KR101424312B1 - 반도체칩 및 반도체칩의 제조 방법 - Google Patents

반도체칩 및 반도체칩의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 몸체(2)를 포함한 반도체칩(1)에 관한 것으로서, 상기 반도체 몸체는 복사 생성을 위해 구비된 활성 영역(25)을 갖는 반도체 층 시퀀스를 포함한다. 반도체 몸체(2)상에 거울 구조체(3)가 배치되며, 상기 거울 구조체는 거울층(4), 및 상기 거울층과 상기 반도체 몸체 사이에 적어도 국부적으로 배치된 유전체 층 구조체(5)를 포함한다. 또한, 반도체칩의 제조 방법도 제공된다.
LED, RCLED, 반도체 몸체, 반도체칩, 활성 영역

Description

반도체칩 및 반도체칩의 제조 방법{SEMICONDUCTOR CHIP AND METHOD FOR PRODUCING A SEMICONDUCTOR CHIP}
본 발명은 반도체칩 및 반도체칩의 제조 방법에 관한 것이다.
LED 반도체칩은 내부 양자 효율이 높은 경우가 많다. 이는, 광자들(photons)의 형태로 복사가 방출될 때 활성 영역에서 얼마만큼의 전자-정공-쌍이 재조합되는 가에 관한 것이다. 물론, 생성된 복사의 대부분은 반도체칩으로부터 완전히 방출되지 않고, 예를 들면 반도체칩의 경계면에서 전반사에 의해 부분적으로 반도체칩으로 재귀 반사되어, 상기 반도체칩에 흡수된다. 반도체칩으로부터 방출되는 유용한 복사의 흡수로 인해 반도체칩에서 상기 생성된 광자들의 손실이 많을수록, 반도체칩의 아웃커플링(outcoupling) 효율이 낮아진다.
본 발명의 과제는 반도체칩의 동작 시 아웃 커플링 효율이 향상된 반도체칩을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 과제는 아웃커플링 효율이 향상된 반도체칩을 간단히 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이기도 하다.
상기 과제는 특허 청구 범위 1항에 따른 반도체칩 또는 특허 청구 범위 14항에 따른 반도체칩의 제조 방법을 통해 해결된다. 본 발명의 유리한 형성예들 및 발전예들은 종속 청구항들의 주제이다.
일 실시예에 따르면, 반도체칩은 반도체 몸체를 포함하고, 상기 반도체 몸체는 복사 생성을 위해 구비된 활성 영역을 갖는 반도체 층 시퀀스를 포함한다. 반도체 몸체상에 거울 구조체가 배치된다. 거울 구조체는 거울층, 및 상기 거울층과 반도체 몸체 사이에 적어도 국부적으로 배치된 유전체 층 구조체를 포함한다.
반도체칩의 동작 시 활성 영역에서 생성된 복사는 거울 구조체에 의해 반도체 몸체로 재귀 반사될 수 있다. 따라서, 활성 영역으로부터 보았을 때, 거울 구조체 다음에 배치된 반도체칩의 영역들에서 복사가 흡수되는 일이 방지될 수 있다. 이어서, 복사는 반도체칩으로부터 방출될 수 있다. 이를 통해, 반도체칩의 아웃커플링 효율이 증가할 수 있다.
바람직하게는, 거울층은 금속 또는 금속 합금을 포함한다. 예를 들면, 거울층은 금, 은, 알루미늄, 로듐, 백금, 티타늄 또는 팔라듐을 포함하거나 그러한 물질로 구성될 수 있다. 또한, 상기 금속들 중 적어도 하나와의 금속 합금이 사용될 수도 있다.
일 형성 변형예에서, 유전체 층 구조체는 정확히 하나의 유전체층을 포함한다. 상기와 같은 유전체 층 구조체는 특히 제조가 간단하다는 특징이 있다.
대안적 형성 변형예에서, 유전체 층 구조체는 복수 개의 유전체층들을 포함한다. 유전체층들을 이용하여 유전체 거울 구조체가 형성될 수 있다. 특히, 유전체 거울 구조체는 브래그 거울로서 형성될 수 있다. 이러한 유전체 거울 구조체를 이용하면, 활성 영역에서 생성된 복사에 대해 높은 반사도를 달성할 수 있다.
유전체 층 구조체에 입사되되, 상기 유전체 층 구조체의 반사도가 비교적 낮은 각도로 입사되는 복사는 상기 유전체 층 구조체를 통과하여, 이후 거울층에서 반사될 수 있다. 특히, 유전체 거울 구조체에 비해, 바람직하게는 금속계 또는 금속 합금계 거울층의 반사도는 복사의 입사각에 대한 의존도가 비교적 낮다. 유전체 층 구조체와 거울층을 조합함으로써 거울 구조체에 입사된 복사의 상당 비율이 상기 거울 구조체에서 반사될 수 있다. 활성 영역에서 생성된 복사에 대한 거울 구조체의 반사도는 80% 이상, 바람직하게는 90% 이상, 더욱 바람직하게는 95% 이상일 수 있다.
바람직하게는, 유전체 층 구조체의 적어도 하나의 층은 가령 SiO2와 같은 산화물, 가령 Si3N4와 같은 질화물 또는 가령 SiON과 같은 질산화물을 포함한다.
반도체 몸체는, 상기 반도체 몸체, 특히, 활성 영역을 래터럴(lateral) 방향에서 한정하는 측면을 포함할 수 있다. 이 때, 래터럴 방향이란 반도체 층 시퀀스의 층들의 주 연장 방향을 따르는 방향을 의미한다. 바람직하게는, 상기 측면은 반도체 층 시퀀스의 층들의 주 연장 방향에 대해 수직이거나 경사지게 연장된다.
바람직한 형성예에서, 거울 구조체, 특히 유전체 층 구조체는 반도체 몸체를 한정하는 상기 반도체 몸체의 측면에 이르기까지 적어도 국부적으로 연장된다. 특히, 거울 구조체는 반도체 몸체의 전체 범위에 걸쳐 래터럴 방향에서 상기 측면에 이르기까지 또는 경우에 따라서 반도체 몸체를 한정하는 상기 반도체 몸체의 각각의 다른 측면들에 이르기까지 연장될 수 있다.
더욱이, 거울 구조체 특히 유전체 층 구조체는 래터럴 방향에서 적어도 국부적으로, 상기 반도체 몸체를 한정하는 측면들을 넘어 연장되며, 특히 평면으로 돌출될 수 있다. 또한 바람직하게는, 반도체 몸체를 한정하는 측면은 유전체 층 구조체를 위한 물질을 포함하지 않는다.
거울층도 래터럴 방향에서 적어도 국부적으로, 상기 반도체 몸체를 한정하는 측면을 넘어 연장되며, 특히 평면으로 돌출될 수 있다.
바람직한 형성예에서, 반도체 몸체상에 접촉 구조체가 배치된다. 접촉 구조체는 반도체 몸체에서 상기 유전체 층 구조체와 같은 측에 배치될 수 있다. 접촉 구조체는 반도체칩의 외부 전기적 접촉을 위한 역할을 한다.
또한 바람직하게는, 반도체칩은 다른 접촉 구조체도 포함한다. 특히, 다른 접촉 구조체는 상기 반도체 몸체상에서 접촉 구조체와 반대 방향에 위치한 활성 영역의 측에 배치될 수 있다. 이러한 접촉 구조체들을 이용하여, 반도체칩의 동작 시 전하 캐리어들은 반도체 몸체로 주입될 수 있다.
바람직하게는, 반도체칩은 래터럴 방향으로 연장되는 복사 출사면을 포함한다. 거울 구조체, 특히 유전체 층 구조체는 복사 출사면과 반대 방향에 위치한 활성 영역의 측에 배치되는 것이 바람직하다. 활성 영역에서 생성되어 거울층의 방향으로 출사되는 복사는 유전체 층 구조체에 의해 복사 출사면의 방향으로 반사되고, 결국 상기 복사 출사면을 통과하여 방출될 수 있다.
