KR20150107788A - 광전 반도체 칩 - Google Patents

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KR20150107788A
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브리타 괴외츠
볼프강 묀히
마틴 슈트라스부르크
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오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 광전 반도체 칩에 관한 것으로, 서로 이격 배치된 복수의 능동 소자 및 능동 소자에 대해 가로방향으로 배치된 캐리어를 포함하고, 이 경우 능동 소자들은 각각 캐리어에 대해 수직으로 연장되는 주축을 포함하고, 주축들은 서로 평행하게 정렬되고, 적어도 하나의 변환 재료가 복수의 능동 소자들의 외부면을 둘러싸고, 변환 재료는 변환 물질 또는 변환 물질과 매트릭스 재료를 포함하고, 능동 소자들은 각각 중앙 코어 영역을 포함하고, 상기 코어 영역은 적어도 2개의 층으로 둘러싸이고, 능동 층이 코어 영역을 둘러싸고, 커버층이 상기 능동 층을 둘러싸며, 코어 영역은 제1 반도체 재료로 형성되고, 능동 층은 발광 재료를 포함하고, 커버층은 제2 반도체 재료로 형성되고, 커버층의 층 두께는 0.1 nm 내지 100 nm이다.

Description

광전 반도체 칩{OPTOELECTRONIC SEMICONDUCTOR CHIP}
본 특허 출원은 독일 특허 출원 10 2013 100 291.9의 우선권을 청구하고, 그 공개 내용은 참조로 포함된다. 본 발명은 광전 반도체 칩에 관한 것이다.
광전 반도체 칩, 예를 들어 발광 다이오드(LED)는 대개 커플링 아웃 소자, 예를 들어 변환 물질을 갖는 포팅을 포함한다. 변환 물질들은 LED의 능동 층으로부터 방사된 복사를 변동된, 예를 들어 더 긴 파장을 갖는 복사로 변환한다. 이 경우 능동 층 내에 엑시톤이 형성되고, 상기 엑시톤은 복사의 방출 하에 분열된다. 그러나 엑시톤의 일부는 광 방출이 이루어지지 않고, 즉 비복사로 분열된다. 능동 층 내에서 엑시톤의 비복사 분열 과정에 의해 너무 높은 에너지 손실이 발생한다. 즉, 비복사 분열되는 엑시톤은 발광을 위해 이용되지 않는다. 또한 종래의 LED에서 손실은 능동 층으로부터 방출된 복사가 변환기 표면에서 반사됨으로써, 방출된 복사가 변환 물질에 의해 흡수됨으로써 그리고 후속하는 포논 생성에 의해 발생한다.
본 발명의 과제는 엑시톤의 비복사 분열 과정에 의한 손실이 최소화되고, 또는 거의 완전히 저지되어 광전 반도체 칩의 광 효율이 현저히 증가하는 광전 반도체 칩을 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구범위 제1항의 특징을 포함하는 광전 반도체 칩에 의해 해결된다.
본 발명의 바람직한 실시양태 및 개선예들은 종속 청구항에 제시된다.
광전 반도체 칩이 제안된다. 광전 반도체 칩은 서로 이격 배치된 복수의 능동 소자 및 능동 소자에 대해 가로방향으로 배치된 캐리어를 포함한다. 능동 소자들은 각각 캐리어에 대해 수직으로 연장되는 주축을 포함한다. 주축들은 서로 평행하게 정렬된다. 능동 소자들은 외부면을 가지고, 이 경우 적어도 하나의 변환 재료가 복수의 능동 소자들의 외부면을 둘러싼다. 변환 재료는 변환 물질 또는 변환 물질과 매트릭스 재료를 포함한다. 능동 소자들은 각각 중앙 코어 영역을 포함하고, 코어 영역은 2개의 층으로 둘러싸인다. 능동 층은 코어 영역을 둘러싸고, 커버층은 능동 층을 둘러싼다. 코어 영역은 제1 반도체 재료로 형성되고, 능동 층은 발광 재료를 포함한다. 커버층은 제2 반도체 재료로 형성되고, 층 두께는 0.1 nm 내지 100 nm이다.
능동 소자들의 주축이 서로 평행하게 정렬된다는 것은, 능동 소자들의 주축이 제조 공차의 범위에서 서로 평행하게 정렬되는 것을 의미한다. 주축들은 0 내지 20%, 바람직하게는 0 내지 10%, 특히 바람직하게는 0 내지 5%의 평행도 오차를 갖는다.
일 실시양태에 따르면, 능동 소자들은 주축에 대해 가로방향으로보다 주축을 따라 더 큰 연장부를 갖는다. 즉, 능동 소자들은 각각의 공간 방향으로 균일한 폭으로 연장되는 것이 아니라, 능동 소자는 주축에 대해 수직으로보다 주축에 대해 평행하게 더 큰 연장부를 갖는다.
일 실시양태에 따르면, 능동 소자들의 주축에 대해 평행한 연장부는 1 내지 100 ㎛, 바람직하게는 1 내지 50 ㎛, 특히 바람직하게는 1 내지 10 ㎛이다.
바람직하게는, 커버층은 0.1 nm 내지 50 nm의 층 두께, 특히 바람직하게는 0.1 nm 내지 10 nm의 층 두께, 더 바람직하게는 0.1 nm 내지 4 nm의 층 두께를 갖는다. 제조 공차의 범위에서 커버층은 바람직하게는 균일한 층 두께를 갖는다.
일 실시양태에 따르면, 능동 층과 커버층은 서로 직접 접촉한다. 커버층의 층 두께는 이 실시양태에서 능동 층과 변환 재료 사이의 간격에 상응한다.
일 실시양태에 따르면, 커버층은 능동 층을 부분적으로 또는 완전히 둘러쌀 수 있고, 또한 부분적으로 또는 완전히 커버할 수 있다.
일 실시양태에 따르면, 능동 층과 변환 재료 사이의 간격은 0.1 내지 100 nm, 바람직하게는 0.1 내지 50 nm, 특히 바람직하게는 0.1 내지 10 nm, 더 바람직하게는 0.1 내지 4 nm이다.
능동 층과 변환 재료 사이의 간격이 0.1 내지 100 nm이면, 능동 소자 내에 그리고 거기에서 특히 능동 층의 발광 재료에 형성된 엑시톤스의 일부는 전자기 1차 복사의 방출 하에 분열되고, 형성된 엑시톤스의 일부는 쌍극자-쌍극자 상호작용에 의해 변환 재료로 전달된다.
이 경우 및 하기에서 변환 재료의 특성들은 변환 물질, 매트릭스 재료 또는 상기 두 가지에 관련될 수 있다.
발광 재료에서 엑시톤의 비복사 분열은 완전히 또는 거의 완전히 저지될 수 있는데, 그 이유는 엑시톤들은 비복사로 분열되기 전에 변환 재료에 근접으로 인해 상기 변환 재료로 전달되기 때문이다. 이와 같이 전달된 엑시톤들은 변환 재료 내에서 전자기 2차 복사의 방출 하에 복사 분열될 수 있다. 또한 이와 같이 전달된 엑시톤들은 부분적으로 예를 들어 매트릭스 재료로부터 변환 물질에 전달되고, 그리고 나서야 전자기 2차 복사의 방출 하에 분열되는 것도 가능하다. 이로써 에너지 손실은 가능한 한 방지될 수 있는데, 그 이유는 종래의 광전 소자에서 비복사로 분열되는 엑시톤들은 변환 재료에서 2차 복사의 방출을 위해 이용될 수 있기 때문이다.
