방향으로 반도체 층시퀀스안으로 연장된다. 특히, 함몰부는 개구부의 부분 영역을 나타낸다. 함몰부는 반도체 층시퀀스의 물질 및 제1전기 연결층의 물질을 포함하지 않는다. 바람직하게는, 함몰부는 고체 물질을 포함하지 않는다. 또는, 함몰부는 실리콘 물질이나 에폭시 수지와 같은 봉지재로 채워질 수 있다.
이러한 실시예의 적합한 발전예에서, 제1전기 연결층, 특히 제1전기 연결층의 세그먼트는 함몰부를 래터럴 방향에서 그리고/또는 후방측을 향한 방향에서 한정한다. 특히, 제1전기 연결층은 함몰부를 포함한다. 예컨대, 세그먼트의 바닥부는 후방측을 향해있는 개구부의 부분 영역을 채운다. 대안적 또는 부가적으로, 세그먼트의 중심부는 링의 형태로 개구부의 중앙 영역 둘레에 이어져있다. 특히, 개구부에서 전방측을 향해 개방된 중앙 영역은 특히 제1전기 연결층을 포함하지 않고, 함몰부를 나타낸다. 특히, 함몰부는 고체 물질을 포함하지 않는다. 또는, 함몰부는 - 가령 광전 소자안에 장착된 반도체 몸체의 경우 - 에폭시 수지 또는 실리콘 물질과 같은 봉지재로 채워질 수 있다.
제1전기 연결층은 반도체 층시퀀스와 상이한 것이 적합하며, 바람직하게는 반도체 물질을 포함하지 않는다. 특히, 제1전기 연결층은 적어도 부분적으로, 은, 금, 알루미늄 및/또는 구리와 같은 금속을 포함하거나, 이러한 금속 중 적어도 하나로 구성된다.
일 발전예에서, 제1전기 연결층은 적어도 부분적으로 광투과성이거나 투명하게 형성된다. 예컨대, 개구부를 관통하는 세그먼트, 또는 상기 세그먼트의 적어도 하나 이상의 부분은 광투과성으로 또는 투명하게 형성된다. 특히, 상기 세그먼트에서 적어도, 전방측 주요면의 제1부분 영역을 덮는 말단은 광투과성으로 또는 투명하게 형성된다. 예컨대, 세그먼트 또는 상기 세그먼트의 투명한 부분(들)은 인듐주석산화물(ITO, indium tin oxide)과 같은 투명 전도 산화물을 포함하거나 그것으로 구성된다. 예컨대, 반도체 몸체가 개구부의 영역에서 세그먼트에 의해 한정되는 함몰부를 포함한 경우, 광투과성 세그먼트는 아웃커플링 효율을 위해 매우 유리할 수 있다.
다른 발전예에서, 제1전기 연결층에서 개구부를 관통하는 세그먼트와 상이한 다른 후방측 세그먼트는 금속을 포함하거나 그것으로 구성된다. 적어도 국부적으로 광투과성인 제1전기 연결층에 의해, 반도체 몸체의 총 효율이 매우 높게 달성될 수 있다. 제1전기 연결층은 특히 전방측 주요면의 제2부분 영역을 덮지 않는다.
다른 형성예에서, 반도체 층시퀀스의 전방측 주요면은 복사 아웃커플링 구조를 포함한다. 이와 관련하여 "복사 아웃커플링 구조"는 활성층에서 생성된 전자기 복사의 아웃커플링을 분산에 의해 개선하도록 제공된 융기부 또는 함몰부를 의미한다. 적합한 형성예에서, 복사 아웃커플링 구조의 규격은 반도체 층시퀀스의 방출 최대의 파장 범위내에 있다. 예컨대, 인접한 융기부들 또는 인접한 함몰부들은 평균적으로 100 nm이상, 바람직하게는 300 nm이상의 간격 및/또는 높이를 가진다. 특히, 상기 간격 및/또는 높이는 평균적으로 1.5 ㎛이하, 바람직하게는 1 ㎛이하, 더욱 바람직하게는 500 nm이하이다. 이러한 아웃커플링 구조는 당업자에게 원칙적으로 공지되어 있으므로 이 부분에서 더 이상 설명하지 않는다.
