KR20110110804A - 광전 반도체 소자 - Google Patents

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KR20110110804A KR1020117018948A KR20117018948A KR20110110804A KR 20110110804 A KR20110110804 A KR 20110110804A KR 1020117018948 A KR1020117018948 A KR 1020117018948A KR 20117018948 A KR20117018948 A KR 20117018948A KR 20110110804 A KR20110110804 A KR 20110110804A
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알렉산더 베레스
마티아스 사바틸
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오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하
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Abstract

본 발명의 광전 반도체 소자는 복사 방출을 하도록 구성되며, 활성층(4)을 포함도록 제공되고, 활성층은 커버층(3a, 3b)에 의해 둘러싸이고, 상기 커버층(3a, 3b) 및/또는 활성층(4)은 인듐이 함유된 인화물 화합물 반도체 물질을 포함하고, 인화물 화합물 반도체 물질은 추가적인 제 5 주족 원소로 Sb 또는 Bi 중 적어도 하나의 원소를 포함한다. 또한, 광전 반도체 소자는 복사 방출을 하도록 구성된 활성층(4)을 가지며, 활성층은 인듐이 함유된 질화물 화합물 반도체 물질을 포함하고, 활성층(4)의 질화물 화합물 반도체 물질은 추가적인 제 5 주족 원소로 As, Sb 또는 Bi 중 적어도 하나의 원소를 포함한다.

Description

광전 반도체 소자{OPTOELECTRONIC SEMICONDUCTOR COMPONENT}
본 발명은 광전 반도체 소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로 인듐이 함유된 인화물 화합물 반도체 물질 또는 질화물 화합물 반도체 물질을 포함하는 LED에 관한 것이다.
본 특허 출원은 독일 특허 출원 10 2009 004895.2를 기초로 우선권을 주장하며, 그 내용은 여기에서 참조로 도입된다.
InGaAlN계 또는 InGaAlP계 광전 반도체 소자를 위한 에피택셜 반도체 층의 제조 시, 최적화된 공정 조건하에서도 종종 원하지 않는 효과가 발생한다.
InGaAlN 소재의 에피택셜 반도체 층에는 인듐이 풍부한 영역, 소위 클러스터(cluster)가 형성될 수 있다. 클러스터의 영역에는 높은 국부적 응력이 발생하고, 이러한 응력은 결정 결함의 형성을 야기할 수 있으며, 이러한 결함은 비방사(non-radiant) 재결합의 중심으로서 LED의 효율을 떨어뜨린다. 결정 결함의 형성을 야기하지 않는 낮은 클러스터가 발생하는 경우조차도, LED의 효율은 클러스터 내부(In-cluster) 영역에서 국부적 전하 캐리어 밀도 상승으로 인하여 광학적 활성층에서 증가된 오제 재결합 효과(auger recombination effect)에 의해 감소할 수 있다.
인듐이 풍부한 영역이 형성되는 경향은 높은 성장 온도를 이용하여 줄일 수 있으나, 제조된 에피택셜 층에서 인듐 삽입이 불량해진다는 것이 확인되었다. MOVPE(metal organic vapor phase epitaxy)를 이용한 InAlGaN 에피택셜 반도체 층의 제조 시, 클러스터의 형성은 800 mbar를 초과하는 비교적 높은 반응압력에 의해 감소할 수 있다. 그러나, 이러한 점은, 예컨대 NH3 또는 금속 유기 화합물을 포함하는 공정 가스의 원하지 않는 사전 반응을 현저히 증가시켜, 나노입자의 형성 및 이로 인한 반도체 층의 결함을 발생시킬 수 있다. 상기 금속 유기 화합물에는 TMGa, TMAl 또는 TMIn이 있다. 사전 반응에 관여하는 소스 물질의 공급을 공간적 및 시간적으로 분리하는 것에 따른 사전 반응의 감소는, 이와 결부된 성장 파라미터의 제한, 구체적으로 성장율의 제한 및 까다로운 에피택시 장비 요건과 이와 결부된 높은 비용으로 인해 제한적으로만 적합하다.
