KR20080068675A - 전류 확산층을 포함한 광전자 반도체 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 몸체(10) 및 전류 확산층(3)을 포함하는 광전자 반도체 소자를 제공한다. 전류 확산층(3)은 적어도 부분적으로 상기 반도체 몸체(1)위에 적층된다. 이 때, 전류 확산층(3)은 금속(1)을 포함하고, 상기 금속은 전류 확산층 내에서 투명한 전기 전도성 금속 산화물(2)을 형성하는데, 상기 금속(1)의 농도(x)는 상기 반도체 몸체(10)를 향한 전류 확산층(3)의 측면에서부터 상기 반도체 몸체(10)로부터 떨어져 있는 전류 확산층(3)의 측면에 이르기까지 점차 감소한다. 본 발명은 상기와 같은 반도체 소자를 제조하기 위한 방법을 더 제공한다.
반도체 몸체, 전류 확산층, 투명 전도성 산화물, 저항 접촉, 스퍼터링

Description

전류 확산층을 포함한 광전자 반도체 소자{OPTOELECTRONIC SEMICONDUCTOR COMPONENT WITH CURRENT SPREADING LAYER}
본 발명은 광전자 반도체 소자에 관한 것이다.
광전자 반도체 소자는 유럽 특허 EP 1 523 047 A2에 기재되었다.
본 발명의 과제는 전기적 및 기계적으로 매우 안정된 접촉을 포함하는 광전자 반도체 소자를 제공하는 것에 있다. 본 발명의 또 다른 과제는, 상기와 같은 광전자 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 광전자 반도체 소자는 반도체 몸체(semiconductor body)를 포함한다. 반도체 몸체는 예컨대 광을 발생시키거나, 전자기 광을 전기 전하로 전환시키는 데 적합한 반도체 층 시퀀스(layer sequence)를 포함한다. 예컨대, 반도체 몸체란 에피택시얼(epitaxial) 성장한 반도체 몸체를 의미한다.
광전자 반도체 소자의 적어도 하나의 실시예에 따르면, 반도체 몸체 위에 적어도 부분적으로 전류 확산층이 적층된다. 바람직하게는, 전류 확산층은 매우 양호한 횡 전도도(tranverse conductivity)를 가지는 특징이 있다. 즉, 전류 확산층은, 상기 층에 인가된 전류가 상기 층의 특정한 영역에서 가능한한 큰 평면으로 분배되게 하는 데 적합하다. 전류 확산층은, 상기 층에 인가된 전기 전류를 상기 층의 주요 면(main surface)에 대해 평행하게 유도하는 데 더욱 적합하다.
또한, 전류 확산층은 광전자 반도체 칩에서 생성되거나, 광전자 반도체 칩으로부터 수용된 전자기 광의 적어도 일부에 대해 투광성을 가지는 것이 바람직하다. 상기 전류 확산층에 있어서, 가시적 스펙트럼 영역의 전자기 광에 대한 투과도는 적어도 90 %인 것이 바람직하다.
광전자 반도체 소자의 적어도 하나의 실시예에 따르면, 전류 확산층은 금속을 포함하고, 상기 금속은 상기 층 내에서 투명한 전기 전도성 금속 산화물을 형성한다. 즉, 전류 확산층은 적어도 부분적으로 투명한 전기 전도성 금속 산화물을 포함한다. 바람직하게는, 전류 확산층은 소위 투명 전도성 산화물("transparent conductive oxide", TCO) 군의 물질을 포함한다. 또한, 전류 확산층의 금속 산화물이 또 다른 물질-예컨대 금속 또는 반도체-을 이용하여 n-전도성 또는 p-전도성으로 도핑되는 것도 가능하다.
광전자 반도체 소자의 적어도 하나의 실시예에 따르면, 전류 확산층에서 산화물을 형성하는 금속의 농도는 상기 층의 상기 반도체 몸체를 향한 측면(side)에서부터 상기 반도체 몸체에 떨어져 있는 측면으로 가면서 낮아진다. 즉, 반도체 몸체를 향해 있는 전류 확산층의 측면에서 금속의 농도가 가장 높다. 이 지점에서, 금속의 농도는 예컨대 100%까지 될 수 있다. 즉, 이 지점에서, 전류 확산층은 금속으로 구성된 영역을 포함할 수 있다. 반도체 몸체와의 간격이 증가하면, 전류 확산층 내에서 금속의 농도는 감소한다. 이에 대응하여, 산소의 농도는 증가한다. 예컨대, 전류 확산층의 금속 산화물은 상기 반도체 몸체로부터 등진 측면에서 부분적으로 화학량론적(stoichiometric) 구성을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 광전자 반도체 소자는 반도체 몸체를 포함하여 제공된다. 광전자 소자는 상기 반도체 몸체에 부분적으로 적층된 전류 확산층을 포함한다. 전류 확산층은 금속을 포함하고, 상기 금속은 전류 확산층에서 투명한 전기 전도성 금속 산화물을 형성하며, 상기 금속의 농도는 상기 층의 반도체 몸체를 향한 측면으로부터 상기 반도체 몸체에 떨어져 있는 측면으로 가면서 감소한다.
