KR101000311B1

KR101000311B1 - 반도체 발광소자 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101000311B1
Application number: KR1020100072193A
Authority: KR
Inventors: 배덕규
Original assignee: (주)더리즈
Priority date: 2010-07-27
Filing date: 2010-07-27
Publication date: 2010-12-13
Also published as: JP2012028773A; US20120025248A1; CN102347415A

Abstract

활성층에서 생성된 광이 다시 활성층을 통과하여 광 출력이 적어지는 문제를 개선할 수 있도록 한 반도체 발광소자 제조방법 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 반도체 발광소자는 도전성 기판, 상기 도전성 기판 상에 형성된 p형 전극, 상기 p형 전극 상에 형성된 투명전극층, 상기 투명전극층 상에 순차적으로 적층된 p형 반도체층, 활성층 및 n형 반도체층을 구비하는 발광구조물, 및 상기 n형 반도체층 상에 형성된 n형 전극을 포함한다. 상기 발광구조물은 그 측면이 상기 투명전극층의 가장자리로부터 이격되도록 상기 투명전극층 상면의 중앙부에 형성되며, 상기 투명전극층 중 상기 발광구조물 외측 부분은 표면에 요철이 형성되어 있다.

Description

반도체 발광소자 및 그 제조방법 {Semiconductor light emitting device and manufacturing method of the same}

본 발명은 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수직 구조 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

LED(Light Emitting Diode)와 같은 반도체 발광소자는 전류를 광으로 변환시키는 고체 전자 소자 중 하나로서, 통상적으로 p형 반도체층과 n형 반도체층 사이에 삽입된 반도체 물질의 활성층을 포함한다. 반도체 발광소자에서 p형 반도체층과 n형 반도체층 양단에 구동 전류를 인가하면, p형 반도체층과 n형 반도체층으로부터 활성층으로 전자(electron) 및 정공(hole)이 주입된다. 주입된 전자와 정공은 활성층에서 재결합하여 광을 생성한다.

일반적으로 반도체 발광소자는 Al_xIn_yGa_(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 질화물계 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 화합물로 제조가 되고 있는데, 이것은 단파장광(자외선 내지 녹색광), 특히 청색광을 낼 수 있는 소자가 된다. 그런데, 질화물계 반도체 화합물은 결정 성장을 위한 격자 정합 조건을 만족하는 사파이어 기판이나 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC) 기판 등의 절연성 기판을 이용하여 제조되므로, 구동 전류 인가를 위해 p형 반도체층 및 n형 반도체층에 연결시키는 2개의 전극이 발광구조물의 상면에 거의 수평으로 배열되는 수평(planar) 구조를 가진다.

그런데 n형 전극과 p형 전극을 발광구조물의 상면에 거의 수평으로 배열하면 발광면적이 감소되어 휘도가 감소되고, 전류 퍼짐이 원활하지 못해 정전 방전(Electrostatic discharge : ESD)에 취약한 신뢰성 문제를 유발시킬 뿐만 아니라, 동일 웨이퍼 상에서 칩의 개수가 감소하여 수율이 저하되는 문제점이 있다. 또한 칩 사이즈를 축소하는 데 한계가 있으며, 더구나 사파이어 기판은 열전도율이 좋지 않기 때문에 고출력 구동시 발생되는 열이 충분히 방출되지 못하게 됨으로써 소자 성능에 제약을 초래한다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 고출력 레이저의 고밀도 에너지를 이용하여 사파이어 기판과 질화물계 반도체 화합물 층 사이의 경계면을 분해하여 사파이어 기판과 질화물계 반도체 화합물 층 부분을 분리하는 레이저 리프트 오프 공법을 이용해 수직 구조의 반도체 발광소자를 제조하고 있다.

도 1은 이러한 레이저 리프트 오프 공법에 의하여 사파이어 기판을 분리하고 지지용 도전성 기판을 부착하여 제작된 수직 구조 반도체 발광소자를 나타내는 단면도이다.

