KR100661716B1 - 발광 소자 성장용 기판, 이 기판에 성장된 삼차원 구조의발광층을 구비한 발광 소자 및 그의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광 소자 성장용 기판, 이 기판에 성장된 삼차원 구조의 발광층을 구비한 발광 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 지지판과; 상기 지지판 상부에 형성되며, 상호 이격된 복수개의 개구들이 구비된 마스크층과; 상기 각각의 개구들에 노출된 지지판 상부에 형성되고, 상기 마스크층의 일부를 감싸는 삼차원 구조로 이루어지고, 극성(Polarity)을 갖으며 상호 이격된 복수개의 반도체 구조물들을 포함하여 구성된 발광 소자 성장용 기판을 이용하여 소자를 제조한다.

따라서, 본 발명은 상호 이격된 삼차원 반도체 구조물 형상을 따라 발광층을 형성함으로써, 발광 면적을 증가시켜 광출력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

발광소자, 삼차원, 활성층, 마스크, 개구, 형상

Description

발광 소자 성장용 기판, 이 기판에 성장된 삼차원 구조의 발광층을 구비한 발광 소자 및 그의 제조 방법 { Substrate for growing light emitting device, device having three dimentional structure light emitting layer and method for fabricating the same }

도 1은 종래 기술에 따른 발광 다이오드의 구조를 설명하기 위한 단면도

도 2는 종래 기술에 따른 발광 다이오드의 다른 구조를 설명하기 위한 단면도

도 3a 내지 3c는 본 발명에 따른 삼차원 구조의 발광층을 구비한 소자를 형성하기 위한 기판의 단면도

도 4는 본 발명에 따른 삼차원 구조의 발광층을 구비한 소자를 형성하기 위한 다른 기판의 단면도

도 5a와 5b는 본 발명에 따른 삼차원 구조의 발광층을 구비한 소자를 형성하기 위한 또 다른 기판의 단면도

도 6a 내지 6e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 삼차원 구조의 발광층을 구비한 소자의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도

도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 삼차원 구조의 발광층을 구비한 소자 의 단면도

도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 삼차원 구조의 발광층을 구비한 소자의 단면도

도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 삼차원 구조의 발광층을 구비한 소자의 단면도

도 10a 내지 10e는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 삼차원 구조의 발광층을 구비한 소자의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도

도 11a 내지 11d는 본 발명에 따라 삼차원 구조의 반도체층 형상들을 도시한 사시도

도 12는 본 발명에 따른 기판에 삼차원 구조의 반도체층이 형성된 상태의 평면도

도 13은 본 발명에 따른 기판에 다른 삼차원 구조의 반도체층이 형성된 상태의 평면도로서,

도 14는 본 발명에 따른 기판에 형성된 마스크층의 일 형상을 도시한 평면도

도 15는 본 발명에 따른 기판에 형성된 삼차원 구조의 반도체층을 촬영한 사진도

도 16은 본 발명에 따른 기판에 형성된 삼차원 구조의 다른 반도체층을 촬영한 사진도

도 17은 본 발명에 따른 기판에 형성된 삼차원 구조의 또 다른 반도체층을 촬영한 사진도

도 18은 본 발명에 따른 삼차원 구조의 발광층의 발광 면적을 설명하기 위한 개념도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100,180,181: 지지판 101 : 홈

102 : 홈 110 : 반도체층

120 : 마스크층 121,121a,121b : 개구

130,131,135,140,141,141a,150 : 반도체 구조물

170,170 : 활성층 190 : 오믹 컨택 및 반사용 전극

200,210 : 전극 250 : 절연층

본 발명은 발광 소자 성장용 기판, 이 기판에 성장된 삼차원 구조의 발광층을 구비한 발광 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상호 이격된 삼차원 반도체 구조물 형상을 따라 발광층을 형성함으로써, 발광 면적을 증가시켜 광출력을 향상시킬 수 있는 발광 소자 성장용 기판, 이 기판에 성장된 삼차원 구조의 발광층을 구비한 발광 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 발광 다이오드는 디스플레이의 백라이트(Backlight), 교차로나 건널목의 신호등, 전광판 등과 같이 다양한 응용을 가지는 단일파장의 광원이다.

이런, 발광 다이오드는 높은 휘도와 신뢰도, 저 전력 소모와 장 수명과 같은 많은 이점을 가지고 있다고 알려져 있다.

그리고, 발광 다이오드는 직접 천이형의 큰 에너지 밴드갭을 가지는 GaN 계열의 화합물 반도체로 제조되고 있으며, 자외선(UV), 청색, 녹색 파장 영역의 광원으로 많은 연구와 개발이 수행되고 있으며 상용화가 되고 있다.

