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KR102427640B1 - 자외선 반도체 발광소자 - Google Patents

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KR102427640B1
KR102427640B1 KR1020170175150A KR20170175150A KR102427640B1 KR 102427640 B1 KR102427640 B1 KR 102427640B1 KR 1020170175150 A KR1020170175150 A KR 1020170175150A KR 20170175150 A KR20170175150 A KR 20170175150A KR 102427640 B1 KR102427640 B1 KR 102427640B1
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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 상면의 모서리를 따라 배치되며 오목하거나 볼록한 모서리 패턴을 갖는 기판;과, 상기 기판 상에 배치되며, 제1 및 제2 도전형 AlGaN 반도체층과, 상기 제1 및 제2 도전형 AlGaN 반도체층 사이에 배치되며 AlGaN 반도체를 갖는 활성층을 포함하는 반도체 적층체;와, 상기 모서리 패턴으로부터 상기 반도체 적층체의 측면을 따라 적층방향으로연장된 복수의 요철부;와, 상기 제1 및 제2 도전형 AlGaN 반도체층에 각각 접속된 제1 및 제2 전극을 포함하는 자외선 반도체 발광소자를 제공한다.

Description

자외선 반도체 발광소자{ULTRAVIOLET SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 자외선 반도체 발광소자에 관한 것이다.
최근에 자외선 광원은 살균 및 소독장치, UV 경화장치 등 다양한 용도로 활용되고 있다. 자외선 광원으로서는, 친환경적이면서 고효율인 반도체 발광다이오드(LED)가 각광을 받고 있다. 예를 들어, 질화물 반도체 발광다이오드가 사용되고 있다.
하지만, 자외선 질화물 반도체 LED의 경우에는, 결정 결함으로 인한 오제(Auger) 재결합과 낮은 캐리어 농도(특히, 홀)로 인해 외부 양자 효율이 낮아질 뿐만 아니라, 굴절률이 높은 반도체로 구성되므로 광추출효율이 매우 낮다는 문제가 있다. 예를 들어, 자외선 대역 중 단파장영역(예, UV-B 및 UV-C)을 위한 질화물 반도체 LED의 경우에는 극히 낮은 광추출효율(예, 2∼3%)을 가지므로 상용화가 곤란한 문제가 있다. 이러한 낮은 효율은 AlxGa1 - xN 양자우물에서 발생하는 빛이 통상의 InxGa1 - xN 양자우물에서 발생하는 빛에 비하여 소자의 수직 방향보다는 횡방향으로 진행하는 빛의 성분이 더 많기 때문이고, 횡방향의 광은 다시 활성층 등의 다른 반도체층이나 기판에 흡수될 확률이 높기 때문이다.
본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 광추출효율을 향상시킨 자외선 반도체 발광소자를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예는, 상면의 모서리를 따라 배치되며 오목하거나 볼록한 모서리 패턴을 갖는 기판;과, 상기 기판 상에 배치되며, 제1 및 제2 도전형 AlGaN 반도체층과, 상기 제1 및 제2 도전형 AlGaN 반도체층 사이에 배치되며 AlGaN 반도체를 갖는 활성층을 포함하는 반도체 적층체;와, 상기 모서리 패턴으로부터 상기 반도체 적층체의 측면을 따라 적층방향으로 연장된 복수의 요철부;와, 상기 제1 및 제2 도전형 AlGaN 반도체층에 각각 접속된 제1 및 제2 전극을 포함하는 자외선 반도체 발광소자를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 상면의 모서리에 배치된 오목하거나 볼록한 모서리 패턴을 가지며, 상기 상면에서 상기 모서리를 제외한 내부 영역은 평탄한 면을 갖는 기판;과, 상기 기판의 상면에 순차적으로 배치된 제1 도전형 AlGaN 반도체층, AlGaN 양자우물을 갖는 활성층 및 제2 도전형 AlGaN 반도체층을 갖는 반도체 적층체;와, 상기 모서리 패턴으로부터 상기 반도체 적층체의 측면을 따라 적층방향으로 연장되며 불균일한 라인 형상을 갖는 복수의 요철부;를 포함하는 자외선 반도체 발광소자를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 직방형 구조를 가지며, 상면의 적어도 하나의 모서리에 배치된 모서리 패턴을 가지며, 상기 상면에서 상기 모서리 패턴을 제외한 영역은 평탄한 면을 갖는 기판;과, 상기 기판의 상면에 배치되며, 상기 모서리 패턴과 연결되는 적어도 하나의 측면에 상기 모서리 패턴으로부터 적층 방향으로 불규칙하게 연장된 복수의 요철부를 갖는 반도체 적층체를 포함하며, 상기 반도체 적층체는, 상기 기판의 상면에 순차적으로 성장된 AlN 베이스층, 제1 도전형 AlGaN 반도체층, AlGaN 양자우물을 갖는 활성층 및 제2 도전형 AlGaN 반도체층을 갖는 자외선 반도체 발광소자를 제공한다.