도 1을 참조하면, 종래 수직 구조 반도체 발광소자(10)는 도전성 기판(40) 상에 금속층(35), p형 반도체층(25), 활성층(20) 및 n형 반도체층(15)을 구비하며, n형 반도체층(15) 상면에 n형 전극(45)이 형성되어 있다. p형 반도체층(25)과 n형 반도체층(15) 양단에 구동 전류를 인가하면, p형 반도체층(25)과 n형 반도체층(15)으로부터 활성층(20)으로 전자 및 정공이 주입된다. 주입된 전자와 정공은 활성층(20)에서 재결합하여 광을 생성한다.

이러한 수직 구조 반도체 발광소자의 경우, 동일한 면적에서 얼마나 광추출 효율(Light Extraction Efficiency)을 높이는 가가 중요하다. 그런데, 종래 수직 구조 반도체 발광소자(10)에서 생성된 광은 도 1에 화살표로 표시한 바와 같이 활성층(20)으로부터 나와 p형 반도체층(25)과 도전성 기판(40) 사이의 계면인 금속층(35)에서 반사된 후 다시 활성층(20)을 지나 n형 반도체층(15) 외부로 나가는 광경로를 형성하는 경우가 많다. 광이 활성층(20)을 통과하면서 광 흡수가 발생되기 때문에 광추출 효율이 낮고 외부로의 광 출력이 적어지는 문제가 있다.

한편 종래에는 금속층(35)에서의 금속이 p형 반도체층(25) 등으로 확산되는 것을 방지하기 위하여 도 2에 도시한 바와 같이, p형 반도체층(25)과 도전성 기판(40) 사이의 계면에 반사방지층(30)을 금속층(35) 및 도전성 기판(40) 전면에 형성한 반도체 발광소자(10’)가 제안되어 있다. 그러나 이 경우, 반사방지층(30)이 웨이브 가이드 역할을 하여, 도 2에 화살표로 표시한 바와 같이 활성층(20)으로부터 나온 광이 반사방지층(30) 안에서 전반사되어 진행하다가 반사방지층(30) 측면을 통해 외부로 나와 측면광을 발생시킨다. 이와 같이 실질적으로 원하지 않는 방향으로 광이 전파되거나 전반사 과정에서 손실되어 광추출 효율이 낮아지므로 광 출력을 저하시키는 문제가 있다.

본 발명이 해결하려는 과제는 활성층에서 생성된 광이 다시 활성층을 통과하여 광 출력이 적어지는 문제를 개선할 수 있도록 한 반도체 발광소자를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하려는 다른 과제는 활성층에서 생성된 광이 다시 활성층을 통과하여 광 출력이 적어지는 문제를 개선할 수 있도록 한 반도체 발광소자 제조방법을 제공하는 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 반도체 발광소자는 도전성 기판, 상기 도전성 기판 상에 형성된 p형 전극, 상기 p형 전극 상에 형성된 투명전극층, 상기 투명전극층 상에 순차적으로 적층된 p형 반도체층, 활성층 및 n형 반도체층을 구비하는 발광구조물, 및 상기 n형 반도체층 상에 형성된 n형 전극을 포함한다. 상기 발광구조물은 그 측면이 상기 투명전극층의 가장자리로부터 이격되도록 상기 투명전극층 상면의 중앙부에 형성되며, 상기 투명전극층 중 상기 발광구조물 외측 부분은 표면에 요철이 형성되어 있다.

상기 투명전극층 중 상기 발광구조물 하부 부분의 두께보다 상기 투명전극층 중 상기 발광구조물 외측 부분의 두께가 얇을 수 있다.

상기 p형 전극은 상기 발광구조물 하부 부분에 고단차 부분과 상기 고단차 부분 양측의 저단차 부분을 포함하고, 상기 투명전극층은 상기 저단차 부분에 형성된 것일 수 있다. 이 때, 상기 p형 전극의 상기 고단차 부분은 상기 p형 반도체층과 접할 수 있다.