한편, 광원으로서의 성능을 향상시키기 위해서는 소자에서 출력되는 광량을 증가시켜야 한다.

그러므로, 최근 들어 높은 광 출력을 가진 발광 다이오드를 구현하기 위한 연구가 진행되고 있는 중이다.

도 1은 종래 기술에 따른 발광 다이오드의 구조를 설명하기 위한 단면도로서, 사파이어 기판(10) 상부에 n-화합물 반도체층(11), 활성층(12)과 p-화합물 반도체층(13)이 순차적으로 적층되어 있고; 상기 p-화합물 반도체층(13)에서 n-화합물 반도체층(11) 일부까지 메사(Mesa) 식각되어 있고; 상기 메사 식각된 n-화합물 반도체층(11) 상부에 n-전극(12)이 형성되어 있고; 상기 p-화합물 반도체층(14) 상부에 p-전극(15)이 형성되어 있는 구성으로 발광 다이오드(20)가 구현된다.

도 2는 종래 기술에 따른 발광 다이오드의 다른 구조를 설명하기 위한 단면도로서, n-화합물 반도체층(31) 상부에 활성층(32)과 p-화합물 반도체층(33)이 순차적으로 적층되어 있고; 상기 n-화합물 반도체층(31) 하부에 n-전극(34)이 형성되어 있고; 상기 p-화합물 반도체층(33) 상부에 p-전극(35)이 형성되어 있는 구성으로 발광 다이오드가 구현된다.

상기 도 1과 같은, 메사 식각된 발광 다이오드는 소자의 상부 방향으로 전극이 형성된 구조이고, 상기 도 2와 같은 발광 다이오드는 소자의 상부 및 하부 방향으로 전극이 형성된 구조이다.

이러한, 종래의 발광 다이오드는 GaN계 화합물 반도체로 제조하였는데, 이 GaN은 대부분 평탄화된 기판에서 2차원막의 형태로 성장된다.

그러므로, 광출력이 발생되는 활성층의 면적은 도 1의 발광 다이오드에서는 메사식각되어 돌출되어 있는 '발광 구조물'의 면적으로 제한되고, 도 2의 발광 다이오드에서는 소자 구조물이 '발광 구조물'이므로, 소자 구조물의 면적으로 제한된다.

따라서, 종래 기술의 발광 다이오드에서는 구조적인 연관성에 의해, 발광 면적이 제한되어 광출력을 향상시키는데 한계가 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 상호 이격된 삼차원 반도체 구조물 형상을 따라 발광층을 형성함으로써, 발광 면적을 증가시켜 광출력을 향상시킬 수 있는 발광 소자 성장용 기판, 이 기판에 성장된 삼차원 구조의 발광층을 구비한 발광 소자 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 제 1 양태(樣態)는,

지지판과;

상기 지지판 상부에 형성되며, 상호 이격된 복수개의 개구들이 구비된 마스 크층과;

상기 각각의 개구들에 노출된 지지판 상부에 형성되고, 상기 마스크층의 일부를 감싸는 삼차원 구조로 이루어지고, 극성(Polarity)을 갖으며 상호 이격된 복수개의 반도체 구조물들을 포함하여 구성된 발광 소자 성장용 기판이 제공된다.

상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 제 2 양태(樣態)는,

상부에 홈이 형성되어 있고, 이 홈 내부에 상호 이격된 복수개의 돌출부들이 형성된 지지판과;

상기 복수개의 돌출부들 각각의 상부에서 형성되고, 상기 홈의 일부 상부에 연장되어 홈으로부터 부상되어 있으며, 삼차원 구조로 이루어지고, 극성을 갖는 복수개의 반도체 구조물들을 포함하여 구성된 발광 소자 성장용 기판이 제공된다.

상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 제 3 양태(樣態)는,

제 1 극성(Polarity)을 갖는 제 1 반도체층과;

상기 제 1 반도체층 상부에 형성되며, 상호 이격된 복수개의 개구들이 구비된 마스크층과;

상기 각각의 개구들에 노출된 제 1 반도체층 상부에 상기 마스크층의 일부를 감싸는 삼차원 구조로 이루어지고, 상호 이격되어 있으며, 상기 제 1 반도체층의 제 1 극성과 동일한 극성을 갖는 제 2 반도체층으로 이루어진 복수개의 반도체 구조물과;

상기 반도체 구조물의 형상을 따라 활성층, 상기 제 1 극성과 다른 제 2 극성을 갖는 제 3 반도체층과, 오믹 컨택 및 반사용 전극이 형성된 구조물과;

상기 오믹 컨택 및 반사용 전극을 감싸 상부가 평탄화된 제 1 전극과;

상기 제 1 반도체층 하부에 형성된 제 2 전극을 포함하여 구성된 삼차원 구조의 발광층을 구비한 발광 소자가 제공된다.