바람직한 발전예에서, 제1부분 영역은 복사 아웃커플링 구조를 포함하지 않는다. 특히, 제1부분 영역은 목적에 따라 구조를 구비하지 않을 수 있다. 전방측 주요면의 제1부분 영역은 예컨대 매끄러운 면, 특히 평활한 면이다.
발명인은, 복사 아웃커플링 구조를 포함하지 않은 제1부분 영역을 이용하면 제1전기 연결층의 말단부의 전기 전도도가 매우 양호하게 달성될 수 있다는 것을 확인하였다. 제1부분 영역이 복사 아웃커플링 구조를 포함하면, 말단부의 래터럴 전류 분포가 만족스럽지 않을 위험이 있다. 복사 아웃커플링 구조를 포함하지 않은 제1부분 영역은, 구동 시 일 평방밀리미터인 전방측 주요면의 면적과 관련하여 100 mA이상, 특히 500 mA이상, 예컨대 1 A이상인 구동 전류로 구동하는 반도체 몸체를 위해 매우 유리하다.
적합한 형성예에서, 반도체 몸체는 제2전기 연결층을 포함하고, 제2전기 연결층도 마찬가지로 반도체 몸체의 후방측에 배치되며, 분리층 또는 다른 분리층을 이용하여 제1전기 연결층에 대해 전기적으로 절연된다. 적합한 형성예에서, 반도체 몸체는 n형측에서 제1전기 연결층을 이용하여, p형측에서 제2전기 연결층을 이용하여 접촉되거나, 그 반대의 경우로 접촉된다. 제1 및 제2전기 연결층을 포함한 반도체 몸체는 후방측에서 상기 반도체 몸체의 n형측뿐만 아니라 p형측의 외부 전기적 접촉이 이루어지도록 제공된다. 제1 및/또는 제2전기 연결층은 반도체 층시퀀스의 옆에서 측면으로 이동할 수 있다. 이러한 방식으로, 제1 및/또는 제2전기 연결층은 전방측에서부터의 외부 전기 접촉을 위해 적합할 수 있다.
적합한 발전예에서, 제1전기 연결층, 제2전기 연결층 및 분리층은 반도체 몸체의 후방측에서 래터럴 방향으로 겹친다. 이와 같은 형성예는, 예컨대 반도체 층시퀀스에 복수 개의 개구부들을 포함한 반도체 몸체에 있어서, 제1전기 연결층을 개구부들안으로 각각 삽입된 세그먼트들이 반도체 몸체의 후방측에서 전기 전도적으로 상호간 연결되도록 형성하기 위해 적합하다. 전기 전도 결합은 특히 제1전기 연결층의 후방측 세그먼트를 이용하여 이루어진다.
다른 형성예에서, 반도체 층시퀀스와 제2전기 연결층사이, 그리고/또는 반도체 층시퀀스와 제1전기 연결층 사이에는 적어도 부분적으로 반도체 거울층 또는 전기 절연 거울층이 배치된다. 거울층을 이용하면, 활성층으로부터 후방측의 방향으로 방출된 전자기 복사 비율이 유리하게도 전방측의 방향으로 방출된다. 이러한 방식으로, 매우 높은 효율의 복사 아웃커플링이 이루어질 수 있다.
적합한 발전예에서, 반도체 거울층 또는 전기 절연 거울층은 복수 개의 리세스를 포함한다. 리세스의 영역에서, 반도체 층시퀀스는 특히 반도체 몸체의 후방측 평면도상에서 거울층에 의해 덮이지 않는다. 적합하게는, 제2전기 연결층은 리세스를 관통하여 반도체 층시퀀스안으로 연장된다. 이러한 방식으로, 전기 절연 거울층 또는 반도체 거울층을 관통하여 제2전기 연결층과 반도체 층시퀀스간의 전기적 결합이 이루어진다.
다른 형성예에서, 적어도 하나의 개구부는 전방측부터 후방측의 방향으로 가면서 점점 가늘어진다. 바꾸어 말하면, 개구부는 후방측에서보다 전방측에서 더 큰 횡단면을 가진다. 이러한 방식으로 - 특히 개구부의 중앙 영역이 제1전기 연결층을 포함하지 않고 반도체 몸체가 상기 영역에서 함몰부를 포함하는 형성예의 경우에 - 함몰부의 플랭크로부터 전자기 복사가 매우 양호하게 아웃커플링될 수 있다.