상기 발광구조물은 그 측면이 상기 도전성 기판에 대하여 경사지도록 형성될 수 있다. 이 때, 상기 발광구조물은 상기 n형 전극 방향으로 갈수록 폭이 좁아지도록 형성된 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 발광구조물의 측면을 덮도록 형성된 패시베이션막을 더 포함할 수 있다. 상기 패시베이션막은 상기 투명전극층의 요철이 형성된 부분을 덮도록 형성될 수 있다.

상기의 다른 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 반도체 발광소자 제조방법에서는 반도체 기판 상에 순차적으로 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 성장시켜 발광구조물을 형성한 다음, 상기 p형 반도체층 상에 투명전극층을 형성한다. 상기 투명전극층 상에 p형 전극을 형성하고, 상기 p형 전극 상에 도전성 기판을 부착한다. 상기 도전성 기판이 부착된 결과물로부터 상기 반도체 기판을 제거한 다음, 상기 발광구조물의 측면이 상기 투명전극층의 가장자리로부터 이격되도록 상기 발광구조물의 중앙 부분을 제외한 나머지 영역을 제거하고 상기 투명전극층 중 상기 발광구조물 외측 부분 표면에 요철을 형성한다. 상기 n형 반도체층 상에 n형 전극을 형성한다.

상기 발광구조물의 중앙 부분을 제외한 나머지 영역을 제거하고 상기 투명전극층 중 상기 발광구조물 외측 부분 표면에 요철을 형성하는 단계는 건식 식각을 이용해 상기 발광구조물의 중앙 부분을 제외한 나머지 영역을 제거하는 단계; 및 상기 발광구조물의 중앙 부분을 제외한 나머지 영역을 제거하는 단계와 인-시튜(in-situ)로 건식 식각을 이용해 상기 투명전극층 중 상기 발광구조물 외측 부분 표면에 요철을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

대신에 건식 식각을 이용해 상기 발광구조물의 중앙 부분을 제외한 나머지 영역을 제거하는 단계; 및 습식 식각을 이용해 상기 투명전극층 중 상기 발광구조물 외측 부분 표면에 요철을 형성하는 단계를 포함할 수도 있다.

상기 p형 전극을 형성하는 단계는, 상기 투명전극층 중 상기 발광구조물의 중앙 부분에 해당하는 부분을 제거하여 홈을 형성한 후, 상기 홈을 포함한 상기 투명전극층 전면에 금속막을 형성하여 실시할 수 있다. 이 때, 상기 홈은 상기 p형 반도체층을 노출시키도록 형성할 수 있다.

한편, 상기 투명전극층은 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 전도성 금속 산화물로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 p형 전극은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt 및 Au으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질을 포함하여 1층 이상의 다층막으로 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면, p형 반도체층과 도전성 기판 사이의 계면에 발광구조물 외측 표면에 요철이 형성된 투명전극층을 포함함으로써, 활성층에서 발생된 광이 다시 활성층으로 반사되는 것을 방지한다. 활성층으로부터 나온 광은 투명전극층 안으로 유도되지만 웨이브 가이드되지 않고 표면에 형성된 요철을 만나 외부로 쉽게 방출된다. 따라서, 종래와 같은 측면광 발생 부작용을 제거할 수 있다. 이에 따라 활성층에서의 광 흡수가 없어 외부로의 광 출력이 저하되는 일이 없다.

도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 수직 구조 반도체 발광소자를 나타내는 단면도들이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 반도체 발광소자의 단면도들이다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 반도체 발광소자 제조방법을 나타내는 공정별 단면도들이다.

이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하거나 과장되게 나타내었다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 발광소자의 단면도이다.

