KR100714639B1 - 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광 소자(light emitting device)에 관한 것이다. 한개 이상의 곡면형 돌출부를 포함하는 기판을 지닌 발광 소자를 제공함으로써, 반도체 결정층의 성장 및 발광 소자의 완성된 형태에서도 균일한 결함 밀도 제어 및 스트레스 분포의 제어가 용이한 기판 및 이를 채용한 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 발광층에서 발생한 빛의 발광 소자 외부로의 추출 효율을 높일 수 있다.

Description

발광 소자{light emitting device}
도 1은 사파이어 기판을 사용한 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체의 일반적인 구조를 나타낸 도면이다.
도 2a 및 2b는 종래 기술에 의해 사파이어 기판 상에 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체를 형성시킨 것을 나타낸 도면이다.
도 2c는 종래 기술에 의한 요철 구조를 지닌 기판 상에 LED를 형성시키는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3a는 본 발명에 의한 발광 소자의 기판으로 사용되는 기판을 나타낸 단면도이다.
도 3b는 상기 도 3a의 기판 표면을 나타낸 사시도이다.
도 3c는 본 발명에 의한 곡면형 돌출부가 형성된 기판을 포함하는 플립-칩(flip-chip) 형태의 발광 소자 단면도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 의한 발광 소자의 제조 과정을 나타낸 단면도이다.
도 5a는 본 발명에 의한 곡면형 돌출부 표면을 지닌 사파이어 기판 상에 GaN층을 도포하여 평탄화시키는 과정을 나타낸 SEM 사진이며, 도 5b는 종래 기술에 의한 상부가 평탄한 형태의 요철 표면을 지닌 사파이어 기판 상에 GaN층을 도포하여 평탄화하는 과정을 나타낸 SEM 사진이다.
도 6은 종래 기술 및 본 발명에 의한 발광 소자의 광출력을 비교하기 위한 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
11, 21, 31... 사파이어 기판 12, 23, 33... n-GaN층
13, 22, 34... 활성층 14, 25, 35... p-GaN층
15, 26, 36... p형 전극층 16, 27, 37... n형 전극층
24... facet 성장하는 GaN층 32... 돌출부
본 발명은 발광 소자에 관한 것으로 보다 상세하게는, 발광 소자에 사용되는 기판의 표면 결정 방위를 한정하여, 결함 밀도 제어 및 스트레스 분포의 제어가 용이하며, 광추출 효율을 향상시킨 고효율 발광 소자에 관한 것이다.
일반적으로 발광 소자에는 레이저 다이오드 및 발광 다이오드가 있으며, 이중 발광 다이오드(light emitting diode:LED)는 화합물 반도체의 특성을 이용하여, 전기 에너지를 적외선, 가시광선 또는 빛의 형태로 변환시킨 신호를 발신하는데 사용되는 소자이다. 전기 에너지를 광 에너지로 변환시키는 것은 크게 온도 복사 및 발광(luminescence)의 두가지로 구별된다. 이때, 발광에는 광에 의한 여기에 따른 photo luminescence, x 선이나 전자선의 조사로 인해 발생하는 cathode luminescence 및 EL(electro luminescence) 등이 있다. 여기서 발광 다이오드는 EL의 일종이며, 현재 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체를 이용한 발광 다이오드가 실용화 되고 있다.
Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체는 직접천이형 반도체이며, 다른 반도체를 이용한 소자보다 고온에서 안정된 동작을 얻을 수 있어서, 발광 다이오드(LED)나 레이저 다이오드(laser diode : LD) 등의 발광 소자에 널리 응용되고 있다. 이와 같은 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체는 통상 사파이어(sapphire : Al2O3)를 기판으로 이용하여 그 위에 형성되는 것이 일반적이다.