다른 형성예에서, 개구부는 후방측부터 전방측의 방향으로 가면서 점점 가늘어진다. 이와 같은 형성예는 함몰부가 제1전기 연결층에 의해 완전히 채워진 경우에 특히 적합하다.
대안적 실시예에서, 링형으로 에두른 개구부의 측면 또는 개구부의 측면들은 반도체 층시퀀스의 주 연장면에 대해 실질적으로 수직이다.
반도체 몸체의 다른 이점, 유리한 형성예 및 발전예는 도 1 내지 6과 관련하여 설명된 예시적 실시예로부터 도출된다.
도 1은 제1실시예에 따른 광전 반도체 몸체의 개략적 단면도이다.
도 2는 제2실시예에 따른 광전 반도체 몸체의 개략적 단면도이다.
도 3은 제3실시예에 따른 광전 반도체 몸체의 개략적 단면도이다.
도 4는 제1실시예에 따른 광전 반도체 몸체의 개략적 평면도이다.
도 5는 제1실시예의 변형예에 따른 광전 반도체 몸체의 일부분에 대한 개략적 평면도이다.
도 6은 제1실시예에 따른 반도체 몸체가 제1전기 연결층에 의한 전방측 주요면의 덮임율에 따라 가지는 상대적 전기 광학 총 효율 그래프이다.
실시예 및 도면에서 유사하거나 유사한 효과를 가진 구성요소는 동일한 참조번호를 가진다. 도면, 및 도면에 도시된 요소들간의 크기비는 치수값이 명백하게 제공된 경우를 제외하고는, 척도에 맞는 것으로 볼 수 없다. 오히려, 예컨대 층과 같은 개별 요소는 도면의 표현력 및/또는 이해도를 개선하기 위해 과장되어 크거나 두껍게 도시되어 있을 수 있다.
도 1은 광전 반도체 몸체의 예시적인 제1실시예를 도시한다. 광전 반도체 몸체는 에피택시얼 반도체 층시퀀스(1)를 포함하고, 상기 층시퀀스로부터 성장 기판이 분리되어 있다. 반도체 몸체의 전방측(2)에 배치된 반도체 층시퀀스(1)의 전방측 주요면(10)은 복사 아웃커플링을 위해 제공된다. 전방측(2)에 대향된 후방측(3)에서, 반도체 층시퀀스(1)의 후방측 주요면(15)에는 유전체 거울층(8)이 적층된다. 전방측 주요면(10) 및 후방측 주요면(15)사이에서 반도체 층시퀀스(1)는 전자기 복사의 생성을 위해 제공된 활성층(100)을 포함한다. 본원에서 반도체 층시퀀스(1)는 1 ㎛의 두께(D)를 가진다. 두께는 후방측 주요면(15)으로부터 전방측 주요면(10)까지의 규격이다.
반도체 층시퀀스(1)는 복수 개의 개구부들(110)을 포함하고, 도 1에서는 간단한 표현을 위해 상기 개구부들 중 2개만 도시되어 있다. 개구부들(110)은 전방측(2)으로부터 후방측(3)으로 가는 방향으로 반도체 층시퀀스(1)를 완전히 관통한다. 특히, 개구부들은 활성층(100)도 관통한다. 개구부들(110)은 반도체 층시퀀스(1)의 물질을 포함하지 않는다. 본원에서, 개구부들은 원형 횡단면을 가진다. 제1실시예의 반도체 몸체에서, 개구부들은 전방측(2)부터 후방측(3)까지 가는 방향으로 점점 가늘어진다.
반도체 몸체의 후방측(3)에 제1전기 연결층(4)이 배치된다. 제1전기 연결층(4)의 각 세그먼트(40)는 후방측(3)으로부터 시작하여 반도체 층시퀀스(1)의 개구부(110)안으로 연장되고, 이러한 개구부를 관통하여 반도체 몸체의 전방측(2)까지 이어지며, 여기서 세그먼트(40)의 말단부(40A)는 전방측의 제1부분 영역(11) - 정확하게는 전방측 주요면(10)의 제1부분 영역을 덮는다. 제1부분 영역(11)은 각각의 개구부들(110)을 링의 형태로 둘러싼다. 전방측 주요면(10)의 제2부분 영역(12)은 제1전기 연결층(4)에 의해 덮이지 않는다. 본원에서 제2부분 영역(12)은 반도체 몸체의 노출된 외부면을 나타낸다.