또한 5 족 물질 대 3 족 물질의 높은 비율을 사용함으로써, 구체적으로 가스상에서 높은 NH3 공급에 의해, 인듐 클러스터의 형성이 감소할 수 있으나, 또한 공정 가스의 사전 반응이 증가하고 NH3를 제공하기 위한 비용이 상승한다.
InGaAlP계 LED를 위한 에피택셜 반도체 층의 제조 시, 에피택셜 층의 물질은 3족 원자의 다소간의 특징적인 교번적 배열을 포함한 영역이 생성되도록 정렬되어 증착된다는 것을 관찰할 수 있다. 이러한 효과는 "질서화(ordering)"라고도 한다.
이러한 영역은 입자 경계에 의해 서로 분리되어 있는데, 입자 경계는 LED의 활성층에서 비방사 재결합의 중심으로서 효율을 떨어뜨릴 수 있다. LED에서, 활성층은 일반적으로 장벽층에 의해 둘러싸이며, 장벽층은 활성층보다 더 큰 전자 밴드갭을 포함하여 활성층에서 전하 캐리어 속박(confinement)을 야기한다. 질서화에 의해 반도체 물질의 밴드갭 감소가 발생하는 것이 관찰되었는데, 밴드갭 감소는 장벽층의 기능을 저하시키고, 이러한 방식은 누설 전류의 증가 및 그로 인한 LED의 효율 감소를 초래할 수 있다.
질서화는 높은 성장 온도를 이용하여 적어도 부분적으로 줄어들 수 있으나, 이로 인해 에피택셜 층에서 도펀트의 요구되지 않는 확산을 강화시킨다.
본 발명의 과제는 인듐이 함유된 인화물 화합물 반도체계 또는 질화물 화합물 반도체계 광전 반도체 소자를 제공하는 것으로, 이러한 소자는 증가된 효율성을 갖는다. 구체적으로, 효율성에 부정적으로 영향을 미칠 수 있는 전술한 불리한 효과가 감소될 수 있다.
이러한 과제는 특허청구범위 제 1항에 따른 광전 반도체 소자 또는 특허청구범위 제 9항에 따른 광전 반도체 소자에 의하여 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시예는 종속항에서도 적용된다.
인듐이 함유된 인화물 화합물 반도체 물질 또는 질화물 화합물 반도체 물질로 이루어진 반도체 층의 에피택셜 제조 시, 전술한 불리한 효과는 반도체 물질에 P 또는 N 외에 적어도 하나의 추가적인 제 5 주족(main group) 원소를 함유하게 함으로써 감소될 수 있다. 구체적으로, 질화물 화합물 반도체 물질의 경우 As, Bi 및/또는 Sb의 첨가에 의해 또는 인화물 화합물 반도체 물질의 경우 Bi 및/또는 Sb의 첨가에 의해 광전 소자의 효율이 증가할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 광전 반도체 소자는 복사 방출을 하도록 구성되는 활성층을 포함하고, 활성층은 커버층에 의해 둘러싸이며, 커버층 및/또는 활성층은 인듐이 함유된 인화물 화합물 반도체 물질을 포함하고, 인화물 화합물 반도체 물질은 추가적인 제 5 주족 원소로 Bi 또는 Sb 중 적어도 하나의 원소를 함유한다.
인화물 화합물 반도체 물질은 추가적인 제 5주족 원소로서 Bi 또는 Sb를 함유함으로써, 소위 질서화, 즉 반도체 층들에서 주로 인듐이 함유된 층 및 Al 또는 Ga가 함유된 층을 교번적인 순서로 포함하는 정렬된 영역의 형성이 감소된다. 질서화의 감소에 의해 인화물 화합물 반도체 물질에서 입자 경계의 수가 감소하는데, 입자 경계는 비방사 재결합의 중심으로서 복사 방출 광전 반도체 소자의 효율을 감소시킬 수 있다. 이와 동시에, 동일한 화학량론적 조성물에서, 화합물 반도체의 밴드갭이 증가한다.