본 실시예에 따른 자외선 반도체 발광소자에서, 성장 기판의 모서리 패턴을 도입함으로써 반도체 적층체와 계면에서의 광을 효과적으로 추출시킬 수 있다. 또한, 반도체 적층체 성장시에 모서리 패턴 위의 영역에 다수의 결함이 발생하고, 칩단위로 절단한 후에 반도체 적층체의 측면에 요철부가 자발적으로 생성되며 자외선 반도체 발광소자의 광효율을 크게 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 반도체 발광소자를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도2a 및 도2b는 각각 도1에 도시된 자외선 반도체 발광소자를 Ⅰ-Ⅰ' 및 Ⅱ-Ⅱ'으로 절개하여 본 측단면도이다.
도3은 자외선 반도체 발광소자를 제조하기 위한 웨이퍼를 나타내는 평면도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 채용가능한 모서리 패턴의 예를 나타내는 사시도이다.
도5a 및 도5b는 각각 본 발명의 일 실시예에 채용가능한 모서리 패턴의 예를 나타내는 사시도 및 단면도이다.
도6a 및 도6b는 각각 본 발명의 일 실시예에 채용가능한 모서리 패턴의 예를 나타내는 사시도 및 평면도이다.
도7 내지 도11은 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 반도체 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 상세히 설명한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 반도체 발광소자를 나타내는 상부 평면도이며, 도2a 및 도2b는 도1에 도시된 자외선 반도체 발광소자를 Ⅰ-Ⅰ' 및 Ⅱ-Ⅱ'으로 절개하여 본 측단면도이다.
도1와 함께 도2a 및 도2b를 참조하면, 본 실시예에 따른 자외선 반도체 발광소자(20)는 기판(10)과 상기 기판(10) 상에 배치되며 자외선 광을 방출하도록 구성된 반도체 적층체(S)를 포함한다. 상기 반도체 적층체(S)는 제1 및 제2 도전형 반도체층(22,27)과, 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(22,27) 사이에 배치된 활성층(25)을 포함한다.
상기 기판(10)은 반도체 적층체(S)를 위한 성장 기판으로서 절연성, 도전성 또는 반도체 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(10)은 사파이어, AlN, SiC, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2일 수 있다. 상기 기판(10)의 상면(10A)은 모서리를 따라 배치된 모서리 패턴(EP)을 갖는다. 본 실시예에 채용된 모서리 패턴(EP)은 볼록한 곡면을 갖는 패턴일 수 있다. 또한, 모서리 패턴(EP)은 모서리를 따라 형성되는 연속적인 패턴일 수 있다. 여기서 "연속적 패턴"이라 함은 복수의 패턴(예, 도트)이 배열된 불연속적인 패턴과 달리, 끊김 없이 연속적으로 형성된 형태를 말한다.
상기 기판(10)의 상면(10A) 중 상기 모서리를 제외한 내부 영역은 평탄한 면을 갖는다. 상기 기판(10)에 채용된 모서리 패턴(EP)은 반도체 적층체(S)와의 계면에서 광을 산란시키므로 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
반도체 적층체(S)의 측면에 제공되는 다수의 요철부(PL1,PL2)가 형성된다. 상기 요철부(PL1,PL2)는 상기 모서리 패턴(EP)으로부터 상기 반도체 적층체(S)의 측면을 따라 적층 방향으로 연장된다.
