KR20220104274A - 광전자 반도체 컴포넌트들을 제조하기 위한 방법 및 광전자 반도체 컴포넌트 - Google Patents

광전자 반도체 컴포넌트들을 제조하기 위한 방법 및 광전자 반도체 컴포넌트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광전자 반도체 컴포넌트들(1)을 제조하기 위한 방법에 관한 것이고, 다음 단계들:
- 캐리어(21) 및 일차 광(B)을 발생시키기 위한, 상기 캐리어 상에 설치된 반도체 층 시퀀스(22)를 구비한 일차 광원(2)을 제공하는 단계―이때 상기 반도체 층 시퀀스(22)는 서로 전기적으로 독립적으로 구동 제어 가능한 복수의 픽셀(24)로 구조화되고, 상기 캐리어(21)는 상기 픽셀들(24)을 구동 제어하기 위한 복수의 구동 제어 유닛(23)을 포함함―,
- 상기 일차 광(B)을 이차 광(G, R)으로 변환하도록 설계되어 있는 변환 유닛(3, 4)을 제공하는 단계―이때 상기 변환 유닛(3, 4)은 반도체 재료(31, 41)로부터 통합적으로 성장함―,
- 상기 변환 유닛(3, 4)을 구조화하는 단계―이때 상기 반도체 재료(31, 41)의 부분 영역들은 상기 픽셀들(24)에 상응하게 제거됨― 및
- 남아 있는 반도체 재료(31, 41)가 상기 픽셀들(24)의 일부에 명확하게 할당되도록, 상기 반도체 층 시퀀스(22) 상으로 상기 변환 유닛(3, 4)을 제공하는 단계를 포함한다.

Description

광전자 반도체 컴포넌트들을 제조하기 위한 방법 및 광전자 반도체 컴포넌트{METHOD FOR PRODUCING OPTOELECTRONIC SEMICONDUCTOR COMPONENTS, AND OPTOELECTRONIC SEMICONDUCTOR COMPONENT}
본 발명은 광전자 반도체 컴포넌트들을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 그 밖에 본 발명은 광전자 반도체 컴포넌트에 관한 것이다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 다음의 공개특허공보에 개시되어 있다.
[문헌 1] US 2015-0014716A1 (von Malm 외) 2015.01.15
해결해야 할 과제는, 서로 다른 색상들의 광을 설정 가능하게 방출하고, 그리고 효율적으로 제조 가능한, 복수의 픽셀을 구비한 광전자 반도체 컴포넌트를 제시하는 것이다.
이와 같은 과제는 무엇보다 독립 특허 청구항들의 특징들을 갖는 방법 및 반도체 컴포넌트에 의해 해결된다. 바람직한 개선예들은 종속 청구항들의 대상이다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 본 발명에 따른 방법은 광전자 반도체 컴포넌트들을 제조하기 위해 이용된다. 이 경우, 복수의 반도체 컴포넌트가 하나의 웨이퍼-복합체 내에서 공동으로 제조될 수 있다. 상기 광전자 반도체 컴포넌트들은 색상에서 매칭 가능한 광을 발생시키기 위해 설계되어 있다. 제조된 반도체 컴포넌트들은 예를 들어 표시 장치들, 디스플레이들로 이용되거나, 또는 예를 들어 자동자의 매칭 가능한 방출 특성을 갖는 전조등에서 이용된다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 본 발명에 따른 방법은 일차 광원을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 일차 광원은 일렉트로루미네선스(electroluminescence)를 통해 전자기 방사선, 특히 일차 광을 발생시킨다. 상기 일차 광으로는, 예를 들어 최소 420㎚ 또는 435㎚ 및/또는 최대 480㎚ 또는 460㎚의 최대 강도의 파장을 갖는 바람직하게 청색 광이 고려된다.
상기 일차 광원은 대안적으로 또는 추가적으로 다른 파장 범위들의 전자기 방사선을 발생시킬 수 있다. 상기 일차 광원은 예를 들어 청색 광에 대해 대안적으로 또는 추가적으로, 예를 들어 최소 365㎚ 및/또는 최대 420㎚의 최대 강도의 파장을 갖는 자외선을 발생시킬 수 있다. 상기 일차 광원은 예를 들어 청색 광에 대해 대안적으로 또는 추가적으로, 예를 들어 최소 485㎚ 및/또는 최대 575㎚의 최대 강도의 파장을 갖는 녹색 광을 발생시킬 수 있다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 일차 광원은 캐리어를 포함한다. 상기 캐리어는 복수의 구동 제어 유닛을 포함한다. 특히 상기 캐리어로는, 트랜지스터들 및/또는 스위칭 유닛들 및/또는 제어 유닛들을 포함하는, 실리콘에 기초한 반도체 캐리어가 고려된다. 상기 구동 제어 유닛들은 CMOS-기술로 생성될 수 있다. 상기 캐리어는 바람직하게 실리콘 또는 게르마늄과 같은 반도체 재료에 기초한다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 캐리어 상에 반도체 층 시퀀스가 설치되어 있다. 상기 반도체 층 시퀀스는 일차 방사선을 발생시키기 위해 설계되어 있다. 이를 위해, 상기 반도체 층 시퀀스는 하나 이상의 활성 구역을 포함한다. 상기 반도체 층 시퀀스는 바람직하게 Ⅲ-Ⅴ-화합물 반도체 재료에 기초한다. 상기 반도체 재료로는 예를 들어 AlnIn1-n-mGamN과 같은 질화물-화합물 반도체 재료 또는 AlnIn1-n-mGamP와 같은 인화물-화합물 반도체 재료 또는 AlnIn1-n-mGamAs 또는 AlnGamIn1-n-mAskP1-k와 같은 비화물-화합물 반도체 재료가 고려되며, 이때 각각 0≤n≤1, 0≤m≤1 및 n＋m≤1, 그리고 0≤k＜1이다. 이 경우, 바람직하게 상기 반도체 층 시퀀스의 하나 이상의 층 또는 모든 층들에 대해 0＜n≤0.8, 0.4≤m＜1 및 n＋m≤0.95, 그리고 0＜k≤0.5가 적용된다. 이 경우, 상기 반도체 층 시퀀스는 도펀트들 및 추가 성분들을 포함할 수 있다. 그러나 간소화를 위해, 상기 반도체 층 시퀀스의 결정 격자의 주요 성분들이 부분적으로 소량의 추가 물질들에 의해 대체 및/또는 보충될 수 있는 경우에도, 단지 상기 반도체 층 시퀀스의 결정 격자의 주요 성분들, 즉 Al, As, Ga, In, N 또는 P만이 제시되어 있다.
