KR101689413B1 - 반사 층시스템을 포함한 광전 반도체 몸체 - Google Patents

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Abstract

활성 반도체 층시퀀스(10) 및 반사 층시스템(20)을 포함한 광전 반도체 몸체(1)가 제공된다. 반사 층시스템(20)은 반도체 층시퀀스(10)에 인접한 제1복사 투과층(21) 및 상기 반도체 층시퀀스(10)와 등지는 상기 제1복사 투과층(21)의 측에서 금속층(23)을 포함한다. 제1복사투과층(21)은 제1유전체 물질을 포함한다. 제1복사 투과층(21)과 금속층(23) 사이에 제2복사 투과층(22)이 배치되고, 제2복사 투과층은 부착 개선 물질을 포함한다. 금속층(23)은 부착 개선 물질상에 직접적으로 적층된다. 부착 개선 물질은 제1유전체 물질과 상이하며, 상기 제1유전체 물질상에 부착되는 경우에 비해 상기 금속층(23)의 부착이 개선되도록 선택된다.

Description

반사 층시스템을 포함한 광전 반도체 몸체{OPTOELECTRONIC SEMICONDUCTOR BODIES HAVING A REFLECTIVE LAYER SYSTEM}
본 출원은 반사 층시스템을 포함한 광전 반도체 몸체에 관한 것이다.
본 특허 출원은 독일 특허 출원 10 2009 019524.6에 대하여 우선권을 주장하며, 그 공개 내용은 참조로 본원에 포함된다.
본 출원의 과제는 복사 투과층 및 금속층을 구비한 반사 층시스템을 포함하는 광전 반도체 몸체를 제공하는 것으로, 상기 몸체에서는 금속층의 박리(delamination) 위험이 감소해 있다.
상기 과제는 특허청구범위 제1항의 특징을 포함한 광전 반도체 몸체에 의하여 해결된다. 반도체 몸체의 유리한 형성예 및 발전예는 종속항에서 제공되며, 그 공개 내용은 명시적으로 상세한 설명에 포함된다.
광전 반도체 몸체가 제공된다. 반도체 몸체는 활성 반도체 층시퀀스를 포함한다. 활성 반도체 층시퀀스는 적합하게는 n형층, p형층 및 상기 n형층과 p형층 사이에 위치한 활성층을 포함한다. 바람직하게는 활성층은 복사 생성을 위해 pn접합, 이중이종구조, 단일양자우물구조 또는 다중양자우물구조를 포함한다. 활성 반도체 층시퀀스는 바람직하게는 - 특히 적외, 가시 및/또는 자외 스펙트럼 영역에서 - 전자기 복사를 방출하기 위해 제공된다. 대안적 또는 부가적으로, 활성 반도체 층시퀀스는 전자기 복사의 수신을 위해 제공될 수 있다. 활성 반도체 층시퀀스는 바람직하게는 에피택시얼 층시퀀스이고, 에피택시얼 층시퀀스는 예컨대 성장 기판상에 에피택시얼 증착되며, 이 때 성장 기판은 차후에 제거되거나 상당히 얇아져 있을 수 있다.
부가적으로, 광전 반도체 몸체는 반사 층시스템을 포함한다. 반사 층시스템은 활성 반도체 층시퀀스에 인접한 제1복사 투과층을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 제1복사 투과층은 유전체 물질, 특히 규소이산화물(SiO2)을 포함한다.
상기와 관련하여, "복사 투과층"으로서, 전자기 복사에 대해 적어도 부분적으로 투과성이며 특히 투명한 물질 조성물로 구성된 층을 가리키고, 활성 반도체 층시퀀스는 상기 전자기 복사의 방출 또는 수신을 위해 제공된다. 일 형성예에서, 제1복사 투과층은 분포 브래그 반사체(DBR, distrinuted bragg reflector)를 포함하고, 상기 반사체는 예컨대 각각 SiO2층과 TiO2층을 구비한 복수 개의 층쌍을 포함한다.