본 실시예에 채용된 요철부(PL1,PL2)는, 상기 모서리 패턴(EP)에 의해 자발적으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 반도체 적층체(S)(특히, AlN 또는 AlGaN 반도체 부분)은 횡방향 성장속도가 상대적으로 늦으므로, 통상의 성장조건에서 모서리 패턴(EP) 상에서 잘 머징(merge)되지 않고 다수의 결함이 발생될 수 있다. 이러한 결함은 반도체 적층체(S)의 성장과정에서 성장방향(즉, 적층방향)에 따라 전파되며, 칩 분리를 이용한 절단공정(예, 레이저 스크라이빙)에서 절단되는 반도체 적층체(S)의 측면에 요철부로 제공될 수 있다(도7 내지 도11 참조). 이러한 요철부(PL1,PL2)는 활성층(25)으로부터 생성된 자외선 광을 반도체 적층체(S)의 측면을 통해 효과적으로 외부로 추출시키는 요소로 사용될 수 있다.
상기 복수의 요철부(PL)는 모서리 패턴(EP)에서 시작되는 결정 결함으로부터 형성되므로, 이러한 결정결함의 일부로서 불규칙한 형상과 배열을 가질 수 있다.
도1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 상기 복수의 요철부(PL)는 적층방향에 따라 연장되는 라인 형상을 가지며, 그 라인 형상은 서로 불균일할 수 있다. 또한, 상기 복수의 요철부(PL)는 불균일한 간격으로 배열될 수 있다. 각각의 요철부(PL)의 폭은 일정하지 않게, 즉 규칙성 없이 변경될 수 있다. 또한, 각각의 요철부(PL)의 연장방향도 정확한 수직방향이라기 보다는 대체로 적층방향으로 진행되되 불규칙하게 변경될 수 있다.
상기 복수의 요철부 중 일부(PL1)는 반도체 적층체(S)의 상면까지 연장되되, 상기 복수의 요철부 중 다른 일부(PL2)는 반도체 적층체(S)의 상면까지 연장되지 않고 중간에서 중단되어 상대적으로 짧은 길이를 가질 수 있다.
이와 같이, 상기 복수의 요철부(PL)는 모서리 패턴(EP)으로부터 시작하지만, 규칙성을 갖지 않으며, 각각 요철부(PL)도 형상, 간격 및/또는 길이가 서로 다르게 형성될 수 있다. 반면에, 본 실시예와 같이 모서리 패턴(EP)은 규칙성을 갖는 패턴으로 형성될 수 있다.
본 실시예에 채용된 반도체 적층체(S)는 기판(10)의 상면(10A)에 버퍼층으로서 직접 형성되며 고품질의 AlGaN 반도체를 성장하기 위한 베이스층(21)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 베이스층(21)은 AlN 또는 AlGaN과 같은 질화물로 형성될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(22)은 Alx1Ga1 -x1N (0<x1≤1)로 표시되는 n형 질화물 반도체일 수 있으며, n형 불순물은 Si일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 반도체층(22)은 n형 AlGaN을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(27)은 Alx2Ga1-x2N (0<x2≤1)로 표시되는 p형 질화물 반도체일 수 있으며, p형 불순물은 Mg일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 도전형 반도체층(27)은 p형 AlGaN을 포함할 수 있다. 일 예에서, 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(22,27)의 Al 조성비(x1,x2)는 0.45∼0.99 범위일 수 있으며, 나아가 상기 제1 및 도전형 반도체층(22)의 Al 조성비(x1)는 0.60∼0.65 범위일 수 있으며, 제2 도전형 반도체층(27)의 Al 조성비(x1,x2)는 0.75∼0.85 범위일 수 있다.
본 실시예에 채용된 활성층(24)은 Alx3Ga1 -x3N(0<x3<1)로 이루어진 양자우물을 가질 수 있다. 상기 활성층(25)은 하나의 양자우물을 갖는 단일양자우물구조(single-quantum well, SQW)일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 활성층(25)은, AlxaGa1 -xaN(0<xa<1)로 이루어진 복수의 양자우물층과 AlxbGa1 -xbN(xa<xb<1)로 이루어진 복수의 양자장벽층이 교대로 적층된 다중양자우물구조(muti-quantum well, MQW)일 수 있다.
활성층(25)의 양자우물은 자외선 광의 파장을 결정하는 밴드갭을 가지며, 본 실시예에 채용된 활성층(25)은 210∼315㎚의 파장을 갖는 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 도전형 반도체층(22,27)은 활성층(25)으로부터 생성된 자외선 광이 흡수되지 않도록 양자우물의 밴드갭보다 큰 밴드갭을 갖는다. 예를 들어, 양자우물의 Al 조성비(x3 또는 xa)는 제1 및 제2 도전형 반도체층(22,27)의 Al 조성비(x1,x2)보다 작을 수 있다. 일 예에서, 양자우물의 Al 조성비(x3 또는 xa)은 0.4∼1.00 범위일 수 있으며, 원하는 파장에 따라 Al 조성비를 조절할 수 있다.