본 발명에 따른 방법의 하나 이상의 실시 형태에 따르면, 평면도 상으로 볼 때, 반도체 층 시퀀스는 서로 전기적으로 독립적으로 구동 제어 가능한 복수의 픽셀로 구조화된다. 이와 같은 구조화 공정은 특히 상기 반도체 층 시퀀스의 일부의 재료를 제거함으로써 이루어진다. 다른 말로 하면, 상기 반도체 층 시퀀스는 예컨대 에칭 공정(etching)에 의해 구조화된다. 바람직하게 이웃한 픽셀들 사이에서 상기 반도체 층 시퀀스로부터의 재료 제거가 이루어진다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 픽셀들은 서로 전기적으로 독립적으로 전기 접촉되고, 그리고 서로 독립적으로 구동 제어 가능하다. 서로 독립적인 구동 제어 공정은 캐리어 내 구동 제어 유닛들을 통해 이루어진다. 바람직하게 상기 픽셀들 각각에 상기 캐리어의 구동 제어 유닛들 중 정확히 하나의 구동 제어 유닛이 할당되어 있고, 역으로 상기 구동 제어 유닛들 각각에 정확히 하나의 픽셀이 할당되어 있다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 본 발명에 따른 방법은 하나 또는 복수의 변환 유닛을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 하나 이상의 변환 유닛은, 일차 광을 부분적으로 또는 완전히 흡수하여 하나 이상의 이차 광으로 변환하도록 설계되어 있다. 상기 이차 광의 발생은 상기 일차 광으로부터의 포토루미네선스(photoluminescence)를 통해 이루어진다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 변환 유닛 또는 모든 변환 유닛들은 하나 이상의 반도체 재료로부터 각각 통합적으로 성장한다. 특히 각각의 변환 유닛은 에피택셜 성장한다. 상기 변환 유닛들은, 일차 광원의 반도체 층 시퀀스와 동일한 반도체 재료들에 기초할 수 있거나, 또는 이와 다른 반도체 재료들에 기초할 수 있다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 변환 유닛들은 이차 광을 발생하기 위해 각각 단일-양자 우물 구조물 또는, 바람직하게, 다중-양자 우물 구조물을 포함한다. 즉 상기 변환 유닛들은 복수의 반도체 층의 시퀀스로 이루어질 수 있다. 측면 방향으로, 특히 캐리어의 주 연장 방향에 대해 평행하게, 상기 변환 유닛들의 조성은 바람직하게 전혀 변경되지 않거나, 또는 두드러지게 변경되지 않는다. 다른 말로 하면, 상기 변환 유닛들의 반도체 층들은 개별적인 전체 변환 유닛에 걸쳐서 연장되는데, 바람직하게 제조 허용 오차들의 범주 내에서 변경되지 않는 조성으로 연장된다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 변환 유닛들은 구조화된다. 구조화 공정 시에는 부분 영역들에서, 상기 변환 유닛들을 구성하는 반도체 재료가 제거된다. 바람직하게 상기 부분 영역들에서 상기 반도체 재료가 완전히 제거됨으로써, 결과적으로 평면도 상으로 볼 때, 상기 변환 유닛들 내에 리세스들 및/또는 홀들이 생성된다. 계속해서, 개별적인 변환 유닛의 반도체 재료에 의해 서로 연결되어 있지 않은, 단지 상기 변환 유닛들의 반도체 재료의 섬들만이 남아 있는 것이 가능하다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 하나 이상의 변환 유닛의 구조화 공정은 반도체 층 시퀀스의 픽셀들에 상응하게 이루어진다. 예를 들어, 상기 반도체 층 시퀀스를 상기 픽셀들로 구조화한 것과 동일한 패턴이 반도체 재료의 구조화 공정 시에 사용된다. 그에 따라, 상기 픽셀들의 적어도 일부를 변환 유닛의 반도체 재료의 각 영역에 할당하는 것이 가능함으로써, 결과적으로 상응하는 픽셀이 작동 중에 이차 광을 발생시킨다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 반도체 층 시퀀스 상으로 구조화된 변환 유닛이 제공된다. 그럼으로써, 변환 유닛들의 구조화 공정 이후에 남아 있는 반도체 재료가 픽셀들의 일부에 할당된다. 이와 같은 할당은 바람직하게 일대일 대응하도록 이루어진다.
하나 이상의 실시 형태에서 본 발명에 따른 방법은 광전자 반도체 컴포넌트들을 제조하기 위해 설계되어 있고 다음 단계들을, 예를 들어 제시된 순서로 포함한다:
- 캐리어 및 일차 광을 발생시키기 위한, 상기 캐리어 상에 설치된 반도체 층 시퀀스를 구비한 일차 광원을 제공하는 단계―이때 평면도 상으로 볼때, 상기 반도체 층 시퀀스는 서로 전기적으로 독립적으로 구동 제어 가능한 복수의 픽셀로 구조화되고, 상기 캐리어는 상기 픽셀들을 구동 제어하기 위한 복수의 구동 제어 유닛을 포함함―,
- 상기 일차 광을 하나 이상의 이차 광으로 변환하도록 설계되어 있는 하나 이상의 변환 유닛을 제공하는 단계―이때 상기 변환 유닛은 하나 이상의 반도체 재료로부터 통합적으로 성장함―,
- 상기 변환 유닛을 구조화하는 단계―이때 상기 반도체 재료의 부분 영역들은 상기 픽셀들에 상응하게 제거됨― 및
- 남아 있는 반도체 재료가 상기 픽셀들의 일부에 명확하게 할당되도록, 상기 반도체 층 시퀀스 상으로 상기 변환 유닛을 제공하는 단계.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 일차 광원은, 간행물 DE 10 2014 101 896 A1호 또는 DE 10 2014 105 999 A1호에 제시되어 있는 바와 같이 구성되어 있다. 일차 광원과 관련하여 이와 같은 간행물들의 공개 내용은 인용의 방식으로 본 출원서에 수용된다. 구동 제어 유닛들을 구비한 캐리어 및 픽셀들로 구조화된 반도체 층 시퀀스를 포함하는 이러한 일차 광원들은 마이크로 발광 다이오드, 축약해서 마이크로-LED로도 지칭된다.
마이크로-LED들은 대부분 단색 방출 컴포넌트들이다. 3개의 단색 방출 마이크로-LED, 다시 말해 적색 광의 마이크로-LED, 녹색 광의 마이크로-LED 및 청색 광의 마이크로-LED에 의해 유색 이미지를 발생할 수 있기 위해, 상기 마이크로-LED들로부터 방출된 광이 프리즘을 통해 혼합 및 중첩될 수 있다. 계속해서, 개별적인 픽셀의 방출로부터 직접 유색 이미지를 발생하는 것이 가능하며, 이때 하나의 반도체 재료로부터 서로 다른 색상을 방출하는 개별적인 픽셀들이 측면으로 서로 나란히 배치되거나, 또는 수직으로 서로 겹쳐서 배치될 수 있다. 그러나 이러한 배치들은, 개별적인 픽셀들이 개별적으로 위치 설정되어야 함으로써, 단지 매우 복잡하게만 제조되거나, 또는 추가 광학 소자들을 포함한다.
이와 달리 본 출원서에서 기술되는 방법에 의해서는 마이크로-LED 형태의 반도체 컴포넌트가 효율적으로 제조되며, 이때 개별적인 픽셀들은 단 하나의 반도체 층 시퀀스로부터 비롯된다. 하나 이상의 변환 유닛을 제공함으로써, 효율적으로 제조 가능한 소형의 구조로, 서로 다른 색상들을 방출하는 픽셀들이 생성된다. 이는 특히, 상기 픽셀들로 상기 반도체 층 시퀀스를 분할함에 따라서 상기 변환 유닛들을 구조화함으로써 달성된다. 이 경우, 상기 변환 유닛들뿐만 아니라 상기 반도체 층 시퀀스도 웨이퍼-평면 상에 제조 가능하다.
상기 변환 유닛들 내 포토루미네선스를 통해 서로 다른 색상들이 발생함으로써, 마이크로-LED 형태의 단색 방출 일차 광원을 사용하는 것이 가능하다. 이 경우, 전기 접촉부들 및 패시베이션 층들을 설계하는 것이, 다른 해결책들과 비교해서 비교적 간단하면서 효율적이다. 상기 변환 유닛들을 위해 에피택셜 성장한 반도체 층들을 사용하는 것은, 서로 다른 파장들에서 방출하는 복수의 층을 포함하는 층 스택이 생성되도록 한다. 그뿐 아니라 상기 변환 유닛들의 이러한 반도체 층들에 의해, 특히 청색 광에 대해 높은 흡수율을 설정하는 것이 가능함으로써, 결과적으로 일차 광의 국부적인 완전 변환이 달성될 수 있다. 또한, 각각의 포토루미네선스 광선의 협대역 스펙트럼들이 달성 가능하며, 이는 예를 들어 디스플레이 적용예들에서 큰 개멋-범위(gamut area)를 규정한다. 상기 반도체 층 시퀀스 상부의 특정 장소에서 특히 바람직하게 단 하나의 변환 유닛만이 존재하기 때문에, 바람직하지 않은 흡수율 손실이 방지 가능하다. 상기 변환 유닛들의 반도체 재료 영역들 사이의 중간 공간들을 충전하기 위해 평탄화 공정들을 사용함으로써, 기계적 안정화가 가능하다. 그뿐 아니라 상기 변환 유닛들은 직접 본딩(direct bonding)을 통해 상기 일차 광원 상으로 제공될 수 있다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 픽셀들로 반도체 층 시퀀스의 구조화 공정 시에 상기 반도체 층 시퀀스의 남아 있는 영역들의 위치가 서로 상대적으로 변동되지 않는다. 다른 말로 하면, 개별적인 픽셀들의 영역들이 예컨대 추후의 위치 설정 방법에 의해 비로소 나란히 배치되는 것이 아니라, 오히려 후속하는 재배치 또는 위치 변동 없이, 상기 픽셀들은 상기 반도체 층 시퀀스로부터 직접 생성된다. 이는 바람직하게 변환 유닛들의 구조화 공정에도 적용된다. 다시 말해, 상기 변환 유닛들의 반도체 재료의 남아 있는 부분 영역들도 자체 위치와 관련하여 구조화 공정 이후에 또는 구조화 공정 시에 서로 상대적으로 변동되지 않는다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 반도체 층 시퀀스 상으로 복수의 변환 유닛이 제공된다. 바람직하게 정확히 2개의 변환 유닛이 설치된다. 이 경우, 제1 변환 유닛은 청색 광이 녹색 광으로 변환되도록 이용되고, 제2 변환 유닛은 청색 광이 적색 광으로 변환되도록 이용된다. 일차 광원이 자외선을 방출하고 청색 광은 전혀 방출하지 않거나 거의 방출하지 않는다면, 바람직하게 청색 광을 발생시키기 위해 제3 변환 유닛이 존재한다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 변환 유닛들의 반도체 층들은 공동의 성장 기판상에서 겹쳐서 성장한다. 다른 말로 하면, 상기 변환 유닛들은 통합적으로 성장하는 공동의 반도체 층 시퀀스를 나타낼 수 있다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 변환 유닛들 중 하나 또는 복수의 변환 유닛은 여전히 공동의 성장 기판상에서 구조화된다. 상기 구조화 공정은 예를 들어 포토리소그래피(photolithography) 및 에칭 공정을 통해 이루어진다. 바람직하게 상기 변환 유닛들은 시간에 따라 연속적으로 구조화된다.