이 때, 특히 광전자 반도체 소자에 이용되는 사실은, 반도체 몸체와 전류 확산층 사이의 경계면에서 금속 농도가 가능한한 높을수록, 상기 반도체 몸체와 상기 전류 확산층 사이의 양호한 저항(ohmic) 접촉이 더욱 용이하게 된다는 것이다. 또한, 반도체 몸체에서 금속의 농도가 증가하면, 전류 확산층은 상기 몸체에 더욱 양호하게 고정되어, 상기 몸체로부터 분리될 위험이 감소한다. 또한, 전류 확산층에 있어서 금속이 풍부한 영역-즉, 반도체 몸체와 가까운 영역-이 포함하는 금속이 상기 전류 확산층 내에서 금속 산화물을 형성하는 경우, 전류 확산층이 매우 간단하게 제조될 수 있다.
광전자 반도체 소자의 적어도 하나의 실시예에 따르면, 전류 확산층에서 금속의 농도는 지속적으로 감소한다. 다른 말로 하면, 금속의 농도는 점진적으로 변화하여, 전류 확산층의 영역에는 산화되지 않은 금속만 포함하고, 전류 확산층과 인접한 영역에는 금속 산화물만 포함하게 된다. 전류 확산층에 있어서, 금속이 많은 영역으로부터 금속이 결핍된 영역으로 넘어가는 중간 지점은 유동적이다.
광전자 반도체 칩의 적어도 하나의 실시예에 따르면, 전류 확산층은 부분적으로 화학량론적 구성을 가진 금속 산화물을 포함한다. 즉, 전류 확산층은 화학량론적 구성을 가진 금속 산화물이 존재하는 영역을 포함한다. 예컨대, 전류 확산층에서의 금속의 농도는 반도체 몸체와 인접한 지점에서 높다. 반도체 몸체와의 간격이 증가하면서, 금속의 농도는 감소하는데, 즉 전류 확산층에서 상기 반도체 몸체와 떨어져 있는 측면에는 화학량론적 구성을 가진 금속 산화물이 부분적으로 존재한다. 다른 말로 하면, 전류 확산층에는, 금속 원자가 적어도 하나의 산소 원자와 결합하고 있는 영역이 있다는 것이다.
광전자 반도체 소자의 적어도 하나의 실시예에 따르면, 전류 확산층은 인듐, 주석, 인듐 주석, 아연, 카드뮴, 티타늄 중 적어도 하나의 금속 또는 합금의 산화물을 포함한다. 전류 확산층 내에서 가능한 산화물은 예컨대 이하의 산화물로 제공된다: ZnO, SnO2, In2O3, Zn2SnO4, CdSnO3, ZnSnO3, MgIn2O4, GaInO3, Zn2In2O5, In4Sn3O12 또는 혼합물들.
또한, 상기 금속 산화물이 n-전도성 또는 p-전도성으로 도핑되는 것도 가능하다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 전류 확산층은 광전자 반도체 소자의 광 투과면에 적층된다. 이 때, 광전자 반도체 소자에 있어서 광 투과면이란, 전자기 광이 투과하여 반도체 몸체에 진입하거나, 반도체 몸체로부터 전자기 광이 투과해 나가는 면이다. 이 때, 광전자 반도체 소자란 예컨대 포토 다이오드 칩, 발광 다이오드 칩, 레이저 다이오드 칩 중 하나의 소자를 의미할 수 있다.
또한, 광전자소자의 제조 방법이 제공된다. 예컨대, 상기 방법을 이용하면 상술한 실시예들 중 적어도 하나의 실시예에 따르는 광전자 반도체 소자를 제조할 수 있다.
광전자 반도체 소자의 제조 방법에 대한 적어도 하나의 실시예에 따르면, 금속을 포함한 적어도 하나의 층은 반도체 몸체의 표면에 적어도 부분적으로 적층된다. 예컨대 금속 층은 반도체 몸체의 광 투과면 위에 적층된다.