제2 도전형 반도체층(27)은 p형 AlGaN으로 구성될 경우에 통상의 전극물질과 오믹콘택 형성이 어려우므로, 본 실시예에 채용된 반도체 적층체(S)는 제2 도전형 반도체층(27) 상에 형성되며 상대적으로 밴드갭이 낮은 제2 도전형 콘택층(28)을 포함할 수 있다. 제2 도전형 콘택층(28)의 Al 조성비는 상기 제2 도전형 반도체층(27)의 Al 조성비(x2)보다 작으며, 예를 들어 p형 GaN을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 자외선 반도체 발광소자(10)는 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(22,27)에 각각 접속된 제1 및 제2 전극(29a,29b)을 포함한다.
도1 및 도2a에 도시된 바와 같이, 상기 반도체 적층체(S)는 상기 제2 도전형 반도체층(27)과 상기 활성층(25)이 부분적으로 제거되어 상기 제1 도전형 반도체층(22)의 일 영역을 노출하는 영역을 갖는다. 상기 제1 전극(29a)은 상기 제1 도전형 반도체층(22)의 노출된 영역 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 전극(29a,29b)은 Al, Ti, Ni, Cr, Au, Ag 또는 ITO로 형성되거나 그 조합으로 구성된 다층구조일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극(29a)은 Ti/Al/Ni/Au을 포함할 수 있으며, 상기 제2 전극(29b)은 Ag 또는 Ni/Au을 포함할 수 있다.
본 실시예에 채용된 모서리 패턴(EP)은 반도체 적층체(S)와의 계면에서 광을 산란시켜 광추출효율을 향상시킬 뿐만 아니라, 반도체 적층체(S)의 측면에 배치된 요철부(PL)를 형성하는 결함을 제공하는 역할을 한다. 따라서, 반도체 적층체(S)의 측면에 요철부(PL)를 제공되므로 역시 자외선 광을 효과적으로 외부로 추출시키는 요소로 사용될 수 있다. 자외선 반도체 발광소자(10)의 광효율을 크게 향상시킬 수 있다.
본 실시예에서는, 기판(10)은 직방형 구조를 가지며, 네 모서리에 걸쳐 모두 모서리 패턴(EP)이 형성된 형태로 예시되어 있으나, 다른 실시예에서는, 일부 모서리에만 모서리 패턴이 형성될 수 있다. 이 경우에, 요철부는 모서리 패턴에 연결된 반도체 적층체의 측면에만 형성될 수 있다.
본 실시예에 채용된 모서리 패턴은 볼록한 곡면을 갖는 연속적인 패턴으로 예시되어 있으나, 이에 한정되지 않으며, 다른 실시예에서는, 다른 형상을 갖거나 오목한 패턴 또는 불연속적인 패턴을 가질 수 있다(도4와, 도5a 내지 도6b 참조).
도3을 참조하면, 자외선 반도체 발광소자를 제조하기 위한 웨이퍼가 도시되어 있다. 웨이퍼는, 복수의 자외선 반도체 발광소자를 위한 기판을 제공하며, 개별 자외선 반도체 발광소자에 대응되는 기판 영역은 분할되어 "C"로 표시되어 있다.
본 실시예에 채용된 웨이퍼는 개별 기판 영역(C)의 경계를 따라 형성된 다양한 형태의 모서리 패턴을 가질 수 있다. 다양한 형태의 모서리 패턴은 도4와, 도5a 내지 도6b에 예시되어 있으며, 각 도면은 도3의 A 부분에 해당되는 영역을 나타낸다.