도 1에는 사파이어 기판을 사용한 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체의 일반적인 구조를 나타내었다. 사파이어 기판(11) 상부에 n-GaN층(12)이 형성되며, 상기 n-GaN층(12) 상부의 일부위에 활성(active)(13)층, p-GaN층(14) 및 p형 전극층(15)이 차례로 형성된다. 그리고, 상기 n-GaN(12)층 상부의 상기 활성층(13)이 형성되지 않은 부위에 n형 전극층(16)이 형성된다. 일반적인 LED에서는 내부의 활성층에서 발생된 빛을 얼마나 효율적으로 외부로 추출할 수 있는가가 중요한 문제이다.
사파이어 기판 및 활성층의 종방향으로 발생된 빛을 효율적으로 추출하기 위해 투명전극 또는 반사층을 형성하는 등을 노력을 해 왔다. 그러나, 활성층에서 발생하는 빛의 상당량은 횡방향으로 전파하게 되므로 이를 종방향으로 추출하기 위해, 예를 들어 반도체 소자의 적층 구조 측벽에 소정의 각도를 형성시키고, 상기 측벽을 반사면으로 형성시키는 등의 노력을 하였으나 그 가공 및 비용면에서 문제 점이 있다. 또한, 사파이어 기판을 사용한 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자의 광출력을 향상시키기 위해, 플립칩(flip chip) 형태의 소자 구조를 채택함에 있어서 광추출 효율은 GaN과 사파이어 기판간의 굴절율 차이에 의해 약 40% 대에 머물고 있다.
최근에는 도 2a에 나타낸 바와 같이, 사파이어 기판(21) 표면을 가공하여 요철 구조를 형성시키고, 그 상부에 활성층(22) 등을 포함한 반도체 결정층들을 형성시킨 LED 구조가 소개되었다. 이는 활성층(22)의 하방에 요철 모양의 굴절율 계면을 형성시킴으로써, 소자 내부에서 소멸하는 횡방향 빛의 일부를 외부로 추출 가능하도록 한 것이다.
또한, 사파이어 기판(21) 상에 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체를 형성시킨 경우, 사파이어 기판(21)과 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체와의 격자 정수의 부정합(miss fit)에 의해 전위가 발생하는 문제점이 있다. 이를 방지하기 위해, 도 2b와 같이 사파이어 기판(21) 표면에 요철 구조를 도입하여, 그 위에 GaN층(23)을 형성시켰다. 이러한 요철 구조를 지닌 사파이어 기판 상에 LED를 형성시키는 공정을 개략적으로 나타낸 것이 도 2c이다. 즉, 도 2c-(a)와 같은 요철 구조를 지닌 사파이어 기판(21)상에, GaN 층(23)을 형성시키는 경우, 도 2c-(b)와 같이 요철의 상부 및 각 요철의 측부에서 GaN이 패싯(facet)성장(24)을 하게 되고, 이러한 성장이 진행된 뒤, 도 2c-(c)와 같은 평탄화된 GaN층(23)을 얻을 수 있다. 이렇게 평탄화된 GaN층(23) 상부에 활성층(22) 등을 형성시켜, 발광 다이오드를 완성한 것을 도 2c-(d)에 나타내었다.
이와 같이 패턴된 사파이어 기판(Patterned Sapphire Substrate ; PSS)을 사용하여 반도체 결정층을 성장시키는 경우, 패턴 상에서 실질적으로 패싯(facet) 성장이 이루어진 뒤에 평탄화가 진행되므로 그 평탄화를 위해 상당한 두께로 재성장을 해야하는 문제점이 있다.
또한, 사파이어 기판에 단차를 형성시키고, 상기 단차의 상면 및 측부에서 3족 질화물계 화합물 반도체를 성장시켜, 관통 전위를 방지하는 구조가 소개되었다.(WO2001-69663호) 그러나, 단차 하단에 공간(void)이 형성되고, 성장층을 평탄화시키기 위해서는 3족 질화물계 화합물 반도체를 상대적으로 두껍게 형성시켜야 하는 단점이 있다.