도 3을 참조하면, 반도체 발광소자(100)는 도전성 기판(140)과, 도전성 기판(140) 상에 순차 형성된 p형 전극(135), 투명전극층(130), p형 반도체층(125), 활성층(120), n형 반도체층(115) 및 n형 전극(145)을 포함한다. 투명전극층(130) 상에 순차적으로 적층된 p형 반도체층(125), 활성층(120) 및 n형 반도체층(115)은 발광구조물이다. 이 발광구조물은 그 측면이 투명전극층(130)의 가장자리로부터 이격되도록 투명전극층(130) 상면의 중앙부에 형성된다.

투명전극층(130) 중 발광구조물 외측 부분은 표면에 요철(132)이 형성되어 있다. 요철(132)은 피라미드 형상 또는 이와 유사한 형상을 가질 수 있다. 투명전극층(130)은 활성층(120)에서 발생된 광이 활성층(120)으로 반사되어 들어가는 것을 방지하는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 후속 공정에서 열이 가해질 때 p형 전극(135)의 금속 원소가 확산으로 이동하여 누설전류 발생시키는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 이러한 점을 고려하였을 때, 투명전극층(130)은 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 전도성 금속 산화물로 이루어지는 것이 바람직하다.

도 3에 화살표로 표시한 바와 같이, 활성층(120)으로부터 나온 광은 투명전극층(130) 안으로 유도되지만 표면에 형성된 요철(132)을 만나 외부로 쉽게 방출된다. 따라서, 종래와 같은 측면광 발생 부작용 없이, 활성층(120)에서 발생된 광이 다시 활성층(120)으로 반사되는 것을 방지한다. 이에 따라 활성층(120)에서의 광 흡수가 없어 외부로의 광 출력이 저하되는 일이 없다.

발광구조물은 그 측면이 도전성 기판(140)에 대하여 경사지도록 형성될 수 있다. 이 때, 도시한 바와 같이 n형 전극(145) 방향으로 갈수록 폭이 좁아지도록 형성된 것이 바람직하다. 이와 같이, 기울기를 갖는 측면 구조는 넓은 발광 면적을 얻는 데 유리하다.

반도체 발광소자(100)는 발광구조물의 측면을 덮도록 패시베이션막(150)을 더 포함한다. 패시베이션막(150)은 전기적 절연 및 불순물 침입 방지 등 측면 보호를 위해 절연성 유전체를 이용하여 형성한 것이다. 이 때, 패시베이션막(150)은 투명전극층(130)의 요철(132)이 형성된 부분을 덮을 수 있는데, 도 3에 도시한 것처럼 요철 부분 일부를 덮거나 아니면 투명전극층(130) 전면을 덮도록 형성될 수 있다. 방사각을 조절하거나 광흡수를 최소화하는 특수한 목적으로 패시베이션막(150)을 생략하기도 한다.

투명전극층(130)의 요철(132) 중 볼록한 부분에서의 투명전극층(130) 두께는 도 3에 도시한 바와 같이 발광구조물 하부 부분의 투명전극층(130) 두께보다 작아, 투명전극층(130) 중 발광구조물 하부 부분의 두께보다 발광구조물 외측 부분의 두께가 더 얇은 구조이다. 이러한 두께는 달라질 수 있는데, 예컨대 제1 실시예의 변형예를 도시한 도 4를 참조하면, 투명전극층(130’)의 요철(132) 중 볼록한 부분에서의 투명전극층(130’) 두께는 발광구조물 하부 부분의 투명전극층(130’) 두께와 동일하다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 발광소자의 단면도이다. 도 3을 참조하여 설명한 소자와 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조번호를 부여하고 반복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 5에 도시한 반도체 발광소자(200)는 도 3에 도시한 반도체 발광소자(100)와 투명전극층(230) 및 p형 전극(235)만 상이하다. 도 5에서는 도 3의 패시베이션층(150)은 생략하고 도시하였다. 투명전극층(230) 중 발광구조물 외측 부분에도 표면에 요철(232)이 형성되어 있다.