바람직하게는, 금속 층의 두께는 최소 0.2 와 최대 3.0 나노 미터 사이값이다. 더욱 바람직하게는, 금속 층의 두께는 0.3 과 2.0 나노 미터 사이 값이다. 이 때, 층 두께는 얇게 함으로써, 광전자 반도체 소자로부터 구동 중에 방출되거나, 상기 광전자 반도체 소자로부터 수용되는 전자기 광의 대부분에 대해 투과성을 가지도록 한다.
금속 층은 상술한 금속 중 하나를 포함하거나, 바람직하게는 그것으로 구성된다. 즉, 금속 층은 인듐, 주석, 인듐 주석, 아연, 카드뮴, 티타늄 중 적어도 하나의 물질을 포함하거나 구성된다. 또한, 금속 층은 예컨대 금 아연(AuZn)과 같은 금속 합금을 포함하거나, 그러한 합금으로 구성될 수 있다.
광전자 반도체 소자의 제조 방법에 대한 적어도 하나의 실시예에 따르면, 다음의 방법 단계에서, 금속 층 위에 적층되는 층은 상기 금속 층의 금속 산화물을 포함한다. 예컨대, 금속 산화물 층은 ZnO, SnO2, In2O3, Zn2SnO4, ZnSnO3 , CdSnO3, MgIn2O4, GaInO3, Zn2In2O5, In4Sn3O12 중 적어도 하나의 금속 산화물을 포함하거나, 그것으로 구성된다.
광전자 반도체 소자의 제조 방법에 대한 적어도 하나의 실시예에 따르면, 금속 층 및 금속 산화물 층으로 구성되어 반도체 몸체 위에 적층되는 층 시퀀스는 다음 단계에서 열 처리된다. 이를 위해, 적층된 층 시퀀스는 예컨대 200 과 600℃ 사이의 온도에서, 바람직하게는 300 과 500℃ 사이의 온도에서 가열된다. 이러한 온도 범위는 전기 전도성이 매우 양호한 전류 확산층을 제조하기 위해 특히 바람직한 것으로 확인되었다.
예컨대, 층 시퀀스는 가마에서 0 내지 20%의 부분압(partial pressure)을 가진 산소, 더욱 바람직하게는 2 내지 10%의 부분압을 가진 산소를 이용해 가열될 수 있다. 부분압의 이러한 범위는 매우 양호한 전기 전도성을 가진 전류 확산층을 제조하기 위해 특히 바람직한 것으로 확인되었다.
층 시퀀스의 가열 시, RTA(rapid thermal annealing) 기술이 사용될 수 있다. 또한, 층 시퀀스를 N2, N2/Ar 또는 N2/H2의 기체 분위기(atmosphere)에서 가열하는 것도 가능하다.
바람직하게는, 층 시퀀스를 1분과 5분 사이의 시간에 가열한다. 층 시퀀스의 이러한 가열 시간 범위는 매우 양호한 전기 전도성을 가진 전류 확산층을 제조하기 위해 특히 바람직한 것으로 확인되었다.
광전자 반도체 소자의 제조 방법에 대한 적어도 하나의 실시예에 따르면, 금속을 포함한 적어도 하나의 층은 반도체 몸체 위에 적층된다. 다음의 방법 단계에서, 금속의 산화물을 포함하는 층이 상기 금속 층 위에 적층된다. 그 다음의 방법 단계에서, 금속 층 및 금속 산화물 층으로 구성되는 상기 적층된 층 시퀀스는 열 처리된다.
여기서 기재된 방법은, 특히, 열 처리 과정이 금속 층 및 금속 산화물 층의 완전 반응을 용이하게 한다는 점을 이용한다. 이를 통해, 전류 확산층에서 금속 농도의 변화가 생길 수 있다. 이 때, 전류 확산층에서 금속의 농도는 반도체 몸체로부터 이격되는 방향으로 감소한다. 열 처리 과정의 온도 및 시간을 이용하여, 전류 확산층에서의 금속 농도에 대한 소기의 프로 파일이 형성될 수 있다.
여기에 기재된 방법이 이용하는 사실은, 전류 확산층과 반도체 몸체 사이의 교차 지점에 위치한 얇은 층을 이용하여, 상기 층과 상기 몸체 사이에서 기계적 및 전기적으로 매우 안정된 저항 접촉을 이룰 수 있다는 점이다. 또한, 금속 층은, 반도체 몸체와 전류 확산층 사이의 교차 지점에서 전류 확산층의 도핑 개선을 위해 기능할 수 있다.
