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KR101909961B1 - 광전자 컴포넌트 - Google Patents

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KR101909961B1
KR101909961B1 KR1020147009051A KR20147009051A KR101909961B1 KR 101909961 B1 KR101909961 B1 KR 101909961B1 KR 1020147009051 A KR1020147009051 A KR 1020147009051A KR 20147009051 A KR20147009051 A KR 20147009051A KR 101909961 B1 KR101909961 B1 KR 101909961B1
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바스티안 갈러
마르틴 슈트라쓰부르크
마티아스 자바틸
필리프 드레크셀
베르너 베르크바우어
마르틴 만들
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오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 활성층(10)이 가로 방향으로 상호 간격을 두고 배치된 다수의 구조 소자(6)를 구비하는 광전자 컴포넌트(11)와 관련이 있다. 이 구조 소자(6)는 각각 하나의 양자 우물 구조물(5)을 구비하고, 이 양자 우물 구조물은 Inx1Aly1Ga1 -x1-y1N(이때 0 ≤ x1 ≤ 1, 0 ≤ y1 ≤ 1 및 x1 + y1 ≤ 1)으로 이루어진 적어도 하나의 배리어층(2) 및 Inx2Aly2Ga1 -x2-y2N(이때 0 ≤ x2 ≤ 1, 0 ≤ y2 ≤ 1 및 x2 + y2 ≤ 1)로 이루어진 적어도 하나의 양자 우물층(1)을 포함한다.

Description

광전자 컴포넌트 {OPTOELECTRONIC COMPONENT}
본 발명은 질화물-화합물 반도체 재료, 특히 InGaN을 구비하는 양자 우물 구조물을 갖는 활성층을 구비하는 광전자 컴포넌트에 관한 것이다.
본 특허 출원은 독일 특허 출원서 제 10 2011 112 706.6호를 우선권으로 주장하며, 상기 우선권 서류의 공개 내용은 인용에 의해서 본 출원서에 수용된다.
특히 InGaN을 구비하는 질화물-화합물 반도체로 이루어진 양자 우물 구조물은 일반적으로 청색 스펙트럼 범위 안에서 방출 작용을 하는 LED 또는 레이저 다이오드 내에 자주 활성층으로서 사용된다. 반도체 재료의 조성에 따라서 자외선, 녹색, 황색 또는 적색 스펙트럼 범위 안에서의 방출도 가능하다. 인광 물질을 이용한 발광 변환에 의해서 단파의 방사선이 더 큰 파장 쪽으로 변환될 수 있다. 이와 같은 방식에 의해서는 혼색 광, 특히 백색 광을 발생하는 것이 가능하다. 그렇기 때문에, 질화물-화합물 반도체를 기본으로 하는 LED는 LED-조명 시스템을 위해서 매우 중요하다.
전류 밀도가 높은 경우에는 InGaN을 기본으로 하는 양자 우물 구조물을 구비하는 LED의 효율이 떨어진다는 사실이 드러났다(소위 Droop-Effect). 이와 같은 효과는 예컨대 E. Kioupakis 등의 간행물 "Indirect Auger recombination as a cause of efficiency droop in nitride light-emitting diodes", Applied Physics Letters 98, 161107 (2011)에서 기술된다. 이러한 오거(Auger)-형태의 재조합이 InGaN을 기본으로 하는 LED에서의 주된 손실 메커니즘이라는 내용이 추측된다. 이와 같은 손실 메커니즘은 통상적인 작동 전류 밀도보다 훨씬 낮은 전류 밀도에서 이미 발생하여 LED 효율의 감소를 야기한다. 높은 오거-형태의 손실이 포논(phonon)의 지원을 받은 오거-재조합에 의해서 야기된다는 내용이 추측된다. 이와 같은 포논의 지원을 받은 오거-재조합은 특히 InGaN을 기본으로 하는 반도체 재료 내에서 발생한다. 그 원인은 강력한 전자-포논-상호 작용이다(높은 Huang-Rhys-Factor).
J. Ristic 등의 간행물 "On the mechanisms는 of spontaneous growth of Ⅲ-nitride nanocolums by plasma-assisted molecular beam epitaxy", Journal of Crystal Growth 310 (2008), 4035-4045에서는 GaN-나노 구조물의 제조가 기술된다. 또한, W. Bergbauer 등의 간행물 "N-face GaN nanorods: Continuous-flux MOVPE growth and morphological properties", Journal of Crystal Growth 315 (2011), 164-167은 GaN으로 이루어진 나노 구조물의 제조를 기술한다. 이와 관련된 이들 간행물의 내용은 인용에 의해서 수용된다.
본 발명의 과제는, 질화물-화합물 반도체 재료를 기본으로 하는 양자 우물 구조물을 구비하는 활성층을 갖는 광전자 컴포넌트를 제공하는 것으로서, 본원에서는 포논의 지원을 받은 오거-재조합에 의한 손실이 줄어들었다. 본 발명에서는 상기와 같은 상황을 제외하고는 양자 우물 구조물의 광학적인 및 전자적인 특성들이 가급적 적게 영향을 받아야만 한다.
상기 과제는 특허 청구항 1의 특징들을 갖는 광전자 컴포넌트에 의해서 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시 예들 및 개선 예들은 종속 청구항들의 대상이다.
적어도 일 실시 예에 따르면, 광전자 컴포넌트는 가로 방향으로 상호 간격을 두고 배치된 다수의 구조 소자를 구비하는 활성층을 구비한다. 이 광전자 컴포넌트는 특히 방사선을 방출하는 광전자 컴포넌트로서, 예를 들면 LED 또는 반도체 레이저이다. 구조 소자들은 각각 하나의 양자 우물 구조물을 구비하고, 이 양자 우물 구조물은 Inx1Aly1Ga1 -x1-y1N(이때 0 ≤ x1 ≤ 1, 0 ≤ y1 ≤ 1 및 x1 + y1 ≤ 1)으로 이루어진 하나 또는 다수의 배리어층 및 Inx2Aly2Ga1 -x2-y2N(이때 0 ≤ x2 ≤ 1, 0 ≤ y2 ≤ 1 및 x2 + y2 ≤ 1)로 이루어진 하나 또는 다수의 양자 우물층을 포함한다. 상기 적어도 하나의 배리어층은 상기 적어도 하나의 양자 우물층보다 큰 전자 밴드 갭(band gap)을 구비한다. 이와 같은 상황은 예를 들어 배리어층이 양자 우물층보다 작은 인듐 비율을 가짐으로써 달성될 수 있다. 바람직하게 인듐 비율에 대해서는 x1 < 0.7 및 x2 < 0.7이 적용된다.
활성층이 가로 방향으로, 다시 말해 활성층의 주 연장 평면에 대하여 평행한 방향으로 상호 간격을 두고 배치된 다수의 구조 소자를 구비함으로써, 가능한 포논-방출 모드의 감소에 도달할 수 있게 되며, 그로 인해 양자 우물 구조물 내에서는 포논의 지원을 받은 오거-재조합이 줄어들 수 있게 된다. 이와 같은 비-방출성 재조합이 줄어듦으로써, 광전자 컴포넌트의 효율은 바람직하게 양자 우물 구조물이 연속하는, 즉 가로 방향으로 중단되지 않은 배리어층 및 양자 우물층으로부터 형성되는 광전자 컴포넌트에 비해 상승하게 된다.