다른 바람직한 형성예에서, 반도체칩은 반도체 몸체가 배치된 지지체를 포함한다. 지지체는 반도체칩의 일부로서, 특히 반도체 몸체의 기계적 안정화를 위한 역할을 한다. 또한, 지지체는 반도체 층 시퀀스를 위한 성장 기판과 다를 수 있다. 따라서, 지지체는 성장 기판의 까다로운 결정도(crystallinity) 조건을 충족하지 않아도 되며, 오히려, 가령 높은 열 전도도 또는 높은 기계적 안정성과 같은 다른 물리적 특성을 고려하여 선택될 수 있다. 예를 들면, 지지체는 규소, 탄화 규소, 게르마늄, 비화 갈륨, 질화 갈륨, 인화 갈륨 또는 다른 반도체 물질을 포함하거나 그러한 물질로 구성될 수 있다. 이러한 지지체의 전기 전도도는 예를 들면 도핑에 의해 증가할 수 있다. 가령 질화 알루미늄 또는 사파이어를 포함하거나 그러한 물질로 구성된 지지체와 같은 전기 절연성 지지체도 사용될 수 있다. 지지체는 결합층을 이용하여 반도체 몸체에 고정될 수 있다. 예를 들면, 결합층은 땜납 또는 접착제를 포함할 수 있다.
또는, 지지체는 반도체 몸체상에 증착된 층을 이용하여 형성될 수 있다. 이 때, 상기 층은 반도체 몸체를 기계적으로 안정화하기에 충분한 두께를 가진다. 지지체는 예를 들면 금속층 또는 금속 합금계층을 이용하여 형성될 수 있다.
바람직하게는, 지지체는 복사 출사면과 반대 방향에 위치한 반도체 몸체의 측에 배치된다. 또한, 바람직하게는, 거울 구조체는 지지체와 반도체 몸체 사이에 배치된다. 활성 영역에서 생성되고, 지지체의 방향으로 출사되는 복사는 거울 구조체에서 복사 출사면의 방향으로 반사되어, 결국 상기 복사 출사면을 통해 방출될 수 있다.
바람직한 발전예에서, 반도체칩의 평면도상에서, 지지체는 적어도 국부적으로 반도체 몸체보다 돌출된다. 이러한 경우, 거울 구조체, 특히 유전체 층 구조체는 반도체 몸체의 측면을 넘어, 상기 지지체를 한정하는 상기 지지체의 측면에 이르기까지 연장될 수 있다. 거울 구조체, 특히 유전체 층 구조체는 지지체에 대해 평행하게, 반도체칩의 측면을 넘어 연장될 수 있다. 반도체 몸체의 측면을 통해 지지체의 방향으로 방출된 복사는 거울 구조체에 의해 반사될 수 있다. 그러므로, 활성 영역에서 생성된 복사가 지지체에서 흡수되는 것도 매우 효율적으로 감소할 수 있다.
바람직한 형성예에서, 접촉 구조체는 거울층을 이용하여 형성된다. 거울층은 반도체 몸체의 전기적 접촉뿐만 아니라 유전체 층 구조체의 미러링(mirroring) 역할을 할 수 있다. 이 때, 거울층은 완전히 또는 국부적으로만, 반도체 몸체의 표면을 넘어, 바람직하게는 지지체를 향한 반도체 몸체의 표면을 넘어 연장될 수 있다.
바람직한 발전예에서, 유전체 층 구조체는 컷아웃(cutout)을 포함한다. 접촉 구조체는 유전체 층 구조체의 적어도 하나의 컷아웃에 형성될 수 있다. 더욱이, 유전체 층 구조체는 컷아웃을 이용하여 적어도 2개의 별도의 부분 영역들로 나누어질 수 있다. 즉, 컷아웃은 상기 별도의 부분 영역들 사이에 형성될 수 있다. 예를 들면, 유전체 층 구조체는 내부의 부분 영역 및 외부의 부분 영역을 포함할 수 있고, 이 때 외부의 부분 영역은 상기 내부의 부분 영역을 래터럴 방향에서 완전히 둘러쌀 수 있다. 이러한 경우, 외부의 부분 영역은 프레임형으로 형성될 수 있다.
다른 바람직한 형성예에서, 유전체 층 구조체 및 접촉 구조체는 적어도 국부적으로 나란히 배치된다. 반도체칩의 동작 시, 전하 캐리어들은 상기 접촉 구조체에 인접한 반도체 몸체의 영역에서 상기 반도체 몸체로 주입된다. 그에 반해, 반도체 몸체에서 유전체 층 구조체에 인접한 지점에서는, 어떠한 전하 캐리어들도 주입되지 않는다. 유전체 층 구조체를 이용하면, 반도체 몸체에서 적어도 하나의 표면 영역이 레터럴 방향에서 정의될 수 있고, 반도체칩의 동작 시 어떠한 전하 캐리어들도 상기 표면 영역을 경유하여 반도체 몸체로 주입되지 않는다.
예를 들면, 유전체 층 구조체, 특히 유전체 층 구조체의 내부 부분 영역은, 반도체칩의 평면도상에서 복사 출사면의 일 영역과 겹쳐질 수 있는데, 이 때 상기 영역은 예를 들면 다른 접촉 구조체에 의해 그늘진 영역(shadowed area)이다. 상기 다른 접촉 구조체 및 유전체 층 구조체는 반도체칩의 평면도상에서 겹쳐있을 수 있다. 유전체 층 구조체의 내부 부분 영역은 상기 영역의 래터럴 형상을 상기 다른 접촉 구조체의 형상에 맞출 수 있다. 그러므로, 다른 접촉 구조체 하부에서 생성되어 상기 다른 접촉 구조체에 의해 흡수되는 복사 비율은 감소할 수 있다.
또한, 유전체 층 구조체는 래터럴 방향에서 형성되되, 가령 유전체 층 구조체 내지 상기 유전체 층 구조체의 외부 부분 영역의 프레임형 형성에 의해, 반도체 몸체의 태두리 영역 즉 반도체 몸체의 측면의 근방에서 전하 캐리어들의 주입이 감소하도록 형성된다. 이러한 방식으로, 반도체 몸체에서 전하 캐리어들의 비-복사성 재조합이 감소할 수 있다.
다른 바람직한 형성예에서, 유전체 층 구조체는 거울층과 반도체 몸체 사이를 관통하며 배치된다.
또한 바람직하게는, 거울층은 컷아웃을 포함하고, 이 때 상기 거울층의 컷아웃은 유전체 층 구조체의 컷아웃와 겹쳐진다. 이러한 경우, 접촉 구조체 및 거울 층은 서로 이격되어 형성될 수 있다.
접촉 구조체 및/또는 다른 접촉 구조체는 다층으로 형성될 수 있다. 특히, 접촉 구조체 내지 다른 접촉 구조체의 적어도 하나의 층은 TCO(transparent conductive oxide, 약어로 "TCO") 물질을 포함할 수 있다. 바람직하게는, TCO 물질을 포함한 층은 반도체 몸체에 인접한다.
TCO 물질은 투명한 전도성 물질들로서, 일반적으로, 예를 들면 산화 아연, 산화 주석, 산화 카드뮴, 산화 티타늄, 산화 인듐 또는 인듐 주석 산화물(ITO)과 같은 산화 금속이 있다. 예를 들면 ZnO, SnO2 또는 In2O3와 같은 2원 산화 금속 화합물외에, 예를 들면 Zn2SnO4, CdSnO3, ZnSnO3, MgIn2O4, GaInO3, Zn2In2O5 또는 In4Sn3O12와 같은 3원 산화 금속 화합물 또는 서로 다른 투명 전도성 산화물의 혼합물들이 TCO군에 속한다. 또한, TCO는 반드시 화학량론적 조성에 상응할 필요는 없다. TCO는 p형 또는 n형 도핑될 수 있다.
또한, 접촉 구조체는 반사체층을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 거울층보다 반사체층이 반도체 몸체에 더 가깝게 배치된다. 반사체층은 반도체 몸체에 인접할 수 있다. 또는, TCO 물질을 포함하는 접촉 구조체의 층은 반사체층과 반도체 몸체 사이에 배치될 수 있다.
이에 상응하여, 다른 접촉 구조체는 다른 반사체층을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 다른 반사체층은 상기 다른 접촉 구조체의 연결층과 반도체 몸체 사이에 배치된다. 연결층은 예를 들면 본딩 와이어를 이용하여 반도체칩의 외부 전기적 접촉을 위해 구비된다.