p형 전극(235)은 발광구조물 하부 부분에 고단차 부분(235a)과 그 양측의 저단차 부분(235b)을 포함하고, 투명전극층(230)은 저단차 부분(235b)에 형성되어 있다. 특히 p형 전극(235)의 고단차 부분(235a)은 p형 반도체층(125)과 접하여 있다. 이와 같은 투명전극층(230) 및 p형 전극(235)의 모양은 도 4에 도시한 것과 같은 제1 실시예의 변형예에도 적용될 수 있다.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 발광소자 제조방법을 나타내는 공정별 단면도이다. 여기서, 통상의 수직 구조 질화물계 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 화합물 반도체 발광소자의 제조방법은 소정의 웨이퍼를 이용하여 복수 개로 제조되나, 도 6에서는 설명의 편의를 위해 한 개의 발광소자만을 제조하는 방법을 도시하고 있다.

우선, 도 6(a)에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(110) 상에 순차적으로 n형 반도체층(115), 활성층(120) 및 p형 반도체층(125)을 성장시켜 발광구조물을 형성한 다음, p형 반도체층(125) 상에 투명전극층(130)을 형성한다. 그리고 나서, 투명전극층(130) 상에 p형 전극(135)을 형성한다.

반도체 기판(110)은 질화물 반도체 단결정을 성장시키기에 적합한 기판으로서, 사파이어 이외에 SiC, 징크 옥사이드(zinc oxide, ZnO), 갈륨 나이트라이드(gallium nitride, GaN) 및 알루미늄 나이트라이드(AlN)로 형성될 수 있다.

n형 반도체층(115)을 성장시키기 전에 반도체 기판(110)과의 격자 정합을 향상시키기 위한 버퍼층(미도시)을 예컨대 AlN/GaN으로 형성할 수도 있다. n형 반도체층(115)과 활성층(120) 및 p형 반도체층(125)은, In_XAl_YGa₁ _-X- _YN 조성식(여기서, 0≤X, 0≤Y, X+Y≤1)을 갖는 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, n형 반도체층(115)은, n형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 이루어질 수 있으며, n형 불순물로는 예를 들어, Si, Ge, Sn, Te 또는 C 등을 사용하고, 바람직하게는 Si를 주로 사용한다. 또한, p형 반도체층(125)은, p형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 이루어질 수 있으며, p형 불순물로는 예를 들어, Mg, Zn, Be 등을 사용하고, 바람직하게는 Mg를 주로 사용한다. 그리고, 활성층(120)은 광을 생성하여 방출하기 위한 층으로, 통상 InGaN층을 우물로 하고 GaN층을 벽층으로 하여 다중양자우물(Multi-Quantum Well)을 형성함으로써 이루어진다. 활성층(120)은 하나의 양자우물층 또는 더블헤테로 구조로 구성될 수도 있다. 버퍼층, n형 반도체층(115)과 활성층(120) 및 p형 반도체층(125)은 MOCVD, MBE 또는 HVPE와 같은 증착공정을 통해 형성된다.

투명전극층(130)은 전술한 바와 같이 활성층(120)에서 발생된 광이 활성층(120)으로 반사되어 들어가는 것을 방지하고, p형 전극(135)의 금속 원소가 확산하는 것을 방지할 뿐만 아니라, 후술하는 바와 같이, 발광구조물을 건식 식각할 경우 식각 종료점 검출에 이용될 수도 있다. ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 전도성 금속 산화물은 이러한 기능을 모두 만족시킨다. 이 경우, 투명전극층(130) 형성은 공지된 여러 방법을 이용할 수 있으며, 스퍼터링, 증착 공정 등을 예로 들 수 있다.

p형 전극(135)은 도전성 기판(140)과의 오믹컨택 기능과 더불어 활성층(120)에서 발생된 광을 반사하는 역할 및 전극의 기능까지 담당한다. p형 전극(135)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt 및 Au으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질을 포함하여 1층 이상의 다층막으로 형성될 수 있다. 반사 역할을 고려하면 Ni/Ag, Zn/Ag, Ni/Al, Zn/Al, Pd/Ag, Pd/Al, Ir/Ag. Ir/Au, Pt/Ag, Pt/Al, Ni/Ag/Pt 등의 막 조합으로 형성하는 것이 바람직하다.