본 발명에 따른 방법의 하나 이상의 실시 형태에 따르면, 변환 유닛들 중 단 하나의 변환 유닛만이 공동의 성장 기판상에서 구조화된다. 이와 같은 변환 유닛의 구조화 공정 이후에 상기 변환 유닛들 및 상기 공동의 성장 기판으로 이루어진 복합체는 반도체 층 시퀀스에, 바람직하게 웨이퍼 본딩(wafer bonding)에 의해 고정된다. 후속하여, 예를 들어 레이저 처리 공정, 에칭 공정 및/또는 그라인딩 공정(grinding)과 같은 기계적 방법들에 의해 상기 성장 기판의 분리가 이루어진다. 마침내 하나 이상의 추가 변환 유닛이 구조화되고, 이때 이와 같은 구조화 공정은 일차 광원의 반도체 층 시퀀스에서 이루어진다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 일차 광원의 반도체 층 시퀀스 상에 복수의 변환 유닛이 제공된다. 이 경우, 상기 변환 유닛들 각각은 자체 성장 기판상에서 성장한다. 다시 말해, 상기 변환 유닛들은 각각 별도로 제조된, 자체 반도체 층 시퀀스를 나타낸다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 변환 유닛들의 구조화 공정은 각각 할당된 성장 기판상에서 이루어진다. 그에 따라 반도체 층 시퀀스에서 직접 이루어지는 상기 변환 유닛들의 구조화 공정이 방지 가능하다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 상응하는 변환 유닛의 구조화 공정 이후에 하나 또는 복수의 평탄화 층이 제공된다. 상기 평탄화 층은 방사선 투과성 재료로 형성되어 있고, 바람직하게 무기 재료들, 예를 들어 산화규소 또는 산화알루미늄과 같은 산화물 또는 질화규소 또는 질화알루미늄과 같은 질화물로 구성된다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 평탄화 층에 의해, 반도체 재료의 구조화 공정으로부터 비롯된 변환 유닛들의 섬 형태의 개별적인 영역들이 서로 기계적으로 단단하게 연결된다. 이 경우, 상기 평탄화 층의 하나의 재료가 상기 변환 유닛들의 반도체 재료에 직접 위치할 수 있다. 대안적으로, 상기 평탄화 층의 재료와 상기 변환 유닛들의 반도체 재료 사이에 코팅부, 특히 광학적 절연부 또는 미러와 같은 광학적으로 기능화된 코팅부가 위치하는 것이 가능하다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 평탄화 층은 할당된 성장 기판을 등지는 해당 변환 유닛의 측면을 부분적으로 또는 완전히 덮는다. 이 경우, 상기 평탄화 층은 이와 같은 측면을 영구적으로 덮거나, 또는 특정 제조 단계들 동안에 단지 일시적으로만 덮을 수 있다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 변환 유닛들은 각각 별도의 성장 기판들상에서 성장한다. 후속하여 상기 변환 유닛들은 상기 성장 기판들의 분리 이전에, 특히 중간층과 함께, 또는 중간층 없이 직접 본딩에 의해 서로 고정된다. 그럼으로써 상기 변환 유닛들로 이루어진 층 시퀀스가 생성된다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 변환 유닛들로 이루어진 층 시퀀스는 구조화되고, 이때 특히 상기 변환 유닛들 중 단 하나의 변환 유닛만이 구조화된다. 후속하여 이와 같은 층 시퀀스는 일차 광원의 반도체 층 시퀀스에 고정된다. 그런 다음 남아 있는 성장 기판이 제거될 수 있다. 그 후 이전에 아직 구조화되지 않은 변환 유닛이 구조화될 수 있다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 웨이퍼 본딩에 의해 변환 유닛들이 서로 고정되거나, 또는 상기 변환 유닛들이 반도체 층 시퀀스에 고정된다. 이 경우, 중간층이 없는 웨이퍼 본딩, 특히 소위 직접 본딩 또는 양극 본딩(anodic bonding)이 고려될 수 있다. 대안적으로 특히 산화물 또는 질화물의 중간층이 사용될 수 있으며, 웨이퍼 본딩으로는 예컨대 공융 본딩(eutectic bonding), 유리 본딩 또는 접착 본딩이 고려된다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 캐리어와 상기 캐리어를 등지는 변환 유닛들의 광 출력면 사이의 광 경로는 유기 재료를 포함하지 않는다. 다른 말로 하면, 광은 반도체 컴포넌트 내부에서 오로지 무기 재료들만을 통과한다. 그럼으로써 긴 수명이 달성 가능하고, 특히 청색 광의 높은 출력 밀도들이 달성 가능하다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 픽셀들 중 몇몇 픽셀에는 어떠한 변환 유닛도 할당되지 않는다. 이와 같은 픽셀들로부터 파장 변환 없이 일차 광이 방출된다. 계속해서 나머지 픽셀들에 변환 유닛들 중 각각 정확히 하나의 변환 유닛이 할당된다. 그에 따라 상기 픽셀들에서 서로 겹쳐진 변환 유닛들이 존재하지 않는다. 예를 들어, 청색 광을 방출하는, 파장 변환 없이 일차 광을 방출하는 픽셀들이 존재한다. 추가로, 녹색 광을 방출하는, 파장 변환 없이 일차 광을 방출하는 픽셀들이 존재할 수 있다. 이와 같은 경우에 예를 들어, 청색 및 녹색 광이 전기적으로 펌핑 된(electrically pumped) 층 스택을 통해 발생하고, 적색 광은 광학적으로 펌핑 된(optically pumped) 반도체 층을 통해 발생하는 것이 가능하다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 복수의, 특히 정확히 3개의 서로 다른 색상을 방출하는 픽셀이 하나의 표시 영역으로 통합된다. 이러한 표시 영역들은 유색 픽셀로도 지칭된다. 상기 표시 영역들은 서로 다른 색상의 광을 설정 가능하게 방출할 수 있다. 표시 영역들로 픽셀들을 배치함으로써, 반도체 컴포넌트에 의해 이미지들, 영상들 또는 가변적인 광대(light pattern)를 나타내는 것이 가능하다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 이웃한 픽셀들 및/또는 이웃한 표시 영역들은 중간벽에 의해 서로 광학적으로 절연되어 있다. 상기 중간벽은 하나 또는 복수의 광 비투과성 재료로 이루어질 수 있다. 상기 중간벽은 발생한 방사선에 대해 흡수성 또는 반사성을 가질 수 있다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 중간벽은 변환 유닛을 통해 완전히 연장된다. 이 경우, 상기 중간벽은 반도체 층 시퀀스와 같은 높이에서 종료하거나, 또는 상기 반도체 층 시퀀스를 부분적으로 또는 완전히 통과하는 것도 가능하다. 상기 중간벽이 상기 반도체 층 시퀀스 내로 돌출하면, 상기 중간벽은 예를 들어 전기 절연성 재료로 형성되어 있거나, 또는 상기 반도체 층 시퀀스에 대해 전기적으로 절연되도록 구현되어 있다. 대안적으로, 예를 들어 반도체 층 시퀀스의 n-전도성 측면이 중간벽을 통해 전기적으로 접촉되는 것도 가능하며, 그에 따라 상기 중간벽에 의해 픽셀들에 걸쳐서 공동의 전기 접촉부가 구현될 수 있다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 반도체 층 시퀀스는 모든 픽셀들에 걸쳐서 연속적으로, 그리고 통합적으로, 그리고 바람직하게 간극 없이 연장된다. 대안적으로 반도체 층 시퀀스는 이웃한 픽셀들 및/또는 표시 영역들 사이의 영역들에서 완전히 제거됨으로써, 결과적으로 상기 픽셀들 또는 표시 영역들은 상기 반도체 층 시퀀스로부터 비롯된 섬들에 의해 구현되어 있다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 반도체 층 시퀀스를 향해 있는 변환 유닛들의 측면에 하나 이상의 미러층이 제공되어 있다. 