또한, 반사 층시스템은 금속층을 포함하고, 금속층은 반도체 층시퀀스로부터 멀어지는 방향으로 제1복사 투과층 다음에 위치한다. 바꾸어 말하면, 금속층은 반도체 층시퀀스를 등지는 제1복사 투과층의 측에 배치된다.
제1복사 투과층과 금속층 사이에 제2복사 투과층이 배치된다. 제2복사 투과층은 부착 개선 물질을 포함하거나 부착 개선 물질로 구성된다. 금속층은 제2복사 투과층의 부착 개선 물질상에 직접 적층된다. 부착 개선 물질은 제1유전체 물질과 상이하다. 상기 물질은 금속층의 부착이 제1유전체 물질상에 부착되는 것에 비해 개선되도록 선택된다.
특히, 부착 개선 물질로부터 금속층을 분리하기 위해 필요한 인장력 및/또는 전단력이 제1유전체 물질상에 직접적으로 적층된 대응 금속층을 상기 물질로부터 분리하기 위해 필요한 대응 인장력 또는 전단력보다 클 때, 부착이 개선된다.
높은 반사도를 얻기 위해, 이러한 반사 층시스템이 유리하다. 예컨대, 반도체 층시퀀스내에서 반사 층시스템에 대해 평각으로 진행하는 광빔은 반도체 층시퀀스와 제1복사 투과층 사이의 경계면에서 전반사된다. 전반사를 위한 반사 조건을 충족하지 않으며 제1복사 투과층안으로 진입하는 광빔은 예컨대 금속층을 이용하여 반도체 층시퀀스의 방향으로 재귀 반사된다. 이러한 방식으로, 큰 각도 범위에 걸쳐 높은 반사도가 얻어질 수 있다.
반도체 층시퀀스를 향한 방향에서 금속층보다 선행하는, 반사 층시스템의 투명층에 상기 금속층이 부착되는 것이 불충분하면, - 예컨대 적어도 국부적인 금속층의 박리에 의해- 소자가 무용지물이 될 위험이 있다.
금속층의 매우 양호한 부착을 얻는데 이용하는 제2복사 투과층에 의해 이러한 위험이 줄어든다. 특히 상기 소자의 대량 생산 시, 이러한 방식으로 결함이 있거나/있으면서 사용불가한 소자의 비율이 유리하게도 매우 낮게 유지될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 부착 개선 물질은 제2유전체 물질을 가리킨다. 제2유전체 물질은 적합하게는 제1유전체 물질과 상이하다. 특히, 제2유전체 물질은 규소이산화물과 상이하다. 규소이산화물은 금속층을 위해 매우 불리한 부착 특성을 가진 유전체 물질이다.
바람직하게는, 부착 개선 물질, 특히 제2유전체 물질은 질소를 함유한 화합물, 예컨대 알루미늄질화물(AlN), Si3N4와 같은 규소질화물(SixNy) 또는 탄탈륨질화물(TaN)을가리킨다. 본 발명인은, 부착 개선 물질로서 질소 함유 화합물을 포함한 제2복사 투과층을 이용하여 금속층의 매우 양호한 부착이 이루어진다는 것을 확인하였다. 질소 함유 화합물, 특히 Si3N4상에 금속층이 부착되는 것은 가령 규소이산화물과 같은 다른 유전체 물질상에 부착되는 경우에 비해 개선된다.
대안적 실시예에서, 부착 개선 물질은 투명 전도 산화물(TCO, Transparent Conducting Oxide)을 가리킨다. 바람직하게는, 투명 전도 산화물은 인듐텅스텐질화물(IWO), 인듐아연산화물(IZO) 또는 아연산화물(ZnO)이다. 본 발명인은, 예컨대 아연산화물을 이용하여 금속층의 매우 양호한 부착이 이루어진다는 것을 확인하였다. 인듐주석산화물(ITO, Indium Tin Oxide)과 같은 다른 투명 전도 산화물도 규소이산화물에 비해 개선된 부착력을 가진다. 한편, 아연산화물의 부착 특성은 상기 다른 투명 전도 산화물에 비해 유리하게도 더욱 개선된다.