일 실시양태에 따르면, 변환 재료로 엑시톤의 전달은 발광 재료에서 엑시톤의 비복사 분열보다 빠르다. 이로 인해 상충되는 손실 과정이 가능한 한 방지될 수 있다. 1 ps 내지 10 ns의 주기 내에, 예를 들어 1 내지 20 ps 또는 1 내지 10 ns 내에 전달이 이루어지는 것이 가능하다. 비복사 분열까지 엑시톤의 수명은 일반적으로 1 ㎲이다.
엑시톤의 신속한 전달에 의해 발광 재료 내에서 상기 엑시톤의 체류 지속시간은 감소하여 더 신속하게 다른 엑시톤이 형성될 수 있는 것이 가능하다. 이로 인해 소정의 주기 내에서 전자기 1차 및 2차 복사의 방출에 이용될 수 있는 더 많은 엑시톤이 제공된다. 이로 인해 광전 반도체 칩의 광 효율 및 휘도가 현저히 증가할 수 있다.
반도체 칩의 일 실시양태에 따르면, 변환 재료와 발광 재료는 여기 점유 에너지 레벨을 갖는다. 여기 에너지 레벨을 점유하는 전자들은 바람직하게는 엑시톤의 구성 요소이고, 상기 엑시톤은 발광 재료로부터 변환 재료로 전달된다. 전달될 엑시톤의 구성 요소인 전자들을 갖는 발광 재료의 여기 점유 에너지 레벨은 전달될 엑시톤의 구성 요소인 전자들을 갖는 변환 재료의 여기 점유 에너지 레벨보다 에너지적으로 더 높을 수 있다. 또한 전달될 엑시톤의 구성 요소인 전자들을 갖는 발광 재료의 여기 점유 에너지 레벨과 전달된 엑시톤의 구성 요소인 전자들을 갖는 변환 재료의 여기 점유 에너지 레벨의 위치는 동일한 것도 가능하다. 동일하다는 것은, 에너지 레벨의 위치가 최대 2 x kT eV만큼 상이한 것을 의미한다. T는 작동 온도이고, k는 볼츠만 상수이다. 특히 발광 재료와 변환 재료의 이와 같이 조정된 에너지 레벨은 동일한 다중도를 갖는다. 따라서 엑시톤 및 에너지의 전달 확률이 증가한다.
이로써 능동 층의 발광 재료로부터 변환 재료로 효율적인 엑시톤 전달이 가능하다. 바람직하게는 전달될 엑시톤의 구성 요소인 전자들을 갖는 발광 재료의 여기 점유 에너지 레벨은 전달된 엑시톤의 구성 요소인 전자들을 갖는 변환 재료의 여기 점유 에너지 레벨보다 에너지 적으로 높은데, 그 이유는 이로써 변환 재료로부터 발광 재료로 엑시톤의 역전달은 확률적으로 낮기 때문이다.
조정된 여기 에너지 레벨은 제1 여기 단일항- 및/또는 삼중항 상태일 수 있다. 또한 에너지- 또는 엑시톤 전달 시 다른 에너지 레벨이 관련되는 것이 고려될수도 있다.
일 실시양태에 따르면, 변환 재료는 전자기 1차 복사를 적어도 부분적으로 전자기 2차 복사로 변환한다. 적어도 부분적으로란, 전자기 1차 복사가 적어도 부분적으로 변환 재료에 의해 흡수되고, 전자기 1차 복사와 다른 파장 범위를 갖는 전자기 2차 복사로서 방출되는 것을 의미한다. 전자기 1차 복사 및/또는 전자기 2차 복사는 적외선 내지 자외선 파장 범위의, 특히 가시광 파장 범위의 하나 이상의 파장 및/또는 파장 범위를 포함할 수 있다. 또한 1차 복사 및/또는 2차 복사의 스펙트럼은 협대역일 수 있고, 즉 1차 복사 및/또는 2차 복사는 단색 또는 거의 단색의 파장 범위를 가질 수 있다. 1차 복사의 스펙트럼 및/또는 2차 복사의 스펙트럼은 대안으로서 광대역일 수도 있고, 즉 1차 복사 및/또는 2차 복사는 혼합색 파장 범위를 가질 수 있고, 이 경우 혼합색 파장 범위는 다양한 파장을 갖는 연속 스펙트럼 또는 복수의 이산 스펙트럼 성분들을 포함할 수 있다.
1차 복사와 2차 복사는 중첩되어 백색 발광 효과를 야기할 수 있다. 또한 1차 복사는 바람직하게는 청색 발광 효과를 제공할 수 있고, 2차 복사는 황색 파장 범위의 2차 복사의 스펙트럼 성분 및/또는 녹색 및 적색 파장 범위의 스펙트럼 성분에 의해 나타날 수 있는 황색 발광 효과를 제공할 수 있다.
또한 전자기 1차 복사는 완전히 또는 거의 완전히 전자기 2차 복사로 변환되는 것이 가능하다. 전자기 1차 복사는 이 경우 완전히 또는 거의 완전히 변환 재료에 의해 흡수되고, 전자기 2차 복사의 형태로 방출된다. 이 실시양태에 따른 광전 소자의 방출된 복사는 따라서 완전히 또는 거의 완전히 전자기 2차 복사에 상응한다. 거의 완전히 변환이란 90% 이상, 특히 95% 이상 변환을 의미할 수 있다.
1차 복사는 UV 범위에 있는 것이 가능하고, 2차 복사는 청색 및 황색 파장 범위의 2차 복사의 스펙트럼 성분 및/또는 청색, 녹색 및 적색 파장 범위의 스펙트럼 성분에 의해 나타날 수 있는 청색 및 황색 발광 효과를 제공하는 것이 가능하다. 이 경우 2차 복사는 백색 발광 효과를 제공할 수 있다.
일 실시양태에 따르면, 전자기 2차 복사는 청색 내지 적외선 파장 범위에 있다.
1차 복사는 일 실시양태에 따르면, 전자기 스펙트럼의 적외선 범위 또는 적색 범위에 있을 수 있다. 2차 복사는 전자기 스펙트럼의 적외선 범위에 있을 수 있다.
일 실시양태에 따르면, 능동 층의 발광 재료에서 엑시톤의 복사 분열에 의해 전자기 스펙트럼의 UV 범위 내지 녹색 범위의, 바람직하게는 UV 범위 내지 청색 범위의 전자기 1차 복사가 방출된다. 다시 말해서 능동 층의 발광 재료는 전자기 스펙트럼의 UV 범위 내지 녹색 범위, 바람직하게는 UV 범위 내지 청색 범위의 전자기 1차 복사를 방출한다. 능동 층의 발광 재료는 전자기 스펙트럼의 적외선 범위 또는 적색 범위의 전자기 1차 복사도 방출할 수 있다.