상기 하나 또는 복수의 미러층은 할당된 변환 유닛 내에서 발생한 이차 광에 대해 비투과성을 갖거나, 또는 전반적으로 비투과성을 갖는다. 바람직하게 상기 미러층들은 이와 같은 이차 광을 반사시키기 위해 설계되어 있다. 특히 상기 미러층들은 일차 광에 대해 투과성을 갖고, 예컨대 다이크로익 미러(dichroic mirror)에 의해 구현되어 있다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 캐리어를 등지는 변환 유닛들의 측면에 하나 이상의 필터층이 위치한다. 상기 필터층은 일차 광에 대해 비투과성을 갖고, 이차 광에 대해 투과성을 갖는다. 이 경우, 상기 필터층은 일차 광에 대해 흡수 작용하거나, 또는 반사 작용할 수 있다. 선택적으로, 상기 필터층은 이차 광의 반사 방지 층으로 형성되는 것이 가능하다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 필터층 및/또는 미러층은 할당된 변환 유닛을 완전히 덮는다. 대안적으로 할당된 변환 유닛은 필터층 및/또는 미러층에 의해 단지 부분적으로만 덮여 있다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 변환 유닛들 중 하나 이상의 변환 유닛 또는 모든 변환 유닛들 및/또는 반도체 층 시퀀스는 최소 1㎛ 또는 2㎛ 및/또는 최대 15㎛ 또는 10㎛ 또는 6㎛의 두께를 갖는다. 다른 말로 하면, 상기 변환 유닛들 및 상기 반도체 층 시퀀스는 두께가 얇다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 평면도 상으로 볼 때, 픽셀들은 최소 2㎛ 또는 3㎛ 또는 10㎛의 평균 지름을 갖는다. 대안적으로 또는 추가적으로 상기 평균 지름은 최대 300㎛ 또는 200㎛ 또는 80㎛이다. 특히 이와 같은 값들은 상기 평균 지름에만 적용되는 것이 아니라, 평면도 상으로 볼 때, 픽셀들이 정사각형 또는 직사각형으로 형성되어 있는 경우에, 픽셀들의 평균 에지 길이에도 적용된다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 이웃한 픽셀들 사이의 간격은 최소 0.3㎛ 또는 0.5㎛ 또는 1㎛ 및/또는 최대 10㎛ 또는 6㎛ 또는 3㎛이다. 상기 픽셀들 사이의 간격은 바람직하게 상기 픽셀들의 평균 지름의 최대 25％ 또는 10％ 또는 3％이다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 완성된 반도체 컴포넌트는 10개 이상 또는 100개 이상 또는 1000개 이상의 픽셀을 포함한다. 대안적으로 또는 추가적으로 픽셀들의 개수는 최대 108개 또는 107개 또는 106개 또는 105개이다. 동일한 사실은 표시 영역들의 개수에 적용될 수 있다.
그 밖에 본 발명은 광전자 반도체 컴포넌트에 관한 것이다. 상기 반도체 컴포넌트는 바람직하게, 위에 언급된 실시 형태들 중 하나 또는 복수의 실시 형태와 관련하여 제시된 것과 같은 방법에 의해 제조된다. 따라서 상기 방법의 특징들은 상기 반도체 컴포넌트를 위해서도 공지되고, 역으로 상기 반도체 컴포넌트의 특징들이 상기 방법을 위해 공지된다.
하나 이상의 실시 형태에서 광전자 반도체 컴포넌트는 일차 광원을 포함하고, 상기 일차 광원은 캐리어 및 일차 광을 발생시키기 위한, 상기 캐리어 상에 설치된 반도체 층 시퀀스를 포함한다. 계속해서 상기 반도체 컴포넌트는 하나 이상의 반도체 재료로 이루어진 하나 이상의 변환 유닛을 포함하고, 이때 상기 변환 유닛은, 상기 일차 광을 포토루미네선스를 통해 하나 이상의 이차 광으로 변환하도록 설계되어 있다. 상기 반도체 층 시퀀스와 상기 변환 유닛은 서로 개별적으로 제조되고, 통합적으로 성장하지 않는다. 평면도 상으로 볼 때, 상기 반도체 층 시퀀스는 서로 전기적으로 독립적으로 구동 제어 가능한 복수의 픽셀들로 구조화되어 있다. 상기 캐리어는 상기 픽셀들을 구동 제어하기 위한 복수의 구동 제어 유닛을 포함하고, 상기 구동 제어 유닛들은 바람직하게 상기 픽셀들에 대해 일대일 대응한다. 상기 픽셀들 중 몇몇 픽셀에는 어떠한 변환 유닛도 할당되지 않음으로써, 결과적으로 이와 같은 픽셀들은 일차 광을 방출하고, 이때 남아 있는 픽셀들에는 각각 정확히 하나의 변환 유닛이 할당되어 있다.
서로 다른 색상을 방출하는 복수의 픽셀은 하나의 표시 영역으로 통합되고, 상기 표시 영역은, 색상과 관련하여 설정 가능한 광을 방출하도록 설계되어 있다. 또한, 상기 캐리어와 상기 캐리어를 등지는 변환 유닛의 광 출력면 사이의 광 경로는 유기 재료들을 포함하지 않는다.
후속하여 본 출원서에서 기술되는 방법 및 본 출원서에서 기술되는 반도체 컴포넌트가 도면을 참조하여 실시예들에 의해 더 상세하게 설명된다. 이 경우, 개별적인 도면들에서 동일한 도면 부호들은 동일한 소자들을 지시한다. 그러나 이때 척도에 따른 기준들이 도시되어 있지 않으며, 오히려 개별적인 소자들은 더 나은 이해를 위해 과도하게 크게 도시될 수 있다.
도 1 내지 도 3 및 도 6은 본 출원서에서 기술되는 광전자 반도체 컴포넌트들을 제조하기 위한 본 출원서에서 기술되는 방법의 실시예들의 방법 단계들을 나타내는 개략적인 단면도들이고,
도 4, 도 5 및 도 7은 본 출원서에서 기술되는 광전자 반도체 컴포넌트들의 실시예들을 나타내는 개략적인 단면도들이다.
도 1에는 광전자 반도체 컴포넌트들(1)을 제조하기 위한 하나의 방법이 개략적으로 나타나 있다. 도 1a에 따르면, 성장 기판(5)이 제공된다. 상기 성장 기판(5)은 예를 들어 GaAs-기판이다. 상기 성장 기판(5)상으로 2개의 변환 유닛(3, 4)의 2개의 반도체 재료(31, 41)가 성장한다. 이 경우, 우선 적색 광을 발생시키기 위한 제2 반도체 재료(41)가 성장하고, 그런 다음 녹색 광을 발생시키기 위한 제1 반도체 재료(31)가 성장한다.
상기 2개의 반도체 재료(31, 41)는 예컨대 InGaAlP에 기초한다. 적색 광을 발생시키기 위한 상기 제2 반도체 재료(41)는 바람직하게 InGaAlP에 기초한다. InGaAlP에 대해 대안적으로 상기 제1 반도체 재료(31)는, 예를 들어 사파이어 기판상에서 성장한 InGaN에 기초할 수도 있다. 이러한 광 투과성 사파이어 기판은 도 1의 도시 내용과 다르게, 여전히 상기 반도체 재료(31)에 설치된 상태로 남아 있을 수도 있다. 상기 반도체 재료들(31, 41)은 각각 복수의 층으로 구성되어 있고, 바람직하게 다중 양자 우물 구조물을 포함하며, 상기 다중 양자 우물 구조물에 의해 포토루미네선스를 통해 녹색 또는 적색의 이차 광이 발생 가능하다.
다중 양자 우물 구조물은 예를 들어 10개 또는 그보다 많은 양자 우물 구조물을 포함할 수 있다. 제1 반도체 재료(31) 내 다중 양자 우물 구조물은 예를 들어 20개 또는 그보다 많은 양자 우물 구조물을 포함할 수 있다. 또한, 제1 반도체 재료(31) 내 다중 양자 우물 구조물은 예를 들어 100개 또는 그보다 적은 양자 우물 구조물을 포함할 수 있다. 제2 반도체 재료(41) 내 다중 양자 우물 구조물은 예를 들어 20개 또는 그보다 많은 양자 우물 구조물을 포함할 수 있다. 또한, 제2 반도체 재료(41) 내 다중 양자 우물 구조물은 예를 들어 100개 또는 그보다 적은 양자 우물 구조물을 포함할 수 있다. 하나의 실시 형태에 따르면, 제1 및/또는 제2 반도체 재료 내 양자 우물 구조물들의 개수는 20개 내지 50개이다. 제1 반도체 재료(31) 내 양자 우물 구조물들의 개수와 제2 반도체 재료(41) 내 양자 우물 구조물들의 개수는 서로 다를 수 있다. 또한, 제1 및/또는 제2 반도체 재료(31, 41) 내 양자 우물 구조물들의 개수는 일차 광원(2)의 반도체 층 시퀀스(22) 내 양자 우물 구조물들의 개수보다 클 수 있다.