구조 소자들은 활성층의 평면에서 나란히 배치되어 있다. 구조 소자로서는 바람직하게 적어도 국부적으로 실린더의 형태, 직육면체의 형태, 프리즘의 형태, 피라미드의 형태 또는 각뿔대의 형태를 가질 수 있는 3차원 형성체가 사용된다.
바람직한 일 실시 예에서, 구조 소자들은 적어도 국부적으로 질화물-화합물 반도체 재료의 6각형 결정 구조에 적응된 형태를 갖는다. 특히 구조 소자들은 적어도 국부적으로 6각형 피라미드의 형태, 6각형 각뿔대의 형태 또는 6각형 프리즘의 형태를 가질 수 있다.
구조 소자들은 바람직하게 20 ㎛ 이하의 폭을 갖는다. 이때 구조 소자의 폭이란 가로 방향으로 측정된 구조 소자들의 최대 치수로 이해된다. 구조 소자의 폭이 적기 때문에, 활성층은 가로 방향으로 다수의 중단부를 가지며, 이 중단부에 의해 포논이 반도체 재료 내에서 억압된다. 바람직한 일 실시 예에서, 구조 소자의 폭은 5 nm(5 nm 포함) 내지 5 ㎛(5 ㎛ 포함)이다. 바람직하게 구조 소자의 폭은 20 nm(20 nm 포함) 내지 1 ㎛(1 ㎛ 포함)이며, 특히 바람직하게는 25 nm(25 nm 포함) 내지 250 nm(250 nm 포함)이다.
바람직한 일 실시 예에서, 광전자 컴포넌트 내에는 하나의 마스크층이 배치되어 있으며, 이 경우 구조 소자들은 각각 상기 마스크층의 개구 내에 배치되어 있다. 마스크층으로서는 예를 들어 SiO2-층 또는 SiN-층이 사용될 수 있다. 구조 소자들은 예를 들어 마스크층이 광전자 컴포넌트의 반도체층 상에 성장된 후에 다수의 개구를 구비함으로써 발생 될 수 있다. 마스크층은 특히 사진 인쇄 방식으로 구조화될 수 있다.
그러나 마스크층 내에 있는 개구들은 예컨대 아직까지 폐쇄되지 않은 얇은 층이 마스크층으로서 사용됨으로써 자체 편성(Self Organisation)에 의해서도 형성될 수 있다. 예를 들면 얇은 Ni-층이 마스크로서 사용될 수 있다.
그 다음에는 구조 소자들이 마스크층의 개구 내에서 에피택셜 방식으로 성장된다. 본 실시 예에서, 구조 소자들의 기하학적인 형태 및 구조 소자들의 상호 간격은 마스크층 내에 있는 개구에 의해서 결정된다.
하나의 마스크층을 구비하는 구조 소자의 제조에 대한 대안으로서, 활성층이 성장할 때에 나노 구조물의 3차원 성장이 발생하도록 성장 조건들을 설정하는 것도 가능하다. 이 경우에 나노 구조물들은 바람직하게 마스크층이 전혀 사용되지 않는 자체 편성 공정에 의해서 생성된다. 본 실시 예에서, 구조물들의 형태는 격자 부정합(mismatching)에 의해 유도되는 비틀림 현상(torsion)을 적합하게 활용함으로써 영향을 받을 수 있거나, 또는 성장 조건들에 의해서, 예를 들면 MOVPE를 이용한 성장의 경우에는 공정 가스의 조성에 의해서 영향을 받을 수 있다.
바람직한 일 실시 예에서, 양자 우물 구조물의 적어도 하나의 배리어층 및/또는 적어도 하나의 양자 우물층은 InxAl1 - xN(이때 0 ≤ x ≤ 0.35)을 구비한다. 본 실시 예에서 배리어층 및/또는 양자 우물층에는 또한 갈륨이 없으며, 이 경우 3성분 InxAl1-xN-반도체 재료 내에서의 인듐-비율(x)은 0.35를 초과하지 않는다. 본 실시 예에서, 반도체 재료 내의 포논은 활성층을 가로 방향으로 상호 간격을 두고 나란히 배치된 다수의 구조 소자로 구조화함으로써 뿐만 아니라 배리어층 및/또는 양자 우물층의 재료를 선택함으로써도 줄어든다. 특히 이와 같은 방식에 의해서는, 갈륨을 함유하는 질화물-화합물 반도체층들이 수직 방향으로뿐만 아니라 가로 방향으로도 규칙적인 간격을 두고 중단되며, 이로써 손실 프로세스에 참여한 포논의 확산이 특히 효율적으로 줄어들게 된다.
특히 바람직하게 배리어층 및/또는 양자 우물층 내에서의 인듐-비율에 대해서는 0.09 ≤ x ≤ 0.27이 적용된다. 특히 이와 같은 인듐-함량의 범위 안에서는 LO-포논-모드가 강하게 줄어든다는 사실이 드러났다.
바람직한 추가의 일 실시 예에서, 양자 우물 구조물 내에는 InxAl1 - xN(이때 0 ≤ x ≤ 0.6)으로 이루어진 다수의 중간층이 포함되어 있다. 본 실시 예에서, 배리어층은 예를 들어 InyGa1 -yN(이때 0 ≤ y ＜ 1)를 구비할 수 있고, 양자 우물층은 InzGa1-zN(이때 0 ＜ z ≤ 1 및 z > y)을 구비할 수 있다. 본 실시 예에서 배리어층 및 양자 우물층은 수직 방향으로 중간층에 의해서 중단된다.
바람직하게 중간층 내에서의 인듐-비율은 x ≤ 0.35가 적용되고, 특히 바람직하게는 0.09 ≤ x ≤ 0.27이 적용된다. 포논-스펙트럼은 특히 중간층의 재료 Al1 -xInxN의 인듐-함량(x) 편차에 의해서 영향을 받을 수 있다. 바람직하게는 0 ≤ x ≤ 0.35가 적용된다.
특히 바람직하게 중간층의 인듐-비율(x)은 0.09 ≤ x ≤ 0.27이 적용된다. 특히 이와 같은 인듐-함량의 범위 안에서는 LO-포논-모드가 강하게 줄어든다는 사실이 드러났다. 그렇기 때문에, Al1 - xInxN(이때 0.09 ≤ x ≤ 0.27)으로 이루어진 적어도 하나의 중간층을 매립함으로써, 포논의 지원을 받은 재조합이 양자 우물 구조물 내에서 특히 효과적으로 줄어들 수 있다. 예를 들어 x = 0.18일 수 있다.
바람직한 일 실시 예에서, 중간층은 1.5 nm 미만의 두께를 갖는다. 이와 같은 방식에 의해서는 바람직하게, 비-발광성 재조합이 줄어들도록 양자 우물 구조물의 영역에서 포논 스펙트럼이 변형될 수는 있겠지만, 다른 한 편으로 상기와 같은 상황을 제외하고는 양자 우물 구조물의 광학적인 및 전자적인 특성들은 단지 약간만 변경된다.
