KR20160146880A - 개선된 광 추출 효율의 광전자 디바이스 - Google Patents
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Abstract
광전자 디바이스(1)는, 기판(2)과, 상기 기판(2)에 대해 소정의 각도를 형성하는 방향으로 연장되는 기다란 요소(4)를 포함하는 발광 부재(3)를 포함한다. 상기 기판(2)과, 상기 기판(2)에 가장 가까운 상기 기다란 요소(4)의 종방향 단부 사이에 중간 요소(5)가 삽입된다. 더욱이, 상기 기판(2)은 상기 광에 대해 투명하고, 상기 광에 투명한 상기 중간 요소(5)는 전이 금속의 적어도 하나의 나이트라이드를 포함하며, 9nm 이하의 두께를 갖는다.
Description
본 발명은 광전자 분야에 관한 것이다.
특히, 발명의 주제는 기판, 특히, 마이크로와이어(microwire) 또는 나노와이어(nanowire) 유형의, 기판과 소정의 각도를 형성하는 방향으로 연장되는 기다란 요소를 포함하는, 특히, 반도성의, 발광 부재, 상기 기판과, 상기 기판에 가장 가까운 기다란 요소의 종방향 단부 사이에 삽입되는 중간 요소를 포함하는 광전자 디바이스다.
광전자 디바이스는 전기 신호를 (특히, 방출을 위해) 광 또는 전자기 방사선으로 변환하기에 적합하다.
광전자 디바이스의 발광 부재의 생산의 맥락에서, 원소들의 주기율표의 3족의 적어도 하나의 원소와 5족의 하나의 원소를 포함하는 반도성 물질을 포함하는 나노와이어 또는 마이크로와이어를 이용하는 것이 알려진 관례다. 이러한 나노와이어는 광 방출용으로 구성된 PN 정션 형성에 기여하도록 사용된다.
방출될 광이 발생될 때, 관찰자는 광전자 디바이스로부터 탈출하는 방출 광을 보게 된다. 그러나, 방출 광의 일부분은 예를 들어, 발광 부재 또는 심지어 기다란 요소 자체를 지지하는 기판과 같은, 광전자 디바이스의 일부분에 의해 흡수된다.
그 결과 광전자 디바이스의 효율이 최적화되지 못한다.
이러한 측면에서, 광전자 디바이스에 의해 실제로 복원되는, 따라서, 관찰자에 의해 인지되는, 광의 증가와 관련한 문제가 있다.
본 발명의 목적은 광전자 디바이스의 광 추출 효율을 개선시킬 수 있는 해법을 제안하는 것이다.
이 목적은 기판이 상기 광에 대해 투명하고, 상기 광에 투명한 중간 요소가 전이 금속의 적어도 하나의 나이트라이드를 포함하며, 9nm 미만의 두께를 갖는 것을 목표로 한다.
바람직한 경우, 기판은 전기 절연성이고, 및/또는 중간 요소가 상기 광 방출을 위해, 기다란 요소 내로 전하 캐리어(charge carrier)의 주입에 기여하도록 구성된다.
유리하게도, 전이 금속은 티타늄, 바나듐, 크롬, 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴, 하프늄, 탄탈륨, 또는 이들의 조합으로부터 선택된다.
바람직한 경우, 기판은 옥사이드 글래스 종류, 특히, SiO2-기반 실리케이트 글래스 종류일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 디바이스는 상기 광의 복원을 위한 복원 구역과, 상기 발광 부재로부터 상기 광의 적어도 일부분을 상기 복원 구역을 향해 배향시키도록 배열되는 미러를 포함한다.
일 구현예에 따르면, 디바이스는 복수의 발광 부재를 포함하고, 각각의 발광 부재는 기다란 요소를 포함하며, 중간 요소는 각각의 기다란 요소와 연관되는 공통 층을 형성하고, 또는, 각각의 기다란 요소는, 기다란 요소에 대해 맞춤형인, 블록 형태를 취하는, 대응하는 중간 요소와 연관된다.
발명은 앞서 설명된 광전자 디바이스의 제조 방법에 또한 관련되며, 상기 제조 방법은,
- 광에 투명한 기판을 제공하는 단계와,
- 상기 기다란 요소를 위한 성장 표면을 갖도록, 상기 광에 투명한 상기 중간 요소를 형성하는 단계와,
- 상기 성장 표면으로부터 상기 기다란 요소의 성장 단계를 포함하는 발광 부재(3)를 형성하는 단계를 포함한다.
바람직한 경우, 상기 중간 요소는 전이 금속의 나이트라이드에 의해 형성되고, 상기 중간 요소 형성 단계는 전이 금속 및 질소를 포함하는 가스성 혼합물로부터 상기 중간 요소의 증착 단계를 포함한다.
유리한 경우에, 상기 중간 요소 형성 단계는,
- 상기 기판 상에, 또는, 기판 상에 형성되는 전도 투명 옥사이드층 상에, 특히, Ti, V, Cr, Zr, Bn, Mo, Hf, Ta로부터 선택된, 전이 금속층을 증착하는 단계와,
- 상기 전이 금속층의 적어도 일부분을 질화시키는 단계를 포함한다.
제 1 실시예에 따르면, 상기 질화 단계는,
- 제 1 유량에 따라 질화 가스의 주입을 행함으로써 적어도 부분적으로 제 1 온도에서 수행되는 제 1 질화 서브단계와,
- 상기 제 1 유량과는 구별되는 또는 구별되지 않는 제 2 유량에 따라 상기 질화 가스의 주입을 행함으로써 상기 제 1 온도 이하의 제 2 온도에서 적어도 부분적으로 수행되는 제 2 질화 서브단계를 포함한다.
바람직한 경우에, 이러한 제 1 실시예에 따르면, 주입되는 질화 가스는 암모니아이고,
- 상기 제 1 온도는 1000℃와 1050℃ 사이이고, 특히 1050℃이며,
- 상기 제 1 유량은 500*V/8 sccm 내지 2500*V/8 sccm 사이이고, 특히 1600*V/8 sccm 이며,
- 상기 제 2 온도는 950℃ 내지 1050℃ 사이이고, 특히 1000℃ 이며,
- 상기 제 2 유량은 500*V/8 sccm 내지 2500*V/8 sccm 사이이고, 특히 500*V/8 sccm 이며,
V 는 대응하는 질화 챔버 내 리터 단위의 총 용량이다.
제 2 실시예에 따르면, 상기 질화 단계는,
- 제 1 유량에 따라 질화 가스의 주입을 행함으로써 적어도 부분적으로 제 1 온도에서 수행되는 제 1 질화 서브단계와,
- 상기 제 1 유량과는 구별되는 또는 구별되지 않는 제 2 유량에 따라 상기 질화 가스의 주입을 행함으로써 상기 제 1 온도 이상의 제 2 온도에서 적어도 부분적으로 수행되는 제 2 질화 서브단계를 포함한다.
이러한 제 2 실시예에 따르면, 주입되는 질화 가스는 암모니아이고,
- 상기 제 1 온도는 400℃와 1400℃ 사이이고,
- 상기 제 1 유량은 10*V/18 sccm 내지 4000*V/18 sccm 사이이고, 특히 1200*V/18 sccm 이며,
- 상기 제 2 온도는 400℃ 내지 1400℃ 사이이고,
- 상기 제 2 유량은 10*V/18 sccm 내지 4000*V/18 sccm 사이이고, 특히 1200*V/18 sccm 이며,
V 는 대응하는 질화 챔버 내 리터 단위의 총 용량이다.