일 형성예에서, 제2복사 투과층의 층 두께는 100 nm이하이다. 바람직하게는, 제2복사투과층의 층 두께는 10 nm하이다. 이와 같은 층 두께에서, 제2복사 투과층에 의한 흡수 손실은 유리하게도 매우 낮다. 이러한 얇은 층 두께는 특히 부착 개선 물질로서 투명 전도 산화물이 있을 때 유리한데, 상기 산화물이 비교적 상당한 흡수 효과를 가지기 때문이다.
다른 실시예에서, 제2복사 투과층은 교번적으로 크고 낮은 굴절률을 가진 층쌍들로 이루어진 층 시스템을 포함한다. 이러한 층 시스템은 예컨대 분포 브래그 반사체를 나타낸다. 이러한 분포 브래그 반사체는 통상의 기술자에게 원칙적으로 공지되어 있고, 이 부분에 대해 상세히 설명하지 않는다. 상기 분포 브래그 반사체에서, 하나의 층쌍, 복수 개의 층쌍들 또는 각각의 층쌍은 부착 개선 물질, 특히 Si3N4와 같은 규소질화물 또는 아연산화물로 이루어진 층을 포함한다. 층쌍 또는 층쌍들의 제2층은 예컨대 규소이산화물로 구성된다. 이 때 중요한 것은, 분포 브래그 반사체가 반도체 층시퀀스와 등지는 측에서 부착 개선 물질 소재의 층으로 종결되며, 상기 부착 개선 물질 소재의 층상에 금속층이 직접적으로 적층된다는 것이다.
바람직한 형성예에서, 금속층은 다층 구조를 가진다. 다층 구조는 반도체 층시퀀스를 향해있는 부착 증진층을 포함하고, 상기 층은 제2복사 투과층의 부착 개선 물질상에 직접적으로 적층되어 있다. 반도체 층시퀀스로부터 멀어지는 방향으로 부착 증진층 다음에 반사체층이 수반된다.
부착 증진층은 Ti, Ta, Al, Pt, Pd, Cr 및 Ni로 구성된 그룹의 금속들 중 적어도 하나의 금속을 포함한다. 예컨대, 부착 증진층은 상기 금속들 중 하나로 구성되거나 상기 금속들의 합금물로 구성된다. 바람직하게는, 부착 증진층의 두께는 50 nm이하, 더욱 바람직하게는 1 nm이하이다.
바람직하게는, 금속층은 Al, Ag, Au 중 하나를 포함하거나 이들 중 하나로 구성된다. 바람직하게는, 상기 금속(들)은 반사체층에 포함되어 있다. 바람직하게는, 반사체층은 반도체 층시퀀스와 등지는 측에서 부착 연결층에 인접한다.
다른 이점 및 유리한 형성예와 발전예는 이하 도 1 및 2와 관련하여 설명한 예시적 실시예로부터 도출된다.
도 1은 제1실시예에 따른 반도체 몸체의 개략적 횡단면도이다.
도 2는 제2실시예에 따른 반도체 몸체의 개략적 횡단면도이다.
도면 및 실시예에서 유사하거나 유사한 효과를 가진 요소는 동일한 참조번호를 가진다. 도면, 및 도면에 도시된 요소들 -특히 층들-의 크기비는 척도에 맞는 것으로 볼 수 없다. 오히려, 개별 요소는 더 나은 표현 및/또는 더 나은 이해를 위해 과장되어 크게 - 예컨대 과장되어 두껍게-도시되어 있을 수 있다.
도 1은 제1실시예에 따른 광전 반도체 몸체(1)를 도시한다. 반도체 몸체는 활성 반도체 층시퀀스(10)를 포함한다. 활성 반도체 층시퀀스(10)는 예컨대 성장기판(도면에 미도시됨)상에 에피택시얼 성장되어 있다. 성장 기판은 제거되거나 상당히 얇아져 있을 수 있다.