상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 제 4 양태(樣態)는,

전극과;

상기 전극 상부에 형성되며, 복수개의 개구들을 갖는 절연층과;

상기 절연층의 개구에 채워지고, 상기 절연층의 상부 일부를 감싸는 삼차원 구조로 이루어지고, 상호 이격되어 있으며, 극성을 갖는 반도체층으로 이루어진 복수개의 반도체 구조물과;

상기 반도체 구조물의 형상을 따라 활성층, 상기 제 1 극성과 다른 제 2 극성을 갖는 제 3 반도체층과, 오믹 컨택 및 반사용 전극이 형성된 구조물과;

상기 오믹 컨택 및 반사용 전극을 감싸 상부가 평탄화된 전극을 포함하여 구성된 삼차원 구조의 발광층을 구비한 발광 소자가 제공된다.

상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 제 5 양태(樣態)는,

지지판 상부에 제 1 극성(Polarity)을 갖는 제 1 반도체층을 형성하고, 상기 제 1 반도체층 상부에 상호 이격된 복수개의 개구들이 구비된 마스크층을 형성하고, 상기 각각의 개구들에 노출된 제 1 반도체층 상부에 상기 마스크층의 일부를 감싸는 삼차원 구조로 이루어지고, 상기 제 1 반도체층의 제 1 극성과 동일한 극성을 갖으며 상호 이격된 복수개의 제 2 반도체로 이루어진 복수개의 반도체 구조물을 형성하여 기판을 만드는 단계와;

상기 기판의 복수개의 반도체 구조물의 형상을 따라 활성층, 상기 제 1 극성과 다른 제 2 극성을 갖는 제 3 반도체층과, 오믹 컨택 및 반사용 전극을 순차적으로 형성하는 단계와;

상기 오믹 컨택 및 반사용 전극을 감싸는 제 1 전극을 형성하는 단계와;

상기 지지판을 이탈시키는 단계와;

상기 지지판이 이탈되어 노출된 상기 제 1 반도체층 하부에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성된 삼차원 구조의 발광층을 구비한 발광 소자의 제조 방법이 제공된다.

상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 제 6 양태(樣態)는,

지지판과, 상기 지지판 상부에 형성되며 상호 이격된 복수개의 개구들이 개구가 구비된 마스크층과, 상기 각각의 개구들에 노출된 지지판 상부에 형성되고 상기 마스크층의 일부를 감싸는 삼차원 구조로 이루어지고 제 1 극성을 갖는 복수개의 제 1 반도체로 이루어진 복수개의 반도체 구조물이 형성된 기판을 준비하는 단계와;

상기 복수개의 반도체 구조물의 형상을 따라 활성층, 상기 제 1 극성과 다른 제 2 극성을 갖는 제 2 반도체층과, 오믹 컨택 및 반사용 전극을 순차적으로 형성하는 단계와;

상기 오믹 컨택 및 반사용 전극을 감싸는 제 1 전극을 형성하는 단계와;

상기 마스크층을 습식식각공정으로 제거하고, 상기 지지판을 이탈시켜 상기 마스크층 개구 내부에 형성된 복수개의 반도체 구조물 하부들을 돌출시키는 단계 와;

상기 지지판이 이탈된 면에, 돌출된 복수개의 반도체 구조물 하부들 사이에 절연층을 형성하고, 상기 복수개의 반도체 구조물 하부면을 노출시키는 단계와;

상기 절연층 및 노출된 복수개의 반도체 구조물 하부면에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성된 삼차원 구조의 발광층을 구비한 발광 소자의 제조 방법이 제공된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 3a 내지 3c는 본 발명에 따른 삼차원 구조의 발광층을 구비한 소자를 형성하기 위한 기판의 단면도로서, 먼저, 삼차원 구조의 발광층을 구비한 소자를 형성하기 위한 기판은 지지판(100)과; 상기 지지판(100) 상부에 형성된 극성(Polarity)을 갖는 제 1 반도체층(110)과; 상기 제 1 반도체층(110) 상부에 형성되며, 상호 이격된 복수개의 개구들(121)이 구비된 마스크층(120)과; 상기 각각의 개구들(121)에 노출된 제 1 반도체층(110) 상부에 형성되고, 상기 마스크층(120)의 일부를 감싸는 삼차원 구조로 이루어지고, 상기 제 1 반도체층(110)의 극성과 동일한 극성을 갖는 제 2 반도체층으로 이루어지고, 상호 이격된 복수개의 반도체 구조물(130)로 구성된다.