상기 실시예에서, 제2부분 영역(12)은 광 아웃커플링 구조(120)를 포함한다. 그에 반해, 제1부분 영역(11)은 광 아웃커플링 구조(120)를 포함하지 않고, 평편한 면 부분을 나타낸다.
이러한 점은 도 4에서 반도체 몸체의 전방측(2)의 개략적 평면도로 도시되어 있다. 반도체 층시퀀스(1)는 예컨대 정사각형 밑면을 포함한다. 개구부들(110)은 예컨대 7개의 행과 7개의 열로 - 특히 정사각형 격자의 격자점에 - 배치된다. 제1전기 연결층(4)에서 개구부들(110)을 관통한 세그먼트(40)의 말단부(40A)는 전방측 주요면(10)의 제1부분 영역들(11) 및 주위의 함몰부들(6)을 덮는다. 제2부분 영역(12)은 제1전기 연결층(4)에 의해 덮이지 않는다.
상기 실시예에서, 제1전기 연결층(4)의 세그먼트(40)는 각각의 개구부(110)를 완전히 채우지 않는다. 세그먼트(40)의 바닥부만 개구부(110)의 후방측 부분 영역을 완전히 채운다. 전방측(2)의 방향에서 뒤에 배치된 세그먼트(40)의 중앙부는 개구부(110)의 영역에 배치되며, 층으로서만 형성되고, 상기 층은 링형으로 에두른 형태의 개구부(110) 측면을 덮는다. 전방측(2)의 방향에서 중앙부에 인접하는 세그먼트(40)의 말단부(40A)도 마찬가지로 링형으로 형성된다. 본원에서, 세그먼트(40)는 후방측에서 바닥부를 이용하여 닫힌 관의 형태를 가지며, 이러한 관은 전방측에서 말단부(40A)에 의해 형성된 칼라(collar)를 포함한다. 중앙부는 관의 측벽을 형성한다.
따라서, 개구부(110)에서 전방측(2)을 향해 개방된 중앙 영역은 제1전기 연결층(4)의 물질을 포함하지 않고, 특히 상기 전기 연결층(4)의 세그먼트(40)의 물질을 포함하지 않는다. 이러한 방식으로, 반도체 몸체의 함몰부들(6)이 형성되며, 함몰부들은 각각 개구부(110)의 영역에서 전방측(2)으로부터 후방측(3)의 방향으로 반도체 층시퀀스(1)안으로 연장된다.
제1전기 연결층(4)에서 개구부(110)를 관통하는 세그먼트(40)는 본원에서 투명하게 형성된다. 세그먼트는 인듐주석산화물(ITO)과 같은 투명 전도 산화물을 포함하거나 그것으로 구성된다.
바람직하게는, 제1전기 연결층(4)에서 특히 후방측(3)의 방향으로 가면서 상기 세그먼트(40)에 인접하는 또 다른 후방측 세그먼트는 금속 물질을 포함하거나 그것으로 구성된다. 본원에서, 제1전기 연결층은 개구부(110)를 관통하는 투명한 세그먼트(40) 및 후방측의 금속 세그먼트로 구성된다.
세그먼트(40)는 분리층(7)을 이용하여 개구부(110)의 원주형 측면에 대해 전기적으로 절연된다. 개구부(10)의 영역에서 분리층(7)은 래터럴 방향으로 세그먼트(40)와 반도체 층시퀀스(1)사이에 배치된다. 이에 대비하여, 반도체 층시퀀스(1)의 전방측 주요면(10)과 세그먼트(40)의 말단부(40A) 사이에는 전기 접촉이 이루어진다.
본원에서, 분리층(7)은 제1전기 연결층(4)을 제2전기 연결층(5)으로부터 절연시키고, 제2전기 연결층은 마찬가지로 반도체 몸체의 후방측(3)에 배치된다. 제2전기 연결층(5)은 후방측(3)에서부터 전기 절연 거울층(8)의 리세스들(80)을 관통하여 반도체 층시퀀스(1)의 후방측 주요면(15)까지 연장된다. 본원에서, 제1전기 연결층은 n형측 연결을 위해, 제2전기 연결층은 반도체 몸체의 p형측 연결을 위해 제공된다.