광전자 반도체 소자의 제조 방법에 대한 적어도 하나의 실시예에 따르면, 전류 확산층을 만들기 위해 반도체 몸체 위에 금속을 도포하는데, 이 때 도포된 금속은 도포- 또는 코팅 과정에서 산화되는 비율이 점차 증가한다. 즉, 반도체 몸체를 금속으로 코팅하는 동안, 액화 산소가 증가하면서, 코팅 과정에서 도포되는 금속의 산화되는 몫(share)이 점차 증가한다. 이러한 방식으로 전류 확산층이 생성되면, 반도체 몸체와의 간격이 증가하면서, 금속의 농도는 낮아지고, 산소의 농도는 높아진다. 예컨대, 코팅이 금속의 반응 스퍼터링(reactive sputtering)을 이용하여 수행되면, 코팅 공정이 진행되면서 액화 산소가 증가한다.
이 때 공통적으로 가능한 것은, 전류 확산층이 PVD(물리 기상 증착(physical vapour deposition)의 약어) 또는 CVD(화학 기상 증착(chemical vapour deposition)의 약어) 방법을 이용하여 적층되는 것이다. 이 때, 산소 농도는 바람직하게는 증착 공정 중에 농축된다. 전류 확산층에서의 산소 농도는, 양호한 전도성의 금속 산화물-층을 구현하도록 조정된다.
특히, 상기 방법이 이용하는 점은, 성장 중인 전류 확산층에서 금속의 농도가 산소 공급에 의해 제어될 수 있다는 점이다. 이러한 방식으로, 전류 확산층에서의 금속 농도에 있어서, 제공 가능한 프로 파일이 조정될 수 있다.
광전자 반도체 소자의 제조 방법에 대한 적어도 하나의 실시예에 따르면, 액화 산소는 코팅 공정 중에 지속적으로 증가한다.
여기에 기재된 광전자 반도체 소자 및 그 제조 방법은 실시예들 및 이에 속하는 도면들에 따라 이하에서 보다 상세하게 설명된다.
도 1A, 1B 및 1C는 여기에 기재된 광전자 반도체 소자의 제조 방법에 대한 실시예를 설명하기 위한 개략적 단면도를 도시한다.
도 2는 여기에 기재된 광전자 반도체 소자의 실시예에 따르는 개략적 단면도를 도시한다.
도 3은 여기에 기재된 광전자 반도체 소자의 실시예에 있어서, 전류 확산층 내에서 금속의 농도 진행을 개략적으로 도시한다.
실시예들 및 도면들에서 동일하거나 동일하게 작용하는 구성 요소는 각각 동일한 참조 번호로 표시된다. 도시된 구성 요소 및 그 구성 요소의 상호 간의 크기 비율은 축척에 맞는 것으로 볼 수 없다. 오히려, 도면의 개별적 상세 요소는 보다 이해를 돕기 위해 과장되어 확대 도시되었다.
도 1A 내지 도 1C는 여기에 기재된 광전자 반도체 소자의 제조 방법에 대한 제1 실시예를 설명하기 위한 개략적 단면도를 도시한다.
도 1A는 반도체 몸체(10)의 개략적 단면도를 도시한다. 반도체 몸체(10)는 예컨대 p-전도성으로 도핑될 수 있는 클래딩 층(cladding layer)(11)을 포함한다. 이 때, 클래딩 층(11)은 예컨대 p-도핑 성분으로 도핑될 수 있다. 또한, 반도체 몸체(10)는 예컨대 광 발생에 적합한 에피택시 층 시퀀스를 구비하는 활성 영역(12)을 포함한다. 에피택시 층 시퀀스는 예컨대 pn-접합, 양자 우물 구조, 또는 다중 양자 우물 구조를 포함한다.
본 출원의 틀에서 양자 우물 구조란 명칭은, 전하 캐리어(charge carrier)에 있어서 속박("confinement")을 통해 에너지 상태의 양자화를 경험하는 모든 구조를 포괄한다. 특히, 양자 우물 구조란 명칭은 양자화의 차원성(dimensionality)에 대해서는 명시하지 않는다. 상기 명칭은 특히 양자 홈통, 양자 세선, 양자 점 및 이러한 구조들의 각 조합을 포괄한다.
바람직하게는, 에피택시 층 시퀀스는 인화물-, 비화물- 또는 질화물-화합물 반도체 물질을 기반으로 한다.