전자기 1차 복사의 흡수 및 후속해서 전자기 2차 복사로 변환 외에 변환 재료로 전달되는 엑시톤의 분열에 의해서도 상기 전자기 2차 복사가 방출된다.
일 실시양태에 따르면, 발광 재료는 제3 반도체 재료이다. 반도체 재료에 형성된 엑시톤들은 복사 분열되기 전에 짧은 수명을 갖는다. 이로 인해 발광을 위해 제3 반도체 재료 또는 변환 재료에 의해 이용될 수 있는 다른 엑시톤이 더 신속하게 형성될 수 있다. 따라서 광전 반도체 칩의 휘도가 높아진다.
일 실시양태에 따르면, 발광 재료는 높은 진동자 강도를 갖는 재료이다. 상기 재료들은 이로 인해 푀르스터(Foerster) 상호작용의 더 긴 유효 범위를 가지고, 즉 더 많은 엑시톤이 발광 재료로부터 변환 재료로 전달된다. 이 경우 IIA족 및 IIB족 금속의 혼합 산화물, 혼합 셀렌화물 및 혼합 황화물이 관련될 수 있다. 예를 들어 (Zn, Mg, Cd)O, (Zn, Cd)Se 또는 (Zn, Cd, Mg)S가 사용된다.
발광 재료로서 InGaAlP 또는 InGaAs를 사용하는 것도 가능하다.
예를 들어 발광 재료는 III/V-반도체 재료 시스템에 기반할 수 있거나 이것으로 이루어질 수 있다. 예를 들어 발광 재료는 질화물 반도체 재료 시스템에 기반할 수 있거나 이것으로 이루어질 수 있다. 특히 발광 재료는 GaN, InGaN 또는 AlGaN 또는 AlInGaN에 기반할 수 있거나 이것으로 이루어질 수 있다. 바람직하게는 발광 재료는 AlInGaN으로 이루어진다.
일 실시양태에 따르면, 능동 층의 발광 재료의 엑시톤과 변환 재료는 전이 쌍극자 모멘트를 포함하고, 상기 모멘트들은 서로 평행하게 정렬된다. 따라서 변환 재료로 엑시톤의 효율적인 전달이 가능하다.
일 실시양태에 따르면, 능동 소자들은 능동 소자들의 주축에 대해 수직으로 직경을 가지고, 이 경우 능동 소자들 간의 최소 간격은 상기 소자들의 최대 직경의 2배이다. 능동 소자들의 간격은 20 또는 10 ㎛일 수도 있다.
일 실시양태에 따르면, 캐리어 상에 능동 소자들의 분포는 균일하다. 즉, 적어도 제조 공차의 범위에서 능동 소자들은 캐리어 상에 균일하게 분포된다.
일 실시양태에 따르면, 능동 소자들은 예를 들어 균일 격자 방식으로 배치되고, 즉 능동 소자들은 서로 미리 정해진 간격으로 배치되고, 예를 들어 캐리어에 대향 배치된 능동 소자들의 측면을 위에서 볼 때 예를 들어 정방형 격자 또는 삼각형 격자의 구조와 같은 균일 격자 구조를 볼 수 있다. 그러나 능동 소자들의 랜덤 분포도 가능하다.
일 실시양태에 따르면, 변환 재료는 능동 소자들 사이의 간극을 완전히 채운다.
일 실시양태에 따르면, 능동 소자들의 주축에 대해 수직으로 능동 소자들의 직경은 1㎛ 내지 2 ㎛ 또는 2 ㎛ 내지 4 ㎛이다.
일 실시양태에 따르면, 변환 재료는 커버층에 쌍극자-쌍극자 상호작용, 정전기적 상호작용, 수소 결합, 반데르발스(Van der Waals) 상호작용, 입체(steric) 상호작용, 엔트로픽(entropic) 상호작용에 의해 결합되거나 또는 공유 결합에 의해 서로 결합된다.
변환 재료, 특히 변환 물질 및/또는 매트릭스 재료는 UV 경화성 폴리머, 온도 경화성 폴리머 및/또는 2성분 폴리머를 포함할 수 있거나 상기 폴리머들 중 하나 이상의 폴리머로 이루어질 수 있다.
일 실시양태에 따르면, 변환 재료는 변환 물질 및 매트릭스 재료를 포함하고, 이 경우 변환 물질은 매트릭스 재료 내에 균일하게 분포된다. 변환 물질은 능동 소자에 인접하는 영역에서 능동 소자들로부터 멀리 떨어져 위치한 변환 재료의 영역에서보다 높은 농도를 갖는 것도 가능하다.
일 실시양태에 따르면, 매트릭스 재료는 실리콘, 에스테르 함유 폴리머, 에폭시 함유 폴리머, 아민 함유 폴리머, 폴리아세틸렌 함유 폴리머, 비닐 함유 폴리머, 카바졸 함유 폴리머, 아크릴 함유 폴리머, 스티렌 함유 폴리머 및 무기 혼성 재료 또는 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택된다.
일 실시양태에 따르면, 변환 물질은 발광 폴리머, 무기 발광체, 유기 분자 또는 전이 금속 착물이다.
유기 분자로서 유기 발광 다이오드에서 사용되는 재료들 및/또는 레이저 염료들이 적합하다.
유기 분자는 일 실시양태에서 페릴렌, 쿠마린 및 크산텐 또는 이들의 조합을 포함하는 레이저 염료들의 군으로부터 선택될 수 있다.
크산텐은 로다민일 수 있다.
일 실시양태에서, 페릴렌은 하기 구조를 갖는다.
Figure pct00001
이 경우 R"은 H, 포화 및 불포화 알킬 라디칼, 완전히 또는 부분적으로 치환된 포화 및 불포화 알킬 라디칼, 방향족 화합물, 완전히 또는 부분적으로 치환된 방향족 화합물, 축합 방향족 화합물, 완전히 또는 부분적으로 치환된 축합 방향족 화합물, 헤테로사이클, 완전히 또는 부분적으로 치환된 헤테로사이클, 축합 헤테로사이클, 완전히 또는 부분적으로 치환된 축합 헤테로사이클을 포함하는 군으로부터 선택된다.
바람직하게는 하기 페릴렌이 관련된다.
Figure pct00002
유기 발광 다이오드에서 사용되는 유기 분자들의 예는 다음과 같다:
Figure pct00003
Figure pct00004
Figure pct00005
(루브렌) 및
Figure pct00006
.
변환 재료가 복수의 변환 물질을 포함하는 것도 가능하다. 예를 들어 변환 재료는 발광 폴리머와 무기 발광체를 포함할 수 있다.
무기 발광체는 양자점일 수 있다. 양자점은 예를 들어 104 원자로 이루어진 재료 구조와 관련된다. 이 경우 에너지 레벨은 양자점의 재료 선택, 형태 및 크기에 의해 조절 가능하다. 양자점은 작은 크기를 갖기 때문에, 능동 소자들은 서로 작은 간격으로 배치될 수 있다.