반도체칩의 활성 영역에서 생성된 복사는 반사체층 내지 다른 반사체층에서 상기 반도체 몸체로 재귀 반사될 수 있다. 그러므로, 활성 영역으로부터 보았을 때, 반사층 내지 다른 반사체층 다음에 배치되는, 접촉 구조체의 층 또는 다른 접촉 구조체의 층에서 복사가 흡수되는 일은 방지되거나 적어도 감소할 수 있다.
특히, 반사체층 및/또는 다른 반사체층은 금속 또는 금속 합금을 포함할 수 있다. 예를 들면, 금, 은, 알루미늄, 로듐, 백금, 티타늄, 팔라듐 또는 이러한 금속들 중 적어도 하나와의 합금이 적합하다.
특히, 반사체층 및/또는 다른 반사체층이 반도체 몸체에 인접하는 경우, 반사체층 내지 다른 반사체층은 활성 영역에서 생성된 복사에 대한 높은 반사도 외에도, 반도체 몸체에 대한 양호한 전기적 접촉 특성을 갖는다.
반사체층 및/또는 다른 반사체층이 반도체 몸체로부터 이격된 경우, 반사체층 또는 다른 반사체층은, 거울층과 마찬가지로, 주로 활성 영역에서 생성된 복사에 대해 가능한한 높은 반사도를 고려하여 형성된다.
반도체 몸체와 반대 방향에 위치한 반사체층의 측에 거울층이 형성될 수 있다. 이 때, 거울층은 완전히 또는 국부적으로만 반사체층상에 연장될 수 있다.
바람직한 형성예에서, 반도체 몸체는 터널 접촉층을 포함하며, 바람직하게는 터널 접촉층은 접촉 구조체 또는 다른 접촉 구조체에 인접한다. 터널 접촉층은 강한 p형으로 또는 강한 n형으로 도핑되는 것이 바람직하다. 또한, 터널 접촉층은 활성 영역과 접촉 구조체 내지 다른 접촉 구조체 사이에 배치된 다른 반도체층과는 다른 도전형을 가진다. 터널 접촉층을 이용하면, 반도체칩의 동작 시 전하 캐리어들은 간단히 반도체 몸체로 주입될 수 있다.
다른 바람직한 형성예에서, 반도체 몸체에서 상기 다른 접촉 구조체가 배치된 표면은, 수직 방향으로 상기 다른 접촉 구조체에 접한 영역에서 평편하다. 바람직하게는, 상기 영역에서, 상기 반도체 몸체의 표면은 평활화된다(smoothened). 상기 표면 영역의 거친 정도가 낮을 수록, 접촉 구조체는 반사성을 가질 수 있다.
또한 바람직하게는, 표면은 래터럴 방향에서 상기 평편한 영역에 인접한 다른 영역에서 구조화된다. 상기 구조화는 활성 영역에서 생성된 복사가 반도체 몸체로부터 아웃커플링되는 효율을 증가시키기 위해 구비된다. 구조화는 규칙적 또는 불규칙적으로 이루어질 수 있다.
불규칙한 구조화는 예를 들면 표면의 러프닝(roughening)에 의해 제조될 수 있다. 또는, 구조화는 예를 들면 마이크로 프리즘 또는 광 격자(photonic lattice)의 형태로 규칙적으로 형성될 수 있다. 광 격자의 경우, 래터럴 구조화의 주기적 길이, 즉 래터럴 구조화가 주기적으로 반복되는 길이는 활성 영역에서 생성된 복사의 파장 범위에 있으며, 가령 광 격자를 형성하는 물질에서 상기 파장의 0.1배와 10배 사이에 있다.
다른 바람직한 형성예에서, 반도체 층 시퀀스를 위한 성장 기판은 적어도 국부적으로 제거되거나, 적어도 국부적으로 얇아진다. 상기와 같은 반도체칩을 박막 반도체칩이라고 한다.
복사 생성 박박 반도체칩은 특히, 이하의 특징적 특성들로 특징지워진다.
- 복사 생성 에피택시 층 시퀀스에서 지지 부재를 향한 제1 주요면에 반사층이 도포되거나 형성되고, 상기 반사층은 에피택시 층 시퀀스에서 생성된 전자기 복사의 적어도 일 부분을 상기 에피택시 층 시퀀스에 재귀 반사하며;
- 에피택시 층 시퀀스의 두께는 20 ㎛이하, 특히 10 ㎛의 범위를 가지고/가지거나;
- 에피택시 층 시퀀스는 혼합 구조를 갖는 적어도 하나의 면을 구비한 적어도 하나의 반도체층을 포함하고, 상기 혼합 구조는 이상적인 경우 에피택시얼한 에피택시 층 시퀀스에서 거의 에르고딕적인(ergodic) 광 분포를 유도하며, 즉 가능한 한 에르고딕한 확률적 산란 거동을 가진다.
박막 발광 다이오드칩의 기본 원리는 예를 들면 문헌[I.Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63(16), 1993. 10. 18, 2174-2176]에 기재되어 있으며, 이의 개시 내용은 본문에서 참조로 포함된다.
박막 발광 다이오드칩은 람베르시안(lambertian) 표면 이미터에 가까우며, 따라서 투광기에 응용되기에 매우 적합하다.
바람직하게는, 반도체칩은 주로 비간섭성 복사의 생성을 위해 구비된다. 예를 들면, 반도체칩은 LED칩으로, 또는 가능한 한 RCLED칩(resonant cavity light emitting diode chip)으로 실시될 수 있다. RCLED의 경우, 활성 영역은 캐비티내에 배치된다. 또는, 반도체칩은 간섭성 복사의 생성을 위해 구비될 수 있다. 이러한 경우, 반도체칩은 반도체레이저칩, 특히 내부 공진기를 갖는 표면 방출 반도체레이저칩(VCSEL, vertical cavity surface emitting laser)으로, 또는 동작을 위해 외부 공진기를 갖는 표면 방출 반도체칩(VECSEL, vertical external cavity surface emitting laser)으로 실시될 수 있다.
반도체 몸체, 특히 활성 영역은 III-V 반도체 물질을 포함하는 것이 바람직하다. III-V 반도체 물질은 자외선 스펙트럼 영역(InxGayAl1-x-yN)으로부터 가시적 스펙트럼(특히 청색 내지 녹색 복사를 위한 InxGayAl1-x-yN, 또는 특히 황색 내지 적색 복사를 위한 InxGayAl1-x-yP)을 지나 적외선 스펙트럼 영역(InxGayAl1-x-yAs)에 이르기까지의 복사 생성에 매우 적합하다. 이 때, 각각 0≤x≤1, 0≤y≤1, x+y≤1이며, 바람직하게는 x≠0, y≠0, x≠1 및/또는 y≠1이다. III-V 반도체 물질들, 특히 상기 물질 체계를 갖는 반도체 물질들을 이용하면 복사 생성 시 높은 내부 양자 효율을 얻을 수 있다는 이점이 있다.
복사 생성을 위한 활성 영역을 갖는 반도체층 시퀀스를 구비한 반도체 몸체를 포함하는 반도체칩의 제조 방법에 있어서, 일 실시예에 따르면, 우선 활성 영역을 포함한 반도체층 구조체를 준비한다. 제조 공정 동안, 반도체층 구조체로부터 반도체층 시퀀스를 포함한 반도체 몸체를 형성시킨다.
예비 제조된 반도체층 구조체상에 거울 구조체를 형성시키고, 이 때 거울 구조체는 유전체 층 구조체 및 거울층을 포함한다. 반도체층 구조체로부터 반도체층 시퀀스를 포함한 반도체 몸체를 형성시킨다. 반도체칩을 완성한다.
이러한 방식으로, 거울 구조체를 포함한 반도체칩을 간단히 제조할 수 있다.
바람직하게는, 반도체층 구조체로부터 반도체 몸체를 형성하는 단계는 거울 구조체의 형성 단계 이후에 수행한다.
바람직하게는, 반도체층 구조체는 반도체층 구조체를 위한 성장 기판상에 준비한다. 이 때, 반도체층 구조체의 반도체층들은 에피택시얼하게, 특히 MBE 또는 MOVPE를 이용하여 성장 기판상에 증착되어 있다.