바람직한 경우, 상기 질화 단계는 50mbar 내지 800mbar 사이, 특히, 100mbar의 압력에 위치한 질화 챔버에서 수행된다.
유리한 경우에, 상기 기다란 요소의 성장 단계는, 제 2 질화 서브단계 후 수행되거나, 상기 제 2 질화 서브단계 중 개시된다.
바람직한 경우에, 상기 기다란 요소의 성장 단계는, 갈륨 나이트라이드로부터 형성될 수 있도록 Ga의 주입 단계를 포함하고, 상기 기다란 요소는 대응하는 성장 표면으로부터 연장된다.
도 1 및 도 2는 발명의 2개의 상이한 실시예를 단면도로 도시하고,
도 3 내지 도 6은 복원되는 광을 증가시키기 위한 미러를 구현하는 개선예를 단면도로 도시하며,
도 7은 중간 요소와 기판 사이에 투명 전도 옥사이드층이 삽입되는 변형예를 도시하고,
도 8 내지 9는 광전자 디바이스 제조 방법의 두 단계들을 도시하며,
도 10 내지 12는 제조 방법의 질화 단계의 실시예를 도시하고,
도 13은 니오븀 나이트라이드층의 두께의 함수로 투명도 및 흡수 곡선을 도시하며,
도 14 내지 16은 하나 이상의 기다란 요소의 성장을 위한 마스크 이용을 도시한다.
도 3 내지 도 6은 복원되는 광을 증가시키기 위한 미러를 구현하는 개선예를 단면도로 도시하며,
도 7은 중간 요소와 기판 사이에 투명 전도 옥사이드층이 삽입되는 변형예를 도시하고,
도 8 내지 9는 광전자 디바이스 제조 방법의 두 단계들을 도시하며,
도 10 내지 12는 제조 방법의 질화 단계의 실시예를 도시하고,
도 13은 니오븀 나이트라이드층의 두께의 함수로 투명도 및 흡수 곡선을 도시하며,
도 14 내지 16은 하나 이상의 기다란 요소의 성장을 위한 마스크 이용을 도시한다.
본 설명의 용도를 위해, 소정의 용어들이 먼저 규정된다.
본 설명에서, "실질적으로"의 개념은 정확히 또는 10% 내를 의미한다.
"광"은 전자기파 또는 방사선을 의미하는 것으로 본 설명에서 이해되어야 한다. 이러한 광은 기결정된 파장과 연관된다. 광 방출의 스펙트럼 범위는 자외선부터 적외선까지 넓은 범위의 파장을 커버할 수 있을 것이다. 특히, 기결정된 파장은 300nm 내지 1000nm 사이에 놓인다.
"기다란 요소"는 2개의 대향된 종방향 단부 간의 종방향 치수를 규정하도록 하는 길이와, 상기 기다란 요소의 길이 방향으로 실질적으로 직각으로 절단 평면과 연관된 섹션에 따라 규정되는 하나 이상의 횡방향 치수를 갖는 3차원 요소다.
특정 실시예에 따르면, 기다란 요소는 "나노와이어" 또는 "마이크로와이어"다.
이후 설명에서, 용어 "와이어"의 매번 등장은 용어 "기다란 요소"로 구별없이 대체될 수 있다.
용어 "마이크로와이어" 또는 "나노와이어"는 5nm 내지 10 ㎛ 사이, 바람직한 경우 50 nm 내지 2.5 ㎛ 사이의 횡방향 치수로 불리는 적어도 하나의 치수를 가진 선호 방향으로 연장되는 기다란 형태의 3차원 구조물을 설명한다. 종방향 치수는 횡방향 치수의 최대값의 적어도 1배 이상, 바람직한 경우 적어도 5배 이상, 더 바람직한 경우 적어도 10배 이상이다. 일부 실시예에서, 횡방향 치수는 대략 10㎛ 이하, 바람직한 경우 100nm 내지 5㎛ 사이, 더 바람직한 경우 100nm 내지 500nm 사이, 더더욱 바람직한 경우 100nm 내지 300nm 사이일 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 마이크로와이어 또는 나노와이어의 높이(즉, 종방향 치수)는 500nm이상이고, 바람직한 경우 1㎛ 내지 50㎛ 사이다.
"광에 대한 투명도"는, 광의 일부 또는 전부가 특정 요소(기판 또는 아래 예에서 와이어)를 통과하거나 특정 요소 내에서 변위될 때, 적어도 50%, 바람직한 경우 적어도 70%가 상기 특정 요소에 의해 흡수되지 않고 복원될 수 있다. 광학계에서, 물질의 투과율은 통과하는 광속의 비율이다. 이는 투과율(transmission factor)이라고도 불리고 투명도(transparency)로도 불린다.
도 1 및 도 2에 도시되는 바와 같이, 광전자 디바이스(1)는 기판(2)과, 기판(2)에 대해 소정 각도를 형성하는 방향으로 연장되는 와이어(4)를 포함하는 발광 부재(3)를 포함한다.
"기판(2)에 대해 소정 각도를 형성하는 방향으로 연장된다"는 것은, 이 각도가 0이 아닌 각도임을 의미하는 것이다. 다시 말해서, 와이어(4)의 신장은 와이어가 제 1 및 제 2 대향 종방향 단부 사이에서 연장되고, 상기 제 1 종방향 단부가 상기 제 2 종방향 단부보다 기판(2)에 더 가깝도록 이루어진다.
특히, 와이어(4)는 기판(2)에 연동된 기준 프레임에서 실질적으로 수직이다. "기판(2)에 연동된 기준 프레임"의 표현은 기판의 평면 P1이 지상 기준 프레임 내 광전자 디바이스의 위치에 관계없이 소위 "수평" 평면임을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 다시 말해서, 와이어(4)는 기판(2)의 평면 P1에 대해 실질적으로 직각이다.
디바이스는 기판(2)과, 기판(2)에 가장 가까운 와이어(4)의 종방향 단부(4a) 사이에 삽입되는 중간 요소(5)를 더 포함한다. 기판(2)은 상기 광에 투명하다. 상기 광에 투명한 중간 요소(5)는 전이 금속의 적어도 하나의 나이트라이드를 포함하고, 9nm 이하, 바람직하게는 7nm 이하의 두께를 가진다. 이 두께는 특히 3nm 내지 5nm 사이에 놓인다(종점 포함).
설명되는 모든 실시예에 적용가능한 일반적 방식으로, 중간 요소(5)는 3nm 이상의 두께를 가질 수 있다.
중간 요소(5)의 두께는 기판(2) 평면에 실질적으로 직각인 소정 방향에 따라 주어진다. 통상적으로, 기판(2)은 작업 면을 포함하며, 상기 작업 면 상에서 중간 요소(5)가 특정 기능을 가진 물질을 삽입하거나 또는 직접 접촉한다. 그 두께는, 본 경우에, 작업 면에 수직인 벡터 방향에 따른다.
앞서 설명한 바와 같이, 중간 요소(5)의 두께는 상기 광에 대한 투명도를 부여한다.
바람직한 경우, 중간 요소(5)는 와이어(4)와 직접 접촉한다. 그 결과, 광전자 디바이스의 작동 중 와이어(4)에서 전파되는 광의 일부분이 상기 와이어(4)와의 계면에서 중간 요소(5)를 통과할 수 있다.