일 실시 예에서, 적어도 하나의 중간층은 배리어층과 양자 우물층 사이에 배치되어 있다. 다중-양자 우물 구조물의 경우에는, 중간층들이 예를 들어 각각 경계면에 삽입될 수 있으며, 이 경계면에서는 양자 우물층이 성장 방향으로 볼 때 배리어층에 후속한다. 대안적으로는, 중간층이 각각 경계면에 삽입되고, 이 경계면에서 배리어층이 성장 방향으로 볼 때 양자 우물층에 후속하는 것도 가능하다.
적어도 하나의 중간층의 인듐 함량(x)은 바람직하게 상기 중간층의 전자 밴드 갭이 인접하는 배리어층의 전자 밴드 갭과 같도록 설정된다. 바람직한 추가의 일 실시 예에서, 적어도 하나의 중간층의 인듐 함량(x)은 상기 중간층의 전자 밴드 갭이 인접하는 양자 우물층의 전자 밴드 갭과 같도록 설정된다. 중간층의 전자 밴드 갭을 배리어층 또는 양자 우물층에 적응시킴으로써, 바람직하게는 상기 적어도 하나의 중간층이 양자 우물 구조물의 전기적 특성들에 단지 약간만 작용을 미치게 된다.
바람직한 일 실시 예에서, 양자 우물 구조물은 각각 3개의 층으로 구성된 다수의 주기(period)를 갖는 다중-양자 우물 구조물이며, 이 경우 상기 3개의 층은 배리어층, 중간층 및 양자 우물층이다.
대안적인 일 실시 예에서, 양자 우물 구조물은 각각 4개의 층으로 구성된 다수의 주기를 갖는 다중-양자 우물 구조물이며, 이 경우 상기 4개의 층은 중간층, 배리어층, 추가의 중간층 및 양자 우물층이다. 본 실시 예에서 배리어층은 양측에서 중간층에 의해 둘러싸여 있다. 상기 추가의 중간층은 전술된 중간층과 동일한 특성들 및 바람직한 실시 예들을 갖는다.
추가의 일 실시 예에서, 양자 우물 구조물은 그 내부에서 배리어층 및 양자 우물층이 제 1 주기 길이로 여러 번 반복되는 다중-양자 우물 구조물이다. 이 양자 우물 구조물 내부에는 바람직하게 다수의 중간층이 매립되어 있다. 중간층들은 바람직하게 제 2 주기 길이로 여러 번 반복되며, 이 경우 제 1 주기 길이는 제 2 주기 길이와 같지 않다. 이 경우에 중간층들은 또한 각각 배리어층과 양자 우물층 사이의 경계면에 정확하게 배치되어 있지 않고, 오히려 양자 우물 구조물의 제 1 주기 길이와 같지 않은 제 2 주기 길이로 양자 우물 구조물 내부에 분포되어 있다.
상기 실시 예에서, 제 2 주기 길이는 바람직하게 제 1 주기 길이보다 작다. 이와 같은 방식에 의해서는, 배리어층 및 양자 우물층으로 구성된 각각의 층 쌍 안에 각각 적어도 하나의 중간층이 매립되도록 보증된다. 제 1 주기 길이, 다시 말해 양자 우물 구조물의 주기 길이는 바람직하게 2 nm(2 nm 포함) 내지 20 nm(20 nm)이다. 중간층들이 반복되는 제 2 주기 길이는 바람직하게 0.7 nm(0.7 nm 포함) 내지 4 nm(4 nm 포함)이다.
중간층들은 반드시 주기적으로 배치될 필요가 없으며, 오히려 예를 들면 0.7 nm(0.7 nm 포함) 내지 4 nm(4 nm 포함)의 범위 안에 있는 비-주기적인 간격을 두고서 양자 우물 구조물 내에 분포될 수 있다.
양자 우물 구조물 내에 있는 적어도 하나의 배리어층의 두께는 바람직하게 0.7 nm 내지 3 nm이다. 양자 우물 구조물 내에 있는 적어도 하나의 양자 우물층은 바람직하게 1 nm 내지 20 nm의 두께를 가지며, 특히 바람직하게는 1.5 nm 내지 12 nm의 두께를 갖는다.
바람직한 일 실시 예에서, 구조 소자들은 각각 양자 우물 구조물을 포함하는 하나의 층 스택을 구비하며, 이 경우 이 층 스택의 층들은 가로 방향으로 서로 중첩되지 않는 방식으로 위·아래로 겹쳐서 배치되어 있다. 다른 말로 표현하자면, 이 층들은 아래에 놓인 층 위에 배치된 각각의 층이 커버면은 덮지만 그 아래에 놓인 층의 측면은 덮지 않는 방식으로 구조 소자 내에서 위·아래로 겹쳐서 배치되어 있다. 이와 같은 배치 상태는 예를 들어 구조 소자를 형성하는 층 스택이 마스크층의 개구들 내에서 성장됨으로써 달성될 수 있으며, 이 경우 마스크층은 층 스택보다 큰 두께를 갖는다. 특별히, 구조 소자의 성장을 위해 사용되는 마스크층이 완성된 광전자 컴포넌트 내에 남아 있고, 이러한 방식에 의해 가로 방향으로 상호 간격을 두고 배치된 구조 소자들이 서로 전기적으로 절연되는 것이 가능하다.
바람직한 일 실시 예에서, 가로 방향으로 상호 간격을 두고 배치된 구조 소자들 사이에는 전기 절연층이 배치되어 있다. 이 전기 절연층에 의해서는 특히 양자 우물 구조물의 측면에서 단락이 방지된다. 상기 전기 절연층은 특히 구조 소자의 성장을 위해 사용되는 마스크층일 수 있다.
다른 바람직한 일 실시 예에서, 구조 소자들은 각각 양자 우물 구조물을 포함하는 하나의 층 스택을 구비하며, 이 경우 이 층 스택의 층들은 아래에 놓인 층 위에 배치된 상기 층 스택의 하나의 층이 각각 그 아래에 놓인 층을 측면을 포함해서 완전히 덮도록 위·아래로 겹쳐서 배치되어 있다. 다른 말로 표현하자면, 본 실시 예에서 구조 소자는 코어-쉘-구조(core-shell-structure)를 갖는다. 본 실시 예에서는 위·아래로 겹쳐서 배치된 양자 우물 구조물의 층들이 각각 완전히 겹쳐지기 때문에, 바람직하게는 구조 소자의 측면에서 단락을 방지하기 위하여 구조 소자들 사이에 전기 절연층을 배치할 필요가 없다.
추가의 바람직한 일 실시 예에서는, 반도체층 및/또는 투명한 전도성 산화물로 이루어진 층이 활성층 상에 적층 되며, 이 경우 상기 반도체층 및/또는 투명한 전도성 산화물로 이루어진 층은 다수의 구조 소자를 위한 하나의 공통된 전기 콘택을 형성한다. 다시 말해, 활성층의 다수의 구조 소자는 공동으로 전기적으로 콘택팅 된다. 다수의 구조 소자를 위한 제 2 전기 콘택은 예를 들어 활성층 아래에 배치된 반도체층에 의해 형성될 수 있으며, 이 반도체층은 예를 들어 기판의 후면 위에 전기적으로 접속되어 있다.