상기에서 "인화물-화합물 반도체 물질을 기반으로 한다"는 말은, 그에 해당하는 소자 또는 그 소자의 일부가 바람직하게는 AlnGamIn1 -n- mP 을 포함하고, 이때 0≤n≤1, 0≤m≤1, n+m≤1인 것을 의미한다. 이러한 물질은 위의 수식에 따른 수학적으로 정확한 구성을 반드시 포함할 필요는 없다. 오히려, 상기 물질의 물리적 특성을 실질적으로 변화시키지 않는 단일 또는 다수의 도핑 성분 및 추가적인 구성 요소들이 포함될 수 있다. 그러나, 결정 격자(Al, Ga, In, P)의 실질적인 구성 요소들은 비록 이들이 미량의 또 다른 성분으로 대체될 수 있다고 하더라도 위의 수식을 따르는 것이 간단하다.
상기에서 "비화물-화합물 반도체 물질을 기반으로 한다"는 말은, 그에 해당하는 소자 또는 그 소자의 일부가 바람직하게는 AlnGamIn1 -n- mAs 을 포함하고, 이때 0≤n≤1, 0≤m≤1, n+m≤1인 것을 의미한다. 이러한 물질은 위의 수식에 따른 수학적으로 정확한 구성을 반드시 포함할 필요는 없다. 오히려, 상기 물질의 물리적 특성을 실질적으로 변화시키지 않는 단일 또는 다수의 도핑 성분 및 추가적인 구성 요소들이 포함될 수 있다. 그러나, 결정 격자(Al, Ga, In, As)의 실질적인 구성 요소들은 비록 이들이 미량의 또 다른 성분으로 대체될 수 있다고 하더라도 위의 수식을 따르는 것이 간단하다.
상기에서 "질화물-화합물 반도체 물질을 기반으로 한다"는 말은, 그에 해당 하는 소자 또는 그 소자의 일부가 바람직하게는 AlnGamIn1 -n- mN 을 포함하고, 이때 0≤n≤1, 0≤m≤1, n+m≤1인 것을 의미한다. 이러한 물질은 위의 수식에 따른 수학적으로 정확한 구성을 반드시 포함할 필요는 없다. 오히려, 상기 물질의 물리적 특성을 실질적으로 변화시키지 않는 단일 또는 다수의 도핑 성분 및 추가적인 구성 요소들이 포함될 수 있다. 그러나, 결정 격자(Al, Ga, In, N)의 실질적인 구성 요소들은 비록 이들이 미량의 또 다른 성분으로 대체될 수 있다고 하더라도 위의 수식을 따르는 것이 간단하다.
또한, 반도체 몸체(10)는 클래딩 층(14)을 포함하는 것이 바람직한데, 상기 클래딩 층은 n-전도성일 수 있다. 이를 위해, 클래딩 층(14)은 예컨대 n-도핑 성분으로 도핑된다.
바람직하게는, 반도체 몸체(10)는 캐리어(carrier)(14) 위에 배치된다. 캐리어(14)란 반도체 몸체(10)의 층들을 위한 성장 기판을 의미할 수 있다. 반도체 몸체(10)는 캐리어(14) 위에서 에피택시얼 성장을 한다. 또한, 캐리어(14)란, 반도체 몸체(10)가 성장한 이후에 적층되는 캐리어 부재를 의미할 수 있다.
최근, 광전자 반도체 칩은 소위 박막 칩을 의미한다.
반도체 소자의 캐리어(14)는 성장 기판에 비해 비교적 자유롭게 선택될 수 있다. 바람직하게는, 캐리어(14)는, 광 발생기능을 가진 에피택시 층 시퀀스(12)와 열 팽창 계수의 측면에서 양호하게 맞춰지는 것으로 선택된다. 또한, 캐리어(14)는 매우 양호한 열 전도성을 가진 물질을 더 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 구동 중에 발생된 열은 또 다른 캐리어-예컨대 도체판-에 효율적으로 유도된다.
박막-반도체 소자는 이하의 특징들 중 적어도 하나는 포함하는 것으로 나타난다:
- 광을 발생시키는 에피택시 층 시퀀스(12)의 상기 캐리어(14)를 향한 주요 면에, 반사 기능을 가진 층 또는 층 시퀀스가 적층되거나 형성되고, 상기 층 또는 층 시퀀스는 에피택시 층 시퀀스(12)에서 생성된 전자기 광의 적어도 일부를 상기 에피택시 층 시퀀스에 재 반사한다.
- 에피택시 층 시퀀스는 최대 20 ㎛의 두께, 더욱 바람직하게는 최대 10 ㎛의 두께를 가진다.
- 반도체 몸체(10)는 혼합 구조를 포함하는 적어도 하나의 면을 구비하는 적어도 하나의 반도체 층을 더 포함하는 것이 바람직하다. 이상적인 경우, 이러한 혼합 구조는 광이 거의 에르고드적(ergordic)으로 분배되도록 유도한다.