일 실시양태에 따르면, 무기 발광체는 셀레늄화 카드뮴, 황화 카드뮴, 인화 인듐, 인화 구리 인듐, 산화 카드뮴, 산화 인듐, 산화 구리 인듐을 포함하는 군으로부터 선택된다. 발광체는 황화 아연 또는 셀레늄화 아연으로 둘러싸일 수 있다.
중앙 원자/중앙 원자들로서 전이 금속을 갖는 단핵- 또는 다핵 전이 금속 착물이 전이 금속 착물로서 선택될 수 있다. 바람직하게는 단핵 이리듐- 또는 백금 착물이 사용된다. 바람직한 전이 금속 착물은 이리듐 착물이다. 이리륨 착물이 특히 바람직하다. 이리듐 착물은 하기 구조들을 가질 수 있다:
Figure pct00007
Figure pct00008
전자기 2차 복사를 인광 및/또는 형광에 따라서 방출하는 변환 물질이 가능하다.
일 실시양태에 따르면, 발광 폴리머는 청색 스펙트럼 범위에서 방출하는 기본 구조 및 적색 및/또는 녹색 및/또는 황색 및/또는 주황색 스펙트럼 범위에서 방출하는 측쇄를 갖는다. 예를 들어 발광 폴리머는 UV 범위의 또는 UV 범위 내지 청색 스펙트럼 범위의 전자기 1차 복사를 흡수할 수 있고, 청색 기본 구조를 통해 청색광을 방출할 수 있고, 상기 청색광은 다시 완전히 또는 부분적으로 측쇄로부터 적색 및/또는 녹색 및/또는 황색 및/또는 주황색 스펙트럼 범위의 2차 복사로 방출된다. 능동 층의 발광 재료의 엑시톤들도 청색 기본 구조에 전달될 수 있고, 상기 엑시톤은 다시 폴리머의 측쇄에 전달될 수 있고, 거기에서 적색 및/또는 녹색 및/또는 황색 및/또는 주황색 스펙트럼 범위의 전자기 2차 복사의 방출 하에 분열될 수 있다.
일 실시양태에 따르면, 발광 폴리머는 플루오렌 함유 또는 파라-페닐렌-비닐렌 함유 폴리머를 포함한다.
일 실시양태에 따르면, 파라-페닐렌-비닐렌 함유 폴리머는 하기 식을 갖는다:
Figure pct00009
상기 식에서 R1, R2, R3, R4, R5 및 R6은 동일하거나 상이하게 선택될 수 있고, H, 포화 및 불포화 알킬 라디칼, 완전히 또는 부분적으로 치환된 포화 및 불포화 알킬 라디칼, 알콕시기, 아민, 아미드, 에스테르, 방향족 화합물, 완전히 또는 부분적으로 치환된 방향족 화합물, 축합 방향족 화합물, 완전히 또는 부분적으로 치환된 축합 방향족 화합물, 헤테로사이클, 완전히 또는 부분적으로 치환된 헤테로사이클, 축합 헤테로사이클, 완전히 또는 부분적으로 치환된 축합 헤테로사이클을 포함하는 군으로부터 선택된다. x, y, z는 동일하거나 상이하게 선택될 수 있고, 1 ≤ x, y, z ≤ 1000이다.
일 실시양태에 따르면, 파라-페닐렌-비닐렌 함유 폴리머는 하기 식을 갖는다:
Figure pct00010
상기 식에서 R1', R3', R5' 및 R6'는 동일하거나 상이하게 선택될 수 있고, H, 포화 및 불포화 알킬 라디칼, 완전히 또는 부분적으로 치환된 포화 및 불포화 알킬 라디칼, 방향족 화합물, 완전히 또는 부분적으로 치환된 방향족 화합물, 축합 방향족 화합물, 완전히 또는 부분적으로 치환된 축합 방향족 화합물, 헤테로사이클, 완전히 또는 부분적으로 치환된 헤테로사이클, 축합 헤테로사이클, 완전히 또는 부분적으로 치환된 축합 헤테로사이클을 포함하는 군으로부터 선택된다. x, y, z는 동일하거나 상이하게 선택될 수 있고, 1 ≤ x, y, z ≤ 1000이다.
일 실시양태에 따르면, 파라-페닐렌-비닐렌 함유 폴리머는 전자기 스펙트럼의 황색 범위의 전자기 2차 복사를 방출한다.
바람직하게는, 라디칼 R1', R3', R5' 및 R6'은 헤테로사이클, 완전히 또는 부분적으로 치환된 헤테로사이클, 축합 헤테로사이클, 완전히 또는 부분적으로 치환된 축합 헤테로사이클을 포함하는 군으로부터 선택된다. 특히 바람직하게는, 황-, 질소- 및/또는 산소 함유 헤테로사이클이 관련된다. 특히 바람직하게는 황- 또는 질소 함유 헤테로사이클이 관련된다.
일 실시양태에 따르면, 파라-페닐레-비닐렌 함유 폴리머는 하기 식을 갖는다:
Figure pct00011
상기 식에서 x, y, z는 동일하거나 상이하게 선택될 수 있고, 1 ≤ x, y, z ≤ 1000이다.
변환 재료, 즉 변환 물질 및/또는 매트릭스 재료는 전기 전도성인 것이 가능하다. 커버층이 p-전도성 질화물 화합물 반도체 재료로 형성되면, 상기 커버층은 비교적 낮은 가로방향 전도성을 갖는다. 능동 소자의 p-측 접촉은 전기 전도성 변환 재료에 의해 가능하다. 전기 전도성 변환 재료에 의해 능동 소자들의 능동 층의 균일한 전류 공급이 가능하다.
일 실시양태에 따르면, 캐리어는 복수의 능동 소자들을 기계적으로 받치고 지지하는 광전 반도체 칩의 소자이다. 따라서 캐리어는 예를 들어, 복수의 능동 소자들을 서로 결합하는 광전 반도체 칩의 소자일 수도 있다.
캐리어는 예를 들어 능동 소자들의 적어도 부분들을 위한 성장 기판일 수 있다. 캐리어는 또한 예를 들어 GaAs, 규소, 유리 또는 사파이어로 형성될 수 있다. 또한 캐리어는 상기 재료들 중 적어도 하나의 재료를 포함할 수 있다. 캐리어가 성장 기판이면, 성장 기판은 반도체 칩에 남겨진다. 성장 기판의 박판화, 즉 성장 기판의 두께의 감소는 그라인딩, 에칭 또는 화학-기계적 폴리싱에 의해 가능하다.
일 실시양태에 따르면, 캐리어는 적어도 부분적으로 복사 비투과식, 복사 투과식, 복사 반사식 또는 확산 산란식으로 형성될 수 있다. 즉, 반도체 칩의 작동 시 능동 소자들에서 생성된 1차 복사 및/또는 변환 재료에서 생성된 전자기 2차 복사는 캐리어를 통과할 수 있거나 통과할 수 없고, 또는 상기 캐리어에서 반사될 수 있거나 산란될 수 있다.