상기 지지판(100)은 사파이어, 실리콘 카바이드(SiC), 갈륨비소(GaAs)과 질 화갈륨 중 어느 하나의 물질로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제 1과 2 반도체층(110)은 동일한 물질을 포함하고 있는 반도체층이 바람직하며, 이 동일한 물질은 GaN이 바람직하다.

또한, 상기 마스크층(120)은 산화막으로 형성하는 것이 바람직하다.

게다가, 상기 극성(Polarity)은 양극 또는 음극이고, 이 때, 상기 제 1과 2 반도체층(110)에 N타입 도펀트가 도핑되어 있으면, 제 1과 2 반도체층(110)의 극성은 양극이 된다.

그러므로, 도 3a에 도시된 바와 같이, 마스크층(120)의 개구들(121)에 노출된 제 1 반도체층(110) 상부에 제 2 반도체를 성장시키면, 개구들(121) 내부에 제 2 반도체가 채워지면서 상기 개구들(121)과 인접한 마스크층(120) 일부로 측면 성장된다.

이 때, 제 2 반도체의 성장이 계속 진행되면, 각각의 개구들(121)에서 성장된 제 2 반도체가 상기 마스크층(120) 상부에서 합체가 되어 평탄화된다.

그런데, 도 3a의 구조에서는 상기 각각의 개구들(121)에서 성장된 제 2 반도체가 상호 접촉되기 전에 제 2 반도체의 성장을 중지시키면, 3차원 구조의 제 2 반도체층으로 이루어진 복수개의 반도체 구조물들(130)을 형성시킬 수 있게 된다.

즉, 도 3a의 복수개의 반도체 구조물들은 육각뿔 형상의 구조로 형성된다.

이러한, 3차원 구조의 반도체 구조물들(130)을 이용하여 삼차원 구조의 발광층을 형성할 수 있는데, 이의 설명은 후술되는 기재를 참조하면 알 수 있다.

한편, 도 3b의 기판은 지지판(100)과; 상기 지지판(100) 상부에 형성되며, 상호 이격된 복수개의 개구들(121)이 개구가 구비된 마스크층(120)과; 상기 각각의 개구들(121)에 노출된 지지판(100) 상부에 형성되고, 상기 마스크층(120)의 일부를 감싸는 삼차원 구조로 이루어지고, 극성을 갖는 복수개의 반도체 구조물들(140)로 이루어진다.

또한, 도 3c의 기판은 상부에 홈(101)이 형성되어 있고, 이 홈(101) 내부에 상호 이격된 복수개의 돌출부들(102)이 형성된 지지판(100)과; 상기 복수개의 돌출부들(102) 각각의 상부에서 형성되고, 상기 홈(101)의 일부 상부에 연장되어 홈(101)으로부터 부상되어 있으며, 삼차원 구조로 이루어지고, 극성을 갖는 복수개의 반도체 구조물들(150)으로 이루어진다.

도 4는 본 발명에 따른 삼차원 구조의 발광층을 구비한 소자를 형성하기 위한 다른 기판의 단면도로서, 이 기판은 도 3a와 동일한 공정을 수행하여 만들어지는 기판인데, 마스크층(120) 상부에서 제 2 반도체층의 측면 성장 속도를 도 03a의 구조를 위한 방법보다 빠르게 진행시키면, 상부가 절단되어 있는 육각뿔 형상의 구조가 된다.

도 5a와 5b는 본 발명에 따른 삼차원 구조의 발광층을 구비한 소자를 형성하기 위한 또 다른 기판의 단면도로서, 도 5a의 기판은 마스크층(120)의 개구들(121)에 노출된 제 1 반도체층(110) 상부에 제 2 반도체를 성장시켜, 개구들(121) 내부에 제 2 반도체가 채우고, 상기 개구들(121)과 인접한 마스크층(120) 일부로 측면 성장시켜 상호 이격된 반도체 구조물들(130)을 형성한 도 3a의 기판에서, 상기 제 2 반도체의 성장을 계속 진행시켜 상기 반도체 구조물들(130)들의 하단부가 합체될 때 성장을 중지시겨 형성한다.