본 발명은 도 1 내지 도 6과 관련된 실시 예들을 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다:
도 1은 제 1 실시 예에 따른 광전자 컴포넌트의 횡단면을 도시한 개략도이며,
도 2는 제 1 실시 예에 따른 광전자 컴포넌트에서 구조 소자의 일 실시 예를 개략적으로 도시한 개략도이고,
도 3은 제 1 실시 예에 따른 광전자 컴포넌트에서 구조 소자의 추가의 일 실시 예를 개략적으로 도시한 개략도이며,
도 4는 제 1 실시 예에 따른 광전자 컴포넌트에서 구조 소자의 추가의 일 실시 예를 개략적으로 도시한 개략도이고,
도 5a는 제 2 실시 예에 따른 광전자 컴포넌트의 횡단면을 도시한 개략도이며,
도 5b는 제 2 실시 예에 따른 광전자 컴포넌트에서 구조 소자의 일 실시 예를 개략적으로 도시한 개략도이고,
도 6a는 제 3 실시 예에 따른 광전자 컴포넌트의 횡단면을 도시한 개략도이며, 그리고
도 6b는 제 3 실시 예에 따른 광전자 컴포넌트에서 구조 소자의 일 실시 예를 개략적으로 도시한 개략도이다.
각각의 도면에서 동일하거나 동일한 작용을 하는 구성 부품들에는 각각 동일한 도면 부호가 제공되어 있다. 도면에 도시된 구성 부품들 그리고 이 구성 부품들 상호 간의 크기 비율은 척도에 맞지 않는 것으로 간주 된다.
도 1에 개략적으로 도시된 광전자 컴포넌트(11)의 실시 예에서는, 방사선을 방출하는 활성층(10)을 구비하는 LED가 다루어진다. 광전자 컴포넌트(11)의 활성층(10)은 방사선, 특히 자외선, 청색 또는 녹색 스펙트럼 범위 안에 있는 방사선을 방출하기 위하여 제공된다.
활성층(10)은 제 1 외부층(8)과 제 2 외부층(12) 사이에 배치되어 있다. 제 1 외부층(8)은 바람직하게 기판(7) 상에서 에피택셜 방식으로 성장된 반도체층 또는 반도체층 시퀀스일 수 있다. 광전자 컴포넌트(11)는 예를 들어 GaN, 사파이어 또는 Si로 이루어지는 기판(7)을 구비할 수 있다.
활성층(10) 위에 배치된 제 2 외부층(12)은 바람직하게 투명한 전도성 산화물(TCO)을 구비한다. 특히 제 2 외부층(12)은 인듐-주석-산화물(ITO)로 이루어진 층일 수 있다. 기판(7)에 마주 놓인 제 2 외부층(12)의 표면은 LED의 방사선 방출 면으로서 이용된다. 전기적인 콘택팅을 위하여, 예를 들어 기판(7)의 후면에는 제 1 전기 콘택(13)이 제공되고, 제 2 외부층(12)의 표면에는 제 2 전기 콘택(14)이 제공된다.
대안적으로는, 제 2 외부층(12)이 반도체층인 것도 가능하다. 이 경우에 외부층(8, 12)은 바람직하게 상이한 전도 타입을 갖는다. 예를 들어 제 1 외부층(8)은 n-도핑 될 수 있고, 제 2 외부층(12)은 p-도핑 될 수 있다. 제 1 외부층(8) 및 제 2 외부층(12)은 각각 도면을 간략하기 하기 위해 개별적으로 도시되어 있지 않은 다수의 부분층으로 구성될 수 있다.
광전자 컴포넌트(11)는 반드시 예로 도시된 구성을 가질 필요는 없다. 예를 들어 광전자 컴포넌트(11)는 대안적으로 소위 박막-LED일 수도 있는데, 이러한 박막-LED의 경우에는 반도체층 시퀀스의 성장을 위해 사용되는 성장 기판(7)이 반도체층 시퀀스로부터 분리되어 있고, 이 반도체층 시퀀스는 원래의 성장 기판에 마주 놓인 측에서 지지체에 연결되어 있다. 이와 같은 박막-LED의 경우에는, 지지체 쪽을 향하는 제 1 외부층이 일반적으로 p-도핑 되고, 방사선 출력면 쪽을 향하는 제 2 외부층은 n-도핑 된다.
광전자 컴포넌트(11)의 반도체층 시퀀스는 질화물-화합물-반도체에 기반을 두고 있다. 본원과 관련하여 "질화물-화합물-반도체에 기반을 두고 있다"라는 표현은 반도체층 시퀀스 또는 이 반도체층 시퀀스의 적어도 하나의 층이 Ⅲ-질화물-화합물 반도체 재료, 바람직하게는 InxAlyGa1 -x- yN을 포함하며, 이때 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 및 x + y ≤ 1이라는 것을 의미한다. 이때 상기 재료는 반드시 상기 화학식에 따른 수학적으로 정확한 조성을 가질 필요는 없다. 오히려 상기 재료는 하나 또는 다수의 도펀트 그리고 InxAlyGa1 -x- yN-재료의 특징적인 물리적 특성들을 실제로 변동시키지 않는 추가의 성분을 구비할 수 있다. 하지만, 단순화를 위하여 상기 일반식은 비록 소량의 추가 물질로 부분적으로 대체될 수 있다 하더라도 오로지 결정 격자의 주요 성분(In, Al, Ga, N)만을 포함한다.
광전자 컴포넌트(11)의 활성층(10)은 바람직하게 가로 방향으로 상호 간격을 두고 배치된 다수의 구조 소자(6)를 포함하며, 이 구조 소자들은 각각 하나의 양자 우물 구조물(5)을 구비한다. 구조 소자(6)는 각각 하나의 양자 우물 구조물(5)을 구비하며, 이 양자 우물 구조물은 Inx1Aly1Ga1 -x1-y1N(이때 0 ≤ x1 ≤ 1, 0 ≤ y1 ≤ 1 및 x1 + y1 ≤ 1)으로 이루어진 적어도 하나의 배리어층(2) 및 Inx2Aly2Ga1 -x2- y2N(이때 0 ≤ x2 ≤ 1, 0 ≤ y2 ≤ 1 및 x2 + y2 ≤ 1)로 이루어진 적어도 하나의 양자 우물층을 포함한다. 상기 적어도 하나의 배리어층(2)은 예를 들어 인듐 비율이 상대적으로 더 적기 때문에 상기 적어도 하나의 양자 우물층(1)보다 큰 전자 밴드 갭을 갖는다. 바람직하게 인듐 비율에 대해서는 x1 < 0.7 및 x2 < 0.7이 적용된다.
가로 방향으로 상호 간격을 두고 배치된 활성층(10)의 구조 소자(6)는 예를 들어 실린더의 형태로 형성된다. 대안적으로, 구조 소자(6)는 예를 들어 직육면체의 형태, 프리즘의 형태, 피라미드의 형태 또는 각뿔대의 형태를 가질 수도 있다. 각각의 구소 소자(6)는 양자 우물 구조물(5)을 포함하는 층 스택을 구비하며, 이 경우 상기 층 스택의 층들은 가로 방향으로 중첩되지 않는 방식으로 위·아래로 겹쳐서 배치되어 있다. 다시 말해, 상기 층들은 각각 커버면은 덮지만, 그 아래에 놓인 층의 측면은 덮지 않는다.