일 실시양태에 따르면, 능동 소자들은 원통형, 원뿔대, 정각뿔대, 육각 베이스면을 갖는 정각뿔의 형태로 또는 특히 육각 또는 삼각 베이스면을 갖는 프리즘의 형태로 형성된다. 주축은 원통형, 원뿔대, 정각뿔대, 육각 베이스면을 갖는 정각뿔 또는 프리즘의 높이가 결정되는 방향이다. 다시 말해서 복수의 능동 소자들은 길게 연장된 입체적 바디에 의해 형성되고, 예를 들어 평면층의 형태를 갖지 않는다. 또한 능동 소자들은 연속하는 비구조화된 층이 아니다.
일 실시양태에 따르면, 제1 반도체 재료는 n-전도성으로 형성된다. 제1 반도체 재료는 예를 들어 n-도핑된 III/V-반도체 재료 시스템에 기반할 수 있다. 예를 들어 제1 반도체 재료는 n-도핑된 질화물 반도체 재료 시스템에 기반한다. 특히 제1 반도체 재료는 n-전도성 GaN, InGaN, AlGaN 또는 AlInGaN에 기반할 수 있다. 제1 반도체 재료는 n-전도성 InGaAlP 또는 InGaAs에 기반할 수 있다.
능동 소자들의 코어 영역은 능동 소자들과 동일한 유형의 입체 형태를 가질 수 있다. 능동 소자들이 예를 들어 원통형 또는 프리즘 형태로 형성되면, 코어 영역도 원통형 또는 프리즘 형태를 가질 수 있다. 코어 영역은 특히, 제1 반도체 재료로 이루어진 중실 바디로서 형성될 수 있다.
코어 영역은 능동 소자들의 주축에 대해 수직으로 1 nm 내지 5 ㎛, 바람직하게는 1 nm 내지 1 ㎛, 특히 바람직하게는 1 nm 내지 300 nm의 직경을 가질 수 있다. 코어 영역은 예를 들어 능동 소자들의 주축에 대해 수직으로 40 nm 내지 100 nm, 40 nm 내지 80 nm 또는 40 nm 내지 60 nm의 직경을 가질 수 있다.
일 실시양태에 따르면, 코어 영역은 능동 층에 의해 부분적으로 또는 바람직하게는 완전히 커버되는 외부면을 갖는다. 코어 영역의 단부면도 적어도 부분적으로 커버될 수 있다. 코어 영역은 또한 능동 층에 직접 인접할 수 있다. 제조 공차의 범위에서 능동 층은 바람직하게는 균일한 층 두께를 갖는다. 층 두께는 1 내지 30 nm, 바람직하게는 1 내지 10 nm이다.
제2 반도체 재료는 제1 반도체 재료와 동일한 반도체 재료 시스템에 기반한 반도체 재료일 수 있지만, 다른 도핑을 포함한다. 제2 반도체 재료는 p-전도성으로 형성될 수 있고, 예를 들어 제2 반도체 재료는 GaN, InGaN, AlGaN 또는 AlInGaN 또는 상기 재료들의 2개 이상의 재료로 이루어진 2개 이상의 층들의 스택에 기반한다.
복수의 능동 소자들은 동일한 방식으로 구성될 수 있다. 즉, 적어도 제조 공차의 범위에서 능동 소자들은 동일하게 형성된다. 그러나 광전 반도체 칩은 적어도 부분적으로 상이하게 형성된 복수의 능동 소자들을 포함하는 것도 가능하다. 예를 들어 능동 소자들은 주축에 대해 평행한 그리고 가로방향 연장부들과 관련해서 서로 상이할 수 있다.
특히 갈륨질화물계 발광 다이오드의 효율은 작동 전류 조건에서 소위 "처짐"-효과(droop effect)에 의해 제한된다. 상기 효과는 전류- 또는 전하 캐리어 밀도가 증가할수록 효율이 현저히 감소하는 것을 가리킨다. 따라서 일반적인 작동 전류는 효율 곡선의 최대치를 훨씬 초과한다. 전류가 균일할 때 더 높은 효율을 추진하기 위해, 국부적인 전하 캐리어 밀도의 감소가 바람직하다. 이는 예를 들어 광전 반도체 칩의 횡단면의 확장에 의해 또는 능동 층들의 개수의 증가에 의해 달성될 수 있다. 2개의 방법은 그러나 문제점을 갖는다.
즉 횡단면의 확장은 여러 응용예에서 예를 들어 실용적이지 않은데, 그 이유는 이러한 확장은 에텐듀(etendue)의 증가를 동반하기 때문이다. 또한 이러한 방법은 항상, 반도체 칩의 횡단면의 증가에 주로 과비례적인 비용 증가와 관련된다.
여기에 설명된 광전 반도체 칩에서 능동 소자들은 예를 들어 "코어 쉘(core shell) 나노- 또는 마이크로 로드"로서 형성된다. 복수의 능동 소자들로, 즉 예를 들어 복수의 코어 쉘 로드로 광전 반도체 칩의 복사 방출 영역이 세분됨으로써, 작동 시 전자기 복사가 생성되는 능동 체적은 하나의 능동 영역, 예를 들어 능동 층을 포함하는 그리고 예를 들어 비구조화된 광전 반도체 칩에 비해 증가한다. 이로 인해 반도체 칩의 효율이 높아진다.
여기에 설명되는 광전 반도체 칩이 복수의 능동 소자들을 포함한다는 사실에 기초해서, 능동 면적의 현저한 확장 및 효율의 증가는 작동 전류 조건에서 전하 캐리어 밀도의 감소 시 달성된다. 또한 서로 이격 배치된 능동 소자들의 에피택셜 성장 시 폐쇄된 2차원 층에 비해 능동 소자들의 반도체 재료 내 응력의 감소가 달성될 수 있다.
특히 여기에 설명되는 광전 반도체 칩은 2개, 2개 이상, 100개 이상, 바람직하게는 1,000개 이상, 특히 10,000개 이상 또는 100,000개 이상의 능동 소자들로 형성하는 것이 가능하다.
일 실시양태에 따르면, 능동 소자들의 능동 층의 면적이 확장된다. 능동 층들은 공동부를 포함할 수 있다. 능동 층들의 표면은 러프닝 처리될 수도 있거나 3차원적 표면 형상을 가질 수도 있다. 능동 면적의 확장은 작동 전류 조건에서 전하 캐리어 밀도의 감소 시 효율의 증가를 야기한다. 능동 층 및/또는 거기에 위치한 공동부의 프랙탈(fractal) 표면 형상도 가능하다. 이 경우 능동 층들의 나노- 또는 마이크로 구조로부터 나노- 또는 마이크로 구조에 대해 측면으로 유사한 구조들이 성장한다. 상기 구조들로부터 다시 유사한 구조가 성장하므로, 프랙탈 표면이 얻어진다.