제1전기 연결층(4)의 부분 영역, 분리층(7)의 부분 영역 및 제2전기 연결층(5)의 부분 영역은 반도체 몸체의 후방측(3)에서 래터럴 방향으로 겹친다. 이러한 점은 예컨대 도 1의 중앙 영역에 해당하는데, 상기 중앙 영역에서 제1전기 연결층(4), 분리층(7) 및 제2전기 연결층(5)은 후방측(3)으로부터 전방측(2)으로 가는 방향으로 연속한다. 이러한 방식으로, 반도체 층시퀀스(1)의 각각의 개구부들(110)에 배치된 개별적 세그먼트들(40)은 제1전기 연결층(4)의 후방측 세그먼트를 이용하여 상호간에 전기 전도적으로 결합한다.
상기 실시예에서, 반도체 몸체는 후방측(3)에서부터 상기 반도체 몸체의 n형측 및 p형측의 외부 전기 접촉을 위해 제공된다. 또는, 제1전기 연결층(1) 및/또는 제2전기 연결층(5)은 반도체 층시퀀스(1)의 옆에서 측면 이동할 수 있어서, 상기 제1전기 연결층은 전방측에서부터의 접촉을 위해 적합하다. 이와 같은 형성예는 도 2 및 3의 실시예와 관련하여 도시되어 있다.
도 6은 상대적인 접촉면(Arel)에 의존하여, 제1실시예에 따른 반도체 몸체의 상대적인 전기 광학적 총 효율(ηrel)을 도시한다. 상대적 접촉면은 반도체 층시퀀스(1)의 전방측 주요면(10)의 전체면적에 대하여, 제1부분 영역(11)의 외부 윤곽선에 의해 에워싸인 면의 몫이다. 전체면적은 제1부분면(11) 및 제2부분면(12)의 합이다. 면들은 각각 반도체 층시퀀스(1)의 주 연장면에 영사된 것으로 볼 수 있어서, 유효면의 확대는 - 예컨대 아웃커플링 구조(120)를 형성하는 융기부들에 의함 - 고려되지 않는다.
도 6에는 3개의 곡선이 도시되어 있다. 곡선(61)은 평편한 제1부분 영역들(11)의 경우에 대한 전기 광학적 총 효율(ηrel)을 나타내며, 이러한 부분 영역들은 제1전기 연결층(4)의 100 nm 두께의 말단부(40A)에 의해 덮이고, 상기 말단부는 ITO로 구성된다. 곡선(62)의 경우, 제1부분 영역들(11)은 마찬가지로 평편하긴 하나, 말단부(40A)의 두께는 30 nm으로 선택된다. 곡선(63)의 경우, 제1부분 영역(11)은 비교를 목적으로 아웃커플링 구조(120)를 포함한다; 제1부분 영역(11)의 아웃커플링 구조에 적층되는 말단부(40A)의 두께는 곡선(63)에 도시된 경우에 100 nm이다.
이러한 산정으로부터, 평편한 제1부분 영역들(11)에서 전기 광학적 총 효율(ηrel)은 거친 제1부분 영역들에 비해 증가하였다는 것이 명백하다. 전기 광학적 총 효율의 최대값은 상대적 접촉면(Arel)이 5%와 15%사이, 바람직하게는 7%와 12%사이일 때 얻어진다. 제1전기 연결층의 말단부(40A)의 바람직한 층 두께는 30 nm과 100 nm사이이다.
도 2는 광전 반도체 몸체의 예시적인 제2실시예를 도시한다. 제2실시예에 따른 광전 반도체 몸체는 우선 제1실시예에 비해, 제1 및 제2 전기 연결층(4, 5)은 반도체 층시퀀스(1)의 옆에서 측면으로 이동한다는 점에서 상이하다. 그러므로, 반도체 몸체는 상기 반도체 몸체의 전방측(2)에서부터 n형측 및 p형측의 외부 연결을 하기에 적합하다. 반도체 몸체는 상기 반도체 몸체의 후방측(3)에서부터 n형측 및 p형측의 외부 연결을 위해 제공될 수 있으며, 이는 제1실시예와 관련하여 설명한 바와 같다.