즉, 도 5a의 기판은 도 3a와 같은 기판에서 상호 이격된 반도체 구조물들(130)의 측면 하단부를 합체시켜 '135'를 형성한 기판이다.

그리고, 도 5b의 기판은 도 4의 기판에서 상호 이격된 반도체 구조물들(131)의 측면 하단부를 합체시켜 형성된 기판이다.

도 6a 내지 6e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 삼차원 구조의 발광층을 구비한 소자의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도로서, 먼저, 지지판(100) 상부에 제 1 극성(Polarity)을 갖는 제 1 반도체층(110)을 형성하고, 상기 제 1 반도체층(110) 상부에 상호 이격된 복수개의 개구들(121)이 구비된 마스크층(120)을 형성하고, 상기 각각의 개구들(121)에 노출된 제 1 반도체층(110) 상부에 상기 마스크층(120)의 일부를 감싸는 삼차원 구조로 이루어지고, 상기 제 1 반도체층(110)의 제 1 극성과 동일한 극성을 갖으며 상호 이격된 복수개의 반도체 구조물들(130)을 형성한다.

이렇게 형성된 기판은 도 3a의 기판과 동일하다.

그 후, 상기 반도체 구조물들(130)의 형상을 따라 활성층(170), 상기 제 1 극성과 다른 제 2 극성을 갖는 제 3 반도체층(180)과, 오믹 컨택 및 반사용 전극(190)을 순차적으로 형성한다.(도 6a, 6b)

연이어, 상기 오믹 컨택 및 반사용 전극(190)을 감싸는 제 1 전극(200)을 형성한다.(도 6c)

그 다음, 상기 지지판(100)을 이탈시킨다.(도 6d)

여기서, 상기 지지판(100)이 사파이어 기판인 경우에는, 레이저 리프트 오프(Laser lift-off)공정을 수행하여 제거시킨다.

마지막으로, 상기 지지판(100)이 이탈되어 노출된 상기 제 1 반도체층(110) 하부에 제 2 전극(210)을 형성한다.(도 6e)

도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 삼차원 구조의 발광층을 구비한 소자의 단면도로서, 제 1 극성(Polarity)을 갖는 제 1 반도체층(110)과; 상기 제 1 반도체층(110) 상부에 형성되며, 상호 이격된 복수개의 개구들(121)이 구비된 마스크층(120)과; 상기 각각의 개구들(121)에 노출된 제 1 반도체층(110) 상부에 상기 마스크층(120)의 일부를 감싸는 삼차원 구조로 이루어지고, 상호 이격되어 있으며, 상기 제 1 반도체층(110)의 제 1 극성과 동일한 극성을 갖는 제 2 반도체층으로 이루어진 복수개의 반도체 구조물들(131)과; 상기 반도체 구조물들(131)의 형상을 따라 활성층(170), 상기 제 1 극성과 다른 제 2 극성을 갖는 제 3 반도체층(180)과, 오믹 컨택 및 반사용 전극(190)이 형성된 구조물과; 상기 오믹 컨택 및 반사용 전극(190)을 감싸 상부가 평탄화된 제 1 전극(200)과; 상기 제 1 반도체층(110) 하부에 형성된 제 2 전극(210)으로 구성된다.

본 발명의 제 2 실시예에서는 도 4의 기판을 사용하여 제조된 것이다.

도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 삼차원 구조의 발광층을 구비한 소자의 단면도로서, 제 3 실시예의 소자는 도 5a의 기판을 사용하여 제조된 것으로, 상호 이격된 육각뿔 형상의 삼차원 구조가 형성되고, 측면 하단부가 합체되어 있다.

이러한, 삼차원 구조의 반도체 구조물들(135)의 형상을 따라 활성층(170), 상기 제 1 극성과 다른 제 2 극성을 갖는 제 3 반도체층(180)과, 오믹 컨택 및 반사용 전극(190)이 형성되어 있다.

도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 삼차원 구조의 발광층을 구비한 소자의 단면도로서, 본 발명의 제 4 실시예의 소자는 도 5b의 기판을 사용하여 제조된 것이다.

즉, 도 9에 도시된 바와 같이, 상호 이격되어지고, 상부가 절단되어 있는 육각뿔 형상의 삼차원 구조가 형성되어 있고, 측면 하단부가 합체되어 있는 복수개의 반도체 구조물들로 이루어져 있고, 이 육각뿔 형상의 삼차원 구조의 형상을 따라 활성층(170), 반도체층(180)과, 오믹 컨택 및 반사용 전극(190)이 형성되어 있다.