다음, 도 6(b)에 도시한 바와 같이, p형 전극(135) 상에 도전성 기판(140)을 부착한다. 도전성 기판(140)은 최종 반도체 발광소자(100)에 포함되는 요소로서, 발광구조물을 지지하는 지지체의 역할을 수행한다. 특히, 후술할 레이저 리프트 오프(laser lift off) 공정 또는 화학적 리프트 오프(chemical lift off) 공정 등으로 반도체 기판(110)의 제거시, 도전성 기판(140)을 부착함으로써 상대적으로 두께가 얇은 발광구조물을 보다 용이하게 다룰 수 있다.

도전성 기판(140)은 Si, Cu, Ni, Au, W 및 Ti으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어질 수 있으며, 선택된 물질에 따라, 도금, 증착, 스퍼터링 등의 공정으로 p형 전극(135) 상에 직접 형성될 수 있다. 여기서, 실시 형태로, 도전성 기판(140)을 웨이퍼 본딩 공정을 통하여 부착하는 예를 들고 있으나, 이에 제한되지 않으며, Au와 Sn을 주성분으로 하는 공융 합금으로 이루어진 본딩 금속층을 p형 전극(135) 위에 더 증착하여 이를 매개로 가압/가열의 방식으로 부착할 수도 있다.

다음에, 반도체 기판(110)을 제거한다. 이 때 레이저 리프트 오프 공정 또는 화학적 리프트 오프 공정을 이용할 수 있는데, 예컨대, 레이저 리프트 오프 공정을 이용할 경우, 반도체 기판(110) 전면에 레이저 빔을 조사하여 반도체 기판(110)을 분리한다. 화학적 리프트 오프 공정을 이용할 경우, 반도체 기판(110)과 발광구조물 사이에 습식 식각에 의해 제거될 수 있는 희생층을 더 구비하고, 이를 선택적으로 제거할 수 있는 식각액을 이용하여 반도체 기판(110)을 분리한다. 이러한 리프트 오프 공정에 의해 반도체 기판(110)과 접촉하고 있던 n형 반도체층(115) (또는 버퍼층을 형성한 경우 그 버퍼층)의 면이 외부로 노출된다. 반도체 기판(110)이 제거되면서 노출된 표면은 습식 세정액이나 플라즈마 등으로 처리함으로써 리프트 오프 과정에서 발생한 불순물 등을 제거하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

이어서, 도 6(c)에 도시한 바와 같이, 발광구조물의 측면이 투명전극층(130)의 가장자리로부터 이격되도록 발광구조물의 중앙 부분을 제외한 나머지 영역을 제거한다. 이 때, 습식 식각을 이용할 수도 있으나, 본 실시 형태의 경우, ICP-RIE(Inductively Coupled Plasma-Reactive Ion Etching)와 같은 건식 식각을 이용한다. 본 건식 식각 공정에 의해, n형 반도체층(115)과 활성층(120) 및 p형 반도체층(125)이 식각되며, 투명전극층(130)은 식각 종료점 검출에 이용될 수 있도록 식각되지 않도록 한다. 따라서, 선택비가 있는 식각 가스의 조합을 이용하도록 한다.