투명하기 위해, 기판(2)은 바람직한 경우, 도핑된 GaN으로, 전기 전도 성질을 또한 갖고자 할 경우엔 도핑된 ZnO로 제조되며, 또는, 전기 절연 기판(2)의 경우에 옥사이드 글래스, 합성 쿼츠, Al2O3, AlN, BN, 다이아몬드(이 물질들 중 마지막 다섯개는 결정질 고체)로 제조된다.
옥사이드 글래스는 SiO2 에 기초한 글래스(실리케이트 글래스) 또는 B2O3 에 기초한 글래스(보레이트 글래스), 또는 P2O5 에 기초한 글래스(포스페이트 글래스) 또는 이러한 상이한 옥사이드-계열들을 결합한 글래스를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 이러한 물질은은 비결정질 고체다.
결과적으로, 기판(2)에 그리고 중간 요소(5)에 주어진 투명도는 이러한 "구성요소"들이 광을 흡수하는 것을 방지할 수 있게 하고, 따라서, 광전자 디바이스에 의해 관찰자에게로 복원될 수 있는 광의 양을 증가시킬 수 있다.
더욱이, 중간 요소(5)는 또한 전기 전도성인 것이 선호된다. 이러한 측면에서, 중간 요소(5)는 광 방출을 위해 와이어(4) 내로 전하 캐리어(전자 또는 정공)의 주입에 기여하도록 구성된다.
위에서 설명한 사항으로부터 알 수 있듯이, 기판(2)은 전기 절연성 또는 전도성일 수 있고, 전기 전도성의 경우에, 중간 요소(5)를 통해, 와이어(4) 내로 전하 캐리어의 주입에 기여할 수 있다.
발명은 물론 단일 발광 부재(3)에 제한되지 않는다. 발광 부재(3)와 관련하여 본 설명에서 제시되는 모든 것들은 복수의 발광 부재(3)에 적용될 수 있다. 이러한 측면에서, 도 1 및 도2 에 의해 도시되는 바와 같이, 광전자 디바이스(1)는 복수의 발광 부재(3)를 포함할 수 있고, 각각의 발광 부재는 와이어(4)를 포함한다. 도 1의 실시예의 범주에서, 중간 요소(5)는 와이어(4) 각각과 연관된 공통층을 형성한다. 다시 말해서, 모든 발광 부재(3)의 와이어(4)는 기판(2)의 일 면 전부 또는 일부분을 덮는 층의 형태를 취하는 동일 중간 요소(5)로부터 연장된다(도 1의 예에서, 모든 와이어(4)가 동일 중간 요소와 직접 - 즉, 물리적 및 전기적으로 - 접촉한다).
대안으로서, 각각의 와이어(4)는 와이어에 대해 맞춤형인, 블록 형태를 취하는, 대응하는 중간 요소(5)와 연관된다(도 2 참조). 다시 말해서, 광전자 디바이스는 복수의 중간 요소(5)를 포함하고, 각각의 중간 요소(5)는 블록을 형성하여, 여기서부터 대응하는 발광 부재(3)의 단일 와이어(4)가 연장된다. 도 2의 실시예는 통상적으로 더 기술적인 단계들을 요하지만, 그 결과, 더 적은 (질화된) 전이 금속 이용은, 특히, 2개의 발광 부재(3) 사이에서, 방출되는 광의 일반적 흡수를 제한한다.
앞서 설명된 중간 요소(5)의 특징에 추가하여, 전이 금속 나이트라이드는 또한 광전자 디바이스에 제조시 와이어(4) 성장을 촉진시킬 수 있다. 그 결과, 중간 요소(5)의 존재가 기판(2)에 대한 실질적 수직 성장 및 고밀도 성장을 모두 가능하게 한다. 이 점이 아래에서 상세하게 설명될 것이다.
바람직한 경우에, 전이 금속은 티타늄, 바나듐, 크롬, 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴, 하프늄, 탄탈륨, 또는 이들의 조합으로부터 선택된다. 후자의 나이트라이드는 중간 요소(5)와 관련된 두께에서, 고 투명도를 가능하게 하고, 낮은 진성 전기저항은 기판(2)에 가장 가까운 와이어(4)의 종방향 단부(4a)에 의해 형성되는 와이어(4)의 기저부를 통해 전류(전하 캐리어)를 주입할 수 있게 한다.
니오븀 나이트라이드는 58 μΩ.cm의 전기저항을 나타내기 때문에 특히 유리하다. 따라서, 우수한 전기 전도체다.
발광 부재(3)는 PN 정션을 포함하는 발광 다이오드(LED)인 것이 바람직하다. 이 범주에서, 와이어(4)는 정션(제 1 n-도핑된 섹션과, 제 1 섹션에 연속하여 위치하는 제 2 p-도핑된 섹션을 포함함)을 구성할 수 있다. 구체적으로, (중간층에 인접한) 와이어의 하단부는 n-도핑되고, 그 후, p-도핑된 물질의 쉘(shell)이 (중간층에 먼) 와이어의 상단부 상에 증착된다. 따라서, 제 1 유형의 전하 캐리어는 기판(2)에 가장 가까운 상기 와이어(4)의 종방향 단부(4a)를 통해 와이어(4) 내로 중간 요소(5)에 의해 주입될 수 있고, 제 2 유형의 전하 캐리어는 기판(2)으로부터 떨어져 위치하는 구역 내 방출 부재 내로 주입된다. 제 1 유형 및 제 2 유형의 이러한 전하 캐리어들의 재결합은 그 후 상기 방출된 광을 형성하는 광자를 발생시킨다. 도 1 내지 4 및 도 6에서 나타나는 실행 모드에 따르면, 와이어(4)는 제 1 유형의 도핑을 갖는 반도체 물질로 형성되고, 광전자 디바이스는 PN 정션을 형성하도록 제 1 유형에 대향된 제 2 유형의 도핑을 갖는 (바람직한 경우, 앞서 설명한 쉘을 형성하는) 추가의 반도체 요소(8)를 포함한다(p 도핑과 n 도핑 간에 제 1 및 제 2 유형의 도핑이 선택됨을 이해할 수 있을 것이다). 바람직한 경우에, 추가 요소(8)는 와이어(4) 주위로 쉘 또는 피복(sheath)을 형성한다. 발광 부재(3)의 효율 개선을 위해, 양자 우물이 와이어(4)와 추가 요소(8) 사이에 삽입되는 것이 바람직하다(도면에 도시되지 않음).
PN 정션은 호모정션 또는 헤테로정션일 수 있다.
다시 말해서, 일반적으로 발광 부재(3)는 제 1 유형의 도핑(P 또는 N)을 가진 제 1 부분과, 제 1 유형과는 반대인 제 2 유형의 도핑(N 또는 P)을 가진 제 2 부분을 포함하며, 상기 와이어(4)는 발광 부재(3)의 제 1 부분의 전부 또는 일부를 형성한다. 발광 부재(3)의 제 1 및 제 2 부분의 상관이 PN 정션을 형성한다.
