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KR100640497B1 - 수직 구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자 - Google Patents

수직 구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자 Download PDF

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KR100640497B1
KR100640497B1 KR1020050112710A KR20050112710A KR100640497B1 KR 100640497 B1 KR100640497 B1 KR 100640497B1 KR 1020050112710 A KR1020050112710 A KR 1020050112710A KR 20050112710 A KR20050112710 A KR 20050112710A KR 100640497 B1 KR100640497 B1 KR 100640497B1
Authority
KR
South Korea
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gallium nitride
type
light emitting
layer
nitride layer
Prior art date
Application number
KR1020050112710A
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English (en)
Inventor
김동우
오방원
오정탁
백형기
김민주
Original Assignee
삼성전기주식회사
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Publication date
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Priority to JP2006314328A priority patent/JP2007150304A/ja
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Priority to JP2011128016A priority patent/JP2011205125A/ja

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Abstract

본 발명은 수직 구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자에 관한 것으로서, 특히 n형 전극과, 상기 n형 전극 하면에 형성되어 있는 n형 질화갈륨층과, 상기 n형 질화갈륨층 하면에 형성된 활성층과, 상기 활성층 하면에 형성되어 있으며, 상기 활성층과 접하지 않는 표면에 소정 형상의 제1 표면요철 구조를 가지는 p형 질화갈륨층과, 상기 제1 표면요철 구조를 가지는 p형 질화갈륨층 하면에 형성된 p형 반사전극 및 상기 p형 반사전극 하면에 형성된 구조지지층을 포함하는 수직구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자를 제공한다.
수직구조, 질화갈륨계, LED, 표면요철, 양자효율

Description

수직 구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자{VERTICALLY STRUCTURED GaN TYPE LED DEVICE}
도 1은 종래 기술에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 외부양자효율 감소 문제점을 설명하기 위한 도면.
도 2a 내지 도 2c는 미합중국 공개특허 공개번호 US20030222263에 개시되어 있는 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 공정단면도.
도 3a 내지 도 3c는 상기 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 공정확대단면도.
도 4는 도 2a 내지 도 2c 및 도 3a 내지 도 3c에 의해 제조된 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 구조를 나타낸 사시도.
도 6은 도 5에 나타낸 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 표면요철이 배치된 구조를 나타낸 평면도.
도 7은 본 실시예의 제1 변형예에 따른 제1 표면요철이 배치된 구조를 나타낸 평면도.
도 8은 본 실시예의 제2 변형예에 따른 제1 표면요철이 배치된 구조를 나타 낸 평면도.
도 9는 본 실시예의 제3 변형예에 따른 제1 표면요철이 배치된 구조를 나타낸 평면도.
도 10은 본 실시예의 제4 변형예에 따른 제1 표면요철이 배치된 구조를 나타낸 평면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 구조지지층 102 : n형 질화갈륨층
103 : 활성층 104 : p형 질화갈륨층
106 : n형 전극 107 : p형 반사전극
300a, 300b : 표면요철
본 발명은 수직 구조(수직전극형) 질화갈륨계(GaN) 발광 다이오드(Light Emitting Diode; 이하, 'LED'라 칭함) 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 높은 외부양자효율을 가지는 수직 구조 질화갈륨계 LED 소자에 관한 것이다.
일반적으로 질화갈륨계 LED 소자는 사파이어 기판 상에 성장하지만, 이러한 사파이어 기판은 단단하고 전기적으로 부도체이며 열전도 특성이 좋지 않아 질화갈 륨계 LED 소자의 크기를 줄여 제조원가를 절감하거나, 광출력 및 칩의 특성을 개선시키는데 한계가 있다. 특히, LED의 고출력화를 위해서는 대전류 인가가 필수이기 때문에 LED의 열 방출 문제를 해결하는 것이 중요하다. 이러한 문제를 해결하기 위한 수단으로, 종래에는 레이저 리프트 오프(Laser Lift-Off: LLO; 이하, 'LLO' 라 칭함)를 이용하여 사파이어 기판을 제거한 수직구조 질화갈륨계 LED 소자가 제안되었다.
그러나, 종래의 수직구조 질화갈륨계 LED 소자에 있어서, 활성층에서 생성된 광자가 LED 외부로 방출되는 효율(이하, '외부양자효율'이라 칭함)이 저하되는 문제점이 있었다.