특히, 질서화 감소의 효과는, 무거원 원자 Sb 또는 Bi가 에피택셜 성장 동안 반도체 층의 표면에서 원자의 이동성을 감소시킨다는 것에 기인하는 것으로 추정된다. 추가적인 제 5 주족 원소의 질량은 이러한 메카니즘에 있어서 중요하므로, 더 무거운 원소 Bi를 첨가하는 것은 Sb의 첨가하는 것보다 훨씬 효과적이다. 또한, 추가적인 원소는 표면의 전자 구조를 변경할 수 있어, 질서화를 감소시킨다.
바람직하게는, 활성층을 둘러싸는 커버층은 추가적인 제 5 주족 원소로 Bi 및/또는 Sb를 함유한다. 커버층은 바람직하게는 활성층보다 더 큰 전자 밴드갭을 포함한다. 커버층은 이러한 방식으로 활성층에서 전하 캐리어 속박을 야기함으로써, 복사 방출 광전 소자의 효율이 증가한다. 추가적인 제 5 주족 원소로 Bi 및/또는 Sb를 첨가하는 것은 질서화를 감소시킬 뿐만 아니라, 인화물 화합물 반도체 물질의 전자 밴드갭의 증가를 야기한다는 것이 확인되었다. 커버층의 영향은 밴드갭의 증가에 의해 강화되고, 이러한 방식으로 광전 반도체 소자의 효율이 증가한다. 구체적으로, 광전 반도체 소자는 LED, 반도체 레이저 또는 태양 전지일 수 있다.
바람직한 실시예에서, 추가적인 제 5 주족 원소로 Bi 및/또는 Sb는 커버층에는 삽입되나, 활성층으로는 삽입되지 않는다. 따라서, 전자 밴드갭의 증가는 커버층에서만 발생함으로써, 활성층과 커버층 사이의 전자 밴드갭의 차가 커지고, 따라서 활성층에서의 전하 캐리어 속박은 더욱 개선된다.
대안적으로, 커버층뿐만 아니라 활성층도 Bi 및/또는 Sb를 함유하거나, 활성층만 Bi 및/또는 Sb를 함유할 수도 있는데, 이것은 활성층의 인화물 화합물 반도체 물질에서 이미 질서화가 감소하여, 입자 경계가 감소함에 따라 광전 소자의 효율이 증가하기 때문이다.
커버층 및/또는 활성층의 인화물 화합물 반도체 물질은 InxGayAl1 -x- yP1 - zSbz 또는 InxGayAl1 -x- yP1 - zBiz 조성물을 포함할 수 있되, 여기에서 0≤x≤1, 0≤y≤1, x+y≤1, 0<z<1이다.
또한, 인화물 화합물 반도체 물질은 두 원소 Sb 및 Bi를 함유할 수 있다. 인화물 화합물 반도체 물질은 InxGayAl1 -x- yP1 -z(SbuBi1 -u)z 조성물을 포함하되, 여기에서 0≤x≤1, 0≤y≤1, x+y≤1, 0≤u≤1, 0<z<1이다.
바람직하게는, 인화물 화합물 반도체 물질은 3 족 원소로서 In, Ga뿐만 아니라 Al도 함유한다. 이 경우에, x＞0, y＞0 및 x+y＜1이 적용된다. 인화물 화합물 반도체 물질은 바람직하게는 네 원소로 된 반도체 물질이다.
제 5 주족으로부터 선택된 적어도 하나의 추가적인 원소를 첨가함으로써, 유리하게는 반도체 물질의 추가적인 도핑이 발생하지 않는데, Sb 또는 Bi가 등전자적으로 결정 격자의 5 족 자리에 삽입되기 때문이다.
질서화를 줄이기 위해서는, 소량의 5 족의 원소 Sb 또는 Bi로도 이미 충분하다는 것이 확인되었다. 바람직하게는, 인화물 화합물 반도체 물질에서 적어도 하나의 추가적인 5 족 원소의 비율(z)은 0＜z≤0.03이다. 바람직하게는 0＜z≤0.02, 더욱 바람직하게는 심지어 0＜z≤0.005이다. 인화물 화합물 반도체 물질에 소량의 추가적인 제 5주족 원소를 첨가함으로써, 반도체 물질의 구조적이고 전자적인 특성은 질서화의 바람직한 감소 및 밴드갭의 상승을 제외하고는, 아주 적은 영향을 받는다.