설명되는 바와 같이 기판(2) 및 중간 요소(5)의 이용을 통해, 광전자 디바이스 자체에 의한 광자 흡수가 제한되었음이 앞서 설명된 바 있다. 이러한 흡수가 제한되기 때문에, 광전자 디바이스의 외부에서, 특히 관찰자를 향해, 광의 복원을 최대화시키도록 유지된다. 이러한 측면에서, 광전자 디바이스는 하나 이상의 미러를 포함하는 것이 바람직하다. 다시 말해서, 광전자 디바이스는 광 복원 구역(7) 및 미러(6)를 포함하며, 이들은 발광 부재(들)(3)로부터 복원 구역(7)(도 3 내지 도 6)을 향해 광의 적어도 일부분(F1)을 배향시키도록 배열된다. 실제로, 발광 부재(3)가 상기 광을 발생시키고 이를 여러 방향으로 방출한다는 것이 여기서 이해될 것이다. 이러한 측면에서, 복원 구역(7)으로부터 먼 방향으로 배향되는 변위를 갖도록 상기 광의 광자를 복원시키는, 그리고 의도적으로 상기 복원 구역(7)을 향해 이를 지향시키는, 목표가 있을 것이다.
도 3 내지 도 5에 도시되는 미러를 이용하는 제 1 실시예에 따르면, 발광 부재(3)가 미러(6)와 기판(2) 사이에, 완전히 또는 부분적으로, 삽입된다. 발광 부재(3)로부터 시작되는 화살표는 방출된 광의 광자의 경로를 도식적으로 나타낸다. 여기서, 복원 구역(7)은 기판(2)에 가깝고, 광은 투명 기판(2)에 의해 추출/복원됨을 알 수 있다. 특히, 복원 구역(7)은 중간 요소(5)와 면하는 또는 접촉하는, 면과 대향된 기판(2)의 면 상에 배치되거나 기판(2)의 면으로 구성된다.
도 3에 도시되는 미러를 이용하는 제 1 실시예의 제 1 변형예에 따르면, 미러(6)는 특히, 투명 절연 물질(9), 예를 들어, SiO2 또는 SiN 삽입에 의해, 발광 부재(3)로부터 소정 거리에서 유지된다. 미러(6)는 은 또는 알루미늄으로 형성될 수 있고, 또는 대안으로서, 방출 부재(들)에 의해 방출되는 광의 파장 범위에서 충분한 반사율을 보장하기 위해, SiN 또는 SiO2 와 같은 전기 절연층의 교번을 포함하는 브래그 미러(Bragg mirror)일 수 있다. 이러한 제 1 변형예에서, 도시되지 않지만, 전하 캐리어의 주입이 기판(2)에 가장 가까운 상기 와이어(4)의 종방향 단부에 대향하여 유리하게 수행되고, 또는 와이어의 횡방향 플랭크 상에서 이러한 주입이, 예를 들어, TCO 유형의, 전도성 투명 물질층에 의해 구현될 수 있다.
미러를 이용한 제 1 실시예의 제 2 변형예에 따르면, 미러(6)는 금속(예를 들어, 은)일 수 있고, 이러한 경우에, 방출되는 광의 발생에 기여하도록 구성되는 전하 캐리어를 주입시키도록 발광 부재(3)(도 4)와 유리하게 전기적으로 접촉할 수 있다. 전하 캐리어 주입을 위한 미러(6) 이용은, 미러를 이용한 제 1 실시예의 제 1 변형예의 전도성 투명 물질 TCO 이용에 비해 광전자 디바이스의 내부 양자 효율을 개선시킬 수 있다.
도 5에 도시되는 미러를 이용한 제 1 실시예의 제 3 변형예에 따르면, 미러(6)는 기판(2)으로부터 소정 거리에 놓인 광을 방출하는 방출 부재(3)와 접촉하고, 미러(6)와 기판(2) 사이에 배열되는, 제 2 유형의 (여기서 와이어(4)에 해당하는) 도핑된 발광 부재(3)의 일부분의 횡방향 플랭크는 전도성 투명 물질(바람직한 경우 TCO)의 전하 캐리어 주입층(10)으로 덮인다. 이러한 경우에, 중간 요소(5)는 기판(2)에 가장 가까운 와이어(4)의 종방향 단부(4a)를 포함하는, 제 2 유형에 대향된 제 1 유형의 도핑된 방출 부재의 일부분 내로 전하 캐리어를 주입할 수 있다. 여기서, 제 2 변형예에서처럼, 미러(6)는 전하 캐리어의 주입에 또한 기여할 수 있다. 이러한 구조는 광자가 탈출할 수 있는 표면과, (특히 p-도핑된) 도핑된 물질 상에서의 우수한 전기적 접촉을 결합하는 장점을 가진다. 도 5에서, 와이어(4)의 성장에 사용된 마스크(11)는 층(10)과 중간 요소(5) 사이의 단락 회로를 피하는데 유리하게 사용된다. 따라서 이러한 마스크(11)는 전기 절연성인 것이 바람직하다.
제 1 실시예의 첫번째 2개의 변형예(도 3 및 도 4)의 범주에서, 기준 마스크(11)는 와이어(4)의 성장에 사용된 마스크를 또한 나타낸다.
도 6에 도시되는 미러를 이용한 제 2 구현예에 따르면, 미러(6)는 중간 요소(5)와 면하는, 또는 접촉하는, 상기 기판(2)의 면에 대향된 기판(2)의 면을 면하도록 배열된다. 이러한 경우에, 방출 부재(3)는, 작동될 때, 적어도 일부분이 복원 구역(7)을 향해 방출되도록(화살표 F1), 그리고 다른 부분이 기판(2)을 향해 방출되도록, 광을 방출한다. 상기 다른 부분은 그 후, 중간 요소(5), 기판(2)을 차례로 통과하고, 그 후, 복원 구역(7)을 다시 향하도록 미러(6) 상에서 반사되게 된다. 광의 경로는 방출 부재(3)로부터 시작되는 화살표에 의해 도식적으로 제시된다. 여기서 다시, 미러(6)는 알루미늄일 수 있고, 또는, 앞서 설명한 브래그 미러에 의해 형성될 수 있다.
와이어(4)는 원소 주기율표의 3족으로부터 적어도 하나의 원소와, 5족으로부터 하나의 원소를 포함하는 반도성 물질(바람직한 경우 3족 원소의 나이트라이드)을 포함하거나 이들로 구성될 수 있다.
유리하게도, 와이어(4)는 갈륨 나이트라이드 와이어다. 갈륨 나이트라이드는 광전자 디바이스 형성에 우수한 후보다.
앞서 설명된 모든 실시예에 적용가능한, 도 7에 도시되는 개선예에 따르면(그러나 기판이 전기 절연성일 때 더욱 유효함), 중간 요소(바람직한 경우 각각의 중간 요소)(5)의 전기 전도성을 개선시키고자 한다. 이러한 측면에서, 광전자 디바이스는 투명한 전기 전도 물질(예를 들어, TCO: 투명 전도 옥사이드)의 전기 전도층(12)을 포함할 수 있다. 이러한 전도층(12)은 기판(2)과 중간 요소(5) 사이에 삽입된다. 광전자 디바이스가 복수의 방출 부재(3)를 포함하고 각각의 방출 부재가 개별 중간 요소(5)와 상관될 때, 이러한 전도층(12)은 대응하는 중간 요소(5)를 통해 발광 부재(3)의 모든 와이어(4) 내로 전하 캐리어의 주입을 모아놓는(pooling) 장점을 또한 제공한다.