도 1은 종래 기술에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 외부양자효율 감소 문제점을 설명하기 위한 도면으로, 도 1을 참조하여 상기 문제점을 상세히 설명하면, 상기 활성층에서 생성된 광자가 공기의 굴절율(N2)보다 더 높은 굴절율(N1)을 가지는 질화갈륨(GaN)층을 통과한 후 공기 중으로 탈출하기 위해서는, 상기 질화갈륨층으로부터 공기 중으로 입사하는 상기 광자의 입사각(θ1)이 임계각(θc) 미만이 되어야 한다.
이때, 상기 광자가 공기 중으로 탈출하는 탈출각(θ2)이 90°일때의 상기 임계각 θc는, θc = Sin-1(N2/N1)로 정의될 수 있고, 상기 질화갈륨층에서 굴절율이 1인 공기 중으로 빛이 진행할 때의 상기 임계각은 약 23.6°가 된다.
만약, 상기 입사각(θ1)이 상기 임계각(θc) 이상이 된다면, 상기 광자는 상기 질화갈륨층과 공기의 계면에서 전반사되어 다시 LED 내부로 돌아가서 상기 LED 내부에 갇히게 됨으로써, 외부양자효율이 매우 감소하게 되는 문제가 발생한다.
상기와 같은 외부양자효율의 감소 문제를 해결하기 위해서, 미합중국 공개특허 공개번호 US20030222263에서는, n형 질화갈륨층의 표면에 반구형상의 볼록패턴을 형성함으로써, 상기 질화갈륨층으로부터 공기 중으로 입사하는 광자의 입사각(θ1)을 임계각(θc) 미만으로 낮추어 주었다.
그러면, 이하 도 2 내지 도 4를 참조하여 상기한 미합중국 공개특허 공개번호 US20030222263에 개시되어 있는 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법에 대하여 살펴본다.
도 2a 내지 도 2c는 미합중국 공개특허 공개번호 US20030222263에 개시되어 있는 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 공정단면도이고, 도 3a 내지 도 3c는 상기 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 공정확대단면도이며, 도 4는 도 2a 내지 도 2c 및 도 3a 내지 도 3c에 의해 제조된 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 단면도이다.
먼저, 도 2a에 도시한 바와 같이, 사파이어 기판(24) 상에 질화갈륨을 포함하는 LED 구조물(16) 및 p형 전극(18)을 형성한 후, 상기 p형 전극(18) 상에 제1Pb층(26) 및 In층(28)을 형성한다. 그리고, 실리콘(Si) 기판(20) 하면에는 제2Pb층(30)을 형성한다.
그 다음, 도 2b에 도시한 바와 같이, 상기 제2Pb층(30)이 형성된 상기 실리 콘 기판(20)을 상기 제1Pb층(26) 및 In층(28)이 형성된 상이 p형 전극(18) 상에 접합한다.
그 다음, 도 2c에 도시한 바와 같이, LLO 공정을 통해 상기 사파이어 기판(24)을 제거한다.
그런 다음, 도 3a에 도시한 바와 같이, 상기 사파이어 기판(24)이 제거된 후 노출된 상기 LED 구조물(16)의 표면(좀 더 상세히 표현한다면, n형 질화갈륨층 표면)의 소정 부분에 포토레지스트 패턴(32)을 형성한다.
그 다음, 도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 리플로우(re-flow) 공정을 통해 상기 포토레지스트 패턴(32)을 반구 형상으로 만든다.
그 다음, 도 3c에 도시한 바와 같이, 이방성 식각(anisotropic etching) 방법을 통해 상기 LED 구조물(16)의 표면을 식각함으로써, 상기 LED 구조물(16) 표면을 반구 형상으로 패터닝시킨다.
마지막으로, 상기 LED 구조물(16) 상에 n형 전극(34)을 형성하면, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 LED 구조물(16)의 표면이 패터닝된 수직구조 질화갈륨계 LED 소자를 완성하게 되었다.