또한, 제2실시예에 따른 반도체 몸체는 제1실시예의 반도체 몸체에 비해, 제1전기 연결층(4)에서 개구부들(110)을 관통하는 세그먼트(40)는 개구부들(110)을 각각 완전히 채운다는 점에서 상이하다. 본원에서, 세그먼트(40)는 개구부들(110)의 영역에서 금속 물질로 이루어진다. 전방측 주요면(10)의 제1부분 영역들(110)을 덮는 말단부(40A)만 ITO와 같은 투명 전도 산화물 소재이다. 본원에서, 말단부(40A)는 제1실시예의 경우처럼 링형이 아니며, 솔리드형(solid) 실린더 형태 또는 일 변형예에서는 직육면체의 형태를 가진다. 각각의 말단부(40A)는 특히 세그먼트(40)의 금속 부분의 전방측 말단면에 인접하고, 이러한 말단면을 완전히 덮으며 측면에서 말단면보다 돌출한다.
도 3은 광전 반도체 몸체의 예시적인 제3실시예를 도시한다. 제3실시예는 제1실시예에 실질적으로 상응한다. 제1실시예와 달리, 제2전기 연결층은 전방측에서부터의 외부 전기 연결을 위해 제공되며, 반면 제1전기 연결층(4)은 후방측에서부터의 외부 전기 연결을 위해 제공된다. 이러한 형성 방식의 외부 전기 연결부는 나머지 실시예를 위해서도 적합하다.
부가적으로, 예시적인 제3실시예에 따른 반도체 몸체에서, 예컨대 제1전기 연결층(4)은 반도체 층시퀀스(1)의 전방측 주요면(10)을 완전히 덮는다. 특히, 본원에서, 개구부들(110)을 관통하는 복사 투과성 세그먼트(40)는 전체의 전방측 주요면(10)에 걸쳐 연장된다. 상기 세그먼트는 예컨대 TCO를 포함하거나 그것으로 구성된다. 이와 같은 형성예는 예컨대, 반도체 몸체가 매우 큰 구동 전류로 구동되는 것으로 제공될 때 유리할 수 있다. 또는, 제1실시예와 같이, 전방측 주요면(10)의 부분 영역(12)은 제1전기 연결층(4)에 의해 덮이지 않을 수 있다.
도 5는 제1실시예의 변형예에 따른 반도체 몸체의 전방측 주요면(10)의 일부분에 대하여 개략적 평면도를 도시한다.
제1실시예와 달리, 전방측 주요면(10)의 제1부분 영역들(11)을 포함하고, 상기 제1부분 영역들에 의해 링형으로 둘러싸이는 개구부들(110)은 직사각형 격자의 격자점에 배치되지 않는다. 그 대신, 개구부들은 육각형 격자의 격자점에 배치되며, 이는 도 5에서 파선으로 표시되어 있다.
이와 같은 배열을 이용하면 매우 균일한 전류 분포가 달성될 수 있다. 이러한 점은 특히, 반도체 몸체가 많은 수의 개구부들(110) - 예컨대 100개 이상의 개구부들 - 을 포함하는 경우에 유리하다.
본 발명은 실시예에 의거한 설명에 의하여 이러한 실시예에 한정되지 않는다. 오히려 본 발명은 각각의 새로운 특징 및 특징들의 각 조합을 포함하고, 비록이러한 특징 또는 이러한 조합이 그 자체로 명백하게 특허청구범위 및/또는 실시예에 명백하게 제공되지 않더라도 그러하다.

Claims (15)

  1. 작동 시 전자기 복사를 생성하는 활성층(100)을 가진 반도체 층시퀀스(1) 및 제1전기 연결층(4)을 포함하는 광전 반도체 몸체에 있어서,
    상기 반도체 몸체는 전방측(2)에서의 전자기 복사 방출을 위해 제공되고,
    상기 반도체 층시퀀스(1)는 상기 반도체 층시퀀스(1)를 전방측(2)으로부터 상기 전방측(2)에 대향된 후방측(3)으로의 방향으로 완전히 관통하는 개구부(110)를 포함하고,
    상기 제1전기 연결층(4)은 상기 반도체 몸체의 후방측(3)에 배치되고,
    상기 제1전기 연결층(4)의 세그먼트(40)는 상기 후방측(3)에서부터 상기 개구부(110)를 관통하여 전방측(2)까지 이어지고, 상기 반도체 층시퀀스(1)의 전방측 주요면(10)의 제1부분 영역(11)을 덮고,
    상기 전방측 주요면(10)의 제2부분 영역(12)은 상기 제1전기 연결층(4)에 의해 덮이지 않으며,
    상기 제1전기 연결층(4)은 적어도 부분적으로 광투과성으로 형성되고,
    상기 광전 반도체 몸체는 함몰부(6)를 포함하고, 상기 함몰부는 상기 개구부(110)와 래터럴(lateral) 방향으로 겹치며, 상기 전방측(2)으로부터 후방측(3)으로의 방향으로 상기 반도체 층시퀀스(1) 안으로 연장되는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 몸체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전방측 주요면(10)의 평면도에서 상기 제1부분 영역(11)은 적어도 하나의 상기 개구부(110)를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 몸체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 세그먼트(40)는 상기 개구부(110)를 채우는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 몸체.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1전기 연결층(4)은 함몰부를 래터럴 방향으로, 그리고 후방측(3)으로의 방향으로 한정하는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 몸체.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1전기 연결층(4)은 상기 함몰부(6)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 몸체.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1전기 연결층(4)의 세그먼트(40, 40A)는 투명 전도 산화물을 포함하거나 투명 전도 산화물로 구성되는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 몸체.