도 10a 내지 10e는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 삼차원 구조의 발광층을 구비한 소자의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도로서, 먼저, 지지판(100)과; 상기 지지판(100) 상부에 형성되며, 상호 이격된 복수개의 개구들(121)이 개구가 구비된 마스크층(120)과; 상기 각각의 개구들(121)에 노출된 지지판(100) 상부에 형성되고, 상기 마스크층(120)의 일부를 감싸는 삼차원 구조로 이루어지고, 제 1 극성을 갖는 제 1 반도체층으로 이루어진 복수개의 반도체 구조물들(141)이 형성된 도 3b와 같은 기판을 준비한다.

연이어, 상기 반도체 구조물들(141)의 형상을 따라 활성층(171), 상기 제 1 극성과 다른 제 2 극성을 갖는 제 2 반도체층(181)과, 오믹 컨택 및 반사용 전극(191)을 순차적으로 형성한다.

그 후, 상기 오믹 컨택 및 반사용 전극(191)을 감싸는 제 1 전극(200)을 형 성한다.(도 10a 및 10b)

그 다음, 상기 마스크층(120)을 습식식각공정으로 제거하고, 상기 지지판(100)을 이탈시켜 상기 마스크층(120) 개구 내부에 형성된 복수개의 반도체 구조물 (141a) 하부들을 돌출시킨다.(도 10c)

여기서, 상기 지지판(100)이 사파이어 기판인 경우에는, 레이저 리프트 오프(Laser lift-off)공정을 수행하여 제거시킨다.

이어서, 상기 지지판(100)이 이탈된 면에, 돌출된 복수개의 반도체 구조물 하부들(141a) 사이에 절연층(250)을 형성하고, 상기 복수개의 반도체 구조물(141a) 하부면을 노출시킨다.(도 10d)

마지막으로, 상기 절연층(250) 및 노출된 복수개의 반도체 구조물(141a) 하부면에 제 2 전극(210)을 형성한다.(도 10e)

여기서, 상기 제 2 전극(210)은 투명전극으로 형성한다.

따라서, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 삼차원 구조의 발광층을 구비한 소자는 전극(210)과; 상기 전극(210) 상부에 형성되며, 복수개의 개구들을 갖는 절연층(250)과; 상기 절연층(250)의 개구에 채워지고, 상기 절연층(250)의 상부 일부를 감싸는 삼차원 구조로 이루어지고, 상호 이격되어 있으며, 극성을 갖는 반도체층으로 이루어진 복수개의 반도체 구조물(141)과; 상기 반도체 구조물의 형상을 따라 활성층, 상기 제 1 극성과 다른 제 2 극성을 갖는 제 3 반도체층과, 오믹 컨택 및 반사용 전극이 형성된 구조물과; 상기 오믹 컨택 및 반사용 전극을 감싸 상부가 평탄화된 전극을 포함하여 구성된다.

도 11a 내지 11d는 본 발명에 따라 삼차원 구조의 반도체층 형상들을 도시한 사시도로서, 삼차원 구조의 반도체 구조물들은 육각뿔 형상(도 11a) 또는 상부가 절단되어 있는 육각뿔 형상(도 11b)으로 형성한다.

이 도 11a와 11b는 마스크층(120)에 점상(點狀)으로 배열되어 있다.

그리고, 도 11c, 11d과 도 13에 도시된 바와 같이 마스크층(120)에 스트라이프(Stripe) 패턴으로 배열된 '137,138'과 같은 삼차원 구조의 형상으로 형성할 수 있다.

여기서, '137'의 형상은 상부가 절단되지 않은 삼차원 구조의 반도체층이고, '138'은 상부가 절단되어 있는 삼차원 구조의 반도체층이다.

도 14는 본 발명에 따른 기판에 형성된 마스크층의 일 형상을 도시한 평면도로서, 마스크층(120)은 상기 제 1 반도체층(110) 상부에 형성되며, 상호 이격된 복수개의 개구들(121a,121b)이 구비된 패턴 형상으로 형성한다.

여기서, 상기 복수개의 개구들(121a,121b)은 일정한 간격(d)으로 이격되어 있는 것이 바람직하다.

이 때, 점상(點狀)의 개구들(121a)을 갖는 패턴으로 형성할 수 있고, 가장자리(Edge)에 환상(環狀)의 개구(121b)가 더 구비된 패턴으로 형성할 수 있다.

도 15는 본 발명에 따른 기판에 형성된 삼차원 구조의 반도체층을 촬영한 사진도로서, 삼차원 구조의 반도체 구조물들이 도 11a에 도시된 바와 같이, 육각뿔 형상(130)과 도 11b와 같이, 상부가 절단되어 있는 육각뿔 형상(131)의 사진도이다.