도 1b의 방법 단계에서는, 상기 제1 반도체 재료(31)가 구조화된다는 사실이 확인된다. 이 경우, 특히 에칭 공정을 통해, 상기 제1 반도체 재료(31)가 부분적으로 완전히 제거됨으로써, 결과적으로 국부적으로 상기 제2 반도체 재료(41)가 노출된다. 그 밖에 상기 제2 반도체 재료(41)는 이와 같은 구조화 공정에 의해 영향을 받지 않는다.
상기 제1 반도체 재료(31)의 구조화 공정은 예를 들어 습식 화학 또는 건식 화학 에칭 공정을 통해 이루어진다. 이 경우, 상기 제1 반도체 재료(31)의 남아 있는 섬 형태의 개별적인 영역들은 상기 반도체 컴포넌트(1)의 픽셀들(24)의 크기에 상응한다. 상기 섬 형태의 영역들은 예를 들어 최소 3㎛ 및/또는 최대 200㎛의 에지 길이를 갖는다. 평면도 상으로 볼 때, 이와 같은 영역들은 예를 들어 정사각형, 직사각형, 원형 또는 육각형이다. 이와 같은 영역들은 직사각 패턴 내에 직각으로 배치되거나, 또는 육각형으로 배치될 수도 있다. 상응하는 내용은 상기 제2 반도체 재료(41)에도 적용되며, 모든 다른 실시예들과 관련해서도 적용된다.
도 1c의 방법 단계에서는 평탄화 층(73)이 평탄하게 증착된다. 상기 평탄화 층(73)은 바람직하게 전기적으로 절연성의 유전체 재료, 예를 들어 이산화규소로부터 제조된다. 상기 평탄화 층(73)에 의해 상기 제1 반도체 재료(31)의 남아 있는 섬 형태의 영역들 사이의 중간 공간들이 충전됨으로써, 결과적으로 전체적으로 동일하게 유지되는 일정한 두께의 층이 생성된다. 계속해서 상기 평탄화 층(73)에 의해 상기 제1 반도체 재료(31)의 섬 형태의 영역들은 서로 단단하게 연결되어 있다. 상기 평탄화 층(73)은 상기 제1 반도체 재료(31)와 함께 제1 변환 유닛(3)을 형성한다.
도 c1)에 따르면, 상기 평탄화 층(73)은 상기 제1 반도체 재료(31)와 동일한 두께를 가짐으로써, 결과적으로 상기 제1 반도체 재료(31)와 상기 평탄화 층(73)은 상기 성장 기판(5)으로부터 멀어지는 방향으로 서로 같은 높이에서 종료한다. 이와 다르게, 도 c2)에는, 상기 평탄화 층(73)의 두께가 상기 제1 반도체 재료(31)의 두께보다 크다는 사실이 나타나 있다. 상기 성장 기판(5)을 등지는 측면에서 상기 제1 반도체 재료(31)는 상기 평탄화 층(73)에 의해 완전히 덮여 있다. 상기 평탄화 층(73)은 상기 제1 반도체 재료(31)와 함께 재차 동일하게 유지되는 일정한 두께를 갖는다. 이와 같은 두께는 예를 들어 최소 5㎛ 및/또는 최대 12㎛이고, 이때 상기 평탄화 층(73)은 상기 제1 반도체 재료(31)를 바람직하게 최대 5㎛ 또는 2㎛ 또는 1㎛만큼 돌출한다. 이는 바람직하게 모든 다른 실시예들에서도 적용된다.
도 c1) 및 도 c2)에서 나타나 있는 바와 같은, 상기 평탄화 층(73)과 관련한 변형예들은 상응하게 모든 다른 실시예들에서도 존재할 수 있다. 도시를 간소화하기 위해, 후속하여 이와 같은 변형예들 중 각각 단 하나의 변형예만이 나타나 있다.
도 1d에서는, 도 c1)의 복합체, 또는 대안적으로 도 c2)의 복합체가 일차 광원(2)에 설치된다는 사실이 확인된다. 이와 같은 설치는 바람직하게 직접 본딩을 통해 이루어진다. 이 경우, 도 1d에서 확인되는 바와 같이, 상기 도 c1)의 복합체는 상기 일차 광원(2)의 반도체 층 시퀀스(22)와 직접 연결될 수 있다. 대안적으로, 예컨대 이산화규소로 이루어진 도시되지 않은 중간층이 접착 촉진을 위해 상기 일차 광원(2)과 상기 도 c1)의 복합체 사이에 제공되는 것이 가능하다. 대안적으로 접착 촉진을 위해 도 c2)의 평탄화 층(73)이 이용될 수 있다.
상기 일차 광원(2)은 추가로 캐리어(21)를 포함한다. 상기 캐리어(21) 내에는 복수의 구동 제어 유닛(23)이 위치한다. 상기 캐리어(21)는 바람직하게 규소에 기초하고, 상기 구동 제어 유닛들(23)은 CMOS-기술로 상기 캐리어(21) 내에 생성되어 있다. 상기 반도체 층 시퀀스(22)는 AlInGaN에 기초하고, 청색 광을 발생시키기 위해 설계되어 있다. 이 경우, 상기 반도체 층 시퀀스(22)는 복수의 픽셀(24)로 분할되어 있다. 상기 픽셀들(24) 각각은 바람직하게 상기 구동 제어 유닛들(23) 중 정확히 하나의 구동 제어 유닛에 할당되어 있고, 역으로 상기 구동 제어 유닛들 각각은 정확히 하나의 픽셀에 할당되어 있다.
이웃한 픽셀들(24) 사이에는 선택적으로 분리 영역들(26)이 위치한다. 상기 분리 영역들(26)을 통해 개별적인 픽셀들(24)의 상호 전기적 및/또는 광학적 절연이 달성 가능하다. 상기 반도체 층 시퀀스(22)는, 예를 들어 충전되지 않은 또는 충전된 트렌치들(trenchs)에 의해 구현된 상기 분리 영역들(26)에 의해 단지 부분적으로만 중단되고, 통합적인 층으로서 전체 캐리어(21)에 걸쳐서 연장된다. 평면도 상으로 볼 때, 상기 픽셀들(24)은 예를 들어 직사각형, 정사각형, 원형 또는 육각형으로 형성되어 있다.
도 1e의 방법 단계에서는 도 1d의 성장 기판(5)이 제거되어 있다. 상기 성장 기판(5)의 분리는 예를 들어 그라인딩 공정, 폴리싱 공정(polishing), 습식 에칭 공정 또는 건식 에칭 공정에 의해, 레이저 박리법 또는 상기 공정들의 조합들에 의해 이루어진다.
후속하여(도 1f 참조), 이전에 상기 제1 반도체 재료(31)가 구조화된 것과 동일한 방식으로 상기 제2 반도체 재료(41)가 구조화되고, 이때 상기 구조화 공정은 상기 반도체 층 시퀀스(22)에서 수행된다. 상기 반도체 층 시퀀스(22)는 이와 같은 구조화 공정에 의해 영향을 받지 않는다. 마찬가지로 추가 평탄화 층(73)의 제공이 이루어진다. 상기 추가 평탄화 층(73)은 상기 제2 반도체 재료(41)와 함께 제2 변환 유닛(4)을 형성한다.
상기 2개의 반도체 재료(31, 41)의 남아 있는 섬 형태의 영역들은 상기 픽셀들(24)을 위한 상기 반도체 층 시퀀스(22)의 영역들과 동일한 크기를 갖는다. 예컨대 RGB-유닛에서 예를 들어 상기 픽셀들(24)의 3분의 1 또는 예컨대 RGGB-유닛에서 상기 픽셀들(24)의 4분의 1은 상기 변환 유닛들(3, 4)을 포함하지 않음으로써, 결과적으로 이와 같은 픽셀들(24)로부터 직접 일차 광(B), 바람직하게는 청색 광이 방출된다. 남아 있는 픽셀들(24)에는 상기 변환 유닛들(3, 4) 중 각각 정확히 단 하나의 변환 유닛만이 할당되어 있다. 상기 변환 유닛들(3, 4)을 통해 제1 이차 광(G) 및 제2 이차 광(R)이 발생하고, 이때 바람직하게 녹색 및 적색 광이 고려된다. 상기 변환 유닛들(3, 4) 내에서 상기 일차 광(B)은 완전히 또는 거의 완전히 흡수된다.