바람직한 형성예에서, 반도체층 구조체는, 특히 상기 반도체층 구조체로부터 반도체 몸체가 형성되기 전에, 지지체상에 고정된다. 특히, 지지체는 반도체 몸체를 기계적으로 안정화하는 역할을 한다. 그와 동일한 정도의 양호한 기계적 안정을 위한 성장 기판은, 더 이상 필요하지 않다. 또는, 지지체는 반도체층 구조체상에 증착될 수 있다. 이는, 예를 들면 도금으로, 또는 가령 증발 또는 스퍼터링과 같은 다른 증착법을 이용하여 수행될 수 있다.
바람직한 발전예에서, 반도체층 구조체를 위한 성장 기판은 적어도 국부적으로 제거되거나 적어도 국부적으로 얇아진다. 이는 예를 들면 기계적 공정, 가령 그라인딩(grinding), 평활화(smoothening) 또는 폴리싱(polishing)을 이용하여 수행될 수 있다. 또한, 화학적 공정, 특히 식각 공정도 이용될 수 있다. 대안적 또는 추가적으로, 성장 기판을 제거하기 위해, 레이저 분리 방법이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 성장 기판은 지지체가 구비된 이후에 제거되거나 얇아진다.
다른 바람직한 형성예에서, 반도체 몸체상에 접촉 구조체가 형성된다. 또한, 다른 접촉 구조체도 형성될 수 있다. 접촉 구조체, 및 경우에 따라서 다른 접촉 구조체는 단일층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 접촉 구조체들의 층 내지 복수 개의 층들은 예를 들면 증발 또는 스퍼터링에 의해 증착될 수 있다.
바람직한 발전예에서, 반도체 몸체의 표면은 적어도 국부적으로 평활화되는데, 이후 접촉 구조체 및/또는 다른 접촉 구조체는 상기 표면의 평활화된 영역에 형성될 수 있다. 따라서, 접촉 구조체 내지 다른 접촉 구조체의 반사도가 증가할 수 있다. 접촉 구조체 내지 다른 접촉 구조체에 입사되는 복사는 효율적으로 반도체 몸체에 재귀 반사된 후, 상기 반도체 몸체로부터 방출될 수 있다.
반도체 몸체의 평활화는 기계적으로, 특히 그라인딩, 래핑(lapping) 또는 폴리싱에 의해 수행되는 것이 바람직하다. 대안적 또는 보완적으로, 상기 평활화는 화학적으로, 예를 들면 습식 화학적 공정 또는 건식 화학적 공정으로 수행될 수 있다.
다른 바람직한 형성예에서, 반도체 몸체의 표면은 구조화된다. 상기 구조화 시, 상기 표면에서 접촉 구조체 내지 다른 접촉 구조체가 형성된 영역에는 컷아웃이 생성된다. 구조화는 반도체칩의 아웃커플링 효율을 향상시키기 위해 구비된다. 구조화는 반도체층 구조체로부터 반도체 몸체가 형성되기 이전 또는 그 이후에 수행될 수 있다. 예를 들면, 구조화는 표면의 기계적 러프닝을 이용하여 제조될 수 있다. 구조화, 특히 가령 마이크로 프리즘 또는 광 결정의 형태인 규칙적 구조화는 예를 들면 화학적으로, 특히 습식 화학적 식각 또는 건식 화학적 식각을 이용하여 제조될 수 있다.
반도체칩을 제조하기 위한 상기 방법은 그보다 앞서 기술된 반도체칩을 제조하기에 매우 적합하다. 반도체칩과 관련하여 기술된 특성들은 상기 방법을 위해서도 인용될 수 있고, 그 반대의 경우도 가능하다.
이하, 본 발명의 다른 특성들, 유리한 형성예들 및 적합성들은 도면과 관련하여 실시예들로 기술된다.
도 1A 및 1B는 본 발명에 따른 반도체칩의 제1 실시예를 각각 개략적 단면도 및 개략적 평면도로 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체칩의 제2 실시예를 개략적 단면도로 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 반도체칩의 제3 실시예를 개략적 단면도로 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 반도체칩의 제4 실시예를 개략적 단면도로 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 반도체칩의 제5 실시예를 개략적 단면도로 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 반도체칩의 제6 실시예를 개략적 단면도로 도시한다.
도 7A 내지 7D는 본 발명에 따른 방법의 일 실시예를 위한 중간 단계들을 개략적 단면도로 도시한다.
동일하고, 동일한 종류이며, 동일하게 작용하는 요소들은 도면들에서 동일한 참조 번호를 가진다.
도면들은 각각 개략적으로 도시되었으므로, 반드시 축척에 맞지는 않다. 오히려, 비교적 작은 요소들 및 특히 층 두께는 명확한 표현을 위해 과장되어 확대 도시되어 있을 수 있다.
본 발명에 따른 반도체칩의 제1 실시예는 도 1A의 단면도에 도시되어 있으며, 상기 단면도는 상기 반도체칩의 평면도(도 1B)에 도시된 절개선 A-A를 따른 것이다.
반도체칩(1)은 반도체 몸체(2)를 형성하는 반도체 층 시퀀스를 포함한다. 바람직하게는, 반도체 층 시퀀스는 가령 MOVPE 또는 MBE를 이용하여 성장 기판상에 에피택시얼하게 증착되어 있다. 반도체 몸체(2)의 반도체 층 시퀀스는 활성 영역(25)을 포함한다. 활성 영역은 반도체 층 시퀀스의 p형 층(21) 및 n형 층(22) 사이에 배치된다. 반도체 몸체상에 거울 구조체(3)가 형성되며, 상기 거울 구조체는 거울층(4) 및 유전체 층 구조체(5)를 포함한다. 예를 들면, p형 층(21)은 거울 구조체를 향한 활성 영역의 측에 형성된다. 이에 상응하여, n형 층(21)은 거울 구조체(3)와 반대 방향에 위치한 활성 영역(25)의 측에 형성된다. 이와 달리, n형 층 및 p형 층이 서로 바뀌는 배치도 가능하다.
반도체칩(1)은 지지체(7)를 포함하고, 상기 지지체상에 반도체 몸체(2)가 배치된다. 지지체는, 특히, 반도체 몸체(2)의 반도체 층 시퀀스를 위한 성장 기판과 다르다. 따라서, 상기 지지체는 특히 결정 순도와 관련하는 성장 기판의 까다로운 조건을 충족하지 않아도 된다. 오히려, 지지체는 높은 기계적 안정성 또는 높은 열 전도도와 같은 다른 물리적 특성을 고려하여 선택될 수 있다. 반도체 몸체(2)는 예를 들면 결합층을 이용하여 지지체에 고정될 수 있다(미도시). 결합층은 예를 들면 땜납 또는 바람직하게는 전기 전도성인 접착제를 포함할 수 있다. 예를 들면, 지지체는 가령 규소, 탄화 규소, 비화 갈륨, 질화 갈륨 또는 게르마늄과 같 은 반도체를 포함하거나 그러한 물질로 구성될 수 있다. 지지체는 전기 전도성으로 실시될 수 있다. 이러한 경우, 반도체칩의 외부 접촉은 지지체 물질에 의해 수행될 수 있다. 또한, 가령 사파이어 또는 AlN을 포함하거나 그러한 물질로 구성된 지지체와 같은 전기 절연성 지지체가 사용될 수 있다.
예비 제조된 지지체 몸체에 반도체 몸체(2)를 고정하는 것에 대한 대안으로, 지지체(7)는 반도체 몸체(2)상에 증착될 수 있다. 이 때, 바람직하게는, 지지체는 반도체 층 시퀀스를 포함한 반도체 몸체(2)를 기계적으로 안정화하기에 충분한 두께로 증착된다. 이러한 경우, 반도체 몸체(2)와 지지체(7) 사이의 결합층이 생략될 수 있다. 반도체 층 시퀀스를 포함한 반도체 몸체(2)상에 형성된 지지체는 예를 들면 도금, 스퍼터링 또는 증발을 이용하여 제조될 수 있다.
반도체칩(1)의 평면도에서 볼 때, 지지체(7)는 반도체 몸체(2)보다 큰 래터럴 범위를 가진다. 즉, 반도체 몸체(2)는 지지체를 국부적으로만 덮는다.