박막-발광 다이오드 칩의 기본 원칙은 예컨대 문헌[I. Schnitzer et al, Appl. Phys. Lett. 63(16), 1993년 10월 18일, p 2174-2176] 에 기재되어 있으며, 이의 개시 내용은 본문에서 반복적으로 기재된다.
바람직하게는, 반도체 몸체(10)는 광 투과면(10a)을 더 포함하여, 예컨대 광전자 반도체 칩으로부터 방출된 전자기 광의 대부분이 상기 면을 투과하여 출력되도록 한다. 더욱 바람직하게는, 광전자 반도체 소자로부터 방출된 전체 광이 상기 광 투과면(10a)을 투과해 나간다. 예컨대, 광 투과면(10a)은 반도체 몸체(10)의 표면의 일부로 형성된다. 바람직하게는, 광 투과면(10a)은 반도체 몸체(10)의 주요 면으로 제공되고, 상기 면은 예컨대 반도체 몸체(10)의 에피택시 층 시퀀스(12)에 대해 평행하게 배치된다. 상기 에피택시 층 시퀀스는 전자기 광을 발생시키는 데 적합하다.
그 외에도, 반도체 몸체(10)는 도시되지 않은 층들을 포함할 수 있다. 예컨대, 반도체 몸체(10)는 기재된 단일 또는 다수의 층들 사이의 격자 차이를 조절하기 위한 완충 층들(buffer layers)을 포함할 수 있다.
캐리어(14)의 상기 반도체 몸체를 등진 표면에는 접촉 층(15)이 적층되는 것이 바람직하다. 예컨대, 접촉 층(15)이란 접촉 금속 배선을 의미한다. 상기 금속 배선에 의해, 광전자 반도체 소자는 예컨대 n-측에서 접촉될 수 있다.
도 1A에 설명된, 광전자 반도체 소자의 제조 방법에 대한 제1 실시예에 있어서, 우선, 얇은 금속 층(1)이 반도체 몸체(10)의 광 투과면(10a) 위에 적층된다.
예컨대, 금속 층(1)은 PVD- 또는 CVD 코팅 기술을 이용하여, 바람직하게는 150℃와 350℃ 사이의 온도에서 적층된다. 이 때, 코팅 방법은 스퍼터링, 마그네트론-스퍼터링(magnetron sputtering), DC-스퍼터링, 전자빔- 증착(electronbeam-evaporation)이 바람직하다.
금속 층(1)의 두께(d1)는 바람직하게는 0.2 와 3.0 나노미터 사이값, 더욱 바람직하게는 0.3 과 2.0 나노미터 사이값을 가진다. 이 때, 두께(d1)는 얇게 선택하여, 금속 층(1)이 광전자 반도체 소자의 구동 중에 생성되는 전자기 광의 대부분에 대해 투명성을 가지도록 한다. 바람직하게는, 금속 층(1)은 인듐, 주석, 인듐 주석, 아연, 카드뮴, 티타늄 중 하나의 금속을 포함하거나, 그것으로 구성된다. 기 재된 방법 실시예에서, 금속 층(1)은 아연 또는 금 아연 합금으로 구성된다.
도 1B와 관련하여, 또 다른 방법 단계가 도시된다. 이러한 방법 단계에서, 금속 산화물 층(2)은 금속 층(1)위에 적층된다.
금속 산화물 층(2)은 예컨대 PVD 또는 CVD 코팅 기술로 적층될 수 있다. 이 때, 코팅 방법으로는 스퍼터링, 마그네트론-스퍼터링, DC-스퍼터링, 전자빔-증착이 바람직하다.
금속 산화물 층(2)은 바람직하게는 최소 50 나노미터, 더욱 바람직하게는 최소 200 나노미터의 두께를 포함한다. 상기 층은 투명한 전기 전도성을 가진 금속 산화물(TCO)을 포함한다. 이 때, 금속 산화물 층은 금속 층(1)의 적어도 하나의 금속의 산화물을 포함하거나, 이러한 산화물로 구성된다. 바람직하게는, 금속 산화물 층(2)은 ZnO, SnO2, In2O3, Zn2SnO4, CdSnO3, ZnSnO3, MgIn2O4, GaInO3, Zn2In2O5, In4Sn3O12 또는 혼합물 중 적어도 하나의 금속 산화물을 포함하거나, 그것으로 구성된다.
예컨대, 금속 층(1)이 아연-층 또는 금-아연-층을 의미한다면, 금속 산화물 층은 아연 산화물 또는 알루미늄이 도핑된 p-전도성 아연 산화물(ZnO:Al)을 포함하는 것이 바람직하다.