광전 반도체 칩의 적어도 하나의 실시양태에 따르면, 중앙 코어 영역은 3개 층으로 둘러싸인다. 커버층은 제1 접촉층으로 둘러싸이는 것이 가능하다. 커버층은 이 경우 부분적으로 또는 완전히 제1 접촉층에 의해 커버된다. 커버층과 제1 접촉층은 특히 서로 직접 접촉한다. 제1 접촉층은 작동 시 능동 층에서 생성된 전자기 1차 복사에 대해 투과성이다. 커버층이 p-전도성 질화물 화합물 반도체 재료로 형성되면, 상기 커버층은 비교적 작은 가로방향 전도성을 갖는다. 제1 접촉층의 제공은 능동 소자들의 능동 층의 균일한 전류 공급을 야기한다. 제1 접촉층은 예를 들어 제조 공차의 범위에서 균일한 두께를 가질 수 있는 층으로서 커버층을 커버한다. 제1 접촉층의 두께는 1 내지 30 nm, 바람직하게는 1 내지 10 nm이다. 이 실시양태에서 변환 재료는 바람직하게는 전기 비전도성으로 형성된다.
광전 반도체 칩의 적어도 하나의 실시양태에 따르면, 제1 접촉층은 큰 밴드갭 Eg를 갖는 재료로 형성된다. 밴드갭 Eg는 능동 영역의 방출된 최단 파장의 1차 복사보다 크거나 같다. 예를 들어 Eg는 전자기 스펙트럼의 적색 범위의 1차 복사의 경우에 2.2 eV 또는 2.0 eV와 같거나, 전자기 스펙트럼의 적외선 범위의 1차 복사의 경우에 1.5 eV이다. 밴드갭 Eg는 전자기 스펙트럼의 청색 범위에 있는 1차 복사의 경우에 4 eV보다 크거나 같고, 바람직하게는 3 eV보다 크거나 같고, 특히 바람직하게는 2.8 eV보다 크거나 같다. 따라서 발광 재료로부터 변환 재료로 엑시톤의 전달이 방해 없이 이루어질 수 있는 것이 보장될 수 있다.
광전 반도체 칩의 적어도 하나의 실시양태에 따르면, 제1 접촉층은 투명 전도성 산화물로 형성된다. 예를 들어 상기 제1 접촉층은 ITO 및/또는 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 및 x + y = 1인, Al1-x-yGaxInyN:Mg로 형성된다.
광전 반도체 칩의 일 실시양태에 따르면, 제2 접촉층은 광전 반도체 칩의 적어도 대부분의, 특히 모든 능동 소자들의 코어 영역에 직접 접촉하고, 즉 전체 코어 영역 또는 모든 코어 영역의 적어도 대부분이 하나의 공통의 제2 접촉층에 의해 전기 전도성으로 접속된다. 코어 영역이 n-전도성으로 형성되면, 전기 전도성 제2 접촉층에 의한 능동 소자들의 n-측 접촉이 가능하다.
제2 접촉층은 특히, 캐리어에 대해 평행하게 또는 실질적으로 평행하게 연장되는 평면에서 적어도 부분적으로 연장될 수 있다. 능동 소자들은 캐리어와 제2 접촉층 사이에 배치된다.
능동 소자들의 적어도 대부분은 이 경우 광전 반도체 칩의 능동 소자들의 적어도 75%, 바람직하게는 적어도 85%, 특히 적어도 95%를 의미한다. 실질적으로 평행하게란, 제2 접촉층이 제조 공차의 범위에서 캐리어에 대해 평행하게 연장되는 평면에서 적어도 부분적으로 연장되는 것을 의미한다.
단락 또는 누설 전류 경로를 억제하기 위해, 커버층과 제1 접촉층 또는 커버층과 변환 재료는 패시베이션에 의해 제2 전기 전도성 접촉층으로부터 분리된다. 패시베이션은 이 경우 능동 소자들의 코어 영역과 직접 접촉할 수 있고, 그러한 경우에 캐리어로부터 떨어져 있는 능동 소자들의 측면의 외부면에서 예를 들어 커버층과 제1 접촉층 또는 커버층과 변환 재료에 직접 접촉한다. 패시베이션은 캐리어로부터 떨어져 있는 코어 영역의 측면과 동일 평면으로 끝날 수 있고, 캐리어로부터 떨어져 있는 상기 페시베이션의 측면은 제2 접촉층과 직접 접촉할 수 있다.
패시베이션은 예를 들어 커버층 및 경우에 따라서 제1 접촉층 또는 전기 절연 재료를 포함하는 변환 재료의 커버에 의해 또는 커버층의 반도체 재료의 패시베이션에 의해, 예를 들어 수소-플라즈마 단계와 관련해서, 예컨대 이온 주입에 의해 또는 반도체 재료 내에 침전된 도핑 물질의 전기적 비활성화에 의해 또는 백스퍼터링 단계에 의한 표면 결함의 형성에 의해 이루어질 수 있다.
광전 반도체 칩의 일 실시양태에 따르면, 제2 접촉층은 작동 중에 능동 소자에서 생성된 1차 복사 및/또는 변환 재료에 의해 생성된 전자기 2차 복사에 대해 투과성으로 또는 반사하도록 형성된다. 즉, 생성된 1차 복사 및/또는 2차 복사는 접촉층을 통과할 수 있거나 상기 접촉층에서 반사된다. 투과성 제2 접촉층은 예를 들어 투명 전도성 산화물로 형성될 수 있다. 예를 들어 ITO 또는 ZnO와 같은 재료들이 적합하다. 반사하는 제2 접촉층은 금속으로, 예를 들어 반사 금속, 예컨대 은, 금, 티타늄, 백금, 팔라듐, 텅스텐, 오스뮴 및/또는 알루미늄으로 형성될 수 있다. 반사하는 제2 접촉층의 경우에 캐리어는 바람직하게는 복사 투과성으로 형성된다. 작동 시 광전 반도체 칩으로부터 방출된 전자기 복사의 적어도 대부분은 캐리어를 통해 방출된다.
적어도 하나의 실시양태에 따르면, 광전 반도체 칩은 반사층을 포함하고, 상기 층은 캐리어 위에 복수의 능동 소자들과 동일한 측면에 배치된다. 이 경우 광전 반도체 칩은 하나의 반사층을 포함하는 것이 가능하고, 상기 반사층은 광전 반도체 칩의 모든 능동 소자들을 서로 결합한다. 능동 소자들은 또한 적어도 부분적으로 반사층에 직접 인접할 수 있다.
반도체 칩은 특히 저렴하게 제조될 수 있는데, 그 이유는 3차원 결정 구조, 예를 들어 3차원 코어 쉘 구조를 갖는 광전 반도체 칩의 제조를 위한 필수 공정 단계 및 공정이 가능하기 때문이다. 또한 3차원 결정 구조들의 접촉은 표준적인 공정에 의해 이루어질 수 있는데, 그 이유는 접촉 자체는 나노미터 범위의 분해능을 필요로 하는 것이 아니라, 능동 소자 전체에 걸쳐 연장되는 접촉층 및/또는 변환 재료에 의해 가능하기 때문이다. 여기에 설명된 소자들의 형성을 위해 평면 에피택셜 구조를 필요로 하지 않기 때문에, 일반적이지 않은 및/또는 넓은 면의 외부 기판 위에 에피택셜 성장될 수도 있다. 특히 전기 절연 성장 기판들이 사용될 수 있다. 또한 반도체 재료로서 최종 필드 방향으로 성장하는 질화갈륨계 반도체 재료가 사용될 수도 있다. 주축의 방향으로 능동 소자들의 길이의 차이는 평탄화 단계에 보상될 수 있고, 이 경우 p-측면에 대한 접촉을 위해 사용되는 p-전도성 영역의 특성은 약화되지 않는다. 또한 평탄화는 생략될 수도 있으므로, 각각의 능동 소자의 이용 가능한 능동 면적이 특히 효율적으로 이용될 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시양태 및 개선예들은 하기에서 도면과 관련해서 설명된 실시예에 제시된다.