도 16은 본 발명에 따른 기판에 형성된 삼차원 구조의 다른 반도체층을 촬영한 사진도로서, 스트라이프(Stripe) 패턴으로 배열된 삼차원 구조의 형상으로, 도 11c와 같이, 상부가 절단되지 않은 삼차원 구조의 반도체 구조물들 형상(137)을 촬영한 사진도이다.

도 17은 본 발명에 따른 기판에 형성된 삼차원 구조의 또 다른 반도체층을 촬영한 사진도로서, 스트라이프(Stripe) 패턴으로 배열된 삼차원 구조의 형상으로, 도 11d에 도시된 바와 같이, 상부가 절단되어 있는 삼차원 구조의 반도체 구조물들 형상(138)을 촬영한 사진도이다.

도 18은 본 발명에 따른 삼차원 구조의 발광층의 발광 면적을 설명하기 위한 개념도로서, 삼차원 구조의 반도체층(130) 형상을 따라 형성된 활성층(170)도 역시, 삼차원 구조가 된다.

물론 상기 활성층(170)은 삼차원 구조가 되도록, 얇은 두께로 형성한다.

그러므로, 종래 기술과 같이, 한변이 'L'인 평면상에 활성층이 적층된 경우, 발광면 한변의 길이는 'L'인 반면에, 본 발명에서는 삼차원 구조로 활성층이 형성되기 때문에, 발광면 한변의 길이는 도 18에 도시된 바와 같이, 'L1 + L2 + L3 + L4 + L5 + L6'가 된다.

따라서, 본 발명은 삼차원 구조로 발광층을 형성함으로써, 발광 면적을 증가시켜 광출력을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 상호 이격된 삼차원 반도체 구조물 형상을 따라 발광층을 형성함으로써, 발광 면적을 증가시켜 광출력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (26)

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11. 제 1 극성(Polarity)을 갖는 제 1 반도체층과;

    상기 제 1 반도체층 상부에 형성되며, 상호 이격된 복수개의 개구들이 구비된 마스크층과;

    상기 각각의 개구들에 노출된 제 1 반도체층 상부에 상기 마스크층의 일부를 감싸는 삼차원 구조로 이루어지고, 상호 이격되어 있으며, 상기 제 1 반도체층의 제 1 극성과 동일한 극성을 갖는 제 2 반도체층으로 이루어진 복수개의 반도체 구조물과;

    상기 반도체 구조물의 형상을 따라 활성층, 상기 제 1 극성과 다른 제 2 극성을 갖는 제 3 반도체층과, 오믹 컨택 및 반사용 전극이 형성된 구조물과;

    상기 오믹 컨택 및 반사용 전극을 감싸 상부가 평탄화된 제 1 전극과;

    상기 제 1 반도체층 하부에 형성된 제 2 전극을 포함하여 구성된 삼차원 구조의 발광층을 구비한 발광 소자.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 상호 이격된 복수개의 반도체 구조물들 각각은,

    측면 하단부가 이웃하는 반도체 구조물들과 합체되어 있는 것을 특징으로 하는 삼차원 구조의 발광층을 구비한 발광 소자.
13. 전극과;

    상기 전극 상부에 형성되며, 복수개의 개구들을 갖는 절연층과;

    상기 절연층의 개구에 채워지고, 상기 절연층의 상부 일부를 감싸는 삼차원 구조로 이루어지고, 상호 이격되어 있으며, 극성을 갖는 반도체층으로 이루어진 복수개의 반도체 구조물과;

    상기 반도체 구조물의 형상을 따라 활성층, 상기 제 1 극성과 다른 제 2 극성을 갖는 제 3 반도체층과, 오믹 컨택 및 반사용 전극이 형성된 구조물과;

    상기 오믹 컨택 및 반사용 전극을 감싸 상부가 평탄화된 전극을 포함하여 구성된 삼차원 구조의 발광층을 구비한 발광 소자.
14. 제 11 항에 있어서,

    상기 마스크층은,

    산화막인 것을 특징으로 하는 삼차원 구조의 발광층을 구비한 발광 소자.
15. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 반도체층은,

    동일한 물질을 포함하고 있는 반도체층인 것을 특징으로 하는 삼차원 구조의 발광층을 구비한 발광 소자.
16. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 반도체 구조물들은,

    육각뿔 형상 또는 상부가 절단되어 있는 육각뿔 형상을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 삼차원 구조의 발광층을 구비한 발광 소자.
17. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 반도체 구조물들은,