도4를 참조하면, 각 소자의 기판영역(C)의 경계에 따라 형성되는 모서리 패턴(EP1)은 단면이 사각형상을 갖는 볼록한 형상을 가지며, 모서리를 따라 연속적으로 형성된다. 이러한 모서리 패턴(EP1)은 기판으로 사용될 웨이퍼를 직접 가공하여 얻어진 패턴이 아니라, 비정질 유전체 물질로 이루어진 패턴일 수 있다. 상기 비정질 유전체 물질은 SiO2, SiN, TiO2, HfO 및 MgF2로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이와 같이, 볼록한 형태의 패턴은 비정질 유전체로 형성할 수 있다. 기판의 상면(10A) 중 모서리 패턴(EP1)으로 둘러싸인 내부 영역은 평탄한 표면을 가지며, 주된 면적을 차지하는 내부 영역에서는 반도체 적층체가 정상적으로 성장된다. 반면에, 모서리 패턴(EP1) 상에 성장되는 반도체 적층체 부분은 결함을 갖게 되며, 후속 공정에서 절단할 때에 반도체 적층체의 측면에 요철부를 제공하게 된다. 여기서, 점선은 개별 소자의 절단선(SL)을 나타내며, 개별 소자의 기판은 절단선(SL)을 따라 분할된 모서리 패턴(EP1)을 갖는다.
도5a 및 도5b를 참조하면, 각 소자의 기판영역(C)의 경계에 따라 형성되는 모서리 패턴(EP2)은 단면이 원형이면서 오목한 형상을 가지며, 이러한 오목한 패턴은 모서리를 따라 연속적으로 형성될 수 있다. 또한, 기판의 상면(10A) 중 모서리 패턴(EP2)으로 둘러싸인 내부 영역은 평탄한 표면을 가지며 이러한 내부 영역에서는 반도체 적층체가 정상적으로 성장된다. 반면에, 오목한 모서리 패턴(EP2)에 성장되는 반도체 적층체 부분도 결함이 갖게 되고 절단된 후에 반도체 적층체의 측면에 요철부를 제공하게 된다. 개별 소자의 기판은 절단선(SL)을 따라 분할된 모서리 패턴(EP2), 즉 곡면이 되도록 모따기된 패턴을 갖는다.
도6a 및 도6b을 참조하면, 각 소자의 기판영역(C)의 경계에 따라 형성되는 모서리 패턴(EP3)은 지그재그형태의 볼록한 패턴을 갖는다. 이러한 지그재그형태의 모서리 패턴(EP3)도 또한, 기판의 상면(10A) 중 모서리 패턴(EP3)으로 둘러싸인 내부 영역은 평탄한 표면을 가지며 이러한 내부 영역에서는 반도체 적층체가 정상적으로 성장된다. 반면에, 모서리 패턴(EP3)에 성장되는 반도체 적층체 부분도 결함이 갖게 되며, 지그재그형의 모서리 패턴으로 형성되므로, 결함도 모서리 패턴에 대응되게 지그재그로 위치한다. 이러한 형상의 모서리 패턴으로 인해, 반도체 적층체의 절단된 측면은 요철부의 불균일한 표면뿐만 아니라, 요철부 사이의 영역도 사면으로 제공되므로, 광추출을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 도6b에 도시된 바와 같이, 절단된 후에 개별 소자의 기판은 앞선 실시예와 달리, 동일한 방향으로 꺾여진 형태의 불연속적인 모서리 패턴(EP3)을 가질 수 있다.
도7 내지 도11은 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 반도체 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
우선, 도7을 참조하면, 성장용 기판으로 사용될 기판(10)의 상면에 소자 간의 경계(점선)를 모서리 패턴(EP')을 형성한다.
본 실시예에 채용된 모서리 패턴(EP')은 단면이 사다리꼴인 볼록한 형상을 갖는다. 이러한 모서리 패턴(EP')은 모서리를 따라 연속적으로 또는 불연속적으로 형성될 수 있다. 본 실시예서, 모서리 패턴(EP1)은 기판(10)으로 사용될 웨이퍼를 직접 가공하여 얻어진 패턴으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않으며, 모서리 패턴(EP')은 비정질 유전체 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 비정질 유전체 물질은 SiO2, SiN, TiO2, HfO 및 MgF2로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
기판(10)의 상면 중 모서리 패턴(EP')을 제외한 영역은 평탄한 표면을 가지며, 반도체 적층체가 정상적으로 성장될 수 있으나, 모서리 패턴(EP')은 반도체 성장을 방해하여 그 영역에 위치한 반도체 적층체 부분은 결함을 갖게 된다.
이어, 도8을 참조하면, 기판(10) 상에 버퍼층으로서 AlN 또는 AlGaN인 베이스층(21)을 형성할 수 있다.
기판(10)은 사파이어 또는 AlN로 이루어질 수 있다. 상기 베이스층(21)은 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition), HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy) 또는 MBE(Molecular Beam Epitaxy) 공정을 이용하여 성장될 수 있다.