실시예 및 도면에서 동일하거나 동일한 작용을 하는 구성 부분들은 동일한 도면부호를 갖는다. 도시된 요소 및 요소들 간의 크기비는 축척에 맞는 것으로 볼 수 없고, 오히려 개별 요소들, 특히 층 두께는 더 나은 이해를 위해 과장되어 크게 도시되어 있다.
도 1은 여기에 설명되는 광전 반도체 칩의 단면도를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 여기에 설명되는 다른 광전 반도체 칩의 단면도를 개략적으로 도시한 도면.
도 1은 예를 들어 복사 투과성 전기 절연 성장 기판, 예컨대 사파이어 또는 유리인 캐리어(2)를 가진 광전 반도체 칩을 도시한다. 캐리어(2) 위에 능동 소자들(1)이 배치된다. 능동 소자들(1)은 여기에서 예를 들어 원통형 형상을 갖는다. 능동 소자들(1)은 예를 들어 균일 격자의, 이 경우 예를 들어 정방형 격자의 격자점에 배치된다.
각각의 능동 소자(1)는 코어 영역(10)을 포함한다. 코어 영역(10)은 이 경우 n-도핑된 GaN계 제1 반도체 재료로 형성된다. 코어 영역(10)은 또한 원통형 형상을 갖는다. 상기 코어 영역(10)의 외부면은 완전히 능동 층(11)으로 커버되고, 광전 반도체 칩의 작동 시 상기 능동 층에서 전자기 1차 복사가 생성된다.
능동 층(11)은 중공 원통형 형상을 가지고, 상기 중공 원통형의 내부면은 완전히 코어 영역(10)의 제1 반도체 재료로 커버된다. 능동 층(11)은 예를 들어 GaN과 같은 제3 극성 반도체 재료로 이루어진다. 능동 층(11)은 완전히 커버층(12)에 의해 둘러싸이고, 상기 커버층은 p-도핑된 GaN계 제2 반도체 재료로 형성된다.
능동 소자들(1) 사이의 간극은 전기 전도성 변환 재료(4)로 채워진다. 변환 재료(4)는 예를 들어 청색 스펙트럼 범위에서 방출하는 기본 구조와 황색 스펙트럼 범위에서 방출하는 측쇄를 가진 발광 전기 전도성 폴리머를 포함한다. 능동 층(11)과 변환 재료(4) 사이의 간격은 4 nm이다.
제2 접촉층(6)은 캐리어(2)로부터 떨어져 있는 측면에서 능동 소자(1) 상에 캐리어(2)에 대해 평행하게 배치된다. 제2 접촉층(6)은 광전 반도체 칩의 모든 능동 소자(1)의 코어 영역(10)에 직접 접촉하므로, 모든 코어 영역들(10)은 하나의 공통의 제2 접촉층(6)에 의해 전기 전도성으로 접속된다. 제2 접촉층(6)은 반사 금속, 예를 들어 은으로 형성된다.
능동 소자들(1)의 접촉은 변환 재료(4)의 전기 전도성 폴리머 및 제2 접촉층(6)에 의해 이루어진다.
패시베이션(3)에 의해 변환 재료(4), 커버층(12) 및 능동 층(11)은 전기 전도성 제2 접촉층(6)에 대해 절연된다. 패시베이션(3)은 캐리어(2)로부터 떨어져 있는 능동 소자(1) 및 변환 재료(4)의 측면 위에 위치한다.
패시베이션(3)으로 인해 제2 접촉층(6)과 p-전도성 커버층(12) 및 변환 재료(4) 사이의 접촉이 저지된다.
도 2는 예를 들어 복사를 반사하도록 형성된 캐리어(2)를 가진 광전 반도체 칩을 도시한다. 캐리어(2) 상에 능동 소자들(1)이 배치된다. 능동 소자들(1)은 이 경우 예를 들어 육각 베이스면을 갖는 원통형 형상을 갖는다. 능동 소자들(1)은 예를 들어 균일 격자의, 이 경우 예를 들어 삼각형 격자의 격자점에 배치된다.
각각의 능동 소자(1)는 코어 영역(10)을 포함한다. 코어 영역(10)은 이 경우 n-도핑된 GaN-계 제1 반도체 재료로 형성된다. 코어 영역(10)은 또한 원통형 형상을 갖는다. 상기 코어 영역(10)의 외부면은 완전히 능동 층(11)에 의해 커버되고, 광전 반도체 칩의 작동 시 상기 층에서 전자기 1차 복사가 생성된다.
능동 층(11)은 중공 원통형 형상을 가지고, 상기 중공 원통형의 내부면은 완전히 코어 영역(10)의 제1 반도체 재료로 커버된다. 능동 층(11)은 예를 들어 GaN과 같은 제3 극성 반도체 재료로 이루어진다. 능동 층(11)은 완전히 커버층(12)에 의해 둘러싸이고, 상기 커버층은 p-도핑된 GaN계 제2 반도체 재료로 형성된다.
커버층(12)은 제1 접촉층(13)으로 완전히 둘러싸인다. 제1 접촉층(13)은 작동 시 능동 층(11)에서 생성된 전자기 1차 복사에 대해 투과성이다.
능동 소자들(1) 사이의 간극은 전기 비전도성 변환 재료(4)로 채워진다. 변환 재료(4)는 예를 들어 청색 스펙트럼 범위에서 방출하는 기본 구조와 적색 및 녹색 스펙트럼 범위에서 방출하는 측쇄를 가진 발광 폴리머를 포함한다. 능동 층(11)과 변환 재료(4) 사이의 간격은 15 nm이다.
제2 접촉층(6)은 캐리어(2)로부터 떨어져 있는 측면에서 능동 소자(1) 상에 캐리어(2)에 대해 평행하게 배치된다. 제2 접촉층(6)은 광전 반도체 칩의 모든 능동 소자(1)의 코어 영역(10)에 직접 접촉하므로, 모든 코어 영역들(10)은 하나의 공통의 제2 접촉층(6)에 의해 전기 전도성으로 접속된다. 제2 접촉층(6)은 작동 시 능동 소자(1)에서 생성된 1차 복사에 대해 그리고 변환 재료(4)에 의해 생성된 2차 복사에 대해 투과성으로 형성된다. 예를 들어 제2 접촉층(6)은 ITO로 형성된다.
능동 소자들(1)의 접촉은 제1(13) 및 제2 접촉층(6)에 의해 이루어진다.