구조 소자(6)는 예를 들어 양자 우물 구조물(5)을 형성하는 양자 우물층(1)과 배리어층(2)이 마스크층(9)의 개구 내에서 교대로 성장됨으로써 제조될 수 있다. 마스크층(9)은 예를 들어 양자 우물 구조물(5)의 성장 전에 활성층(10) 아래에 배치된 제 1 커버층(8) 상에 성장되고, 다수의 개구를 구비한다. 마스크층(9) 내에 있는 개구의 제조는 예를 들어 사진 인쇄 기술에 의해서 이루어질 수 있다. 마스크층(9)은 바람직하게 전기 절연층, 특히 규소 산화물 또는 규소 질화물로 이루어진 층이다.
활성층(10)을 가로 방향으로 상호 간격을 두고 배치된 다수의 구조 소자(6)로 구조화함으로써, 광전자 컴포넌트(11)의 효율 개선에 도달될 수 있다는 사실이 드러났다. 특히 이와 같은 활성층(10)의 구조화에 의해서는, 반도체 재료 내의 포논의 상태 밀도(density of states)가 줄어들게 되고, 이로 인해서는 포논의 지원을 받은 비-발광성 오거-재조합이 줄어들게 된다.
상기 실시 예에서, 마스크층(9)은 바람직하게 이 마스크층(9)의 개구 내에서 성장된 양자 우물 구조물(5)보다 큰 높이를 갖는다. 그렇기 때문에, 가로 방향으로 상호 간격을 두고 배치된 구조 소자(6) 사이에는 전기 절연 마스크층(9)의 영역들이 배치되어 있다. 이와 같은 배치 상태의 장점은, 다수의 구조 소자(6)를 위한 하나의 공통된 전기 콘택이 구조화된 활성층(10) 위에 표면 전체적으로 제공된 제 2 외부층(12)에 의해서 제조될 수 있다는 것이다. 특히 구조 소자(6)의 측면이 전기 절연 마스크층(9)에 의해 덮여 있음으로써, 제 2 외부층(12)은 각각 단지 양자 우물 구조물(5)의 최상부 반도체층에만 접하게 된다. 마주 놓인 측에서는 양자 우물 구조물(5)이 제 1 외부층(8)에 의해서 콘택팅 된다.
구조 소자(6)는 바람직하게 20 ㎛ 이하의 폭(b)을 갖는다. 특히 구조 소자는 5 nm(5 nm 포함) 내지 5 ㎛(5 ㎛ 포함)의 폭을 가질 수 있다. 바람직하게 상기 폭(b)은 20 nm(20 nm 포함) 내지 1 ㎛(1 ㎛ 포함)이며, 특히 바람직하게는 25 nm(25 nm 포함) 내지 250 nm(250 nm 포함)이다.
활성층(10)의 구조 소자(6)는 도 2에 확대 도시되어 있다. 구조 소자(6)는 양자 우물층(1)과 배리어층(2)을 교대로 구비하는 양자 우물 구조물(5)을 포함한다. 본 실시 예에서 양자 우물 구조물(5)은 각각 양자 우물층(1) 및 배리어층(2)으로 구성된 4개의 주기(4)를 포함하는 다중-양자 우물 구조물이다. 양자 우물 구조물(5)은 대안적으로 다른 개수의 주기를 포함할 수도 있는데, 예를 들면 1개 내지 100개의 주기를 포함할 수도 있다. 특히, 양자 우물 구조물(5)은 단 하나의 주기를 갖는 단일-양자 우물 구조물일 수 있다. 바람직하게 상기 주기(4)의 개수는 4개(4개 포함) 내지 7개(7개 포함)이다. 양자 우물 구조물(5)의 각각의 주기(4)는 예컨대 4 nm(4 nm 포함) 내지 10 nm(10 nm 포함)의 두께를 갖는다.
활성층(10)의 구조화에 의해 사전에 이미 줄어든 반도체 재료 내의 포논-상태 밀도는 배리어층(2) 및/또는 양자 우물층(1)이 InxAl1 - xN(이때 0 ≤ x ≤ 0.35)을 구비함으로써 훨씬 더 줄어들 수 있다고 드러났다. 다시 말해, 이와 같은 바람직한 실시 예에서는 배리어층(2) 및/또는 양자 우물층(1)에 특히 갈륨이 없다. 특히 바람직하게는 0.09 ≤ x ≤ 0.27이 적용된다.
활성층(10)의 구조 소자(6)의 대안적인 일 실시 예가 도 3에 도시되어 있다. 본 실시 예에서는, 배리어층(2)과 양자 우물층(1) 사이에 InxAl1 - xN(이때 0 ≤ x ≤ 0.35)로 이루어진 중간층(3)이 각각 포함되어 있다. 이 중간층(3)은 바람직하게 1.5 nm 미만의 두께를 가지며, 특히 바람직하게는 1 nm 미만의 두께를 갖는다. 본 실시 예에서 중간층(3)은 배리어층(2)과 양자 우물층(1) 사이의 모든 경계면에 배치되어 있다. 다시 말해, 양자 우물 구조물의 각각의 주기(4)는 4개의 층으로 이루어진다.
그러나 대안적으로는, 중간층들이 각각 단지 성장 방향으로 배리어층(2)이 양자 우물층(1)에 후속하는 경계면에만 배치될 수도 있다. 또한, 중간층(3)이 각각 단지 성장 방향으로 양자 우물층(1)이 배리어층(2)에 후속하는 경계면에만 배치될 수도 있다. 본 실시 예에서 양자 우물 구조물(5)의 주기(4)는 각각 3개의 층으로 이루어진다.
양자 우물 구조물(5) 내에서 양자 우물층(1)과 배리어층(2) 사이에 배치된 중간층(3)에 의해서는 바람직하게 방사선 발생 효율이 증가 된다. 이와 같은 사실은 특히 포논의 지원을 받은 오거-재조합을 의미하는 양자 우물 구조물(5) 내에서의 전하 운반체의 비-발광성 재조합이 줄어든다는 내용에 근거한다. 특히, InxAl1 - xN으로 이루어진 중간층(3)의 삽입에 의해서 양자 우물 구조물(5) 내에서의 LO-포논의 상태 밀도가 줄어든다고 드러났다. 이와 같은 바람직한 효과는 중간층(3)의 인듐-비율(x)이 0.09(0.09 포함) 내지 0.27(0.27 포함)인 경우에 특히 두드러지게 나타난다. 예를 들어 중간층은 In0 .18 Al0 .82N을 가질 수 있다.
특히 중간층(3)의 삽입에 의해서는, 광전자 컴포넌트(11)가 높은 전류 세기로 작동될 때에 양자 우물 구조물(5)의 양자 효율이 증가하게 된다. 또한, 중간층(3)의 삽입에 의해서 반도체 재료 내에서의 비틀림 현상이 줄어들 수 있다는 사실도 드러났다. 이와 같은 사실은 결정 품질의 개선을 야기하고, 이로 인해 특히 전류 세기가 비교적 작은 경우에도 양자 효율은 증가하게 된다.