바람직하게는, 유전체 층 구조체(5)는 가령 SiO2와 같은 산화물, 가령 Si3N4와 같은 질화물 또는 가령 SiON과 같은 질산화물을 포함한다.
거울 구조체(3)는 반도체 층 시퀀스를 포함한 반도체 몸체(2)와 지지체(7) 사이에 배치된다. 유전체 층 구조체(5) 및 거울층(4)은 지지체(7)를 향한 반도체 몸체(2)의 측에 배치된다. 반도체칩의 복사 출사면(10)은 지지체의 맞은편에 위치한 반도체 몸체의 측에 형성된다. 유전체 층 구조체는 적어도 하나의 영역에서 반도체 몸체(2)와 거울층(4) 사이에 배치된다.
또한, 반도체 몸체(2)와 지지체(7) 사이에 접촉 구조체(6)가 배치된다. 접촉 구조체(6) 및 유전체 층 구조체(5)는 나란히 배치된다. 유전체 층 구조체는 컷아웃(55)를 포함하고, 상기 컷아웃에 접촉 구조체(6)가 형성된다. 접촉 구조체(6)는 컷아웃(55)안으로 연장된다.
유전체 층 구조체(5)는 내부의 부분 영역(5A) 및 외부의 부분 영역(5B)을 포함한다. 외부의 부분 영역은 래터럴 방향에서 상기 내부의 부분 영역을 둘러싸는데, 이 때 상기 내부의 부분 영역 및 외부의 부분 영역은 컷아웃(55)를 이용하여 서로 분리된다. 즉, 컷아웃은 내부 부분 영역과 외부 부분 영역 사이에 연장된다. 외부 부분 영역(5B)은 프레임형으로 형성되고, 반도체칩의 평면도상에서 상기 반도체 몸체(2)를 래터럴로 한정하는 경계부를 따라 연장된다. 반도체칩(1)의 동작 시, 유전체 층 구조체(5)의 외부 부분 영역(5B)을 이용하여, 반도체 몸체의 래터럴 경계부 근방에서 전하 캐리어들의 주입이 감소한다. 따라서, 예를 들면 측면(26)에서와 같이 테두리측에서 전하 캐리어들의 비복사성 재조합이 감소할 수 있다. 이를 통해, 전체적으로 반도체칩(1)으로부터 방출된 복사속이 향상될 수 있다.
접촉 구조체(6)는 거울층(4) 및 반사체층(61)으로 형성된다. 반사체층(61)은 반도체 몸체를 향한 거울층의 측에 형성된다. 즉, 거울층보다 반사체층이 반도체 몸체(2)에 더 가깝다. 더욱이, 반사체층은 반도체 몸체에 접한다. 활성 영역(25)에서 생성된 복사는 상기 반사체층에서 반도체 몸체로 재귀 반사되어, 이후, 특히 복사 출사면(10)을 통해 반도체칩(1)으로부터 방출될 수 있다. 또한, 지지체(7)의 방향으로 출사된 복사는, 특히 반도체 몸체(2)의 테두리 영역들에서, 거울 구조체(4), 특히 거울층(3)에 의해 반사될 수 있다. 그러므로, 지지체에서의 복사 흡수는 방지되거나, 적어도 현저히 감소할 수 있다.
지지체(7)와 반대 방향에 위치한 반도체 몸체(2)의 측에 다른 접촉 구조체(65)가 형성된다. 다른 접촉 구조체는 다른 반사체층(66) 및 연결층(67)을 포함한다. 다른 반사체층은 연결층(67)과 반도체 몸체(2) 사이에 배치된다. 다른 반사체층(66)을 이용하면, 연결층(67)에서 복사가 흡수되는 것을 예방할 수 있다. 다른 접촉 구조체(65), 특히 연결층(67)은 예를 들면 본딩 와이어를 이용한 반도체칩의 외부 전기적 접촉을 위해 구비된다. 바람직하게는, 연결층은 금속 또는 금속 합금을 포함하고, 더욱 바람직하게는 금을 포함한다.
반도체칩의 평면도에서 볼 때, 유전체 층 구조체(5)의 내부 부분 영역(5A) 및 다른 접촉 구조체(65)는 서로 대치된 방향에서 포개어진다. 래터럴 형상과 관련하여, 유전체 층 구조체의 내부 부분 영역은 다른 접촉 구조체(65)의 래터럴 형상에 맞춰진다. 반도체칩의 동작 시, 유전체 층 구조체(5)를 이용하여 전하 캐리어들이 반도체 몸체(2)에 주입되되, 복사가 활성 영역(25)에서 주로, 상기 다른 접촉 구조(65)에 의해 복사 출사면(10)이 그늘지지 않는 래터럴 영역들에서 생성되도록 주입된다.
바람직하게는, 거울층은 금속 또는 금속 합금을 포함하거나 그러한 물질로 구성된다. 더욱 바람직하게는, 거울층은 팔라듐, 백금, 니켈, 금, 은, 알루미늄, 로듐, 티타늄 또는 상기 물질들 중 적어도 하나와의 합금을 포함한다. 금은 예를 들면 적외선 영역에서 높은 반사도를 가진다는 특징이 있다. 팔라듐, 알루미늄, 은, 로듐 및 이러한 물질들 중 적어도 하나와의 금속 합금은 가시적 스펙트럼 영역 및 자외선 스펙트럼 영역을 위해 매우 적합하다. 활성 영역에서 생성된 복사에 대한 거울 구조체(3)의 반사도는 바람직하게는 80% 이상이며, 더욱 바람직하게는 90% 이상이고, 예를 들면 95% 이상이다.
거울층(4)과 관련하여 언급한 물질들은 반사체층, 및 경우에 따라서 다른 반사체층을 위해서도 적합하다. 또한, 접촉 구조체(6) 및 다른 접촉 구조체(65)는 가령 ITO나 SnO와 같은 TCO 물질 또는 상기 언급한 TCO 물질들 중 하나를 포함하는 적어도 하나의 층을 구비할 수 있다.
또한 바람직하게는, 반사체층(61) 내지 다른 반사체층(66)은 활성 영역에서 생성된 복사에 대한 높은 반사도 외에, 반도체 몸체(2)에 대한 양호한 전기적 접촉 특성도 가진다.
바람직하게는, 반사체층(61) 및/또는 다른 반사체층(66)은 접촉 구조체(6) 내지 다른 접촉 구조체(65)의 다른 층들에 비해 얇다. 또한 바람직하게는, 반사체층(61) 및/또는 다른 반사체층(66)은 거울층(4)보다 얇다. 바람직하게는, 반사체층(61)의 두께는 기껏해야 200 nm이고, 더욱 바람직하게는 기껏해야 100 nm이다.
더욱이, 반사체층 및/또는 다른 반사체층은, 그 두께가 기껏해야 50 nm, 바람직하게는 기껏해야 20 nm이 되도록 얇게 실시될 수 있다. 상기와 같이 얇게 실시된 반사체층 및/또는 다른 반사체층은 활성 영역(25)에서 생성된 복사에 대해 반투명할 수 있다.
거울층(3), 특히 유전체 층 구조체(5)는 래터럴 방향에서, 반도체 몸체(2)를 한정하는 측면(26)을 넘어 평면으로 돌출된다. 이 때, 측면(26)은 유전체 층 구조체를 위한 물질을 포함하지 않거나, 실질적으로 포함하지 않는다. 반도체칩의 평면도에서, 반도체 몸체의 래터럴 경계부는 유전체 층 구조체(5)내에, 특히 유전체 층 구조체의 외부 부분 영역(5B)내에 연장된다. 반도체칩의 동작 시, 반도체 몸체의 테두리 영역에서 상기 반도체 몸체로의 전하 캐리어 주입은 방지될 수 있다. 따라서, 반도체 몸체의 테두리 영역은 전기적으로 비활성이거나, 적어도 비교적 낮은 활성을 가진다. 이와 동시에, 거울 구조체(3)를 이용하면, 반도체 몸체(2)의 테두리 영역으로부터 방출되는 복사가 상기 거울 구조체로부터 반사될 수 있다. 그러므로, 지지체(7)의 방향으로 출사된 복사가 상기 지지체에 흡수되는 일은 방지되거나, 적어도 감소할 수 있다.