활성 반도체 층시퀀스(10)는 n형층(11), 예컨대 복사 생성을 위한 다중 양자 우물 구조를 가진 활성층(12) 및 p형층(13)을 포함한다. n형층과 p형층(11, 13)의 순서는 뒤바뀔 수 있다. 반도체 층시퀀스(10)의 제1주요면(101)에 반사 층시스템(20)이 적층된다. 본원에서, 반사 층시스템(20)은 제1복사 투과층(21), 제2복사 투과층(22) 및 금속층(23)으로 구성된다.
제1복사 투과층(21)의 제1주요면(211)에 제2복사 투과층(22)이 적층된다. 제1주요면(211)에 대향된 제2주요면(212)에서 제1복사 투과층(21)은 반도체 층시퀀스(10)의 제1주요면(101)에 인접한다. 제2복사 투과층(22)의 제1주요면(221)에 금속층(23)이 적층된다. 제1주요면(221)에 대향된, 제2복사 투과층의 제2주요면(222)은 제1복사 투과층(21)의 제1주요면(211)에 인접한다.
제1복사 투과층(21)은 예컨대 규소이산화물(SiO2)로 구성된다. 제2복사 투과층(22)은 본원에서 규소질화물 Si3N4로 구성되고, 층 두께(D)가 10 nm이하이다. 상기 실시예의 변형예에서, 제2복사 투과층(22)은 투명 전도 산화물 ZnO로 구성된다.
본원에서, 주요면(232)에서 제2복사 투과층(22)에 인접하는 금속층(23)은 부착 증진층(23A) 및 반사체층(23B)으로 구성된다. 부착 증진층(23A)은 부착 개선 물질상에 직접적으로 - 즉, 본원에서 규소질화물상에 또는 상기 실시예의 변형예에서 제2복사 투과층(22)의 아연산화물상에-적층된다.
부착 증진층(23A)은 예컨대 크롬(Cr) 및/또는 티타늄(Ti)으로 구성된다. 부착 증진층상에 직접적으로 반사체층(23B)이 적층되고, 반사체층은 본원에서 은(Ag)으로 구성된다.
도 2는 광전 반도체 몸체의 제2실시예를 도시한다. 제2실시예에 따른 광전 반도체 몸체(1)는 제1실시예의 광전 반도체 몸체에 비해, 제2복사 투과층(22)이 분포 브래그 반사체(DBR)로서 형성된다는 점에서 구분된다.
상기 실시예에서, 제2복사 투과층은 교번적으로 높고 낮은 굴절률을 가진 층들의 층쌍들(22A, 22B)로 구성된다. 예컨대, 상기 층쌍의 제1층들(22A)은 규소이산화물(SiO2)로 구성되고, 상기 규소이산화물의 굴절률(n)은 약 n≒1.45이며, 상기 층쌍의 제2층들(22B)은 규소질화물로 구성되고, 상기 규소질화물의 굴절률(n)은 약 n≒2이다. DBR은 예컨대 적어도 5개, 특히 적어도 10개의 이러한 층쌍들(22A, 22B)을 포함한다.
반도체 층시퀀스와 등지는 제2복사 투과층(22)의 제1주요면(221)에서 DBR은 규소질화물층(22B)으로 종결되고, 상기 규소질화물층상에 금속층(23)이 직접적으로 적층되어 있다.
본 발명은 실시예들에 의거한 설명에 의하여 상기 실시예들에 한정되지 않는다. 오히려, 본 발명은 실시예 및 특허청구범위에서 각각의 새로운 특징 및 특징들의 각 조합을 포함하며, 비록 상기 조합 자체가 명백하게 특허청구범위 또는 실시예들에 제공되지 않더라도 그러하다.