구체적으로, 반도체 물질의 질서화 경향은 인듐 비율이 약 0.5일 때 최대이기 때문에, 인화물 화합물 반도체 물질이 약 0.5의 인듐 비율을 갖는 경우 추가적인 제 5 주족 원소 삽입이 더욱 유리하다. 바람직하게는, 반도체 물질에서 인듐 비율은 0.3≤x≤0.7, 바람직하게는 0.4≤x≤0.6, 더욱 바람직하게는 0.45≤x≤0.55이다.
다른 실시예에 따르면, 광전 반도체 소자는 활성층을 포함하고, 활성층은 인듐이 함유된 질화물 화합물 반도체 물질을 포함하며, 이 때 활성층의 질화물 화합물 반도체 물질은 추가적인 제 5 주족 원소로 As, Bi 또는 Sb 중 적어도 하나의 원소를 함유한다.
구체적으로, 질화물 화합물 반도체 물질의 제조 시, As, Bi 또는 Sb 중 적어도 하나의 원소가 첨가됨으로써 인듐 클러스터의 형성이 감소한다는 것이 확인되었다.
활성층에서 비방사 재결합의 중심으로서 작용하는 결정 결함의 형성은 인듐 클러스터의 형성이 감소함에 따라 줄어든다. 이러한 방식으로, 구체적으로 LED, 반도체 레이저 또는 태양 전지일 수 있는 광전 반도체 소자의 효율이 개선된다.
인듐 클러스터의 형성 감소 효과는, N에 비해 상대적으로 무거운 원자인 As, Sb 또는 Bi가 에피택셜 성장 동안 결정 표면 상에서 인듐 화합물의 이동 길이를 감소시키고, 구체적으로 충격에 의해 감소시키기 때문인 것으로 추정된다. 표면 상의 무거운 원자는, 인듐 화합물의 이동도를 감소시켜, 인듐 원자가 다른 인듐 원자와 함께 결합하여 클러스터를 이루기 전에, 상기 인듐 원자가 표면에 도달할 때의 위치에 인접한 결정 격자 내에 삽입되는 것으로 보인다.
추가적인 제 5 주족 원소의 질량은 이러한 메카니즘을 위한 역할을 하므로, 더 무거원 원소 Sb 또는 Bi의 첨가는 As의 첨가보다 더 효과적이다. 더욱 바람직한 것은, Sb보다 훨씬 더 무거운 Bi의 첨가이다.
인듐 클러스터의 형성은 이러한 방식으로 감소하고, 불리한 효과가 결부된 성장 온도 증가 또는 V/III 비율 증가는 요구되지 않다. 또한, 다른 이점은, 원소 As, Sb 또는 Bi가 5 족-위치 상에서 등전자적으로 결정 격자 내에 삽입되고, 추가적인 도핑을 생성하지 않는 것이다.
MOVPE를 이용한 반도체 에피택셜 층의 제조 시, 추가적인 원소 As, Sb 또는 Bi는 예컨대 TESb 또는 AsH3과 같은 추가적인 공정 가스의 형태로 반응기에 공급될 수 있다. 대안적으로, As, Sb 또는 Bi뿐만 아니라 특정 불순물이 TMGa 또는 TMAl과 같은 공정 가스에 공급될 수 있다.
바람직하게는, 질화물 화합물 반도체 물질은 InxGayAl1-x-yN1-zAsz, InxGayAl1-x-yN1-zSbz 또는 InxGayAl1 -x- yN1 - zBiz 조성물을 포함하되, 각각 0≤x≤1, 0≤y≤1, x+y≤1, 0<z<1이다.
또한, 질화물 화합물 반도체 물질은 As, Sb 또는 Bi 중 2 개 또는 3 개의 원소를 함유할 수 있다. 질화물 화합물 반도체 물질은 InxGayAl1 -x- yN1 -z(AsuSbvBi1 -u-v)z조성물을 포함하되, 0≤x≤1, 0≤y≤1, x+y≤1, 0≤u≤1, 0≤v≤1, u+v≤1, 0<z<1이다.