그러나, 상기 미합중국 공개특허 공개번호 US20030222263에 개시되어 있는 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법에 따라 제조된 LED 소자에 있어서, 상기 외부양자효율을 향상시키기 위한 패턴은 반구 형상의 볼록한 패턴으로 LED 구조물의 표면에 형성되기 때문에, 패턴을 형성가능한 면 즉, LED 구조물의 표면이 제한되므로, 상기 반구 형상의 볼록한 패턴을 적용함으로써 얻을 수 있는 외부양자효율 의 개선효과가 충분하지 않다. 따라서, 당 기술분야에서는 외부양자효율의 개선효과를 극대화할 수 있는 새로운 방안이 요구되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 발광측의 n형 질화갈륨층 표면 및 반사측의 p형 질화갈륨층 표면에 미세한 광 산란 구조인 소정 형상의 표면요철를 형성함으로써, 광 방출 효율을 증가시켜 외부양자효율의 개선효과를 극대화하는 수직구조 질화갈륨계 LED 소자를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 n형 전극과, 상기 n형 전극 하면에 형성되어 있는 n형 질화갈륨층과, 상기 n형 질화갈륨층 하면에 형성된 활성층과, 상기 활성층 하면에 형성되어 있으며, 상기 활성층과 접하지 않는 표면에 소정 형상의 제1 표면요철 구조를 가지는 p형 질화갈륨층과, 상기 제1 표면요철 구조를 가지는 p형 질화갈륨층 하면에 형성된 p형 반사전극 및 상기 p형 반사전극 하면에 형성된 구조지지층을 포함하는 수직 구조 질화갈륨계 LED 소자를 제공한다.
또한, 상기 본 발명의 수직구조 질화갈륨계 반도체 LED 소자에서, 상기 n형 전극과 접하는 상기 n형 질화갈륨층의 표면에 소정 형상의 제2 표면요철 구조를 가지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 본 발명의 수직구조 질화갈륨계 반도체 LED 소자에서, 상기 제1 및 제2 표면요철은, 규칙성을 갖는 요철 구조 또는 비규칙성을 갖는 요철 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 본 발명의 수직구조 질화갈륨계 반도체 LED 소자에서, 상기 규칙성을 갖는 요철 구조는, 다각형요철 구조, 회절요철 구조, 그물요철 구조 및 이들이 둘 이상 혼합된 요철 구조로 이루어진 군에서 선택된 하나의 요철 구조로 이루어진 것이 바람직하며, 상기 회절요철 구조 및 상기 그물요철 구조는 하나 이상의 라인으로 이루어져 있으며, 상기 라인은 직선, 곡선 및 단일 폐곡선으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나의 라인으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 본 발명의 수직구조 질화갈륨계 반도체 LED 소자에서, 상기 다각형요철 구조를 이루는 다각형은 그와 이웃하는 다각형과 LED에서 방출되는 광의 굴절 특성을 우수하게 하기 위하여 상기 활성층에 의해 발광되는 발광원의 파장과 동일하거나 큰 간격만큼 서로 이격되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 본 발명의 수직구조 질화갈륨계 반도체 LED 소자에서, 상기 회절요철 구조 및 상기 그물요철 구조를 이루는 라인의 단부 폭은, LED에서 방출되는 광의 굴절 특성을 우수하게 하기 위하여 상기 활성층에 의해 발광되는 발광원의 파장과 동일하거나 큰 것이 바람직하다.
또한, 상기 본 발명의 수직구조 질화갈륨계 반도체 LED 소자에서, 상기 n형 전극은 상기 회절요철 구조의 표면요철과 중첩하지 않는 곳에 형성되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 상기 회절요철 구조의 표면요철과 중첩하는 곳에 형성되면, n형 전극의 접촉면이 표면요철로 인해 거칠기를 가짐으로써, 전기적인 특성이 낮아지는 즉, n형 전극을 통해 n형 질화갈륨층으로 유입되는 전류의 저항이 증가하는 문제가 발생하기 때문이다.
또한, 상기 본 발명의 수직구조 질화갈륨계 반도체 LED 소자에서, 상기 n형 전극은 상기 n형 질화갈륨층의 중앙부에 위치하는 것이 바람직하다. 이는 n형 전극을 통해 하부 반도체층에 전달되는 전류의 분배를 균일하게 하기 위함이다.
또한, 상기 본 발명의 수직구조 질화갈륨계 반도체 LED 소자에서, 상기 p형 반사전극과 구조지지층 사이 계면에 접촉층을 더 포함하여 상기 p형 반사전극과 구조지지층의 접착력을 우수하게 하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명은 외부 양자효율을 향상시키기 위한 표면요철을 발광측의 질화갈륨층과 반사측의 질화갈륨층에 각각 구비함으로써, 즉, n형 전극과 접하는 n형 질화갈륨층의 표면과 p형 반사전극과 접하는 p형 질화갈륨층의 표면에 각각 구비하여 LED의 외부 양자효율을 극대화하는 것이 가능하다.