    점상(點狀) 또는 스프라이프(Stripe) 형태의 패턴으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자 성장용 기판.
18. 지지판 상부에 제 1 극성(Polarity)을 갖는 제 1 반도체층을 형성하고, 상기 제 1 반도체층 상부에 상호 이격된 복수개의 개구들이 구비된 마스크층을 형성하고, 상기 각각의 개구들에 노출된 제 1 반도체층 상부에 상기 마스크층의 일부를 감싸는 삼차원 구조로 이루어지고, 상기 제 1 반도체층의 제 1 극성과 동일한 극성을 갖으며 상호 이격된 복수개의 제 2 반도체로 이루어진 복수개의 반도체 구조물을 형성하여 기판을 만드는 단계와;

    상기 기판의 복수개의 반도체 구조물의 형상을 따라 활성층, 상기 제 1 극성과 다른 제 2 극성을 갖는 제 3 반도체층과, 오믹 컨택 및 반사용 전극을 순차적으로 형성하는 단계와;

    상기 오믹 컨택 및 반사용 전극을 감싸는 제 1 전극을 형성하는 단계와;

    상기 지지판을 이탈시키는 단계와;

    상기 지지판이 이탈되어 노출된 상기 제 1 반도체층 하부에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성된 삼차원 구조의 발광층을 구비한 발광 소자의 제조 방법.
19. 제 18 항에 있어서,

    상기 상호 이격된 복수개의 반도체 구조물들 각각은,

    측면 하단부가 이웃하는 반도체 구조물들과 합체되어 있는 것을 특징으로 하는 삼차원 구조의 발광층을 구비한 발광 소자의 제조 방법.
20. 지지판과, 상기 지지판 상부에 형성되며 상호 이격된 복수개의 개구들이 개구가 구비된 마스크층과, 상기 각각의 개구들에 노출된 지지판 상부에 형성되고 상기 마스크층의 일부를 감싸는 삼차원 구조로 이루어지고 제 1 극성을 갖는 복수개의 제 1 반도체로 이루어진 복수개의 반도체 구조물이 형성된 기판을 준비하는 단계와;

    상기 복수개의 반도체 구조물의 형상을 따라 활성층, 상기 제 1 극성과 다른 제 2 극성을 갖는 제 2 반도체층과, 오믹 컨택 및 반사용 전극을 순차적으로 형성하는 단계와;

    상기 오믹 컨택 및 반사용 전극을 감싸는 제 1 전극을 형성하는 단계와;

    상기 마스크층을 습식식각공정으로 제거하고, 상기 지지판을 이탈시켜 상기 마스크층 개구 내부에 형성된 복수개의 반도체 구조물 하부들을 돌출시키는 단계와;

    상기 지지판이 이탈된 면에, 돌출된 복수개의 반도체 구조물 하부들 사이에 절연층을 형성하고, 상기 복수개의 반도체 구조물 하부면을 노출시키는 단계와;

    상기 절연층 및 노출된 복수개의 반도체 구조물 하부면에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성된 삼차원 구조의 발광층을 구비한 발광 소자의 제조 방법.
21. 제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 지지판은,

    사파이어, 실리콘 카바이드(SiC), 갈륨비소(GaAs)과 질화갈륨 중 어느 하나의 물질로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 삼차원 구조의 발광층을 구비한 발광 소자의 제조 방법.
22. 제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 마스크층은,

    산화막인 것을 특징으로 하는 삼차원 구조의 발광층을 구비한 발광 소자의 제조 방법.
23. 제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 반도체 구조물들은,

    육각뿔 형상 또는 상부가 절단되어 있는 육각뿔 형상을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 삼차원 구조의 발광층을 구비한 발광 소자의 제조 방법.
24. 제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 반도체 구조물들은,

    점상(點狀) 또는 스프라이프(Stripe) 형태의 패턴으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 삼차원 구조의 발광층을 구비한 발광 소자의 제조 방법.
25. 제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 마스크층은,

    점상(點狀)개구를 구비하거나, 또는 점상개구 및 환상 개구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 삼차원 구조의 발광층을 구비한 발광 소자의 제조 방법.
26. 제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 지지판을 이탈시키는 것은,

    상기 지지판이 사파이어 기판이고,

    상기 반도체층이 GaN을 포함하고 있는 반도체층인 경우,

    상기 지지판 하부에서 레이저를 조사하는 레이저 리프트 오프(Laser lift-off) 공정을 수행하여 이탈시키는 것을 특징으로 하는 삼차원 구조의 발광층을 구 비한 발광 소자의 제조 방법.

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