중간층(3)의 격자 상수가 인듐-함량(x)의 변동에 의해서 변경될 수 있음으로써, 결과적으로 인접하는 양자 우물층(1) 또는 이웃하는 배리어층(2)에 대한 격자 적응이 성취될 수 있다. 중간층(3)의 인듐-함량(x)을 적합하게 조절함으로써, 대안적으로 또는 추가로 바람직하게는 중간층(3)의 전자 밴드 갭이 인접하는 배리어층(2) 또는 양자 우물층(1)에 적응될 수 있다.
도 4에는 활성층의 구조 소자(6)의 추가의 일 실시 예가 도시되어 있다. 다중-양자 우물 구조물(5) 내에는 Al1 - xInxN(이때 0 ≤ x ≤ 0.6)으로 이루어진 다수의 중간층(3)이 매립되어 있다. 도 3의 실시 예와 달리, 중간층(3)은 하나의 주기적인 시퀀스로 양자 우물 구조물(5) 내에 매립되어 있으며, 이 경우 중간층(3)의 배열의 주기 길이(d2)는 양자 우물 구조물(5)의 주기 길이(d1)와 일치하지 않는다. 다른 말로 표현하자면, 양자 우물층(1) 및 배리어층(2)의 시퀀스는 제 1 주기 길이(d1)를 갖고, 중간층(3)의 시퀀스는 제 2 주기 길이(d2)를 가지며, 이 경우 d1 ≠ d2이다.
상기와 같은 사실의 결과로서, 중간층(3)은 반드시 각각 양자 우물층(1)과 배리어층(2) 사이의 경계면에 배치될 필요가 없게 된다. 오히려 중간층(3)은 양자 우물층(1) 또는 배리어층(2) 내부에 매립될 수도 있다. 더 상세하게 말하자면, 이 경우에 중간층(3)은 개별 양자 우물층(1) 또는 배리어층(2)의 제 1 부분층 및 제 2 부분층에 의해 둘러싸여 있다. 예를 들어 성장 방향으로 최하부에 있는 주기(4)의 제 1 양자 우물층(1)은 제 1 부분층(1a) 및 제 2 부분층(1b)을 구비하며, 이 경우 중간층(3)은 상기 제 1 부분층(1a)과 상기 제 2 부분층(1b) 사이에 배치되어 있다. 또한, 하나 또는 심지어 두 개의 중간층이 추가의 양자 우물층(1) 중 몇몇 양자 우물층 및 배리어층(2) 내에 매립되는 경우도 있다. 성장 방향으로 최상부에 있는 양자 우물 구조물(5)의 주기(4)는 예를 들어 제 1 부분층(2a) 및 제 2 부분층(2b)을 구비하는 하나의 배리어층(2)을 구비하며, 이 경우 중간층(3)은 상기 제 1 부분층(2a)과 상기 제 2 부분층(2b) 사이에 배치되어 있다.
또한, 상기 실시 예에서는 중간층(3)의 적어도 한 부분이 양자 우물층(1)과 배리어층(2) 사이의 경계면에 배치되는 경우도 가능하다. 예를 들어 성장 방향으로 최하부에 있는 주기(4)의 배리어층(2)은 양측에서 중간층(3)에 접한다.
상기 실시 예에서, 중간층(3)은 바람직하게 비교적 얇다. 바람직하게 중간층(3)의 두께는 1 nm 미만이며, 특히 바람직하게는 0.5 nm 미만이다.
중간층(3)의 주기 길이(d2)는 바람직하게 2 nm 내지 4 nm이다. 바람직하게 중간층(3)의 주기 길이(d2)는 다중-양자 우물 구조물(5)의 주기 길이(d1)보다 작다. 이와 같은 방식에 의해서는, 양자 우물 구조물(5)의 각각의 주기(4) 내에 적어도 하나의 중간층(3)이 매립되는 것이 보증된다. 양자 우물 구조물(5)의 주기는 예를 들어 4 nm 내지 10 nm일 수 있다.
특히 바람직한 일 실시 예에서, 중간층(3)의 인듐-함량(x)은 각각 이 중간층(3)의 전자 밴드 갭이 양자 우물층(1) 또는 배리어층(2)의 재료에 적응되도록 그리고 상기 밴드 갭 내부에 개별 중간층(3)이 매립되도록 설정되었다. 양자 우물층(1)과 배리어층(2) 사이의 경계면에 배치된 중간층(3)의 경우에, 중간층(3)의 인듐-함량(x)은 바람직하게 이 중간층(3)의 전자 밴드 갭이 인접하는 양자 우물층(1)의 전자 밴드 갭 또는 인접하는 배리어층(2)의 전자 밴드 갭과 일치하도록 설정되었다. 이와 같은 방식에 의해서는 바람직하게 양자 우물 구조물(5)의 전자 특성들이 중간층(3)의 매립에 의해 두드러진 영향을 받지 않게 된다. 더 상세하게 말하자면, 이와 같은 방식에 의해서는 바람직하게 비-발광성 재조합에 의해 광전자 컴포넌트(11)의 효율을 감소시킬 수 있는 반도체 재료 내의 원치 않는 포논이 줄어들게 되며, 이와 동시에 광전자 컴포넌트(11)의 전자적인 및 광학적인 특성들도 단지 약간만 변경된다.
도 5a에 도시되어 있는 광전자 컴포넌트(11)의 제 2 실시 예는 활성층(10)의 구조 소자(6)의 형상에 있어서 제 1 실시 예와 상이하다. 제 1 실시 예에서와 마찬가지로, 활성층(10)은 나란히 배치된 다수의 구조 소자(6)를 구비하며, 이 경우 구조 소자(6)는 각각 하나의 양자 우물 구조물(5)을 구비한다.
활성층(10)의 각각의 구조 소자(6)가 도 5b에 확대 도시되어 있다. 양자 우물 구조물(5)은 다수의 양자 우물층(1) 및 배리어층(2)을 교대로 구비한다. 제 1 실시 예와 달리, 양자 우물 구조물을 형성하는 층 스택 내에 있는 층(1, 2)은 아래에 놓인 층 위에 배치된 상기 층 스택의 하나의 층이 각각 그 아래에 놓인 층을 측면을 포함해서 완전히 덮는 방식으로 배치되어 있다. 다른 말로 표현하자면, 구조 소자(6)는 코어-쉘-구조(core-shell-structure)를 갖는다. 본 실시 예에서 구소 소자(6)의 코어를 형성하는 코어층(16)은 각뿔대의 형태를 갖는다. 그러나 대안적으로 상기 코어층(16)은 다른 형태를 가질 수도 있다. 코어층(16)은 예를 들어 GaN을 구비할 수 있다. 특히 상기 코어층(16)은 양자 우물 구조물의 배리어층(2)의 재료로 형성될 수 있다.
후속하는 양자 우물층(1)은 코어층(16)을 측면을 포함해서 완전히 덮는다. 이와 동일한 방식으로, 교대로 배치된 후속하는 양자 우물층(1) 및 배리어층(2)도 각각 그 아래에 놓인 층을 측면을 포함해서 완전히 덮는다.