또한, 거울 구조체(3), 즉 유전체 층 구조체(5) 및 거울층(4)은 래터럴 방향에서 원주형으로, 지지체(7)를 래터럴 방향에서 한정하는 측면(71)에 이르기까지 연장된다. 이러한 방식으로, 활성 영역에서 생성되고, 반도체 몸체의 측면(26)으로부터 상기 반도체 몸체의 지지체(7)의 방향으로 출사된 복사가 상기 지지체(7)에 흡수되는 일은 매우 효율적으로 방지될 수 있다.
물론, 접촉 구조체(6), 및 경우에 따라서 다른 접촉 구조체(65)는 특히 상기 접촉 구조체의 기하하적 형성과 관련하여 예시적으로 기술된 실시예에 한정되지 않는다. 오히려, 접촉 구조체 및 다른 접촉 구조체는, 반도체 몸체(2)로 전하 캐리어들의 주입을 효율적으로 하기 위해, 예를 들면 하나 이상의 바(bar)형 부분 영역들을 포함할 수 있다. 상기 부분 영역들은 예를 들면 복사 출사면(10)에 걸쳐 연 장될 수 있다. 대안적 또는 추가적으로, 접촉 구조체 및/또는 다른 접촉 구조체도 별도의 부분 영역들을 복수 개로 포함할 수 있다(각각 미도시됨).
유전체 층 구조체는 도 1A 및 1B에 도시된 실시예와 달리 복수 개의 컷아웃들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 유전체 층 구조체는, 특히 바형으로 형성된 다른 접촉 구조체의 부분 영역들에 상응하여, 바형의 부분 영역들을 포함할 수 있다. 유전체 층 구조체는 래터럴 방향으로 연속된 층 구조로 실시될 수 있다.
반도체칩(1)은 LED 박막 반도체칩으로 실시된다. 반도체 몸체(2)의 반도체 층 시퀀스를 위한 성장 기판은 완전히 제거된다. 그러므로, 반도체칩(1)의 제조 크기가 줄어들 수 있다.
바람직하게는, 활성 영역(25)은 적외선, 가시광선 또는 자외선 스펙트럼 영역에서의 복사를 생성하기 위해 구비되고, 더욱 바람직하게는, III-V-반도체 물질을 포함한다. 자외선 스펙트럼 영역(InxGayAl1-x-yN)에서 가시적 스펙트럼 영역(특히 청색 내지 녹색 복사를 위한 InxGayAl1-x-yN 또는 특히 황색 내지 적색 복사를 위한 InxGayAl1-x-yP)을 지나, 적외선 스펙트럼 영역(InxGayAl1-x-yAs)에 이르기까지의 복사 생성을 위해, III-V 반도체 물질은 매우 적합하다.
도시된 실시예들과 달리, 반도체칩(1)은 RCLED 반도체칩, 또는 가령 VCSEL 또는 VECSEL과 같은 반도체레이저칩으로서 상기에 기술된 바와 같이 실시될 수 있다.
본 발명에 따른 반도체칩의 제2 실시예는 도 2에서 개략적 단면도로 도시되 어 있다. 이 때, 제2 실시예는 도 1A 및 1B와 관련하여 기술된 제1 실시예와 실질적으로 상응한다. 이와 달리, 반도체 몸체(2)는 구조화부(28)를 갖는 표면(27)을 포함한다. 표면(27)은 반도체칩(1)의 복사 출사면(10)을 나타낸다.
또한, 표면(27)은 수직 방향으로 다른 접촉 구조체(65)에 인접한 영역(271)에서 평면으로 실시되는 것이 바람직하다. 특히, 상기 표면 영역(271)은 평활화될 수 있다. 그러므로, 다른 접촉 구조체(65), 특히 반사층(66)의 반사도는 증가할 수 있다.
구조화부(28)는 접촉 구조체를 위해 구비된 영역(271)에 래터럴 방향으로 인접하는 표면(27)의 다른 영역(272)에 형성된다. 바람직하게는, 이러한 구조화는, 활성 영역(25)에서 생성된 복사가 반도체칩(1)으로부터 아웃 커플링되는 효율이 증가하도록 실시된다.
구조화부(28)는 규칙적 또는 불규칙적으로 형성될 수 있다. 불규칙한 구조화는 예를 들면 기계적으로 제조될 수 있으며, 가령 러프닝을 이용한다.
표면(27)의 규칙적 구조화부(28)는 예를 들면, 가령 마이크로프리즘의 형태로 융기부들 및/또는 함몰부들를 이용하여 실시되거나, 광 격자의 형태로 실시될 수 있다. 광 격자의 경우, 래터럴 구조화의 주기 길이는, 활성 영역에서 생성된 복사의 파장 범위에 있으며, 바람직하게는 광 격자를 형성하는 물질에서 상기 파장의 0.1배와 10배 사이이다.
또한, 접촉 구조체(60)는 TCO 물질을 포함하거나, 그러한 물질로 구성된 층(62)을 가진다. 예를 들면, ITO 또는 SnO가 적합하다. 또한, 다른 2원 또는 3 원 TCO 물질이 이용될 수 있다. TCO 물질을 포함하는 층(62)은 반도체 몸체(2)와 반사체층(61) 사이에 배치된다. 또한, TCO 물질을 포함하는 층(62)은 반도체 몸체(2)에 인접한다.
반도체 몸체(2)는 접촉 구조체(60)를 향한 측에서 터널 접촉층(23)을 포함한다. 터널 접촉층의 도핑 농도는 높으며, 바람직하게는 최소 1018 cm-3, 더욱 바람직하게는 최소 1019 cm-3이다. 터널 접촉층은 n형이며, 터널 접촉층(23)에 인접하여 p형 도핑된 반도체층(21)과 반대의 도전형을 갖는다. 이에 상응하여, 터널 접촉층이 n형 반도체층에 인접하는 경우 p형 도핑된다.
터널 접촉층(23)을 이용하면, 전하 캐리어들은 간단히 반도체 몸체(2)로 주입될 수 있다. 반도체 몸체(2)에 인접하는 접촉 구조체(60)의 층, 즉 TCO 물질을 함유한 층(62)이 p형 반도체층보다 n형 반도체층을 위해 더 양호한 전기적 접촉을 형성한다면, 예를 들면 전기적으로 접촉되어야 할 p형 반도체층(21)의 경우 터널 접촉층(23)이 이용된다. 접촉 구조체(60)의 물질에 따라 터널 접촉층이 생략될 수도 있다.
본 발명에 따른 반도체칩의 제3 실시예는 도 3에 개략적 단면도로 도시되어 있다. 제3 실시예는 도 1A 및 1B와 관련하여 기술된 제1 실시예와 실질적으로 상응한다.
제1 실시예와 달리, 유전체 층 구조체(5)는 프레임형으로 형성된다. 외부 부분 영역과 이격된 내부 부분 영역은 구비되지 않는다. 또한, 유전체 층 구조체는 제1 실시예와 관련하여 기술된 바와 같이 컷아웃(55)를 포함한다. 유전체 층 구조체(5)는 래터럴 방향으로 연속된 층 구조로 형성될 수 있다. 또한, 유전체 층 구조체(5)는 도 1A 및 1B와 관련하여 기술된 제1 실시예에 따른 유전체 층 구조체(5)의 외부 부분 영역(5B)과 마찬가지로, 반도체칩(1)의 평면도상에서 주로, 반도체 몸체(2)의 래터럴 경계부를 따라 연장된다. 따라서, 유전체 층 구조체(5)는 테두리 근방에서 전하 캐리어들이 반도체 몸체로 주입되는 것을 감소시키는 역할을 하며, 이와 동시에, 거울 구조체(3), 즉 거울층(4)을 포함한 유전체 층 구조체(5)는 상기 테두리 근방 영역에서, 지지체(7)의 방향으로 출사된 복사가 상기 지지체에 흡수되는 것을 방지하거나, 적어도 감소시키는 역할을 한다.
접촉 구조체(6)는 제1 실시예와 관련하여 기술된 바와 같이 유전체 층 구조체(5)의 컷아웃(55)에 배치된다.