이하 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 병기하였다.
이제 본 발명의 일 실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자에 대하여 도 5 내지 도 10을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 5 및 도 6을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자에 대하여 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 구조를 나타낸 사시도이고, 도 6은 도 5에 나타낸 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 표면요철이 배치된 구조를 나타낸 평면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 최상부에는 Ti/Al 등으로 이루어진 n형 전극(106)이 형성되어 있다.
상기 n형 전극(106)의 하면에는 n형 질화갈륨층(102)이 형성되어 있으며, 상기 n형 질화갈륨층(102)은 n형 도전형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층일 수 있다.
또한, 상기 n형 전극(106)은 하부 n형 질화갈륨층(102)의 어느 곳에 형성되어도 상관 없으나, 상기 n형 전극(106)을 통해 하부 n형 질화갈륨층(102)에 전달되는 전류의 분배를 균일하게 하기 위해선 n형 질화갈륨층(102)의 중앙부에 형성하는 것이 바람직하다.
특히, 본 실시예에서는 상기 n형 전극(106)과 접하는 n형 질화갈륨층(102)의 표면, 즉, 발광측의 질화갈륨층 표면 상에 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 n형 질화갈륨층(102)의 표면 일부가 소정 형상으로 돌출되어 있는 제1 표면요철(300a)이 형성되어 있다.
상기 제1 표면요철(300a)은, 후술하는 활성층에서 생성된 광자의 산란 특성 을 향상시켜 광자를 외부로 효율적으로 방출시키기 위한 것으로, 규칙성을 갖는 요철 구조 또는 비규칙성을 갖는 요철 구조로 형성될 수 있다.
특히, 규칙성을 갖는 요철 구조를 가질 경우에는, 다각형요철 구조, 회절요철 구조, 그물요철 구조 및 이들이 둘 이상 혼합된 요철 구조로 이루어진 군에서 선택된 하나의 요철 구조로 이루어진 것이 바람직하다. 또한, 상기 회절요철 구조 및 상기 그물요철 구조는 하나 이상의 라인으로 이루어져 있으며, 상기 라인은 직선, 곡선 및 단일 폐곡선으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나의 라인으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 라인의 단부 측면 형상을 사각형으로 나타냈으나, 이는 사각형에 한정되는 것이 아니라 반구형 또는 삼각형 등의 다양한 형상으로 구현할 수 있다.
그러면, 이하, 소정 형상으로 돌출되어 있는 제1 표면요철(300a)의 구조의 구체적인 종류에 대하여, 도 7 내지 및 도 10을 참조하여 설명하기로 한다.
변형예 1
도 7을 참조하여 본 실시예의 제1 변형예에 따른 제1 표면요철에 대하여 상세히 설명한다.
도 7은 본 실시예의 제1 변형예에 따른 제1 표면요철이 배치된 구조를 나타낸 평면도이다.
본 발명의 제1 변형예에 따른 제1 표면요철(300a)은, 도 6에 도시된 바와 같 이, 상기 n형 전극(106)과 접하는 n형 질화갈륨층(102)의 표면에 하나 이상의 다각형이 일정 간격을 두고 주기적으로 배열되도록 형성된 다각형요철 구조로 형성되어 있다.
특히, 상기 다각형요철 구조를 이루는 다각형은 그와 이웃하는 다각형과 LED에서 방출되는 광의 굴절 특성을 우수하게 하기 위하여 상기 활성층에 의해 발광되는 발광원의 파장과 동일하거나 큰 간격만큼 서로 이격되게 배치되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 활성층(103)에 의해 발광되는 발광원이 청색일 경우, 청색과의 파장이 약 400nm 내지 450nm이므로 라인의 단부 폭 또한 약 400nm 내지 450nm 이상의 폭을 가진다.
이와 같이, 상기 활성층(103)에서 외부로 방출되는 광이 우수한 굴절 특성을 가지게 되면, 광의 낮은 굴절 특성으로 인해 LED 내에서 난반사되어 소멸되는 광의 양을 최소화할 수 있다.
또한, 상기 다각형요철 구조의 제1 표면요철(300a)을 이루는 다각형은, 원형, 사각형 또는 육각형 등으로 이루어지는 것이 가능하며, 이에 따라, 도 7에 도시한 바와 같이, 다양한 형태의 다각형요철 구조를 가질 수 있다.