질화물 화합물 반도체 물질은 특히 3 개의 3 족 원소 In, Ga 및 Al 모두를 함유할 수 있고, x>0, y>0, 1-x-y>0이 적용된다. 질화물 화합물 반도체 물질은 이 경우 바람직하게는 네 원소로 된 반도체 물질이다.
이미 극미량의 5 족 원소 As, Sb, 또는 Bi가 인듐 클러스터의 형성을 감소시키기에 충분하다는 것이 확인되었다. 바람직하게는, 질화물 화합물 반도체 물질에서 적어도 하나의 추가적인 5 족 원소의 비율(z)은 0<z≤0.03이 해당한다. 바람직하게는, 0＜z≤0.02, 더욱 바람직하게는 심지어 0＜z≤0.005이다. 질화물 화합물 반도체 물질에 극소량의 추가적인 제 5 주족 원소가 공급됨으로써, 인듐 클러스터의 형성이 바람직하게 감소하는 것 이외에 반도체 물질의 구조적이고 전자적인 특성은 근소한 정도로만 영향을 받는다.
질화물 화합물 반도체 물질이 상대적으로 많은 함량의 인듐을 함유하는 경우, 인듐 함량의 증가에 따라 인듐 클러스터의 형성 위험이 증가하므로, 추가적인 제 5 주족 원소 주입은 매우 바람직하다. 바람직하게는, 반도체 물질에서 인듐 비율은 x≥0.1, 바람직하게는 x≥0.2, 더욱 바람직하게는 심지어 x≥0.3이다. 질화물 화합물 반도체 물질에 대해 상대적으로 높은 이러한 인듐 함량은 특히 녹색 방출 광전 반도체 소자의 제조를 위해 필요하다. 반도체 물질의 밴드갭은 인듐 함량 증가에 따라 감소하므로, 활성층으로부터 방출된 복사의 파장은 인듐 함량 증가에 따라 더 큰 파장쪽으로 이동한다.
따라서, 인듐 함량이 상대적으로 높을 때, 일반적으로 자외선 또는 청색 스펙트럼 영역에서 방출하는 질화물 화합물 반도체 소자 대신에 효율적인 녹색 방출 소자가 구현될 수 있다.
본 발명은 이하에서 도 1 및 도 2와 관련하여 2개의 실시예를 참조하여 더 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광전 반도체 소자의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광전 반도체 소자의 개략적인 단면도이다.
동일하거나 동일한 효과를 갖는 구성 요소는 도면에서 동일한 참조번호로 제공된다. 도시된 구성요소 및 구성요소들 간의 크기 비는 척도에 맞는 것으로 볼 수 없다.
도 1에 도시된 광전 반도체 소자는 LED를 가리킨다. LED는 기판(1)상에 적층된 에피택셜 층시퀀스(8)를 포함하고, 구체적으로 상기 층시퀀스는 MOVPE에 의해 제조될 수 있다.
에피택셜 층시퀀스(8)는 복사 방출 활성층(4)을 포함한다. 활성층은 예컨대 하나의 층으로서, 이중 이종구조로서, 단일양자우물구조로서 또는 다중양자우물구조로서 형성될 수 있다. 특히, 양자우물구조라는 명칭은 양자화의 차원성에 대한 정보를 제공하지 않는다. 이러한 명칭은 구체적으로 양자우물, 양자선, 양자점 및 이들의 각 조합을 포함한다.
활성층(4)은 제 1 커버층(3a)과 제 2 커버층(3b) 사이에 배치된다. 커버층(3a, 3b)은 바람직하게는 활성층(4)보다 더 큰 전자 밴드갭을 포함함으로써, 활성층(4)에서 전하 캐리어 속박(confinement)이 야기된다. 커버층(3a, 3b)은 다수 의 서브-층으로 구성된 층시퀀스로 구성될 수 있다.