전기 전도층(12)은 (형성되는 기판의 면에 법선에 따라) 1nm로부터 1000nm까지 변하는, 바람직한 경우 50nm인, 두께를 가질 수 있다. 50nm의 이와 같이 정밀한 경우에, 기판(2)에 가장 가까운 와이어(4)의 종방향 단부의 전기적 연결은 전기 전도층(바람직한 경우 TCO)에 의해 나타나는 광학적 흡수로 여기서 지칭되는, 하측 구조의 5% 광학적 흡수로 보장될 것이다.
발명은 앞서 설명한 바와 같은 디바이스의 제조 방법에 또한 관련된다.
상기 방법은
- 상기 광에 투명한 기판(2)을 공급하는 단계(도 8)와,
- 상기 광에 투명하도록, 그리고, 와이어(4)를 위한 성장 표면(5a)을 갖도록, 9nm 이하, 바람직한 경우 7nm 이하, 특히, 3nm 내지 5nm 사이(끝점 포함)의 두께의 중간 요소(5)를 형성하는 단계
- 성장 표면(5a)으로부터 와이어(4)의 성장 단계(도 4)를 포함하는 발광 부재(3)를 형성하는 단계를 포함한다.
그 후, 따라서 중간 요소(5)는 와이어(4)를 성장시키는 발아/핵생성 요소로 기능한다. 완성된 광전자 디바이스의 범주에서 중간 요소(5)의 성질에 추가하여, 투명 기판, 특히, 옥사이드 글래스(특히 SiO2에 기초한 옥사이드 글래스)의 범주에서, 상기 기판(2) 바로 위에 형성되는 9nm 미만의 이러한 두께로 인해, 만족스런 수직성의 와이어(4)를 수득할 수 있다. 본 발명의 범주에서, 기판(2) 상에 증착되는 중간 요소(5)의 두께가 증가할수록, 발광 부재(3) 형성을 위해 와이어(4)의 기능화에 적합하지 않은 방식으로 무질서하게 와이어(4)가 형성된다. 더욱이, 설명되는 바의 중간 요소(5)는 상기 와이어의 성장에 기여하는 결정학적 구조를 나타낸다.
이 현상은 제조 방법이 다음의 파라미터를 이용할 때 가장 특별하게 향상된다: 기판(2)은 옥사이드 글래스 기판(특히, SiO2에 기초한 실리케이트 글래스 기판)이고, 중간 요소(5)는 기판(2) 바로 위에 형성/증착되는 니오븀 또는 하프늄 또는 지르코늄의 나이트라이드에 의해 형성된다. 더욱이, 니오븀에 의해 형성되는 전이 금속은 후자의 경우 광전자 디바이스의 작동 중 전하를 더 우수하게 방전시키기 때문에 선호된다.
중간 요소(5)가 복수의 와이어(4)에 공통인 층을 형성할 가능성, 특히, 이 층으로부터 연장될 복수의 와이어(4)에 공통인 층을 형성할 가능성, 또는, 단일 와이어(4)와 연관된 블록을 형성할 가능성은, 앞서 설명된 바 있다.
중간 요소(5)는 임의의 유형의 증착 기술로부터 생산될 수 있다. 더욱이, 사용되는 전이 금속 덕분에, 오늘날까지 핵생성층으로 매우 폭넓게 사용된 AIN에 기초한 핵생성층보다 좁은 갭을 나타내는 장점을 가진다.
제 1 실시예에 따르면, 중간 요소(5)는 티타늄, 바나듐, 크롬, 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴, 하프늄, 탄탈륨, 또는 이들의 조합으로부터 선택된 전이 금속과 질소를 포함하는 가스성 혼합물로부터 증기 상태로 증착된다. 특히, 중간 요소(5)의 증착은 주위 온도와 400℃ 사이의 온도에서 수행된다. 따라서, 와이어(4)의 성장을 위해 의도된 표면은 이러한 증착 후 바로 획득된다. 다시 말해서, 중간 요소(5)가 전이 금속 나이트라이드에 의해 형성될 때, 중간 요소(5) 형성 단계는 질소 및 전이 금속을 포함하는 가스성 혼합물로부터 상기 중간 요소(5)의 증착 단계를 포함하는 것이 선호된다.
제 2 실시예에 따르면, 중간 요소(5)는, 기판(2) 상에, 또는, 기판(2) 상에 형성되는 전도 투명 옥사이드층 상에, 티타늄, 바나듐, 크롬, 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴, 하프늄, 또는 탄탈륨으로부터 선택된 전이 금속층을, 증착하는 단계와, 와이어(4) 성장을 위해 의도된 표면(5a)을 가진 전이 금속의 나이트라이드에 중간 요소(5)를 형성하도록 증착되는 전이 금속층의 적어도 일부분을 질화시키는 단계로부터 형성된다. 바람직한 경우, 전이 금속층의 증착은 주위 온도와 400℃ 사이의 온도에서 수행된다. 전이 금속층 증착은 금속 표적으로부터 PVD(물리적 기상 증착)에 의해, 예를 들어, 표적을 통과하는 직접 전류를 이용한 스퍼터링에 의해, 수행될 수 있다(예를 들어, 표적을 통과하는 전류 I는 대략 9nm의 Nb 증착을 위해 45초, 5nm의 Nb 증착을 위해 18초, 그리고 3nm의 Nb 증착을 위해 9초 동안 99.95 순도의 니오븀을 표적으로 하는 400mA일 수 있다. 전이 금속의 이러한 증착 단계 중, 기판(2)은 주위 온도로 유지될 수 있다.
모든 설명에 일반적으로 적용가능한 방식으로, "주위 온도"는 바람직한 경우 20℃ 내지 50℃ 사이의 온도를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
전이 금속 증착 중 PVD 챔버 내 압력은 3.10-3 mbar 내지 6.10-3 mbar 사이일 수 있다.
다양한 검사 후, 와이어 성장이 두 단계로 형성되는 이러한 중간 요소(5)에 의해 촉진되었음을 관찰할 수 있었고, 따라서, 이러한 제 2 실시예가 선호된다.
특히, 도 10에 도시되는, 제 2 실시예의 제 1 특정 구현예에 따르면, 질화 단계는 제 1 유량으로 질화 가스의 주입을 행함으로써 적어도 부분적으로 제 1 온도에서 수행되는 제 1 질화 서브단계 En1과, 제 1 유량과는 구별되는(또는 구별되지 않는, 즉, 제 1 유량과 동일할 수 있음) 제 2 유량에서 질화 가스의 주입을 행함으로써 제 1 온도 이하의 제 2 온도에서 적어도 부분적으로 수행되는 제 2 질화 서브단계 En2를 포함할 수 있다. 이는 중간 요소(5)의 결정학적 배향을 최적화시킬 수 있게 한다. 즉, 이러한 두 질화 서브단계는 가스 주입이 중단되는 단계와 함께, 또는 이러한 단계없이, 차례로 수행된다. 특히, 제 1 서브단계 En1은 고속 질화를 수행할 수 있고, 제 2 서브단계 En2는 전이 금속의 나이트라이드 상을 안정화시키는 베이킹(baking)을 수행할 수 있다. 이러한 두 서브단계 En1 및 En2 후, 전이 금속 나이트라이드 층이 화학적으로 그리고 열적으로 안정하다.
주입되는 가스는 암모니아(NH3) 및/또는 이질소(dinitrogen)(N2) 일 수 있다. NH3 는 전이 금속층을 더욱 빠르게 질화시킬 수 있기 때문에 선호된다. 실제로, NH3 형태에서, 질화력이 N2의 경우보다 크다.