변형예 2
도 8을 참조하여 본 실시예의 제2 변형예에 따른 제1 표면요철에 대하여 상세히 설명한다.
도 8은 본 실시예의 제2 변형예에 따른 제1 표면요철이 배치된 구조를 나타 낸 평면도이다.
본 발명의 제2 변형예에 따른 제1 표면요철(300a)은, 도 8에 도시한 바와 같이, 하나 이상의 라인이 한 방향으로만 일정 간격을 두고 주기적으로 배열되도록 형성된 회절요철 구조로 형성되어 있다. 이때, 상기 회절요철 구조를 이루는 라인의 단부 폭은, LED에서 방출되는 광의 굴절 특성을 우수하게 하기 위하여 상기 활성층에 의해 발광되는 발광원의 파장과 동일하거나 큰 것이 바람직하다.
또한, 상기 회절요철 구조의 제1 표면요철(300a)을 이루는 라인은, 직선뿐만 아니라 곡선 및 단일 폐곡선으로 이루어지는 것이 가능하며, 이에 따라, 도 8에 도시한 바와 같이, 다양한 형태의 회절요철 구조를 가질 수 있다.
변형예 3
도 9를 참조하여 본 실시예의 제3 변형예에 따른 제1 표면요철에 대하여 상세히 설명한다.
도 9는 본 실시예의 제3 변형예에 따른 제1 표면요철이 배치된 구조를 나타낸 평면도이다.
본 발명의 제3 변형예에 따른 제1 표면요철(300a)은, 도 9에 도시된 바와 같이 두 개 이상의 라인이 하나 이상의 점에서 교차하는 다양한 형태의 그물요철 구조로 형성할 수도 있으며, 이 그물요철 구조를 이루는 라인 또한, 상기 회절요철 구조를 이루는 라인과 마찬가지로, 직선뿐만 아니라 곡선 및 단일 폐곡선으로 이루어지는 것이 가능하다.
변형예 4
도 10을 참조하여 본 실시예의 제4 변형예에 따른 제1 표면요철에 대하여 상세히 설명한다.
도 10은 본 실시예의 제4 변형예에 따른 제1 표면요철이 배치된 구조를 나타낸 평면도이다.
본 발명의 제4 변형예에 따른 제1 표면요철(300a)은, 도 10에 도시된 바와 같이 소정 형상의 요철이 비규칙성을 가지고 배치되어 있으며, 이때, 요철의 형상은 다각형 또는 곡선 및 단일 폐곡선으로 이루어진 라인 등으로 이루어지는 것이 가능하다.
한편, 본 실시예에 따른 상기 제1 표면요철(300a)은, 도시하지는 않았지만, 상기 n형 전극(106)과 중첩하지 않는 n형 질화갈륨층(102)의 표면에 형성되는 것이 더욱 바람직하다. 왜냐하면, 상기 n형 전극(106)이 상기 제1 표면요철(300a)과 중첩하는 곳에 형성되면, 상기 n형 전극(106)의 접촉면이 제1 표면요철(300a)로 인해 거칠기를 가지게 되므로, 그에 따라, 상기 n형 전극(106)을 통해 n형 질화갈륨층(102)으로 유입되는 전류의 저항이 증가되어 전기적인 특성이 낮아지는 문제가 발생하기 때문이다.
그리고, 상기 n형 질화갈륨층(102)의 하면에는 활성층(103) 및 p형 질화갈륨층(104)이 순차 적층되어 있다. 이때, 상기 p형 질화갈륨층(104)은 p형 도전형 불 순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층일 수 있으며, 상기 활성층(103)은 InGaN/GaN층으로 구성된 다중우물 구조(Multi-Quantum Well)일 수 있다.
상기 p형 질화갈륨층(104)의 하면에는 p형 반사전극(107)이 형성되어 있다. 이때, 도시하지는 않았지만, 상기 p형 질화갈륨층(104)과 상기 p형 반사전극(107) 사이의 계면에는 상기 p형 질화갈륨층(104)과 상기 p형 반사전극(107)의 접착성을 좋게 하기 위한 접착층이 위치하는 것이 바람직하다. 이러한, 접착층은 p형 질화갈륨층의 실효 캐리어 농도를 높일 수 있으므로, p형 질화갈륨층을 이루고 있는 화합물 중 질소 이외의 성분과 우선적으로 반응성이 좋은 금속으로 이루지는 것이 바람직하다.