Claims (15)

  1. 광전 반도체 몸체(1)에 있어서,
    활성 반도체 층시퀀스(10) 및 반사 층시스템(20)을 포함하고, 상기 반사 층 시스템은, 상기 반도체 층시퀀스(10)에 인접하며 제1유전체 물질을 함유한 제1복사 투과층(21), 및 상기 반도체 층시퀀스(10)를 등지는 상기 제1복사 투과층(21)의 측에 배치된 금속층(23)을 구비하고,
    상기 제1복사 투과층(21)과 금속층(23) 사이에 제2복사 투과층(22)이 배치되고, 상기 제2복사 투과층은 부착 개선 물질을 포함하며, 상기 부착 개선 물질 상에 상기 금속층(23)이 직접적으로 적층되고, 그리고 상기 부착 개선 물질은 상기 제1유전체 물질과 상이하되, 상기 금속층(23)이 상기 부착 개선 물질상에 부착되는 것이 상기 제1유전체 물질상에 부착되는 경우에 비해 개선되도록 선택되고,
    상기 제1복사 투과층(21)은 규소이산화물로 구성되며, 상기 제2복사 투과층(22)은 층 두께가 10 nm 이하이고,
    상기 제2복사 투과층(22)은 상기 제1복사 투과층(21)과 직접 접촉하고,
    상기 부착 개선 물질은 질소 함유 화합물이고, 상기 질소 함유 화합물은 AlN, SixNy, Si3N4, TaN으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 몸체(1).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 부착 개선 물질은 규소이산화물을 제외한 제2유전체 물질인 것을 특징으로 하는 광전 반도체 몸체(1).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제2복사 투과층(22)은 교번적으로 높고 낮은 굴절률을 가진 층쌍들(22A, 22B)로 이루어진 층시스템을 포함하고, 상기 각각의 층쌍 중 하나의 층(22B)은 부착 개선 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 몸체(1).
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 금속층(23)은 다층 구조를 가지고, 상기 다층 구조는 상기 반도체 층시퀀스(10)를 향해 있으며 상기 부착 개선 물질상에 직접 적층된 부착 증진층(23A), 및 상기 반도체 층시퀀스(10)를 등지는 상기 부착 증진층(23A)의 측에 위치한 반사체층(23B)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 몸체(1).
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속층(23)은 Al, Ag, Au 중 적어도 하나의 금속을 포함하거나 이러한 금속들 중 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 몸체(1).
  6. 광전 반도체 몸체(1)에 있어서,
    활성 반도체 층시퀀스(10) 및 반사 층시스템(20)을 포함하고, 상기 반사 층시스템은 상기 반도체 층시퀀스(10)에 인접하며 제1유전체 물질을 함유한 제1복사 투과층(21) 및 상기 반도체 층시퀀스(10)와 등지는 상기 제1복사 투과층(21)의 측에 배치된 금속층(23)을 구비하고,
    상기 제1복사 투과층(21)과 금속층(23) 사이에 제2복사 투과층(22)이 배치되고, 상기 제2복사 투과층은 부착 개선 물질을 함유하며, 상기 부착 개선 물질 상에 상기 금속층(23)이 직접 적층되어 있고, 그리고
    상기 부착 개선 물질은 상기 제1유전체 물질과 상이하며,
    상기 제1복사 투과층(21)은 중단없이 연속적으로 연결된 층이며, 전체 반도체 층시퀀스를 덮고, 상기 제1복사 투과층(21)은 규소이산화물로 구성되며, 상기 제2복사 투과층(22)은 층 두께가 10 nm 이하이고,
    상기 부착 개선 물질은 질소 함유 화합물이며,
    상기 질소 함유 화합물은 AlN, SixNy, Si3N4, TaN으로 구성된 그룹으로부터 선택되고, 그리고
    상기 금속층(23)은 다층 구조를 가지고, 상기 다층 구조는 상기 반도체 층시퀀스(10)를 향해 있으며 상기 부착 개선 물질 상에 직접 적층된 부착 증진층(23A), 및 상기 반도체 층시퀀스(10)를 등지는 상기 부착 증진층(23A)의 측에 위치한 반사체층(23B)을 포함하고,
    상기 부착 증진층(23A)은 Ti, Ta, Al, Pt, Pd, Cr, Ni 중 적어도 하나의 금속을 포함하거나 이러한 금속들 중 하나로 구성되고,
    상기 부착 증진층(23A)은 층 두께가 1 nm 이하이고,
    상기 반사체층(23B)은 Al, Ag, Au 중 적어도 하나의 금속을 포함하거나 이러한 금속들 중 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 몸체(1).
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