도 1C와 관련하여, 광전자 반도체 소자를 제조하기 위한 제1 실시예에 따른 또 다른 방법 단계가 도시된다. 금속 산화물 층(2)을 금속 층(1)위에 적층한 이후, 적층된 층 시퀀스는 열 처리되는 것이 바람직하다. 층 시퀀스는 30℃와 1000℃ 사 이의 온도, 바람직하게는 200℃과 600℃ 사이의 온도, 더욱 바람직하게는 300℃과 500℃ 사이의 온도에서 가열된다. 이를 통해, 금속 층(1) 및 금속 산화물 층(2)의 물질이 완전히 반응하여 수 두께(d)를 가진 전류 확산층(3)이 된다.
예컨대, 층 시퀀스는 가마에서 0 내지 20%의 부분압을 가진 산소, 더욱 바람직하게는 2 내지 10%의 부분압을 가진 산소를 이용하여 가열된다. 층 시퀀스의 가열시, RTA(rapid thermal annealing) 기술이 사용될 수 있다. 또한, 층 시퀀스가 N2, N2/Ar 또는 N2/H2의 기체 분위기에서 가열되는 것도 가능하다. 바람직하게는, 층 시퀀스는 1분과 5분 사이의 시간에 가열된다.
도 2는 광전자 반도체 소자를 도시하는데, 상기 소자는 예컨대 도 1A 내지 도 1C에 도시된 방법을 이용하여 제조된다. 여기서는, 전류 확산층(3) 위에 와이어 연결부(16)(본딩 패드)가 배치되고, 상기 연결부에 연결 와이어(17)가 접속된다. 연결 와이어(17)를 이용하여, 전기 전류는 와이어 연결부(16)를 지나 전류 확산층(3)에 인가될 수 있다. 여기서, 상기 전류는 광 투과면(10a)에 대해 평행한 방향으로-즉 가로 방향으로- 분배되어, 전체의 광 투과면(10a)위에서 상기 인가된 전류의 가능한한 균일한 분배가 수행된다. 이러한 방식으로, 반도체 몸체(10)의 활성 영역(12)에 있어서, 더욱 균일한 전류 공급이 가능하다.
예컨대, 전류 확산층(3)에서는, 도 1C와 관련하여 기재된 열 처리 과정을 이용하여 금속 농도의 프로파일(x)이 조정되는데, 이는 도 3에 개략적으로 도시되어 있다. 금속의 농도는 광 투과면(10a)과 인접한 지점에서 높으며, 예컨대 100% 까지 이를 수 있다. 광 투과면(10a)과의 간격(z)에 의존하는 금속 농도가, 전류 확산층(3)의 상기 광 투과면(10a)에 대해 평행한 면 위에서 산출될 때, 이는 예컨대 평균 금속 농도(x)를 의미한다.
예컨대, 열 처리의 결과로, 금속은 금속 층(1)에서 금속 산화물 층(2)으로 분산된다. 따라서, 금속 농도(x)의 진행이 준(quasi)-지속적으로 이루어지는데, 이 때 금속 농도(x)는 광 투과면(10a)과의 간격이 증가하면서 소정의 방향(z)으로 지속적으로 감소한다. 즉, 본래의 금속 층(1)이 가진 층 두께에 상응하는 간격(d1)에서, 금속 농도(x)는 급격하게 감소하지 않으며, 본래의 금속 층(1)과 금속 산화물 층(2) 사이의 중간 지점은 금속 농도(x)가 유동적이다. 특히, 광 투과면(10a)과의 간격에 의존하는 금속 농도 및 금속 농도(x) 감소의 급격한 정도는 상기 층들(1, 2)을 열 처리하는 과정의 온도 및 시간에 의해 조정될 수 있다.
전류 확산층(3)에서 조정되는 금속 농도의 프로파일은 사용된 물질 및 상기 전류 확산층(3)의 소기의 전도성에 따라 결정된다.