특히, 본 실시예에 따른 상기 p형 반사전극(107)과 접하는 상기 p형 질화갈륨층(104)의 표면에는, 상기 n형 전극(106)과 접하는 상기 n형 질화갈륨층(104)의 표면에 형성된 제1 표면요철(도 6 내지 도 9의 300a 참조)과 마찬가지로 상기 p형 질화갈륨층(104)의 표면 일부가 소정 형상으로 돌출되어 있는 제2 표면요철(300b)이 형성되어 있다. 상기 제2 표면요철(300b)은, 상기 제1 표면요철(300a)과 동일한 역할 즉, 상기 활성층(103)에서 생성된 광자의 산란 특성을 향상시켜 발광측으로 광자를 효율적으로 방출시키므로, 외부양자효율을 향상시키는 역할을 한다.
그리고, 상기 p형 반사전극(107)의 하면에는 구조지지층(100)이 위치하여 수직구조 질화갈륨계 LED 소자를 지지하고 있으며, 상기 p형 전극(107)과 구조지지층(100) 사이 계면에도 접착층(도시하지 안음)을 구비하여 상기 p형 반사전극(107)과 구조지지층(100)의 접착력을 우수하게 한다.
한편, 상술한 본 실시예에서는 소정 형상의 표면요철가 상기 n형 전극과 접하는 n형 질화갈륨층의 표면 및 상기 p형 반사전극과 접하는 p형 질화갈륨층의 표면에 모두 형성되어 있는 수직구조 질화갈륨계 LED 소자에 대해 설명하고 있으나, 상기 n형 질화갈륨층의 표면에 형성된 표면요철은 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 특성 및 제조 공정에 따라 생략하는 것이 가능하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 수직 구조 질화갈륨계 LED 소자에서 발광측의 질화갈륨층의 표면 및 반사측의 질화갈륨층의 표면에 소정 형상으로 이루어진 표면요철를 각각 형성함으로서, 활성층에서 생성된 광자의 산란특성을 향상시켜 외부양자효율을 극대화할 수 있다.
따라서, 본 발명은 수직 구조 질화갈륨계 LED 소자의 외부 양자효율을 크게 향상시킬 수 있으므로, 수직 구조 질화갈륨계 LED 소자 및 이를 이용한 제품의 품질 향상에 크게 기여할 수 있다.

Claims (10)

  1. n형 전극;
    상기 n형 전극 하면에 형성되어 있는 n형 질화갈륨층;
    상기 n형 질화갈륨층 하면에 형성된 활성층;
    상기 활성층 하면에 형성되어 있으며, 상기 활성층과 접하지 않는 표면에 소정 형상의 제1 표면요철 구조를 가지는 p형 질화갈륨층;
    상기 제1 표면요철 구조를 가지는 p형 질화갈륨층 하면에 형성된 p형 반사전극; 및
    상기 p형 반사전극 하면에 형성된 구조지지층;을 포함하는 수직구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 n형 전극과 접하는 상기 n형 질화갈륨층의 표면에 소정 형상의 제2 표면요철 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 표면요철는, 규칙성을 갖는 요철 구조 또는 비규칙성을 갖는 요철로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직 구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 규칙성을 갖는 요철 구조는, 다각형요철 구조, 회절요철 구조, 그물요철 구조 및 이들이 둘 이상 혼합된 요철 구조로 이루어진 군에서 선택된 하나의 요철 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직 구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 다각형요철 구조를 이루는 다각형은 그와 이웃하는 다각형과 상기 활성층에 의해 발광되는 발광원의 파장과 동일하거나 큰 간격만큼 서로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 수직 구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 회절요철 구조 및 상기 그물요철 구조는 하나 이상의 라인으로 이루어져 있으며, 상기 라인은 직선, 곡선 및 단일 폐곡선으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나의 라인으로 이루어짐을 특징으로 하는 수직 구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 회절요철 구조 및 상기 그물요철 구조를 이루는 라인의 단부 폭은, 상기 활성층에 의해 발광되는 발광원의 파장과 동일하거나 큰 것을 특징으로 하는 수 직 구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 n형 전극은 상기 제2 표면요철와 중첩하지 않는 것을 특징으로 하는 수직 구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 n형 전극은 상기 n형 질화갈륨층의 중앙부에 위치하는 것을 특징으로 하는 수직 구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 p형 반사전극과 상기 구조지지층 사이 계면에 접촉층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자.
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