기판(1)과 제 1 커버층(3a) 사이에 하나 이상의 추가적인 반도체 층(2)이 배치될 수 있다. 또한, 제 2 커버층(3b) 이후에 하나 이상의 추가적인 반도체 층(5), 예컨대 전류 확산층 또는 접촉층이 배치될 수 있다. 예컨대, 기판(1)과 활성층(4) 사이에 배치된 반도체 층(2, 3a)은 n형 도핑되고, 기판(1)으로부터 이격된 활성층(4)의 측에 배치된 반도체 층(3b, 5)은 p형 도핑된다. 기판(1)은 예컨대 GaAs 기판일 수 있다.
LED의 전기 접촉을 위해, 예컨대 제 1 접촉 금속배선(7)은 에피택셜 층시퀀스(8)로부터 이격된 기판(1)의 뒷면에, 제 2 접촉 금속배선(6)은 기판으로부터 이격된 에피택셜 층시퀀스(8)의 표면에 증착된다.
커버층(3a, 3b) 및/또는 활성층(4)은 인화물 화합물 반도체 물질을 포함하고, 반도체 물질은 인듐을 함유하며, 추가적으로, 인화물 화합물 반도체 물질은 P에 대해 Sb 또는 Bi 중 적어도 하나의 원소를 추가적인 제 5 주족 원소로 함유한다.
바람직하게는, 커버층(3a, 3b) 및/또는 활성층(4)의 인화물 화합물 반도체 물질은 InxGayAl1 -x- yP1 - zSbz 또는 InxGayAl1 -z- yP1 - zBiz 조성물을 포함하되, 0<x≤1, 0≤y<1, x+y≤1, 0<z<1이다. 또한, 인화물 화합물 반도체 물질은 추가적인 두 개의 5 족 원소 Sb 및 Bi를 함유할 수 있다. 인화물 화합물 반도체 물질은 InxGayAl1 -x- yP1 -z(SbuBi1-u)z 조성물을 포함하되, 0<x≤1, 0≤y<1, x+y≤1, 0≤u≤1, 0<z<1이다.
추가적인 제 5 주족의 원소로서 Sb 및/또는 Bi를 첨가함으로써, 인화물 화합물 반도체에서 소위 질서화가 감소함으로써, 반도체 물질에서 입자 경계의 형성이 줄어든다. 반도체 물질의 정렬된 영역들 사이의 입자 경계는 전하 캐리어의 비방사 재결합을 위한 중심으로서 작용하므로, 입자 경계의 감소에 의해 LED의 효율이 증가한다. 구체적으로, 이것은 활성층(4)이 추가적인 원소로서 Sb 또는 Bi를 함유하는 경우이다.
다른 바람직한 실시예에서, 추가적인 원소 Sb 및/또는 Bi는 커버층(3a, 3b)의 인화물 화합물 반도체 물질에 포함된다. Sb 및/또는 Bi의 첨가에 의해 인화물 화합물 반도체 물질의 전자 밴드갭이 증가한다는 것이 확인된다. 활성층(4)에서 전하 캐리어 속박과 관련된 커버층의 효과는 이러한 방식으로 강화된다.
인화물 화합물 반도체 물질의 밴드갭 증가 및 질서화 감소와 관련하여 추가적인 원소 Sb 및/또는 Bi의 바람직한 효과는 상대적으로 소량의 추가적인 제 5 주족의 물질로도 발생된다. 인화물 화합물 반도체 물질에서 바람직한 원소 Sb 및/또는 Bi의 비율(z)은 z≤0.03, 바람직하게는 z≤0.02, 더욱 바람직하게는 z≤0.005이다.
추가적인 원소 Sb 및/또는 Bi의 주입은 구체적으로 인화물 화합물 반도체 물질이 약 0.5의 인듐 비율을 갖는 경우 바람직한데, 반도체 물질의 질서화 경향은 인듐 비율이 약 0.5일 때 최대이기 때문이다. 바람직하게는, 반도체 물질에서 인듐 비율은 0.3≤x≤0.7, 바람직하게는 0.4≤x≤0.6, 더욱 바람직하게는 0.45≤x≤0.55이다.
도 2에서 개략적으로 단면으로 도시된 광전 반도체 소자는 박막 LED이다. 박막 LED는, 본래의 성장 기판이 에피택셜 층시퀀스(8)로부터 분리되고, 에피택셜 층시퀀스(8)의 본래의 성장 기판으로부터의 반대 측이 캐리어(9) 상에 장착되는 LED를 의미한다.