제 2 실시예의 제 1 특정 구현예의 특정 예에 따르면, 주입되는 질화 가스는 암모니아이고, 제 1 온도는 1000℃ 내지 1050℃ 사이, 특히, 1050℃ 이고, 제 1 유량은 500 sccm 내지 2500 sccm 사이(sccm 은 "분당 표준 입방 센티미터"의 유량 단위), 특히, 1600 sccm 이며, 제 2 온도는 950℃ 내지 1050℃ 사이, 특히, 1000℃ 이며, 제 2 유량은 500 sccm 내지 2500 sccm 사이, 특히, 500 sccm 이다.
앞서 언급된 유량은 사용되는 질화 챔버의 부피 용량 - 즉, 언급되는 예에서 8리터의 가스(예를 들어, N2+NH3)의 총 부피)에 대응한다. 상이한 부피의 챔버의 경우에, 유량은 적응되어야 한다(예를 들어, 18리터 챔버의 경우에, 제 1 유량은 특히 4000 sccm이어야 하고 제 2 유량은 특히 1200 scccm이어야 한다). 다시 말해서, 제 1 유량은 500*V/8 sccm 내지 2500*V/8 sccm 사이, 특히 1600*V/8 sccm 이고, 제 2 유량은 500*V/8 sccm 내지 2500*V/8 sccm 사이, 특히 500*V/8 sccm 이다. V 는 대응하는 질화 챔버의 리터 단위 총 용량이다.
본 설명에서, "대응하는 질화 챔버"는 전이 금속층의 질화가 수행되는 챔버를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
도 10은 (본 예에서 8리터 부피의) 질화 챔버 내 시간의 함수로 온도의 경향을 표현함으로써 질화 단계를 세부적으로 도시한다. 제 1 스테이지 T1에서, 질화 챔버의 온도는 점진적으로(가령, 2℃/초) 상승하여 1050℃ 수준에 도달한다. 앞서 목표한 NH3 En1의 제 1 질화 서브 단계는 온도가 200℃에 도달할 때 개시된다. 이러한 제 1 서브단계 중, NH3의 유량은 1600sccm 으로 일정하게 유지된다. 제 1 서브단계의 적어도 일부분에 적어도 부분적으로 수반되는 제 2 스테이지 T2에서, 온도는 5분과 15분 사이의 시간(본 예에서 5분) 동안 1050℃로 유지된다. 제 3 스테이지 T3에서, 온도가 60초 내에 1050℃로부터 1000℃까지 지나는 동안 제 1 서브단계 En1이 계속된다. 제 4 스테이지 T4에서, 질화 챔버 내 온도가 5분 내지 15분 사이의 시간(본 예에서 10분) 동안 1000℃로 유지되고, 제 2 서브단계 En2가 개시된다. 제 5 스테이지 T5에서, 질화 챔버 내로 칼로리 입력이 중단되어, 질화 챔버 내 온도가 떨어져 주위 온도로 되돌아간다. T5의 지속 시간은 질화 챔버의 관성(intertia)에 대응할 수 있다. 제 2 질화 서브단계는 제 5 스테이지 T5 중 결정된 시간 동안 계속될 수 있다. 제 5 스테이지 T5는 챔버의 가열 중단과, 이어지는 온도 하강에 대응할 수 있고, 또는, 질화에 사용되는 챔버가 와이어 합성 전용의 MOCVD(금속 유기 화학적 기상 증착) 챔버이기도 할 경우 와이어의 성장 단계에 동등하게 대응할 수 있다.
도 11 및 12에 도시되는 제 2 특정 구현예에 따르면, 질화 단계는 제 1 유량으로 질화 가스의 주입을 행함으로써 적어도 부분적으로 제 1 온도에서 수행되는 제 1 질화 서브단계 En1과, 제 1 유량과는 구별되는(또는 구별되지 않는, 즉, 제 1 유량과 동일할 수 있음) 제 2 유량에서 질화 가스의 주입을 행함으로써 제 1 온도 이상의 제 2 온도에서 적어도 부분적으로 수행되는 제 2 질화 서브단계 En2를 포함한다.
특히, 실시예의 이러한 제 2 구현예에서, 주입되는 가스는 암모니아이며, 제 1 온도는 400℃ 내지 1400℃ 사이이고, 제 1 유량은 10*V/18 sccm 내지 4000*V/18 sccm 사이이며, 제 2 온도는 400℃ 내지 1400℃ 사이이고, 제 2 유량은 10*V/18 sccm 내지 4000*V/18 sccm 사이, 특히, 1200*V/18 sccm 이며, V는 대응하는 질화 챔버의 리터 단위 총 용량이다.
도 11에서, 온도 Temp1은 400℃ 내지 1050℃(또는 1400℃) 사이, 특히, 500℃ 내지 800℃ 사이, 바람직한 경우 600℃ 다.
제 1 서브단계 En1은 명료성을 위해 두 단계 - 단계 1 및 단계 2 - 로 나누어진다:
도 11의 단계 1에서, Temp1(즉, 제 1 온도)까지 온도 상승이 관찰된다. 캐리어 가스는 N2, N2+H2, 또는 H2, 바람직한 경우 N2 다. 주입되는 질화 가스는 암모니아(NH3)일 수 있고, 주입은 Tamb(주위 온도)와 Temp1 사이의 온도에 대하여(특히 200℃로부터) 시작될 수 있다. Tamb로부터 Temp1까지 온도 상승은 1℃/분보다 크고, 특히, 1℃/초와 같다. 이 단계 1 중, 암모니아 유량은 10xV/18 sccm 내지 4000xV/18 sccm 사이, 특히, 1200xV/18 sccm 일 수 있다(여기서 V는 리터 단위 챔버 부피다). 일반적으로, 질소 대비 암모니아의 유량비(NH3/N2)는 0.0005% 내지 100% 사이, 바람직한 경우 0.0055% 내지 22% 사이, 특히 6.6% 다.
도 11의 단계 2에서, 베이킹이 Temp1에서 수행된다. 캐리어 가스는 N2, N2+H2, 또는 H2이고 바람직한 경우 N2다. 주입되는 질화 가스는 암모니아(NH3)일 수 있다. 암모니아 유량은 10xV/18 sccm 내지 4000xV/18 sccm 사이, 특히, 1200xV/18 sccm 일 수 있다(여기서 V는 리터 단위 챔버 부피). 일반적으로, 질소 대비 암모니아의 유량비(NH3/N2)는 0.0005% 내지 100% 사이, 바람직한 경우 0.0055% 내지 22% 사이, 특히 6.6% 일 수 있다. 바람직한 경우, NH3 에서의 베이킹 시간은 1초보다 길고, 특히, 5 분 내지 30 분 사이다.
제 2 서브단계 En2는 명료성을 위해 3개의 단계 - 단계 3, 단계 4, 단계 5 - 로 나누어진다. 바람직한 경우, 제 2 온도 Temp2는 400℃ 내지 1050℃ (또는 1400℃) 사이, 특히, 500℃ 내지 1000℃ 사이, 바람직한 경우 800℃ 다. 단계 3에서(Temp1≠Temp2 인 경우이고, 그렇지 않은 경우 단계 4로 바로 진행됨), 온도가 Temp2로 상승하였다. 캐리어 가스는 N2, N2+H2, 또는 H2, 바람직한 경우 N2다. 주입되는 질화 가스는 암모니아(NH3)일 수 있다. Temp1 로부터 Temp2 까지 온도 상승 램프가 1℃/분보다 크고, 특히, 1℃/초 다. 암모니아 유량은 10xV/18 sccm 내지 4000xV/18 sccm 사이, 특히, 1200xV/18 sccm 일 수 있다(여기서 V는 리터 단위 챔버 부피). 일반적으로, 질소 대비 암모니아 유량비(NH3/N2)는 0.0005% 내지 100% 사이, 바람직한 경우 0.0055% 내지 22% 사이, 특히 6.6% 다.