서로 다른 색상을 방출하는 3개의 픽셀(24)은, 픽셀로도 지칭되는 하나의 표시 영역(6)으로 통합되어 있다. 상기 픽셀들은, 상기 일차 광(B) 및 상기 이차 광(G, R)으로 이루어진 서로 다른 색상의 광을 설정 가능하게 방출하도록 설계되어 있다.
도 1에서는 개별적인 표시 영역들(6)이 적색, 녹색 및 청색 광을 위한 각각 정확히 하나의 영역을 포함하는데, 다시 말해 RGB-유닛을 형성한다. 마찬가지로 녹색 광을 위한 2개의 영역이 존재할 수 있음으로써, 결과적으로 4개의 픽셀(26)을 구비한 RGGB-유닛이 형성되거나, 또는 RGBY-유닛의 황색 광을 위한 추가 유닛이 형성된다. 계속해서, 백색 광을 발생시키기 위한 발광 물질을 갖는 추가 유닛이 존재하는 것이 가능함으로써, 결과적으로 RGBW-유닛이 야기된다. 백색 또는 황색 광의 발생은 도시되지 않은, 상기 제1 및 제2 변환 유닛들(3, 4) 위에 겹쳐서 배치되어 있는 제3 변환 유닛 내에서 이루어진다. 상기 표시 영역들(6)은 바람직하게 각각 정확히 3개 또는 4개의 픽셀(26)을 포함한다. 마찬가지로 일차 광원(2)으로 자외선을 방출하는 반도체 층 시퀀스가 존재할 수 있고, 상기 반도체 층 시퀀스에는 적색, 청색 및 녹색을 위한 3개의 발광 물질, 그리고 선택적으로 황색 또는 백색을 위한 발광 물질이 제공되어 있으며, 이때 개별적인 발광 물질 영역들은 바람직하게 서로 독립적으로 여기 가능하다.
상기 반도체 층 시퀀스(22)에 있는 변환 유닛들(3, 4)이 겹쳐 있지 않기 때문에, 상기 변환 유닛들(3, 4)은 임의의 순서로 제공될 수 있다.
도 1f의 평탄화 층들(73) 이외에 도시되지 않은, 특히 투과성의 추가 박막 층들이 추가적인 또는 대안적인 패시베이션(passivation) 및/또는 인캡슐레이션(encapsulation)으로 이용될 수 있다. 상기 평탄화 층들(73), 상기 선택적인 중간층 및 상기 패시베이션 및/또는 인캡슐레이션은 이산화규소 이외에 질화규소, 산화알루미늄, 질화탄탈륨, Zn, Sn, Ta, Ga, Ni, Zr, Hf, Ti의 투과성 산화물들 또는 질화물들, 또는 희토류의 금속들로부터 제조될 수도 있다. 이 경우, 상기 2개의 평탄화 층(73)은 동일한 재료로부터 제조될 수 있거나, 또는 서로 다른 재료들로부터 제조될 수도 있다.
상기 반도체 층 시퀀스(22)의 픽셀들(24)과 상기 구조화된 변환 유닛들(3, 4) 사이에서 복잡한 조정을 방지하기 위해, 상기 반도체 층 시퀀스(22)로부터의 일차 방사선의 방출이, 포토레지스트(photoresist)를 국부적으로 경화시키거나, 또는 용해할 목적으로 활성 모드의 특정 픽셀들(24)에 의해 이용될 수 있다. 이는 예를 들어 상기 반도체 층 시퀀스(22)에서 직접 이루어지는 상기 변환 유닛들(3, 4)의 구조화 공정 시에 이루어진다(예컨대 도 1f 참조).
더 우수한 광 방출을 위해, 상기 변환 유닛들(3, 4) 또는 상기 반도체 층 시퀀스(22)는 상기 캐리어(21)를 등지는 측면에서 각각 표면 주름을 가질 수 있다. 경우에 따라서 이에 대해 이러한 표면 주름에, 선택적으로 평탄화될 수 있는 추가 보호층들이 제공될 수 있다. 계속해서, 선택적으로 상기 평탄화 층들(73) 또는 상기 캐리어(21)로부터 멀리 떨어진 하나 이상의 평탄화 층(73)에 표면 주름이 제공될 수도 있다.
도 2의 방법에서는(도 2a 참조), 반도체 재료들(31, 41)이 서로 다른 2개의 성장 기판(5)상에서 성장한다. 후속하여(도 2b 참조), 상기 반도체 재료들(31, 41)은 서로 접합되고, 상기 성장 기판들(5) 중 하나의 성장 기판이 제거된다.
추가 방법 단계들은 도 1a 내지 도 1f와 유사하게 이루어질 수 있다.
도 3에 나타나 있는 바와 같은 방법에서는, 반도체 재료들(31, 41)이 각각 개별적인 성장 기판들(5)상에서 성장하고, 상기 성장 기판들(5)상에서 구조화된다(도 3a 참조). 그런 다음 평탄화 층들(73)의 제공이 이루어진다(도 3b 참조).
후속하여 2개의 변환 유닛(3, 4)이 우선 서로 연결된 다음 반도체 층 시퀀스(22)에 설치되거나, 또는 상기 반도체 층 시퀀스(22) 상에서 상기 변환 유닛들(3, 4)의 연속적인 순차적 설치가 이루어진다(도 3c 참조).
도 4에 도시된 바와 같은 반도체 컴포넌트(1)의 실시예에서는, 이웃한 픽셀들(24) 사이에 광 비투과성 중간벽들(25a, 25b)이 존재한다. 이와 같은 중간벽들(25a, 25b)을 통해 상기 픽셀들(24) 사이, 또는 대안적으로 단지 이웃한 표시 영역들(6) 사이에서 광학적 절연이 달성 가능하고, 광학적 크로스토크(optical crosstalk)는 감소하거나 방지된다. 그에 따라 포화 색상들(saturated colors)이 표시 가능하고, 더 큰 개멋-범위가 달성 가능하다.
상기 중간벽들(25a, 25b)은 변환 유닛들(3, 4)의 구조화 공정에 의해 생성될 수 있는데, 예를 들어 할당된 평탄화 층(73)이 생성되기 이전에 반도체 재료들(31, 32)의 에칭 된 측면들의 금속성 또는 유전체성 미러 코팅부에 의해 생성된다. 마찬가지로 상기 중간벽들(25a, 25b)은 상기 평탄화 층(73)이 생성된 이후에 예를 들어 트렌치들의 에칭 공정과 반사성 또는 흡수성 재료에 의한 후속하는 충전 공정에 의해 제조될 수도 있다.
상기 중간벽들(25a)은 상기 변환 유닛들(3, 4)에 제한될 수 있다. 상기 중간벽들(25a)은 단지 반도체 층 시퀀스(22) 가까이까지만 도달하고, 상기 반도체 층 시퀀스(22) 내부로 돌출하지는 않는다. 이와 다르게, 추후에, 상기 변환 유닛들(3, 4)이 구조화된 이후에 생성된 중간벽들(25b)은 상기 반도체 층 시퀀스(22) 내부까지 도달할 수 있고, 선택적으로 존재하는 분리 영역들(26)과 함께 상기 반도체 층 시퀀스(22)를 완전히 통과할 수 있다.
상기 중간벽들(25a, 25b)은 예를 들어 금속으로부터 제조된다. 상기 중간벽들(25b)이 전기 전도성 재료로 이루어진 경우, 전기적 단락들을 방지하기 위해, 상기 중간벽들(25b)은 특히 바람직하게 상기 픽셀들(24) 사이의 도시되지 않은 금속화층 가까이까지 도달하지 않는다. 대안적으로 상기 중간벽들(25a, 25b)을 통해 캐리어(21)를 등지는 측면에서 상기 반도체 층 시퀀스(22)의 전기 접촉이 달성될 수 있다. 상기 중간벽들(25a, 25b)로는 추가로 금속 스페이서 또는 포토 기술에 의해 생성된 광학적 분리부들이 고려될 수 있다.