캐리어(9)로부터 시작하여, 에피택셜 층시퀀스(8)는 예컨대 하나 이상의 p형 도핑된 층(5), p형 도핑된 제 2 커버층(3b), 활성층(4), n형 도핑된 제 1 커버층(3a) 및 하나 이상의 n형 도핑된 층(2)을 포함한다. 에피택셜 층시퀀스(8)의 구조는 도 1에 도시된 구성에 대응하지만, 반도체 층의 순서는 반대이다. 따라서, 박막 LED에서, 통상적으로 p형 도핑된 반도체 층(3b, 5)은 캐리어(9)를 향하고, n형 도핑된 층(2, 3a)은 캐리어(9)로부터 이격된다. 본래의 성장 기판이 에피택셜 층시퀀스(8)로부터 분리되고, 바람직하게는 반사성 접촉층(7)을 구비한 캐리어(9)상에 적층됨으로써, LED의 효율성은 증가하고, 바람직하게는 성장 기판이 재사용될 수 있다. 이러한 점은 구체적으로, 질화물 화합물 반도체를 위한 상대적으로 고가의 성장 기판, 예컨대 GaN 또는 사파이어 소재의 기판을 위해 중요하다.
도 1에서 서술된 실시예와 같이, LED의 활성층(4)은 제 1 커버층(3a)과 제 2 커버층(3b) 사이에 배치된다. 활성층(4)은 인듐이 함유된 질화물 화합물 반도체 물질을 포함한다. 구체적으로, 질화물 화합물 반도체 물질은 N에 대해 As, Sb 또는 Bi 중 적어도 하나의 물질을 추가적인 제 5 주족의 원소로서 함유한다.
활성층(4)의 질화물 화합물 반도체 물질은 구체적으로 InxGayAl1 -x- yN1 - zAsz, InxGayAl1-x-yN1-zSbz 또는 InxGayAl1 -x- yN1 - zBiz 조성물을 포함하되, 0＜x≤1, 0≤y＜1, x+y≤1, 0＜z＜1이다.
추가적인 원소 As, Sb 또는 Bi 중 2 개 또는 3 개의 원소의 화합물도 가능하다. 질화물 화합물 반도체 물질은 InxGayAl1 -x- yN1 -z(AsuSbvBi1 -u-v)z 조성물을 포함하되, 0＜x≤1, 0≤y＜1, x+y≤1, 0≤u≤1, 0≤v≤1, u+v≤1, 0＜z＜1이다.
적어도 하나의 추가적인 원소 As, Bi 또는 Sb에 의해, 활성층(4)의 질화물 화합물 반도체 물질에서 인듐 클러스터의 형성이 유리하게 감소된다. 인듐 클러스터 감소는, 비방사 재결합의 중심으로서 LED의 효율을 떨어뜨릴 수 있는 결정 결함의 형성이 줄어든다는 이점을 제공한다. 또한, 비방사 오제 재결합 효과을 증가시킬 수 있는 인듐 클러스터의 영역에서의 국부적 전하 캐리어 밀도 상승은 이러한 방식으로 감소된다.
박막 LED의 전기 접촉은 예컨대 캐리어(9)상의 접촉 금속배선(7) 및 캐리어(9)와 다른 방향을 향하는 에피택셜 층시퀀스(8)의 표면상의 추가적인 결정 금속배선(6)에 의해 이루어진다. 상기 캐리어 상의 접촉 금속배선은 LED에 의해 방출된 복사에 대해 반사성인 것이 바람직하다.
추가적인 제 5 주족의 원소로서 As, Sb 또는 Bi를 질화물 화합물 반도체 물질에 첨가하는 것은, 구체적으로, 복사 방출 활성층(4)이 상대적으로 높은 인듐 함량을 갖는 경우 유리하다. 구체적으로, 활성층(4)의 인듐 함량은 x≥0.1, 더욱 바람직하게는 x≥0.2 또는 심지어 x≥0.3일 수 있다.