발광구조물의 측면이 투명전극층(130)의 가장자리로부터 이격되도록 발광구조물의 중앙 부분을 제외한 나머지 영역을 제거하는 동안, 투명전극층(130) 중 발광구조물 외측 부분 표면에 요철(132)을 형성한다. 요철(132)은 발광구조물 식각 완료 후 인-시튜(in-situ)로 식각 가스의 종류를 바꾸어 건식 식각을 더 실시함으로써 형성할 수 있다. 식각 가스의 종류를 바꾸지 않더라도 플라즈마 세기를 증가시키거나 식각 시간을 길게 하여 요철(132)을 형성할 수도 있다. 건식 식각을 이용하면 균일한 밀도와 원하는 크기의 광 추출용 요철 구조를 형성할 수 있다. 요철(132)을 형성하기 위한 식각 깊이는 식각 가스의 종류, 플라즈마 세기 및 식각 시간에 의해 조절 가능하며, 특히 식각 시간을 조절함으로써 용이하게 조절가능하다.

요철(132)을 형성하는 데에 습식 식각을 이용할 수도 있다. BOE(Buffered Oxide Etchant)와 같은 식각액을 이용하면 투명전극층(130) 중 발광구조물 외측 부분 표면에 요철을 형성할 수 있다. 요철(132)을 형성하기 위한 식각 깊이는 식각액의 몰 농도, 식각 온도 및 식각 시간에 의해 조절 가능하며, 특히 식각 시간을 조절함으로써 용이하게 조절가능하다. 습식 식각을 이용하면 건식 식각을 이용하는 경우에 비하여 투명전극층(130) 표면 데미지(damage)를 줄일 수 있다.

다음, 도 6(d)에 도시한 바와 같이 n형 반도체층(115) 상에 n형 전극(145)을 형성한다. 그 전에, 알칼리 용액을 이용해 n형 반도체층(115) 표면에 거칠기를 발생시켜 광추출을 향상시키는 것도 가능하며, n형 전극(145)이 증착되는 부분을 마스크로 보호하기도 한다. n형 전극(145)을 형성한 후 측면 보호를 위해 절연성 유전체를 이용하여 패시베이션막(150)을 형성한다. 물론, 패시베이션막(150)을 먼저 형성한 후 n형 전극(145)을 형성하기도 한다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 발광소자 제조방법을 나타내는 공정별 단면도이다. 여기서도 설명의 편의를 위해 한 개의 발광소자만을 제조하는 방법을 도시하고 있다. 도 6을 참조하여 설명한 방법과 동일한 부분에 대해서는 반복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 7(a)에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(110) 상에 순차적으로 n형 반도체층(115)부터 투명전극층(230)을 형성하는 과정은 도 6(a)에서와 동일하다.

다음, 도 7(b)를 참조하면, 투명전극층(230) 중 발광구조물의 중앙 부분에 해당하는 부분을 제거하여 홈(H)을 형성한다. 홈(H)은 p형 반도체층(125)을 노출시키도록 형성할 수 있다. 그런 다음, 홈(H)을 포함한 투명전극층(230) 전면에 금속막을 형성하여 p형 전극(235)을 형성한다. 이 때, p형 전극(235) 형성은 두 단계로 이루어질 수 있다. 먼저, 홈(H) 부위를 채우도록 반사성 금속을 형성한 다음, 반사성 금속 및 투명전극층(230) 표면에 오믹컨택을 위한 금속을 형성하는 것일 수 있다.

다음, 도 7(c)에 도시한 바와 같이, p형 전극(235) 상에 도전성 기판(140)을 부착하고 반도체 기판(110)을 제거한다. 이어서, 도 7(d)에 도시한 바와 같이, 발광구조물의 측면이 투명전극층(230)의 가장자리로부터 이격되도록 발광구조물의 중앙 부분을 제외한 나머지 영역을 제거한다. 또한 투명전극층(230) 중 발광구조물 외측 부분 표면에 요철(232)을 형성한다. 다음, 도 7(e)에 도시한 바와 같이 n형 반도체층(115) 상에 n형 전극(145)을 형성한다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예들에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims

도전성 기판;
상기 도전성 기판 상에 형성된 p형 전극;
상기 p형 전극 상에 형성된 투명전극층;
상기 투명전극층 상에 순차적으로 적층된 p형 반도체층, 활성층 및 n형 반도체층을 구비하는 발광구조물; 및
상기 n형 반도체층 상에 형성된 n형 전극;을 포함하며,
상기 발광구조물은 그 측면이 상기 투명전극층의 가장자리로부터 이격되도록 상기 투명전극층 상면의 중앙부에 형성되며, 상기 투명전극층 중 상기 발광구조물 외측 부분은 표면에 요철이 형성된 반도체 발광소자.
제1항에 있어서, 상기 투명전극층 중 상기 발광구조물 하부 부분의 두께보다 상기 투명전극층 중 상기 발광구조물 외측 부분의 두께가 얇은 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
제1항에 있어서, 상기 p형 전극은 상기 발광구조물 하부 부분에 고단차 부분과 상기 고단차 부분 양측의 저단차 부분을 포함하고, 상기 투명전극층은 상기 저단차 부분에 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
제3항에 있어서, 상기 p형 전극의 상기 고단차 부분은 상기 p형 반도체층과 접하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
제1항에 있어서, 상기 발광구조물은 그 측면이 상기 도전성 기판에 대하여 경사지도록 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
제5항에 있어서, 상기 발광구조물은 상기 n형 전극 방향으로 갈수록 폭이 좁아지도록 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
제1항에 있어서, 상기 발광구조물의 측면을 덮도록 형성된 패시베이션막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
제7항에 있어서, 상기 패시베이션막은 상기 투명전극층의 요철이 형성된 부분을 덮도록 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
반도체 기판 상에 순차적으로 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 성장시켜 발광구조물을 형성하는 단계;
상기 p형 반도체층 상에 투명전극층을 형성하는 단계;
상기 투명전극층 상에 p형 전극을 형성하는 단계;
상기 p형 전극 상에 도전성 기판을 부착하는 단계;
상기 도전성 기판이 부착된 결과물로부터 상기 반도체 기판을 제거하는 단계;
상기 발광구조물의 측면이 상기 투명전극층의 가장자리로부터 이격되도록 상기 발광구조물의 중앙 부분을 제외한 나머지 영역을 제거하고 상기 투명전극층 중 상기 발광구조물 외측 부분 표면에 요철을 형성하는 단계; 및
상기 n형 반도체층 상에 n형 전극을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 발광소자 제조방법.
제9항에 있어서, 상기 발광구조물의 중앙 부분을 제외한 나머지 영역을 제거하고 상기 투명전극층 중 상기 발광구조물 외측 부분 표면에 요철을 형성하는 단계는
건식 식각을 이용해 상기 발광구조물의 중앙 부분을 제외한 나머지 영역을 제거하는 단계; 및
상기 발광구조물의 중앙 부분을 제외한 나머지 영역을 제거하는 단계와 인-시튜(in-situ)로 건식 식각을 이용해 상기 투명전극층 중 상기 발광구조물 외측 부분 표면에 요철을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
제9항에 있어서, 상기 발광구조물의 중앙 부분을 제외한 나머지 영역을 제거하고 상기 투명전극층 중 상기 발광구조물 외측 부분 표면에 요철을 형성하는 단계는
건식 식각을 이용해 상기 발광구조물의 중앙 부분을 제외한 나머지 영역을 제거하는 단계; 및
습식 식각을 이용해 상기 투명전극층 중 상기 발광구조물 외측 부분 표면에 요철을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
제9항에 있어서, 상기 p형 전극을 형성하는 단계는,
상기 투명전극층 중 상기 발광구조물의 중앙 부분에 해당하는 부분을 제거하여 홈을 형성하는 단계; 및
상기 홈을 포함한 상기 투명전극층 전면에 금속막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
제12항에 있어서, 상기 홈은 상기 p형 반도체층을 노출시키도록 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.