상기 실시 예에서는 특히 마스크층(9)이 양자 우물 구조물(5)보다 큰 높이를 가질 필요가 없다. 제 2 외부층(12), 특히 예를 들어 ITO와 같은 투명한 전도성 산화물은 상기 실시 예에서 다수의 구조 소자(6) 상에 표면 전체적으로 제공될 수 있으며, 이 경우에는 양자 우물 구조물(5)의 측면에서 단락이 발생할 위험이 전혀 존재하지 않는다. 이와 같은 사실은, 양자 우물 구조물(5)의 최상부 층이 그 아래에 놓인 층들을 완전히 덮는다는 내용을 토대로 한다. 더 상세하게 말하자면, 제 2 외부층(12)은 구조 소자(6) 사이에 전기 절연층이 배치되어 있지 않은 경우에도 양자 우물 구조물(5)의 최상부 층과 전기적으로 접촉된다.
제 1 실시 예에서와 마찬가지로 제 2 실시 예에서도 양자 우물 구조물(5)은 배리어층(2)과 양자 우물층(1) 사이에 중간층을 구비하여 형성될 수 있거나 또는 예를 들어 양자 우물 구조물(5) 내에 주기적으로 분포된 중간층을 구비하여 형성될 수 있다(도면에는 도시되지 않음). 광전자 컴포넌트(11)의 제 2 실시 예의 바람직한 추가 실시 예들은 전술된 제 1 실시 예에 상응한다.
도 6a에는 광전자 컴포넌트(11)의 제 3 실시 예가 도시되어 있으며, 본 실시 예는 활성층(10)의 구조 소자(6)의 형상에 있어서 이전의 실시 예들과 상이하다. 개별 구조 소자(6)의 확대된 도면은 도 6b에 도시되어 있다.
구조 소자(6)는 각각 하나의 코어층(16)을 구비하며, 이 코어층은 예를 들어 실제로 실린더 또는 6각형 프리즘의 형태를 갖는다. 실제로 6각형의 형태는 특히 질화물 화합물 반도체 재료의 6각형 결정 구조에 의해서 야기될 수 있다. 양자 우물층(1) 및 배리어층(2)이 교대로 형성된 구조 소자(6)의 양자 우물 구조물(5)은 각각 코어층(16)의 측면에서 성장된다. 본 실시 예에서 양자 우물층(1) 및 배리어층(2)의 주 평면들은 기판(7)에 대하여 실제로 수직으로 배치되어 있다.
구조 소자(6)의 커버면은 전기 절연층(15)에 의해 덮여 있다. 이 전기 절연층(15)에 의해서는 특히 수평 방향으로 진행하는 양자 우물층(1) 및 배리어층(2)의 측면들이 제 2 외부층(2)으로부터 전기적으로 절연된다. 구조 소자(6)는 예를 들어 투명한 전도성 산화물을 구비하는 제 2 외부층(12)에 의해 외부면에서는 전기적으로 콘택팅 되지만 커버면에서는 전기적으로 콘택팅 되지 않는다.
광전자 컴포넌트(11)의 제 3 실시 예의 추가의 바람직한 실시 예들은 전술된 실시 예들에 대한 설명으로부터 드러난다.
본 발명은 실시 예들을 참조한 설명에 의해서 한정되지 않는다. 오히려 본 발명은 각각의 새로운 특징 그리고 각각의 특징 조합을 포함하며, 이 경우 특히 각각의 특징 조합은 이와 같은 특징 또는 특징 조합 자체가 특허청구범위 또는 실시 예에 명시적으로 기재되어 있지 않더라도 특허청구범위에 포함된 것으로 간주 된다.

Claims (15)

  1. 가로 방향으로 상호 간격을 두고 배치된 다수의 구조 소자(6)를 구비하는 활성층(10)을 갖는 광전자 컴포넌트(11)로서,
    상기 구조 소자들(6)은 각각 하나의 양자 우물 구조물(5)을 구비하고, 상기 양자 우물 구조물은 Inx1Aly1Ga1-x1-y1N(0 ≤ x1 ≤ 1, 0 ≤ y1 ≤ 1 및 x1 + y1 ≤ 1)으로 이루어진 적어도 하나의 배리어층(2) 및 Inx2Aly2Ga1-x2-y2N(0 ≤ x2 ≤ 1, 0 ≤ y2 ≤ 1 및 x2 + y2 ≤ 1)로 이루어진 적어도 하나의 양자 우물층(1)을 포함하며,
    상기 양자 우물 구조물(5)은 그 내부에서 상기 배리어층(2) 및 상기 양자 우물층(1)이 제 1 주기 길이로 여러 번 반복되는 다중-양자 우물 구조물이고, 상기 양자 우물 구조물(5) 내에 InxAl1-xN(0 ≤ x ≤ 0.6)으로 이루어진 다수의 중간층들(3)이 포함되며, 상기 중간층들(3)은 제 2 주기 길이로 여러 번 반복되며, 상기 제 1 주기 길이는 상기 제 2 주기 길이와 같지 않거나, 또는 상기 중간층들(3)은 비-주기적인 간격을 두고서 상기 양자 우물 구조물(5) 내에 분포되는,
    광전자 컴포넌트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간층들(3)의 인듐 비율(x)에 대하여 0.09 ≤ x ≤ 0.27이 적용되는,
    광전자 컴포넌트.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 중간층들(3)은 1.5 nm 미만의 두께를 갖는,
    광전자 컴포넌트.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 구조 소자들(6)은 적어도 국부적으로 실린더의 형태, 직육면체의 형태, 프리즘의 형태, 피라미드의 형태 또는 각뿔대의 형태를 갖는,
    광전자 컴포넌트.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 구조 소자들(6)은 적어도 국부적으로 6각형 피라미드의 형태, 6각형 각뿔대의 형태 또는 6각형 프리즘의 형태를 갖는,
    광전자 컴포넌트.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 구조 소자들(6)은 20 ㎛ 이하의 폭을 갖는,
    광전자 컴포넌트.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 구조 소자들(6)은 5 nm(5 nm 포함) 내지 5 ㎛(5 ㎛ 포함)의 폭을 갖는,
    광전자 컴포넌트.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광전자 컴포넌트(11) 내에 마스크층(9)이 배치되며, 상기 구조 소자들(6)은 각각 상기 마스크층(9)의 개구 내에 배치되는,
    광전자 컴포넌트.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 배리어층(2) 및/또는 상기 적어도 하나의 양자 우물층(1)은 InxAl1-xN(0 ≤ x ≤ 0.35)을 구비하는,
    광전자 컴포넌트.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 배리어층(2) 및/또는 상기 양자 우물층(1)의 인듐 비율(x)에 대하여 0.09 ≤ x ≤ 0.27이 적용되는,
    광전자 컴포넌트.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 구조 소자들(6)은 각각 양자 우물 구조물(5)을 포함하는 층 스택을 구비하며, 상기 층 스택의 층들은 가로 방향으로 서로 중첩되지 않는 방식으로 위·아래로 겹쳐서 배치되는,
    광전자 컴포넌트.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 가로 방향으로 상호 간격을 두고 배치된 구조 소자들(6) 사이에 전기 절연층(9)이 배치되는,
    광전자 컴포넌트.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 구조 소자들(6)은 각각 양자 우물 구조물(5)을 포함하는 층 스택을 구비하며, 상기 층 스택의 층들은 아래에 놓인 층 위에 배치되는 상기 층 스택의 하나의 층이 각각 그 아래에 놓인 층을 측면들을 포함해서 완전히 덮는 방식으로 위·아래로 겹쳐서 배치되는,
    광전자 컴포넌트.