개별적인 픽셀들(24)이 p-측에서, 다시 말해 특히 캐리어(21)를 향해 있는 측면에서 구조화되어 있는 것이 가능하다. 특히 상기 캐리어(21)를 등지는 측면에 있는 n-접촉부를 위해, 상기 반도체 층 시퀀스(22)는 이웃한 픽셀들(24) 사이에서 부분적으로 제거될 수 있다. 그런 다음, 상기 픽셀들(24)의 상호 더 우수한 광학적 절연을 위해, 특히 상기 변환 유닛들(3, 4)이 제공되기 이전에, n-측으로부터 n-전도성 GaN이 이와 같은 n-접촉부까지 제거될 수 있다. 마찬가지로 우선 모든 변환 유닛들(3, 4)이 제공되고, 구조화되고, 그리고 평탄화될 수 있으며, 그런 다음에 비로소 트렌치 또는 개별적인 픽셀들(24) 사이의 리세스들이, 특히 리소그래피에 의해 구조화된다. 반사성 또는 흡수성 재료에 의해 충전된 이와 같은 트렌치들 또는 리세스들은 상기 n-GaN 내부까지 돌출할 수 있다.
이러한 중간벽들(25a, 25b)은 모든 다른 실시예들에서도 존재할 수 있다. 바람직하게 반도체 컴포넌트(1) 내에는 단지 연속적으로 도 4의 도면 좌편의 중간벽(25a)만이 존재하거나, 또는 단지 도면 우편의 중간벽(25b)만이 존재한다.
도 5의 실시예에서는 추가로 미러층들(71) 및/또는 필터층들(72)이 존재한다. 상기 미러층들(71), 예를 들어 다이크로익 미러 및/또는 유전체성 미러는 각각 일차 광원(2)을 향해 있는 할당된 변환 유닛(3, 4)의 측면에 위치한다. 특히 상기 미러층들(71)은 반도체 재료(31, 41)에 직접 설치되어 있다. 상기 미러층들(71)에 의해, 일차 광으로부터 발생한 이차 광이 반도체 층 시퀀스(22) 내로 복귀하지 않는 상황이 달성된다. 도 5에 도시된 바와 다르게, 미러층(71)이 연속적으로 반도체 층 시퀀스(22)에서 직접 생성되고, 제1 또는 제2 반도체 재료(31, 41)에서 생성되지 않는 것이 가능하다.
상기 미러층들(71)에 대해 대안적으로 또는 추가적으로 필터층들(72)이 존재한다. 상기 필터층들(72)을 통해, 변환되지 않은, 특히 청색의 일차 광이 개별적인 픽셀들(24)로부터 방출되는 상황이 방지된다. 필터층(72)은 연속적으로 상기 픽셀들(24) 중 복수의 픽셀 위에 제공될 수 있거나, 또는 개별적인 픽셀들(24)에 제한될 수 있다.
도 6에는 중간벽들(25a)을 생성하기 위한 방법이 나타나 있다. 도 6a에 따르면, 구조화된 반도체 재료(31) 상으로 원재료층(raw material layer)(27)이 연속적으로, 그리고 일정한 두께로 적합하게 제공된다. 예를 들어 상기 원재료층(27)으로는 금속층이 고려된다. 상기 원재료층(27)은 예를 들어 화학 기상 증착법, 물리 기상 증착법, 원자층 증착법 또는 스퍼터링 공정(sputtering)을 통해 제공된다.
후속하여(도 6b 참조), 건식 에칭 공정과 같은 이방성 에칭 공정(anisotropic etching)이 이루어짐으로써, 결과적으로 상기 원재료층(27)은 단지 상기 반도체 재료(31)의 측면들에만 남아 있고, 이와 같은 방식으로 중간벽들(25a)을 형성한다.
도 6의 방법 단계들은 예를 들어 도 1b 또는 도 3a 또는 도 1f의 방법 단계들에서 추가적으로 이루어질 수 있다.
도 7과 관련하여, 파장 변환 없이 제1 일차 광(B1)을 방출하는 픽셀들(24)이 존재하는 추가 실시예가 기술된다. 추가로, 파장 변환 없이 제2 일차 광(G2)을 방출하는 픽셀들(24)이 존재한다. 상기 제1 일차 광(B1)으로는 청색 광이 고려되고, 상기 제2 일차 광(G2)으로는 녹색 광이 고려된다. 이 경우, 청색 및 녹색 광은 전기적 펌핑에 의해 발생한다. 추가로, 이차 광(R1), 예를 들어 적색 광을 방출하는 픽셀들(24)이 존재한다. 상기 적색 광은 제2 변환 유닛들(4)에 의해 발생한다.
이에 대해 반도체 층 시퀀스(22)는 상기 제2 일차 광(G2)을 발생시키기 위한 제1 반도체 층 시퀀스(22a) 및 상기 제1 일차 광(B1)을 발생시키기 위한 제2 반도체 층 시퀀스(22b)를 포함한다. 캐리어(21)로부터 멀어지는 방향으로 상기 반도체 층 시퀀스(22) 내 층 순서는 예를 들어 다음과 같다: p-도핑 된 층, 예를 들어 p-GaN, 녹색 광을 발생시키기 위한 활성층, n-도핑 된 층, 예를 들어 n-GaN을 포함하는 제1 반도체 층 시퀀스(22a), 터널 접촉부, p-도핑 된 층, 예를 들어 p-GaN, 청색 광을 발생시키기 위한 활성층, n-도핑 된 층, 예를 들어 n-GaN을 포함하는 제2 반도체 층 시퀀스(22b).
청색 픽셀들(24)을 위해서는 상기 제1 반도체 층 시퀀스(22a)의 p-도핑 된 층 및 녹색 광을 발생시키기 위한 활성층이 제거된다. n-접촉부가 상기 제2 반도체 층 시퀀스(22b)의 상부 n-도핑 된 층에 접속한다.
녹색 픽셀들(24)을 위해서는 상기 n-접촉부가 상기 제1 반도체 층 시퀀스(22a)의 하부 n-도핑 된 층에 접속한다. 상기 도시되지 않은 n-접촉부는 측면에서 밖으로 안내된다.
적색 픽셀들(24)을 위해서는 상기 제1 반도체 층 시퀀스(22a)의 p-도핑 된 층 및 녹색 광을 발생시키기 위한 활성층이 제거될 수 있다. 상기 n-접촉부는 상기 제2 반도체 층 시퀀스(22b)의 상부 n-도핑 된 층에 접속한다. 대안적으로 상기 p-도핑 된 층 및 상기 녹색 광을 발생시키기 위한 활성층이 남아서 변환 유닛(4)의 여기를 위해 이용될 수 있다. 이와 같은 경우에 상기 n-접촉부는 상기 제1 반도체 층 시퀀스(22a)의 하부 n-도핑 된 층에 접속한다.
본 출원서에서 기술되는 발명은 실시예들을 참조한 설명에 의해 제한되지 않는다. 오히려 본 발명은 각각의 새로운 특징 및 특징들의 각각의 조합을 포함하며, 비록 이와 같은 특징 또는 이와 같은 조합 자체가 특허 청구범위 및 실시예들에 명시적으로 제시되어 있지 않더라도, 특히 본 출원서에서 상기 특징들의 조합이 특허 청구범위 내에 포함된 것으로 간주한다.
독일 특허 출원서 DE 102016220915.9호의 우선권이 청구되며, 그에 따라 상기 출원서는 인용의 방식으로 본 출원서에 수용된다.
1 광전자 반도체 컴포넌트
2 일차 광원
21 캐리어
22 반도체 층 시퀀스
22a 제1 반도체 층 시퀀스
22b 제2 반도체 층 시퀀스
23 구동 제어 유닛
24 픽셀
25 광 비투과성 중간벽
26 분리 영역
27 원재료층
3 제1 변환 유닛
31 반도체 재료
4 제2 변환 유닛
40 광 출력면
41 반도체 재료
5 성장 기판
6 표시 영역(픽셀)
71 미러층
72 필터층
73 평탄화 층
B 일차 광
B1 제1 일차 광
G 제1 이차 광
G2 제2 일차 광
R 제2 이차 광
R1 이차 광

Claims (17)

  1. 광전자 반도체 컴포넌트(1)에 있어서,
    - 캐리어(21) 및 일차 광(B)을 발생시키기 위한, 상기 캐리어 상에 설치된 반도체 층 시퀀스(22)를 구비한 일차 광원(2) 및
    - 상기 일차 광(B)을 하나 이상의 이차 광(G, R)으로 변환하도록 설계되어 있는, 하나 이상의 반도체 재료(31, 41)로 이루어진 하나 이상의 변환 유닛(3, 4)을 포함하고,
    - 상기 반도체 층 시퀀스(22)와 상기 변환 유닛(3, 4)은 서로 개별적으로 제조되고 통합적으로 성장하지 않고,
    - 평면도 상으로 볼 때, 상기 반도체 층 시퀀스(22)는 서로 전기적으로 독립적으로 구동 제어 가능한 복수의 픽셀(24)로 구조화되고,
    - 상기 캐리어(21)는 상기 픽셀들(24)을 구동 제어하기 위한 복수의 구동 제어 유닛(23)을 포함하며,
    - 상기 픽셀들(24) 중 몇몇 픽셀에는 어떠한 변환 유닛(3)도 할당되지 않음으로써, 결과적으로 이와 같은 픽셀들은 일차 광(B)을 방출하고, 그리고 남아 있는 픽셀들(24)에는 각각 정확히 하나의 변환 유닛(3, 4)이 할당되며,
    - 서로 다른 색상을 방출하는 복수의 픽셀(24)은 하나의 표시 영역(6)으로 통합되고, 상기 표시 영역은, 서로 다른 색상의 광을 설정 가능하게 방출하도록 설계되어 있으며,
    - 상기 캐리어(21)와 상기 캐리어(21)를 등지는 변환 유닛(3, 4)의 광 출력면(40) 사이의 광 경로는 유기 재료들을 포함하지 않는,
    광전자 반도체 컴포넌트.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 변환 유닛들(3, 4)은 제1 반도체 재료(31) 및 제2 반도체 재료(41)를 포함하고, 상기 반도체 층 시퀀스(22)에 대한 상기 제1 반도체 재료(31)의 간격과 상기 반도체 층 시퀀스(22)에 대한 상기 제2 반도체 재료(41)의 간격은 서로 다른,
    광전자 반도체 컴포넌트.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 일차 광원(2)은 자외선, 청색 광 및/또는 녹색 광을 발생시키는,
    광전자 반도체 컴포넌트.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    이웃한 픽셀들(24)은 광 비투과성 중간벽(25)에 의해 서로 광학적으로 절연되어 있는,
    광전자 반도체 컴포넌트.