패시베이션(3)에 의해 능동 층, 커버층(12) 및 제1 접촉층(13)은 제2 전기 전도성 접촉층(6)으로부터 분리된다. 그러한 경우에 패시베이션(3)은 캐리어(2)로부터 떨어져 있는 능동 소자(1)의 측면에 위치한다.
패시베이션(3)으로 인해 접촉층(6)의 접촉에 의해 제2 접촉층(6)과 p-전도성 커버층(12) 및 제1 접촉층(13) 사이의 접촉이 저지된다.
본 발명은 실시예들에 따른 기재에 한정되지 않는다. 오히려, 본 발명은 각 새로운 특징 및 특징들의 각 조합을 포함하고, 이는 특히, 특허청구범위에서 특징들의 각 조합을 포함하며, 비록 이러한 특징 또는 이러한 조합이 그 자체로 명백하게 특허청구범위 또는 실시예들에 제시되지 않더라도 그러하다.

Claims (15)

  1. - 서로 이격 배치된 복수의 능동 소자(1), 및
    - 상기 능동 소자(1)에 대해 가로방향으로 배치된 캐리어(2)
    를 포함하는 광전 반도체 칩으로서,
    - 상기 능동 소자들(1)은 각각 상기 캐리어(2)에 대해 수직으로 연장되는 주축을 포함하고,
    - 주축들은 서로 평행하게 정렬되고,
    - 적어도 하나의 변환 재료(4)가 복수의 능동 소자(1)의 외부면을 둘러싸고,
    - 상기 변환 재료(4)는 변환 물질 또는 변환 물질과 매트릭스 재료를 포함하고,
    - 상기 능동 소자들(1)은 각각 중앙 코어 영역(10)을 포함하고, 상기 코어 영역은 적어도 2개의 층으로 둘러싸이고, 능동 층(11)이 상기 코어 영역(10)을 둘러싸고, 커버층(12)이 상기 능동 층(11)을 둘러싸며,
    - 상기 코어 영역(10)은 제1 반도체 재료로 형성되고,
    - 상기 능동 층(11)은 발광 재료를 포함하고,
    - 상기 커버층(12)은 제2 반도체 재료로 형성되고,
    - 상기 커버층(12)의 층 두께는 0.1 nm 내지 100 nm인 광전 반도체 칩.
  2. 제1항에 있어서, 상기 능동 층(11)의 발광 재료 내에 엑시톤이 형성되고, 상기 엑시톤의 일부는 전자기 1차 복사의 방출 하에 복사 분열되고, 일부는 쌍극자-쌍극자 상호작용에 의해 변환 재료(4)로 전달될 수 있는 것인 광전 반도체 칩.
  3. 제2항에 있어서, 상기 능동 층(11)의 발광 재료의 엑시톤의 복사 분열에 의해 전자기 스펙트럼의 UV 범위 내지 녹색 범위, 전자기 스펙트럼의 적외선 범위 또는 적색 범위의 전자기 1차 복사가 방출되는 것인 광전 반도체 칩.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 발광 재료는 제3 반도체 재료인 광전 반도체 칩.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 발광 재료는 GaN, InGaN, AlGaN 또는 AlInGaN에 기반하거나 이것으로 이루어지는 것인 광전 반도체 칩.
  6. 제2항에 있어서, 상기 능동 층(11)의 발광 재료의 엑시톤과 변환 재료(4)는 전이 쌍극자 모멘트를 포함하고, 상기 모멘트들은 서로 평행하게 정렬되는 것인 광전 반도체 칩.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 능동 소자들(1)은 상기 능동 소자들의 주축에 대해 수직으로 직경을 가지고, 상기 능동 소자들(1) 간의 최소 간격은 상기 능동 소자들의 최대 직경의 2배인 광전 반도체 칩.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 변환 재료(4)는 상기 능동 소자들(1) 사이의 간극을 완전히 채우는 것인 광전 반도체 칩.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 변환 재료(4)와 상기 커버층(12)은 쌍극자-쌍극자 상호작용, 정전기적 상호작용, 수소 결합, 반데르발스 상호작용, 입체 상호작용, 엔트로픽 상호작용에 의해 또는 공유 결합에 의해 서로 결합되는 것인 광전 반도체 칩.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 실리콘, 에스테르 함유 폴리머, 에폭시 함유 폴리머, 아민 함유 폴리머, 폴리아세틸렌 함유 폴리머, 비닐 함유 폴리머, 카바졸 함유 폴리머, 아크릴 함유 폴리머, 스티렌 함유 폴리머 및 무기 혼성 재료 또는 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택되는 것인 광전 반도체 칩.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 변환 물질은 발광 폴리머, 무기 발광체, 유기 분자 또는 전이 금속 착물인 광전 반도체 칩.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 발광 폴리머는 청색 스펙트럼 범위에서 방출하는 기본 구조 및 적색 및/또는 녹색 및/또는 황색 및/또는 주황색 스펙트럼 범위에서 방출하는 측쇄를 갖는 것인 광전 반도체 칩.
  13. 제11항에 있어서, 상기 발광 폴리머는 플루오렌 함유 또는 파라-페닐렌-비닐렌 함유 폴리머를 포함하는 것인 광전 반도체 칩.
  14. 제13항에 있어서, 파라-페닐렌-비닐렌 함유 폴리머는 하기 식을 가지고,
    Figure pct00012

    상기 식에서
    - R1, R2, R3, R4, R5 및 R6은 동일하거나 상이하게 선택될 수 있고, H, 포화 및 불포화 알킬 라디칼, 완전히 또는 부분적으로 치환된 포화 및 불포화 알킬 라디칼, 알콕시기, 아민, 아미드, 에스테르, 방향족 화합물, 완전히 또는 부분적으로 치환된 방향족 화합물, 축합 방향족 화합물, 완전히 또는 부분적으로 치환된 축합 방향족 화합물, 헤테로사이클, 완전히 또는 부분적으로 치환된 헤테로사이클, 축합 헤테로사이클, 완전히 또는 부분적으로 치환된 축합 헤테로사이클을 포함하는 군으로부터 선택되고,
    - x, y, z는 동일하거나 상이하게 선택될 수 있고, 1 ≤ x, y, z ≤ 1000인 광전 반도체 칩.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 파라-페닐렌-비닐렌 함유 폴리머는 하기 식을 가지고,
    Figure pct00013

    상기 식에서
    - R1', R3', R5' 및 R6'은 동일하거나 상이하게 선택될 수 있고, H, 포화 및 불포화 알킬 라디칼, 완전히 또는 부분적으로 치환된 포화 및 불포화 알킬 라디칼, 방향족 화합물, 완전히 또는 부분적으로 치환된 방향족 화합물, 축합 방향족 화합물, 완전히 또는 부분적으로 치환된 축합 방향족 화합물, 헤테로사이클, 완전히 또는 부분적으로 치환된 헤테로사이클, 축합 헤테로사이클, 완전히 또는 부분적으로 치환된 축합 헤테로사이클을 포함하는 군으로부터 선택되고,
    - x, y, z는 동일하거나 상이하게 선택될 수 있고, 1 ≤ x, y, z ≤ 1000인 광전 반도체 칩.
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