단계 4에서, 베이킹이 Temp2에서 수행된다. 캐리어 가스는 N2, N2+H2, 또는 H2이고 바람직한 경우 N2다. 주입되는 질화 가스는 암모니아(NH3)일 수 있다. 암모니아 유량은 10xV/18 sccm 내지 4000xV/18 sccm 사이, 특히 1200xV/18 sccm 이다(여기서 V는 리터 단위 챔버 부피). 일반적으로, 질소 대비 암모니아 유량비(NH3/N2)는 0.0005% 내지 100% 사이, 바람직한 경우 0.0055% 내지 22% 사이, 특히, 6.6% 다. NH3 에서의 베이킹 시간은 1초보다 길고, 특히 1 내지 30분 사이다.
단계 5에서, 온도가 다시 내려간다. 캐리어 가스는 N2, N2+H2, 또는 H2 이고 바람직한 경우 N2다. 주입되는 질화 가스는 암모니아(NH3)일 수 있다. Temp2로부터 Tamb까지 온도 하강 램프는 1℃/분보다 크고, 특히 1℃/초와 같다. 암모니아 유량은 10xV/18 sccm 내지 4000xV/18 sccm 사이, 특히 1200xV/18 sccm 일 수 있다(여기서 V는 리터 단위 챔버 부피). 일반적으로, 질소 대비 암모니아 유량비(NH3/N2)는 0.0005% 내지 100% 사이, 바람직한 경우 0.0055% 내지 22% 사이, 특히, 6.6% 일 수 있다.
도 12에 도시되는 매우 특정한 예에 따르면, 기판(특히 옥사이드 글래스 기판, 특히 SiO2에 기초한 실리케이트 글래스 기판) 상에 증착되는 전이 금속, 특히, 니오븀의, 질화는 다음의 일련의 단계들이 적절한 질화 챔버에서 수행되고 질화 챔버 내에 배치된 기판 상에 (고형 판으로 또는 섬/블록 형태로) 전이 금속층이 형성될 때 이상적이다.
- 100mbar의 질화 챔버 압력 하에 20000 scccm의 질소 N2 유량으로 200℃까지 제 1 온도 상승
- 100mbar의 질화 챔버 압력 하에 18600 sccm의 N2 유량과 1400 sccm의 NH3 유량을 가진 질소 및 암모니아의 가스성 혼합물의 유동에서 1.25℃/초로 제 1 온도 상승에 연속하여 수행되는 630℃까지의 제 2 온도 상승
- 100mbar의 질화 챔버 압력 하에 18600 scccm의 N2의 유량 및 1400 scccm의 NH3 유량을 갖는 질소 및 암모니아의 가스성 혼합물 유동에서 900초 동안 630℃의 온도를 유지
- 100mbar의 질화 챔버 압력에서 20000 sccm의 N2의 유량을 갖는 가스성 혼합물에서 830℃까지 제 3 온도 상승
- 100mbar의 질화 압력에서 20000 sccm 의 N2 유량을 갖는 가스성 혼합물에서 210초 동안 830℃의 온도를 유지
- 400mbar의 질화 챔버 압력 하에 16000 sccm 의 N2 유량 및 4000 sccm 의 NH3 유량을 갖는 질소 및 암모니아 가스성 혼합물의 유동에서 185초간 830℃의 온도를 유지.
마지막으로, 바람직한 경우, 400mbar의 질화 챔버 압력 하에 20,000 sccm 의 N2의 가스성 유동에서 온도 하강 단계가 수행된다.
유리하게도, 와이어의 성장은 온도 하강 단계 이전에 수행된다. 와이어는 그 후 MOCVD에 의해 형성되는 GaN 와이어일 수 있다.
도 12의 프로세스에 따르면, 특히 전이 금속으로 니오븀의 경우에, 매우 만족스런 결과가 나타난다. 도 13은 도 12의 특정 예의 구현예에 따라 니오븀 나이트라이드에서 생산되는 중간 요소(5)에 대하여, 중간 요소(5)의 두께의 함수로 투과율 및 흡수율 측정치를 도시한다. 따라서, 450nm 파장의 광의 경우에 50%보다 큰 투과율을 쉽게 얻을 수 있다. 특히, 이 도면 13은 3nm 두께의 중간 요소(5)의 경우에, 투명도가 88%이고 5nm 두께의 중간 요소의 경우에 투명도가 71%라는 사실을 강조할 수 있다.
도 10과 관련된 단계들은 전이 금속이 Ta일 때 구현되는 것이 바람직하다(이 경우에, 제 1 온도는 질화 단계에서 제 2 온도보다 높은게 바람직하다). 실제로, 이 물질의 경우에, 도 11의 구현예에 비해 획득되는 와이어 품질(수직성, 형태 균일성)에 주목할만한 개선이 나타난다. 역으로, 동일한 이유로, 도 11의 구현예는 Zr, Hf, Nb의 유형의 전이 금속을 질화하고자 할 때 도 11의 구현예를 더 적용한다(이러한 경우에 제 1 온도는 질화 단계의 제 2 온도보다 낮은 것이 바람직하다).
앞서 상이한 실시예에서, 질화 단계는 50mbar 내지 800mbar 사이, 특히, 100mbar의 압력으로 설정된 질화 챔버에서 수행되는 것이 유리하다.
더욱이, 와이어 성장 단계는 제 2 질화 서브단계 En2 이후 수행될 수 있고, 또는, 제 2 질화 서브단계 En2 중에 개시된다.
개선예에 따르면, 주어진 점에서 와이어(4)의 성장 구역의 위치를 결정할 필요가 있다. 이러한 측면에서, 도 14에 도시되는 바와 같이, 발광 부재 형성 단계는 와이어 성장을 위해 의도된 중간 요소(5)의 적어도 하나의 특정 표면(5a)의 경계를 정하는 마스크(11) 형성 단계를 포함한다.
복수의 와이어를 동시에 성장시키는 것을 목표로 할 때, 공통 연속층 상에 마스크(11)를 형성함으로써 모든 와이어에 공통인 연속층의 형태를 취하는 중간 요소(5)를 이용하는 것이 가능하여, 대응하는 와이어에 대하여, 상기 공통 연속층의 표면의 일부분에 대응하는 성장 표면(5a)의 경계를 정하는 복수의 개구부가 구성된다(도 14 참조).
대안으로서, 각각의 와이어가 블록(block) 형태로 중간 요소(5)와 연관되는 실시예에서, 상기 방법은, 복수의 블록을 형성하는 단계를 포함하고, 각각의 블록은 중간 요소(5)를 형성하며(도 15 참조), 예를 들어, 각각의 블록의 경계를 정하도록 초기층을 에칭함으로써, 블록이 형성된다. 그 후, 마스크(11)가 대응하는 와이어에 대한 성장 표면(5a)의 경계를 각각의 블록(5)에서 정하도록 형성될 수 있다(도 16 참조).