본 발명에 따른 반도체칩의 제4 실시예는 도 4에 개략적 단면도로 도시되어 있다. 제4 실시예는 도 1A 및 1B와 관련하여 기술된 제1 실시예와 실질적으로 상응한다. 제1 실시예와 달리, 유전체 층 구조체(5)는 다층으로 구성된다. 즉, 유전체 층 구조체는 복수 개의 유전체층들을 포함한다. 바람직하게는, 유전체 층 구조체를 이용하여 유전체 거울 구조체가 형성된다. 유전체 거울 구조체는 복수 개의 층쌍들을 포함하며, 상기 층쌍들은 각각 제1 층(51) 및 제2 층(52)으로 구성되고, 이 때 상기 제1 층 및 제2 층은 서로 다른 굴절률을 가진다. 바람직하게는, 유전체 거울 구조체는 브래그 거울로 실시되며, 또한 바람직하게는 10개 이상, 더욱 바람직하게는 20개 이상의 층 쌍들을 포함한다. 층쌍들의 수가 많을 수록, 유 전체 거울 구조체의 반사도도 높아질 수 있다. 유전체 층 구조체(5)에 의해 투과된 복사, 가령 층들(51, 52)의 법선에 대해 비교적 큰 각도로 상기 층들에 입사된 복사는, 이후, 거울층(4)에서 반도체 몸체(2)로 재귀 반사될 수 있다. 유전체 거울 구조체를 거울층과 조합함으로써, 활성 영역에서 생성된 복사에 대해 높은 반사도를 갖는 거울 구조체(3)가 간단하게 얻어질 수 있다. 특히, 거울 구조체(3)는 거울층(4) 앞에 배치된 유전체 거울 구조체(5)에 의해, 상기 거울층의 반사도가 더 낮은 경우에도 유사한 정도의 총 반사도를 가질 수 있다.
물론, 상기 실시예에 따른 복수 개의 유전체층들을 포함한 유전체 층 구조체(5)는 상기 또는 이하에 기술되는 다른 실시예에 따른 반도체칩에도 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 반도체칩의 제5 실시예는 도 5에 개략적 단면도로 도시되어 있다. 제5 실시예는 도 1A 및 1B와 관련하여 기술된 제1 실시예와 실질적으로 상응한다. 이와 달리, 반도체 몸체(2)의 반도체 층 시퀀스를 위한 성장 기판(20)은 제거되지 않거나, 적어도 완전히 제거되지는 않는다. 성장 기판은 얇아질 수 있다. 이러한 경우, 성장 기판(20)과 다른 추가적 지지체는 생략될 수 있다.
또한, 반도체칩의 복사 출사면(10)은 반도체 몸체(2)와 반대 방향에 위치한 성장 기판(20)의 표면이다. 이 때, 복사 출사면은 거울 구조체(3)와 반대 방향에 위치한 활성 영역(25)의 측에 형성된다.
다른 접촉 구조체(65)는 반도체 몸체(2)와 반대 방향에 위치한 성장 기판(20)의 측에 배치된다. 이러한 경우, 성장 기판(20)은 전기 전도성으로 형성되 는 것이 적합하다. 또는, 전기적으로 비전도성인 성장 기판의 경우, 다른 접촉 구조체(65)는 반도체 몸체(2)에서 접촉 구조체(6)와 동일한 측에 배치될 수 있다. 이러한 반도체칩을 플립칩(flip-chip)이라고 한다(미도시). 다른 대안으로서, 특히 전기 절연성인 성장 기판이 국부적으로 제거될 수 있어서, 반도체 몸체(2)가 성장 기판(20)의 측으로부터 노출된다. 이후, 상기 노출된 영역에 다른 접촉 구조체(65)가 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 반도체칩의 제6 실시예는 도 6에 개략적인 단면도로 도시되어 있다. 제6 실시예는 도 3과 관련하여 기술된 제3 실시예와 실질적으로 상응한다. 이와 달리, 거울층(4)은 컷아웃(40)를 포함한다. 반도체칩(1)의 평면도에서, 거울층의 컷아웃은 유전체 층 구조체(5)의 컷아웃(55)와 겹쳐진다. 유전체 층 구조체(5)는 거울층(4) 및 반도체 몸체(2) 사이를 관통하며 배치된다. 또한, 거울층(4)은 접촉 구조체(6)와 분리되어 실시된다. 특히, 거울층(4)은 접촉 구조체(6)로부터 이격된다. 이러한 경우, 거울층(4) 및 접촉 구조체(6)는 특히 사용된 물질과 관련하여 가능한 한 서로 독립적으로 최적화될 수 있다.
반도체칩의 제조 방법에 대한 실시예를 위한 중간 단계들은 도 7A 내지 7D의 개략적 단면도에 도시되어 있다. 상기 방법은 예를 들면 제1 실시예에 따른 반도체칩을 제조하기 위한 것이다. 물론, 상기 방법은 다른 반도체칩의 제조, 특히 제2 내지 제6 실시예에 따른 반도체칩의 제조에도 적합하다.
도 7A에 도시된 바와 같이, 우선 활성 영역(25)을 가진 반도체 층 구조 시스템(200)을 준비한다. 이 때, 간단한 표현을 위해 도면에는 반도체 층 구조 시스템의 일부만 도시되어 있다. 완성된 반도체칩의 반도체 몸체는 상기 반도체 층 구조 시스템으로부터 생성한다.
바람직하게는, 반도체 층 구조 시스템(200)은 가령 MOCVD 또는 MBE와 같은 에피택시 방법을 이용하여 반도체 층 구조 시스템을 위한 성장 기판(20)상에 증착된다. 이러한 성장 기판(20)상에 반도체 층 구조 시스템이 준비될 수 있다. 이와 달리, 반도체 층 구조 시스템은 성장 기판과는 다른 보조 지지체상에 준비될 수도 있다.
성장 기판(20)과 반대 방향에 위치한 반도체 층 구조 시스템(200)의 측에 거울 구조체(3)가 형성된다. 이를 위해, 유전체 층 구조체(5)가 반도체 층 구조 시스템(200) 상에 증착된다. 이어서, 거울층(4)은 반도체 층 구조 시스템(200) 상에 증착된다. 바람직하게는, 거울층(4)은 래터럴 방향에서 구조화되되, 상기 거울층이 유전체 층 구조체(5)를 완전히 또는 국부적으로만 덮도록 구조화된다. 바람직하게는, 유전체 층 구조체(5) 및 거울층(4)의 증착은 증발 또는 스퍼터링을 이용하여 수행된다.
또한, 성장 기판(20)과 반대 방향에 위치한 반도체 층 구조 시스템(200)의 측에 접촉 구조체(6)가 형성된다. 특히, 접촉 구조체는 유전체 층 구조체(5)의 컷아웃(55)에 형성된다. 접촉 구조체는 반사체층(61) 및 거울층(4)을 이용하여 형성된다. 반사체층은 유전체 층 구조체의 증착 이전 또는 이후에 반도체 몸체(2)상에 증착될 수 있다(도 7B 참조).
도 7C에 도시된 바와 같이, 반도체 층 구조 시스템(200)은 지지체(7)상에 배치되되, 상기 반도체 층 구조 시스템(200)와 지지체(7) 사이에 거울 구조체(3)가 존재하도록 배치된다. 반도체 층 구조 시스템을 지지체상에 기계적으로 안정되게 고정하는 것은, 예를 들면 접착 또는 납땜에 의해 수행될 수 있다. 지지체(7)와 반도체 몸체(2) 사이에 생성된 결합층은 도면에 예시적으로 도시되어 있지 않다. 또한 바람직하게는, 반도체층 구조체는 웨이퍼 본딩 공정으로 지지체에 고정된다.
이와 달리, 지지체(7)는 바람직하게는 금속층으로서 반도체 층 구조 시스템(200) 상에 증착될 수 있다. 이를 위해, 예를 들면 도금 방법 또는 증발이나 스퍼터링과 같은 다른 증착 방법이 적합하다.