인듐 클러스터의 형성을 감소시키기 위해, 질화물 화합물 반도체 물질에 As, Bi 또는 Sb 중 하나의 원소가 미량으로 있는 것만으로도 충분하다. 바람직하게는, 추가적인 원소의 비율(z)은 0＜z≤0.03, 바람직하게는 0＜z≤0.02, 더욱 바람직하게는 0＜z≤0.005이다. 질화물 화합물 반도체 물질의 전자적인 특성은 유리하게도 이와 같은 미량의 추가적인 원소가 있을 때 단지 근소한 정도로만 영향을 받는다.
물론, 제 2 실시예에 따라 질화물 화합물 반도체 물질계 에피택셜 층시퀀스(8)를 포함한 LED뿐만 아니라, 앞에서 설명한 제 1 실시예의, 인화물 화합물 반도체 물질계 에피택셜 층시퀀스(8)도 박막 LED로서 성장 기판을 포함하지 않은 LED로 구현될 수 있다. 마찬가지로, 제 2 실시예의, 질화물 화합물 반도체 물질계 에피택셜 층시퀀스(8)는 대안적으로, 도 1에 도시된 바와 같이 성장 기판을 포함한 LED로서 구현될 수 있다.
본 발명은 실시예에 의거한 설명에 의해 제한되지 않는다. 오히려 본 발명은 각각의 새로운 특징 및 특징들의 각 조합을 포함하며, 이러한 점은 구체적으로, 이러한 특징 또는 이러한 조합이 그 자체로 특허청구범위 또는 실시예에서 명백하게 언급되지 않더라도, 특허청구범위에서의 모든 특징들의 각 조합을 포괄한다.

Claims (15)

  1. 복사 방출을 하도록 구성되며, 커버층(3a, 3b)에 의해 둘러싸인 활성층(4)을 포함하는 광전 반도체 소자에 있어서,
    상기 커버층(3a, 3b) 및/또는 활성층(4)은 인듐이 함유된 인화물 화합물 반도체 물질을 포함하고, 상기 인화물 화합물 반도체 물질은 추가적인 제 5 주족 원소로 Bi 또는 Sb 중 적어도 하나의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 커버층(3a, 3b)은 Bi 및/또는 Sb를 함유하는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 활성층(4)은 Bi 및 Sb를 함유하지 않는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 활성층(4)은 Bi 및/또는 Sb를 함유하는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인화물 화합물 반도체 물질은 InxGayAl1 -x- yP1 - zSbz 조성물을 포함하되, 0＜x≤1, 0≤y≤1, x+y≤1, 0＜z＜1인 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자.
  6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인화물 화합물 반도체 물질은 InxGayAl1 -x- yP1 - zBiz 조성물을 포함하되, 0＜x≤1, 0≤y≤1, x+y≤1, 0＜z＜1인 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    0＜z≤0.03인 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자.
  8. 제 5항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    0.3≤x≤0.7인 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자.
  9. 활성층(4)을 포함하는 광전 반도체 소자에 있어서,
    상기 활성층(4)은 인듐이 함유된 질화물 화합물 반도체 물질을 포함하고,
    상기 활성층(4)의 질화물 화합물 반도체 물질은 추가적인 제 5 주족 원소로 As, Bi 또는 Sb 중 적어도 하나의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 질화물 화합물 반도체 물질은 InxGayAl1 -x- yN1 - zAsz 조성물을 포함하되, 0＜x≤1, 0≤y≤1, x+y≤1, 0＜z＜1인 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 질화물 화합물 반도체 물질은 InxGayAl1 -x- yN1 - zSbz 조성물을 포함하되, 0＜x≤1, 0≤y≤1, x+y≤1, 0＜z＜1인 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 질화물 화합물 반도체 물질은 InxGayAl1 -x- yN1 - zBiz조성물을 포함하되, 0＜x≤1, 0≤y<1, x+y≤1, 0＜z＜1인 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자.
  13. 제 10항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    0＜z≤0.03인 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자.
  14. 제 10항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    x≥0.1인 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자.
  15. 제 14항에 있어서,
    x≥0.2인 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자.
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