상기 베이스층(21)은 기판(10)의 상면 중 모서리 패턴(EP')을 제외한 평탄한 표면에서는 상대적으로 높은 품질의 결정으로 성장하는 반면에, 모서리 패턴(EP')은 반도체 성장을 방해하므로, 모서리 패턴(EP') 상에 위치한 영역은 결함(V')이 발생하게 된다. 이와 같이, 베이스층(21)을 구성하는 AlN 또는 AlGaN 반도체는 횡방향 성장속도가 상대적으로 늦으므로, 모서리 패턴(EP') 상에서 잘 머징되지 않고 다수의 결함이 발생시킬 수 있다.
다음으로, 도9를 참조하면, 베이스층(21) 상에 자외선 발광을 위한 다른 반도체 적층체(S)를 형성할 수 있다.
반도체 적층체(S)는, 베이스층(21)과 함께, 순차적으로 형성된 제1 도전형 반도체층(22), 활성층(25), 전자 차단층(26), 제2 도전형 반도체층(27) 및 제2 도전형 콘택층(28)을 포함한다. 상기 반도체 적층체(S)는, MOCVD, HVPE 또는 MBE 공정을 이용하여 성장될 수 있다.
이러한 성장과정에서, 베이스층(21)에 형성되는 결함(V')은 성장 방향에 따라 전파될 수 있다. 전파된 결함 중 일부(V1)는 반도체 적층체(S)의 상면까지 연장될 수 있으며, 전파된 결함 중 다른 일부(V2)는 반도체 적층체(S)의 중간영역에 중단될 수 있다. 이와 같이, 반도체 적층체(S)에 형성된 결함들(V1,V2)은 다양한 길이를 가질 뿐만 아니라, 불규칙한 형상과 배열로 모서리 패턴(EP')을 따라 형성될 수 있다.
앞선 실시예(도1)와 달리, 본 실시예에 따른 반도체 적층체(S)는 전자 차단층(26)(electron blocking layer, EBL)을 더 포함할 수 있다. 전자 차단층(26)는 제2 도전형 반도체층(27)과 활성층(25) 사이에 배치되며, 제2 도전형 반도체층(27)보다 높은 밴드갭을 갖는다. 예를 들어, 전자 차단층(26)은 Alx4Ga1 -x4N(x2<x4≤1)로 표시되는 p형 질화물 반도체일 수 있다. 일 예에서, 상기 전자 차단층(26)의 Al 조성비(X4)는 0.8 이상일 수 있다.
이어, 도10을 참조하면, 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(22,27)에 각각 접속된 제1 및 제2 전극(29a,29b)을 형성할 수 있다.
본 실시예에서는, 반도체 적층체(S)를 제1 도전형 반도체층(22)의 일부 영역이 노출되도록 메사 에칭을 수행할 수 있다. 즉, 제2 도전형 반도체층(27) 및 활성층을 부분적으로 제1 도전형 반도체층(22)의 일부 영역을 노출시킬 수 있다. 본 공정은 RIE(reactive ion etching) 공정에 의해 수행될 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극(29a,29b)은 Ag, Al, Ni, Cr, Pd, Cu, Pt, Sn, W, Au, Rh, Ir, Ru, Mg, Zn, 및 이들의 합금 중에서 선택되는 어느 하나의 단일층, 또는 이들의 조합으로 이루어지는 다중층을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 전극(29a)은 Ti/Al/Ni/Au을 포함할 수 있으며, 상기 제2 전극(29b)은 Ag 또는 Ni/Au을 포함할 수 있다.
다음으로, 기판(10) 상에 모서리 패턴(EP')을 따라 자외선 반도체 발광소자(10A)로 분리하는 공정을 수행할 수 있다.
본 소자 분리 공정은 레이저 스크라이빙에 의해 수행될 수 있다. 기판(10) 하면에서 소자 분리 영역(즉, 모서리 패턴(EP')에 대응되는 영역)에 따라 레이저 빔(L)을 스크라이빙(scribing)하고, 스크라이빙 부분을 따라 반도체 적층체(S)가 소자 단위로 쪼개질 수 있으며, 그 결과, 도11에 도시된 바와 같이, 개별 소자(10A)로 분리시킬 수 있다.