이후, 도 7D에 도시된 바와 같이, 성장 기판(20)은 제거될 수 있다. 성장 기판의 제거는 완전히 또는 국부적으로만 수행될 수 있다. 이와 달리, 성장 기판은 완전히 또는 국부적으로만 얇게 될 수 있다. 성장 기판을 제거하거나 얇게 하기 위해, 예를 들면, 가령 그라인딩, 폴리싱 또는 래핑과 같은 기계적 공정 또는 가령 습식 화학적 식각 또는 건식 화학적 식각과 같은 화학적 공정이 적합하다. 대안적 또는 보완적으로, 지지체는 레이저 분리 방법을 이용하여 제거될 수 있다.
반도체 층 구조 시스템(200)으로부터 반도체 몸체(2)가 형성된다. 바람직하게는, 반도체 몸체(2)의 형성은 반도체 층 구조 시스템(200)을 위한 물질이 제거됨으로써 이루어진다. 이는 예를 들면 습식 화학적 식각 또는 건식 화학적 식각을 이용하여 수행될 수 있다. 바람직하게는, 성장 기판이 제거되거나 얇아진 이후, 반도체 몸체(2)가 반도체 층 구조 시스템(200)으로부터 형성된다.
반도체 층 구조 시스템(200)의 반도체 물질을 제거하는 단계는, 상기 반도체층 구조체에서 지지체(7)와 반대 방향에 위치한 측에서 수행된다. 반도체 층 구조 시스템(200)의 에피택시얼 반도체 물질을 제거함으로써, 거울 구조체(3) 특히 유전체 층 구조체(5)는 국부적으로 노출된다. 이와 달리, 거울 구조체는 완전히 절단될 수 있다. 이러한 경우, 물질의 제거는 지지체(7)가 국부적으로 노출될 때까지 계속될 수 있다.
반도체칩(1)의 완성을 위해, 거울 구조체(3)와 반대 방향에 위치한 반도체 몸체(2)의 측에 다른 접촉 구조체(65)가 형성된다. 바람직하게는, 다른 접촉 구조체의 형성은 반도체 층 구조 시스템(200)으로부터 반도체 몸체(2)가 형성된 이후에 수행된다.
바람직하게는, 특히 복수 개의 반도체칩들(1)을 동시에 제조하는 경우, 각 반도체칩들의 반도체 몸체들(2)은 래터럴 방향으로 나란히 배치된 반도체 층 구조 시스템(200)의 부분 영역들로부터 생성된다.
본 발명은 실시예들에 따른 기재에 한정되지 않는다. 오히려, 본 발명은 각 새로운 특징 및 특징들의 각 조합을 포함하고, 이는 특히, 특허 청구 범위에서 특징들의 각 조합을 포함하며, 비록 이러한 특징 또는 이러한 조합이 그 자체로 명백하게 특허 청구 범위 또는 실시예들에 제공되지 않더라도 그러하다.

Claims (15)

  1. 반도체칩(1)에 있어서,
    복사 생성을 위한 활성 영역(25)을 갖는 반도체 층 시퀀스를 포함하는 반도체 몸체(2)를 갖고,
    상기 반도체 몸체(2)상에 거울 구조체(3)가 배치되고, 상기 거울 구조체는 거울층(4)과, 상기 거울층(4) 및 상기 반도체 몸체(2) 사이에서 적어도 국부적으로 배치된 유전체 층 구조체(5)를 포함하고,
    상기 유전체 층 구조체(5)는 컷아웃(cutout; 55)을 가지며,
    상기 반도체 몸체(2) 상에서 상기 컷아웃(55) 내에 접촉 구조체(6)가 배치되고,
    상기 접촉 구조체(6)는 TCO 재료를 포함하는 층(62)과, 금속 또는 금속 합금을 포함하는 반사체 층(61)을 포함하고, 상기 반사체 층은 상기 거울층(4)보다 상기 반도체 몸체(2)에 더 근접하게 배치되고,
    상기 TCO 재료를 포함하는 층(62)은 상기 반도체 몸체(2)와 상기 반사체 층(61) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체칩(1).
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유전체 층 구조체(5)는 유전체 거울 구조체를 형성하는 복수의 유전체층들(51, 52)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체칩.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 반도체 몸체(2)는 상기 반도체 몸체(2)를 측 방향(lateral direction)으로 한정하는 측면(26)을 포함하고, 상기 유전체 층 구조체(5)는 적어도 국부적으로, 상기 반도체 몸체(2)를 한정한 측면(26)을 넘어 측 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 반도체칩.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 유전체 층 구조체(5)는 상기 컷아웃(55)에 의해 적어도 2개의 별도 부분 영역들(5A, 5B)로 나누어지는 것을 특징으로 하는 반도체칩.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접촉 구조체(6)를 등지는 상기 활성 영역(25)의 측에서 상기 반도체 몸체(2)의 표면(27)에 추가 접촉 구조체(65)가 배치되고, 상기 표면(27)은 상기 추가 접촉 구조체(65)에 측 방향으로 인접한 영역(271)에서 평평하며, 상기 표면(27)의 평평한 영역에 인접한 추가 영역(272)에서 구조화부(28)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체칩.
  10. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체칩은 지지체(7)를 포함하고, 상기 유전체 층 구조체(5)는 상기 반도체 몸체(2)와 상기 지지체(7) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체칩.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 반도체칩(1)은 지지체(7)를 포함하고, 상기 반도체 몸체(2)가 상기 지지체(7)상에 배치되며, 상기 유전체 층 구조체(5)는
    복수의 유전체층들(51, 52)을 포함하고,
    상기 지지체(7)와 상기 반도체 몸체(2) 사이에 배치되고,
    상기 반도체 몸체(2)를 측 방향으로 한정하는 측면(26)을 넘어 적어도 국부적으로, 측 방향으로 연장되고,
    컷아웃(55)을 포함하며,
    상기 컷아웃(55)에 의해 적어도 2개의 별도 부분 영역들(5A, 5B)로 나누어지는 것을 특징으로 하는 반도체칩.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 유전체 층 구조체(5)는 컷아웃(55)에 의해 내부 부분 영역(5A) 및 외부 부분 영역(5B)으로 나누어지고,
    상기 접촉 구조체(6)를 등지는 활성 영역(25)의 측에서 상기 반도체 몸체 상에 추가 접촉 구조체(65)가 배치되며,
    상기 반도체칩의 평면도에서 상기 내부 부분 영역(5A)은 상기 추가 접촉 구조체(65)와 오버랩하는 것을 특징으로 하는 반도체칩.
  13. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체칩은 LED 칩, RCLED 칩 또는 반도체레이저칩으로 실시되는 것을 특징으로 하는 반도체칩.
  14. 반도체칩(1)을 제조하는 방법에 있어서, 상기 반도체칩은 복사 생성을 위한 활성 영역(25)을 갖는 반도체 층 시퀀스를 포함하는 반도체 몸체(2)를 가지며, 상기 방법은,
    활성 영역(25)을 갖는 반도체 층 구조 시스템(200)을 제공하는 단계;
    상기 반도체 층 구조 시스템(200) 상에 유전체 층 구조체(5) 및 거울층(4)을 포함하는 거울 구조체(3)를 형성하는 단계;
    상기 반도체 층 구조 시스템(200)로부터 층 시퀀스를 구비한 반도체 몸체(2)를 형성하는 단계; 및
    반도체칩(1)을 완성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 유전체 층 구조체(5)는 컷아웃(55)을 가지며,
    상기 반도체 몸체(2) 상에서 접촉 구조체(6)가 배치되고,
    상기 접촉 구조체(6)는 TCO 재료를 포함하는 층(62)과, 금속 또는 금속 합금을 포함하는 반사체 층(61)을 포함하고, 상기 반사체 층은 상기 거울층(4)보다 상기 반도체 몸체(2)에 더 근접하게 배치되고,
    상기 TCO 재료를 포함하는 층(62)은 상기 반도체 몸체(2)와 상기 반사체 층(61) 사이에 배치되고, 상기 TCO 재료 및 상기 반사체 층(61)을 포함하는 층(62)은 상기 컷아웃 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체칩(1) 제조 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 반도체 몸체(2)의 표면(27)은 적어도 국부적으로 화학적 및/또는 기계적으로 평활화(smoothening)되며, 상기 표면(27)의 평활화된 영역(271)에서 추가 접촉 구조체(65)가 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체칩(1) 제조 방법.
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