더욱 정확하게는, 전류 확산층(3) 내에서 금속 농도(x)의 진행은 광전자 반도체 소자의 제조 방법에 대한 제2 실시예를 이용하여 조정될 수 있다. 이러한 방법에 있어서, 금속은 산소 공급, 즉 산소 기체 분위기에서 도포된다. 이 때, 액화 산소는 코팅 과정 중에 변화한다. 예컨대, 액화 산소는 코팅 공정 중에 지속적으로 증가하여 금속 산화물 층(2)에서 소기의 제공 가능한 산소 함량까지 이를 수 있다. 즉, 이러한 방법에서는, 우선 순수한 금속 층(1)이 적층되고, 그 이후에 순수한 금속 산화물 층이 적층되는 것이 아니라, 금속 산화물 층이 적층되고, 상기 금속 산 화물 층 내에서 산소 함량이 코팅 공정 중에 변하는 것이다. 상기 방법을 시작하기 위해, 산소 함량이 제로이거나 제로에 가까울 때 금속 층이 적층될 수 있다. 이러한 방법으로 전류 확산층(3)이 생성되고, 이 때 광 투과면(10a)으로부터의 간격을 결정하는 금속 농도(x)의 프로 파일은 액화 산소를 이용하여 조정될 수 있다.
예컨대, ZnO-층은 반응 스퍼터링을 이용하여 아연-타겟(zinc-target)의 아연에 의해 반도체 몸체(10)에 적층되고, 이 때 액화 산소는 스퍼터링 과정 중에 증가한다.
본 발명은, 실시예들에 의거한 기재 내용에만 한정되는 것은 아니다. 오히려 본 발명은 새로운 특징 및 각 특징들의 조합을 포괄하며, 비록 이러한 특징들 또는 그 조합이 그 자체로 특허 청구 범위 또는 실시예들에 명확하게 제공되지 않더라도, 특징들의 조합은 특허 청구 범위에 포함된다.
본 특허 출원은 독일 특허 출원 10200546190.5-33의 우선권을 주장하며, 이의 개시내용은 본문에서 반복적으로 기재된다.

Claims (15)

  1. 반도체 몸체(10) 및 상기 반도체 몸체(10)에 적어도 부분적으로 적층된 전류 확산층(3)을 포함하는 광전자 반도체 소자에 있어서,
    상기 전류 확산층(3)은 상기 층 내에서 투명한 전기 전도성 금속 산화물(2)을 형성하는 금속(1)을 포함하고, 상기 금속(1)의 농도(x)가 전류 확산층(3)의 반도체 몸체(10)를 향한 측면(side)으로부터 전류 확산층(3)의 반도체 몸체(1)으로부터 떨어져 있는 측면으로 감소하는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속 농도는 상기 전류 확산층(3)에서 지속적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전류 확산층(3)은 화학량론적(stoichiometric) 구성을 가진 금속 산화물을 부분적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전류 확산층(3)은 인듐, 주석, 인듐-주석, 아연, 카드뮴, 티타늄 중 적어도 하나의 금속의 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전류 확산층(3)은 상기 반도체 몸체(10)의 광 투과면(10a) 위에 적층되는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광전자 반도체 소자는 포토 다이오드칩, 발광 다이오드 칩, 레이저 다이오드 칩 중 적어도 하나의 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 따른 광전자 반도체 소자의 제조 방법에 있어서,
    a) 금속을 포함하는 층(1)을 반도체 몸체(10) 위에 적층하는 단계;
    b) 상기 금속의 산화물을 포함하는 층(2)을 상기 금속 층(1) 위에 적층하는 단계; 및
    c) 전류 확산층(3)을 생성하기 위해, 상기 적층된 층 시퀀스를 열 처리하는 단계를 포함하는 광전자 반도체 소자의 제조 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 a) 단계에서, 상기 금속 층(1)의 두께는 최소 0.3 ㎚ 와 최대 2.0 ㎚ 값을 가지는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자의 제조 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 c) 단계에서, 상기 적층된 층 시퀀스는 최소 2% 와 최대 10% 사이의 산소 부분압(partial pressure)에서 가열되는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자의 제조 방법.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 c) 단계에서, 상기 적층된 층 시퀀스는 최소 300℃와 최대 500℃ 사이의 온도에서 가열되는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자의 제조 방법.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 c) 단계에서, 상기 적층된 층 시퀀스는 최소 1분과 최소 5분 사이의 시간에 가열되는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자의 제조 방법.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층된 층 시퀀스는 N2, N2/Ar 또는 N2/H2 기체 분위기(atmosphere)에서 가열되는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자의 제조 방법.
  13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 따르는 광전자 반도체 소자의 제조 방법에 있어서,
    전류 확산층(3)을 생성하기 위해, 금속(1)이 반도체 몸체 위에 도포되고, 도포 공정이 진행되면서 상기 금속의 산화되는 비율이 증가하는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자의 제조 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 전류 확산층(3)은 금속의 반응 스퍼터링(reactive sputtering)을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자의 제조 방법.
  15. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
    액화 산소는 코팅 공정 중에 지속적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자의 제조 방법.
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