모서리 패턴(EP') 상에 위치한 결함(V1,V2)은 칩 단위로 절단되는 과정에서 벽개면을 형성하고, 벽개면은 각 소자(10A)의 반도체 적층체(S) 측면으로 제공된다. 결과적으로, 반도체 적층체(S)의 측면에 결함(V1,V2)으로부터 얻어지는 요철부(PL)를 제공하며, 이러한 요철부(PL)는 활성층(25)으로부터 생성된 자외선 광을 반도체 적층체(S)의 측면을 통해 효과적으로 외부로 추출시키는 요소로 사용될 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 자외선 반도체 발광소자에서, 성장 기판의 모서리 패턴을 도입함으로써 반도체 적층체와 계면에서의 광을 효과적으로 추출시킬 수 있으며, 이러한 모서리 패턴을 이용하여 반도체 적층체의 측면에 요철부가 형성될 수 있다. 즉, 반도체 적층체 성장시에 모서리 패턴 위의 영역에 다수의 결함이 발생하고, 칩 단위로 절단한 후에 반도체 적층체의 측면에 요철부가 자발적으로 생성되며, 이러한 요철부도 자외선 반도체 발광소자의 광효율을 크게 향상시킬 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

Claims (10)

  1. 상면의 모서리를 따라 배치되며 오목하거나 볼록한 모서리 패턴을 갖는 기판;
    상기 기판 상에 배치되며, 제1 및 제2 도전형 AlGaN 반도체층과, 상기 제1 및 제2 도전형 AlGaN 반도체층 사이에 배치되며 AlGaN 반도체를 갖는 활성층을 포함하는 반도체 적층체;
    각각 상기 모서리 패턴으로부터 상기 반도체 적층체의 측면에 적층방향에 따라 연장된 결정 결함으로 이루어진 라인 형상을 갖는 복수의 요철부; 및
    상기 제1 및 제2 도전형 AlGaN 반도체층에 각각 접속된 제1 및 제2 전극을 포함하는 자외선 반도체 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모서리 패턴은 일정한 간격으로 이격된 복수의 볼록부로 이루어진 것을 특징으로 하는 자외선 반도체 발광소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 모서리 패턴은 상기 모서리를 따라 연속적으로 연장된 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 자외선 반도체 발광소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 요철부는 서로 다른 길이를 갖는 라인 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 자외선 반도체 발광소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 요철부는 불균일한 간격으로 배열되며,
    상기 복수의 요철부 각각은 그 폭과 그 연장방향이 상기 적층방향에 따라 불규칙하게 변경되는 것을 특징으로 하는 자외선 반도체 발광소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 요철부 중 적어도 일부는 상기 반도체 적층체의 상면까지 연장되는 것을 특징으로 하는 자외선 반도체 발광소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 활성층은 210∼315㎚의 파장을 갖는 광을 방출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 자외선 반도체 발광소자.
  8. 상면의 모서리에 배치된 오목하거나 볼록한 모서리 패턴을 가지며, 상기 상면에서 상기 모서리를 제외한 내부 영역은 평탄한 면을 갖는 기판;
    상기 기판의 상면에 순차적으로 배치된 제1 도전형 AlGaN 반도체층, AlGaN 양자우물을 갖는 활성층 및 제2 도전형 AlGaN 반도체층을 갖는 반도체 적층체; 및,
    상기 모서리 패턴으로부터 상기 반도체 적층체의 측면을 따라 적층방향으로 연장되며 불균일한 라인 형상을 갖는 복수의 요철부;를 포함하는 자외선 반도체 발광소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 모서리 패턴은 비정질 유전체 물질로 이루어진 볼록부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 반도체 발광소자.
  10. 직방형 구조를 가지며, 상면의 적어도 하나의 모서리에 배치된 모서리 패턴을 가지며, 상기 상면에서 상기 모서리 패턴을 제외한 영역은 평탄한 면을 갖는 기판; 및
    상기 기판의 상면에 배치되며, 상기 모서리 패턴과 연결되는 적어도 하나의 측면에 상기 모서리 패턴으로부터 적층 방향으로 불규칙하게 연장된 복수의 요철부를 갖는 반도체 적층체를 포함하며,
    상기 반도체 적층체는, 상기 기판의 상면에 순차적으로 성장된 AlN 베이스층, 제1 도전형 AlGaN 반도체층, AlGaN 양자우물을 갖는 활성층 및 제2 도전형 AlGaN 반도체층을 갖는 자외선 반도체 발광소자.

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