마스크가 SiN 또는 SiO2에 의해 형성될 수 있다.
와이어(4)의 성장 단계는 갈륨 나이트라이드에서 형성되도록 Ga의 주입 단계를 포함하는 것이 유리하며, 상기 와이어(4)는 대응하는 성장 표면(5a)으로부터 연장된다.
앞서 언급된 모든 결과에 따르면, 설명된 바의 중간 요소(5)를 이용함으로써,
- 적절한 성장을 촉진하도록 와이어를 형성하는 반도성 물질의 구조에 필적하는 결정질 구조를 가질 수 있고,
- 복원되는 광자의 양을 증가시킬 수 있는 방출 광에 대한 투명도를 보장할 수 있으며,
- 와이어 내로 전하 캐리어 주입에 알맞은 전기 전도도를 보장할 수 있다.
앞서 나열된 모든 사항에 일반적으로 적용가능한 방식으로, 기판은 1000℃ 영역에서 진행되는 나노와이어 또는 마이크로와이어의 에피택시 성장시키는 열적 안정성을 포함하도록 구현되는 것이 바람직할 것이다.
Claims (16)
- 기판(2)과,
상기 기판(2)에 대해 소정의 각도를 형성하는 방향으로 연장되는 기다란 요소(4)를 포함하는 발광 부재(3)와,
상기 기판(2)과, 상기 기판(2)에 가장 가까운 상기 기다란 요소(4)의 종방향 단부 사이에 삽입되는 중간 요소(5)를 포함하되,
상기 기판(2)은 상기 광에 대해 투명하고,
상기 광에 투명한 상기 중간 요소(5)는 전이 금속의 적어도 하나의 나이트라이드를 포함하고, 9nm 이하의 두께를 갖는
광전자 디바이스(1). - 제 1 항에 있어서,
상기 기판(2)은 전기 절연성이고, 및/또는
상기 중간 요소(5)는 상기 광을 방출할 목적으로 상기 기다란 요소(4) 내로 전하 캐리어의 주입에 기여하도록 구성되는
광전자 디바이스. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 전이 금속은 티타늄, 바나듐, 크롬, 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴, 하프늄, 탄탈륨을 단독으로 또는 조합하여 포함하는
광전자 디바이스. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판은 특히 옥사이드 글래스 기판으로서, 특히, SiO2-기반 실리케이트 글래스 기판인
광전자 디바이스. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광의 복원 구역(7) 및 미러(6)를 더 포함하며,
상기 미러(6)는 상기 발광 부재(3)로부터 상기 광의 적어도 일부분을 상기 복원 구역(7)을 향해 지향시키도록 배열되는
광전자 디바이스. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광전자 디바이스는 복수의 발광 부재(3)를 포함하고, 각각의 발광 부재는 기다란 요소를 포함하며,
상기 중간 요소(5)는 각각의 기다란 요소(4)와 연관된 공통층을 형성하거나,
각각이 기다란 요소(4)는 기다란 요소에 대해 맞춤형인, 블록 형태를 취하는, 대응하는 중간 요소(5)와 연관되는
광전자 디바이스. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 광전자 디바이스의 제조 방법에 있어서,
상기 광에 투명한 상기 기판(2)을 제공하는 단계와,
상기 기다란 요소(4)를 위한 성장 표면(5a)을 갖도록, 상기 광에 투명한 상기 중간 요소(5)를 형성하는 단계와,
상기 성장 표면(5a)으로부터 상기 기다란 요소(4)의 성장 단계를 포함하는 발광 부재(3)를 형성하는 단계를 포함하는
광전자 디바이스 제조 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 중간 요소(5)는 전이 금속의 나이트라이드에 의해 형성되고, 상기 중간 요소(5) 형성 단계는 전이 금속 및 질소를 포함하는 가스성 혼합물로부터 상기 중간 요소(5)의 증착 단계를 포함하는
광전자 디바이스 제조 방법. - 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 중간 요소(5) 형성 단계는,
상기 기판(2) 상에, 또는, 기판(2) 상에 형성되는 전도 투명 옥사이드층 상에, 특히, Ti, V, Cr, Zr, Bn, Mo, Hf, Ta로부터 선택된, 전이 금속층을 증착하는 단계와,
상기 전이 금속층의 적어도 일부분을 질화시키는 단계를 포함하는
광전자 디바이스 제조 방법. - 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 질화 단계는,
제 1 유량에 따라 질화 가스의 주입을 행함으로써 적어도 부분적으로 제 1 온도에서 수행되는 제 1 질화 서브단계(En1)와,
상기 제 1 유량과는 구별되는 또는 구별되지 않는 제 2 유량에 따라 상기 질화 가스의 주입을 행함으로써 상기 제 1 온도 이하의 제 2 온도에서 적어도 부분적으로 수행되는 제 2 질화 서브단계(En2)를 포함하는
광전자 디바이스 제조 방법. - 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
주입되는 질화 가스는 암모니아이고,
상기 제 1 온도는 1000℃와 1050℃ 사이이고, 특히 1050℃이며,
상기 제 1 유량은 500*V/8 sccm 내지 2500*V/8 sccm 사이이고, 특히 1600*V/8 sccm 이며,
상기 제 2 온도는 950℃ 내지 1050℃ 사이이고, 특히 1000℃ 이며,
상기 제 2 유량은 500*V/8 sccm 내지 2500*V/8 sccm 사이이고, 특히 500*V/8 sccm 이며,
V 는 대응하는 질화 챔버 내 리터 단위의 총 용량인
광전자 디바이스 제조 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 질화 단계는,
제 1 유량에 따라 질화 가스의 주입을 행함으로써 적어도 부분적으로 제 1 온도에서 수행되는 제 1 질화 서브단계(En1)와,
상기 제 1 유량과는 구별되는 또는 구별되지 않는 제 2 유량에 따라 상기 질화 가스의 주입을 행함으로써 상기 제 1 온도 이상의 제 2 온도에서 적어도 부분적으로 수행되는 제 2 질화 서브단계(En2)를 포함하는
광전자 디바이스 제조 방법. - 제 7 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
주입되는 질화 가스는 암모니아이고,
상기 제 1 온도는 400℃와 1400℃ 사이이고,
상기 제 1 유량은 10*V/18 sccm 내지 4000*V/18 sccm 사이이고, 특히 1200*V/18 sccm 이며,
상기 제 2 온도는 400℃ 내지 1400℃ 사이이고,
상기 제 2 유량은 10*V/18 sccm 내지 4000*V/18 sccm 사이이고, 특히 1200*V/18 sccm 이며,
V 는 대응하는 질화 챔버 내 리터 단위의 총 용량인
광전자 디바이스 제조 방법. - 제 9 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 질화 단계는 50mbar 내지 800mbar 사이, 특히, 100mbar의 압력에 위치한 질화 챔버에서 수행되는
광전자 디바이스 제조 방법. - 제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기다란 요소의 성장 단계는, 제 2 질화 서브단계 후 수행되거나, 상기 제 2 질화 서브단계 중 개시되는
광전자 디바이스 제조 방법. - 제 7 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기다란 요소(4)의 성장 단계는, 갈륨 나이트라이드로부터 상기 기다란 요소를 형성할 수 있도록 Ga의 주입 단계를 포함하고, 상기 기다란 요소(4)는 대응하는 성장 표면(5a)으로부터 연장되는
광전자 디바이스 제조 방법.
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