  14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    투명한 전도성 산화물로 이루어진 하나의 층(12)이 활성층(10) 상에 적층 되며, 상기 투명한 전도성 산화물로 이루어진 층(12)은 다수의 구조 소자(6)를 위한 하나의 공통된 전기 콘택을 형성하는,
    광전자 컴포넌트.
  15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    제 2 주기 길이는 제 1 주기 길이보다 작은,
    광전자 컴포넌트.
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11804570B2 (en) * 2017-07-24 2023-10-31 The Regents Of The University Of Michigan Core-shell InGaN/AlGaN quantum nanowire photonic structures
DE102015104700A1 (de) 2015-03-27 2016-09-29 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer Halbleiterchip
DE102016102876A1 (de) * 2016-02-18 2017-08-24 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements
DE102016104616B4 (de) * 2016-03-14 2021-09-23 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Halbleiterlichtquelle
CN105762264B (zh) * 2016-04-28 2018-01-26 厦门乾照光电股份有限公司 一种具有倒梯形圆台体的微米线发光二极管
US10480719B2 (en) * 2016-08-16 2019-11-19 King Abdullah University Of Science And Technology Ultrabroad linewidth orange-emitting nanowires LED for high CRI laser-based white lighting and gigahertz communications
FR3089065B1 (fr) * 2018-11-22 2024-11-29 Aledia Diode électroluminescente et procédé de fabrication d’une diode électroluminescente
TWI712180B (zh) 2019-10-22 2020-12-01 錼創顯示科技股份有限公司 微型發光二極體晶粒及微型發光二極體晶圓
CN110707191B (zh) * 2019-10-22 2021-11-16 錼创显示科技股份有限公司 微型发光二极管晶粒及微型发光二极管晶圆
KR20210095012A (ko) * 2020-01-22 2021-07-30 삼성전자주식회사 반도체 발광 다이오드 및 그 제조 방법
EP3855513A3 (en) * 2020-01-22 2021-11-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor led and method of manufacturing the same
US20230268459A1 (en) * 2022-02-18 2023-08-24 Meta Platforms Technologies, Llc Segmented and quantum mechanically isolated active regions in light emitting diodes

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001237456A (ja) * 2000-02-21 2001-08-31 Nichia Chem Ind Ltd 発光素子
JP2003218393A (ja) * 2002-01-17 2003-07-31 Sony Corp 選択成長方法、半導体発光素子及びその製造方法
US20100259184A1 (en) * 2006-02-24 2010-10-14 Ryou Kato Light-emitting device

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4952527A (en) * 1988-02-19 1990-08-28 Massachusetts Institute Of Technology Method of making buffer layers for III-V devices using solid phase epitaxy
US5332918A (en) * 1988-02-19 1994-07-26 Massachusetts Institute Of Technology Ultra-high-speed photoconductive devices using semi-insulating layers
US5262360A (en) * 1990-12-31 1993-11-16 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois AlGaAs native oxide
FR2675634A1 (fr) * 1991-04-16 1992-10-23 France Telecom Dispositif optoelectronique a tres faible capacite parasite.
US5615143A (en) * 1994-09-19 1997-03-25 Cornell Research Foundation, Inc. Optomechanical terabit data storage system
GB9807692D0 (en) 1998-04-14 1998-06-10 Univ Strathclyde Optival devices
JP2003218395A (ja) 2002-01-18 2003-07-31 Sony Corp 半導体発光素子、半導体レーザ素子及びこれを用いた発光装置
EP1652238B1 (en) * 2003-08-08 2010-10-27 Kang, Sang-kyu Nitride micro light emitting diode with high brightness and method of manufacturing the same
JP2005302784A (ja) 2004-04-06 2005-10-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体発光素子及びその製造方法
US20080163814A1 (en) * 2006-12-12 2008-07-10 The Regents Of The University Of California CRYSTAL GROWTH OF M-PLANE AND SEMIPOLAR PLANES OF (Al, In, Ga, B)N ON VARIOUS SUBSTRATES
KR100670531B1 (ko) 2004-08-26 2007-01-16 엘지이노텍 주식회사 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
US20060223211A1 (en) 2004-12-02 2006-10-05 The Regents Of The University Of California Semiconductor devices based on coalesced nano-rod arrays
EP1727216B1 (en) 2005-05-24 2019-04-24 LG Electronics, Inc. Rod type light emitting diode and method for fabricating the same
KR100658938B1 (ko) * 2005-05-24 2006-12-15 엘지전자 주식회사 나노 로드를 갖는 발광 소자 및 그의 제조 방법
JP4525500B2 (ja) 2005-07-14 2010-08-18 パナソニック電工株式会社 半導体発光素子およびそれを用いる照明装置ならびに半導体発光素子の製造方法
WO2009009612A2 (en) * 2007-07-09 2009-01-15 Nanocrystal, Llc Growth of self-assembled gan nanowires and application in nitride semiconductor bulk material
WO2009045341A1 (en) * 2007-09-28 2009-04-09 The Johns Hopkins University Megahertz organic/polymer diodes and methods related thereto
US7580595B1 (en) * 2008-05-09 2009-08-25 Technische Universitaet Berlin Data transmission optoelectric device
JP2012507874A (ja) 2008-10-31 2012-03-29 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア 無極性または半極性ＡｌＩｎＮおよびＡｌＩｎＧａＮ合金に基づく光電子デバイス
KR101603777B1 (ko) 2009-04-16 2016-03-15 삼성전자주식회사 백색 발광 다이오드
US20110089399A1 (en) * 2009-10-09 2011-04-21 The Regents Of The University Of California Light emitting device with a stair quantum well structure
KR20120104985A (ko) * 2009-11-03 2012-09-24 더 리전츠 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 결정 식각에 의한 초발광 다이오드
EP2509119B1 (en) * 2009-12-01 2017-03-08 National University Corporation Hokkaido University Light emitting element and method for manufacturing same
US8907321B2 (en) 2009-12-16 2014-12-09 Lehigh Univeristy Nitride based quantum well light-emitting devices having improved current injection efficiency
JP5446044B2 (ja) * 2010-01-22 2014-03-19 日本電気株式会社 窒化物半導体発光素子および電子装置
JP5464458B2 (ja) 2010-02-25 2014-04-09 国立大学法人北海道大学 半導体装置及び半導体装置の製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001237456A (ja) * 2000-02-21 2001-08-31 Nichia Chem Ind Ltd 発光素子
JP2003218393A (ja) * 2002-01-17 2003-07-31 Sony Corp 選択成長方法、半導体発光素子及びその製造方法
US20100259184A1 (en) * 2006-02-24 2010-10-14 Ryou Kato Light-emitting device

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