  5. 광전자 반도체 컴포넌트들(1)을 제조하기 위한 방법에 있어서,
    다음 단계들:
    - 캐리어(21) 및 일차 광(B)을 발생시키기 위한, 상기 캐리어 상에 설치된 반도체 층 시퀀스(22)를 구비한 일차 광원(2)을 제공하는 단계― 평면도 상으로 볼 때, 상기 반도체 층 시퀀스(22)는 서로 전기적으로 독립적으로 구동 제어 가능한 복수의 픽셀(24)로 구조화되고, 상기 캐리어(21)는 상기 픽셀들(24)을 구동 제어하기 위한 복수의 구동 제어 유닛(23)을 포함함―,
    - 상기 일차 광(B)을 하나 이상의 이차 광(G, R)으로 변환하도록 설계되어 있는 하나 이상의 변환 유닛(3, 4)을 제공하는 단계― 상기 변환 유닛(3, 4)은 하나 이상의 반도체 재료(31, 41)로부터 통합적으로 성장함―,
    - 상기 변환 유닛(3, 4)을 구조화하는 단계― 상기 반도체 재료(31, 41)의 부분 영역들은 상기 픽셀들(24)에 상응하게 제거됨― 및
    - 남아 있는 반도체 재료(31, 41)가 상기 픽셀들(24)의 일부에 명확하게 할당되도록, 상기 반도체 층 시퀀스(22) 상으로 상기 변환 유닛(3, 4)을 제공하는 단계를 포함하고,
    - 이웃한 픽셀들(24)은 광 비투과성 중간벽(25)에 의해 서로 광학적으로 절연되어 있고, 상기 중간벽(25)은 상기 하나 이상의 변환 유닛(3, 4)을 완전히 통과하고, 상기 반도체 층 시퀀스(22)를 적어도 부분적으로 통과하는,
    광전자 반도체 컴포넌트들의 제조 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 중간벽(25)은 발생한 방사선에 대해 흡수성 또는 반사성을 갖는,
    광전자 반도체 컴포넌트들의 제조 방법.
  7. 제5 항 또는 제6 항에 있어서,
    상기 중간벽(25)은 전기 절연성 재료로 형성되어 있거나, 또는 상기 반도체 층 시퀀스(22)에 대해 전기적으로 절연되도록 구현되어 있는,
    광전자 반도체 컴포넌트들의 제조 방법.
  8. 제5 항 또는 제6 항에 있어서,
    상기 반도체 층 시퀀스(22)의 n-전도성 측면이 상기 중간벽(25)을 통해 전기적으로 접촉되는,
    광전자 반도체 컴포넌트들의 제조 방법.
  9. 제5 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 픽셀들로 상기 반도체 층 시퀀스(22)의 구조화 공정 시에, 그리고 상기 반도체 재료(31, 41)의 구조화 공정 시에도 상기 반도체 층 시퀀스(22) 또는 상기 반도체 재료(31, 41)의 남아 있는 영역들의 위치가 서로 상대적으로 변경되지 않고,
    상기 반도체 층 시퀀스(22)는 AlInGaN에 기초하고, 상기 반도체 재료(31, 41)는 AlInGaN, AlInGaP 또는 AlInGaAs에 기초하며, 그리고 상기 캐리어(21)는 Si 또는 Ge에 기초하는,
    광전자 반도체 컴포넌트들의 제조 방법.
  10. 제5 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    2개 이상의 변환 유닛(3, 4)이 겹쳐서 공동의 성장 기판(5)상에서 성장하고,
    상기 변환 유닛들(3, 4) 중 하나 이상의 변환 유닛은 여전히 상기 공동의 성장 기판(5)상에서 구조화되는,
    광전자 반도체 컴포넌트들의 제조 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 변환 유닛들(3, 4) 중 단 하나의 변환 유닛만이 상기 공동의 성장 기판(5)상에서 구조화되고,
    이와 같은 변환 유닛(3)의 구조화 공정 이후에 상기 반도체 층 시퀀스(22)에 고정되고, 그런 다음 상기 성장 기판(5)의 분리가 이루어지며, 그 후에 비로소 하나 이상의 추가 변환 유닛(3)이 구조화되는,
    광전자 반도체 컴포넌트들의 제조 방법.
  12. 제5 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변환 유닛들(3, 4) 중 복수의 변환 유닛이 각각 자체 성장 기판(5)상에서 성장하는,
    광전자 반도체 컴포넌트들의 제조 방법.
  13. 제5 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 변환 유닛(3, 4)은 웨이퍼 본딩(wafer bonding)에 의해 상기 반도체 층 시퀀스(22)에 설치되고,
    상기 캐리어(21)와 상기 캐리어(21)를 등지는 변환 유닛(3, 4)의 광 출력면(40) 사이의 광 경로는 유기 재료들을 포함하지 않는,
    광전자 반도체 컴포넌트들의 제조 방법.
  14. 제5 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 픽셀들(24) 중 몇몇 픽셀에는 어떠한 변환 유닛(3)도 할당되지 않음으로써, 결과적으로 이와 같은 픽셀들은 일차 광(B)을 방출하고,
    남아 있는 픽셀들(24)에는 각각 정확히 하나의 변환 유닛(3, 4)이 할당됨으로써, 결과적으로 서로 겹쳐서 배치된 변환 유닛들(3)이 존재하지 않으며,
    3개의 서로 다른 색상을 방출하는 픽셀(24)이 하나의 표시 영역(6)으로 통합되고, 상기 표시 영역은 서로 다른 색상의 광을 설정 가능하게 방출할 수 있는,
    광전자 반도체 컴포넌트들의 제조 방법.
  15. 제5 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 층 시퀀스(22)를 향해 있는 상기 변환 유닛들(3, 4)의 측면에는 하나 이상의 미러층(71)이 제공되고, 상기 미러층(71)은 할당된 변환 유닛(3, 4) 내에서 발생한 이차 광(G, R)에 대해 비투과성을 갖고, 일차 광(B)에 대해 투과성을 갖는,
    광전자 반도체 컴포넌트들의 제조 방법.
  16. 제5 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐리어(21)를 등지는 상기 변환 유닛들(3, 4)의 측면에는 하나 이상의 필터층(72)이 제공되고, 상기 필터층(72)은 일차 광(B)에 대해 비투과성을 가지며,
    상기 필터층(72)은 상기 변환 유닛들(3, 4)을 완전히 덮는,
    광전자 반도체 컴포넌트들의 제조 방법.
  17. 제5 항 내지 제16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변환 유닛(3, 4) 또는 상기 변환 유닛들(3, 4) 각각 및/또는 상기 반도체 층 시퀀스(22)는 1㎛ 내지 10㎛의 두께를 갖고,
    평면도 상에서 상기 픽셀들(24)은 3㎛ 내지 200㎛의 평균 지름을 갖고,
    이웃한 픽셀들(24) 사이의 간격은 0.3㎛ 내지 6㎛이며, 그리고
    완성된 반도체 컴포넌트(1)는 100개 내지 107개의 픽셀(24)을 포함하는,
    광전자 반도체 컴포넌트들의 제조 방법.

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