  7. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전방측 주요면(10)은 복사 아웃커플링 구조(120)를 포함하고, 상기 제1부분 영역(11)은 상기 복사 아웃커플링 구조(120)를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 몸체.
  8. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광전 반도체 몸체는 제2전기 연결층(5)을 더 포함하고, 상기 제2전기 연결층도 상기 후방측(3)에 배치되며 분리층(7)에 의해 상기 제1전기 연결층(4)으로부터 전기적으로 절연되는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 몸체.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 반도체 몸체의 후방측(3)에서 상기 제1전기 연결층(4), 제2전기 연결층(5) 및 분리층(7)이 래터럴 방향으로 겹치는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 몸체.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 반도체 층시퀀스(1)와 상기 제2전기 연결층(5) 사이에 국부적으로 반도체 거울층 또는 전기 절연 거울층(8)이 배치되고, 상기 거울층은 복수 개의 리세스들(80)을 포함하며, 상기 제2전기 연결층(5)은 상기 리세스들(80)을 관통하여 상기 반도체 층시퀀스(1)까지 연장되는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 몸체.
  11. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 층시퀀스(1)의 두께(D)는 3 ㎛이하인 것을 특징으로 하는 광전 반도체 몸체.
  12. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    전방측 접촉면의 면적을 상기 전방측 주요면(10)의 전체면적으로 나눈 몫의 값은 0.05이상 0.15이하이며, 상기 전방측 접촉면의 면적은 상기 전체면적과 상기 제2부분 영역(12)의 면적 간의 차와 동일한 것을 특징으로 하는 광전 반도체 몸체.
  13. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개구부(110)는 상기 전방측(2)으로부터 후방측(3)으로의 방향으로, 또는 상기 후방측(3)으로부터 전방측(2)으로의 방향으로 점점 가늘어지는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 몸체.
  14. 작동 시 전자기 복사를 생성하는 활성층(100)을 가진 반도체 층시퀀스(1) 및 제1전기 연결층(4)을 포함하는 광전 반도체 몸체에 있어서,
    상기 반도체 몸체는 전방측(2)에서의 전자기 복사 방출을 위해 제공되고,
    상기 반도체 층시퀀스(1)는 상기 반도체 층시퀀스(1)를 전방측(2)으로부터 상기 전방측(2)에 대향된 후방측(3)으로의 방향으로 완전히 관통하는 개구부(110)를 포함하고,
    상기 제1전기 연결층(4)은 상기 반도체 몸체의 후방측(3)에 배치되고,
    상기 제1전기 연결층(4)의 세그먼트(40)는 상기 후방측(3)에서부터 상기 개구부(110)를 관통하여 전방측(2)까지 이어지고, 상기 반도체 층시퀀스(1)의 전방측 주요면(10)의 제1부분 영역(11)을 덮고,
    상기 전방측 주요면(10)의 제2부분 영역(12)은 상기 제1전기 연결층(4)에 의해 덮이지 않으며,
    상기 제1전기 연결층(4)은 적어도 부분적으로 광투과성으로 형성되고,
    전방측 접촉면의 면적을 상기 전방측 주요면(10)의 전체면적으로 나눈 몫의 값은 0.05이상 0.15이하이며, 상기 전방측 접촉면의 면적은 상기 전체면적과 상기 제2부분 영역(12)의 면적 간의 차와 동일한 것을 특징으로 하는 광전 반도체 몸체.
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