그 외에 사파이어 기판상에서 반도체 결정층의 재성장시, 결함 밀도를 감소시키기 위한 방법으로 ELOG 및 PENDEO 법 등이 사용되고 있다. 그러나, ELOG의 경우 별도의 마스크 층이 필요하고, PENDEO 법의 경우 기판과의 계면 부위에 공동(void)이 형성되어 광추출 효율 측면에서 손실로 작용하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 패턴된 기판 상에 발광층을 포함하는 발광 소자를 형성시키는 경우, 그 평탄화가 효율적으로 진행되며, 반도체 결정층의 성장 및 발광 소자의 완성된 형태에서도 균일한 결합 밀도 제어 및 스트레스 분포의 제어가 용이한 기판 및 발광 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 최종적으로 발광층에서 발생한 빛의 발광 소자 외부로의 추출 효율을 높일 수 있는 발광 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 기판 및 상기 기판 상에 활성층을 포함하는 반도체 결정층들이 형성된 발광 소자에 있어서,
상기 기판은 한개 이상의 곡면형 돌출부를 포함하며, 상기 돌출부 표면의 결정방위는 (0001)면과 상이한 반도체 결정 방위를 갖는 면으로 이루어짐으로써, 그 상부에 형성되는 Ⅲ 족 질화물계 화합물 반도체의 성장 방위와 서로 다른 것을 특징으로 하는 발광 소자를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 돌출부 표면의 각 부위의 곡률은 0보다 큰며, 상기 돌출부 형태는 반구형 또는 스트라이프형이 될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 곡면형 돌출부의 각 표면은 (0001)면과 상이한 결정 방위를 가진다.
본 발명에 있어서, 상기 기판은 사파이어, 또는 Si계 기판이다.
본 발명에 있어서, 상기 반도체 결정층은 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체이며, 그 구조는 예를 들어, n-GaN층, 상기 n-GaN층 상의 일부위에 활성층, p-GaN층 및 p형 전극층이 차례로 형성되며, 상기 n-GaN층 상부의 상기 활성층이 형성되지 않은 부위에 n형 전극층이 형성된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는, 기판 및 상기 기판 상에 활성층을 포함하는 반도체 결정층들이 형성된 발광 소자의 제조 방법에 있어서,
(가) 평면형 기판 상에 한개 이상의 곡면형 돌출부를 형성시키는 단계; 및
(나) 상기 기판 상에 활성층을 포함한 반도체 결정층들을 형성시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 (가) 단계는 평면형 기판 상에 포토 레지스트를 패터닝 하는 단계;
하드 베이킹을 실시하는 단계; 및
상기 기판면을 식각하여 한개 이상의 곡면형 돌출부를 형성시키는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 기판면을 식각하는 경우, 식각 가스는 Cl2, BCl3, HCl, CCl4, SiCl4 등의 Cl 계열의 가스 중에서 선택될 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 기판 및 상기 기판 상에 활성층을 포함하는 반도체 결정층들이 형성된 발광 소자의 제조 방법에 있어서,
(가) 상기 기판 표면에 한개 이상의 곡면형 돌출부를 형성시키는 단계; 및
(나) 상기 곡면형 돌출부 사이의 기판 평탄면으로 부터 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 결정층을 성장시키기 시작하여, 상기 곡면형 돌출부 표면을 덮도록 성장시키는 단계;를 포함하는 발광 소자의 제조 방법을 제공한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 의한 발광 소자에 대해 상세히 설명하고자 한다.
도 3a는 본 발명에 의한 발광 소자의 기판으로 사용되는 사파이어 기판 또는 Si를 포함하는 기판의 단면도이다. 도 3a에 나타낸 바와 같이 본 발명에 의한 발광 소자의 기판(31) 표면에는 둥근 형상을 지닌 돌출부(32)들이 형성되어 있다. 이러 한 돌출부(32)는 종래 기술에 관한 도 2a 및 도 2b의 요철 구조를 지닌 기판의 형상과는 다르다. 즉, 도 2a 및 도 2b의 요철 구조는 그 상단부 및 측부가 각각 평면 형태로 상단부 및 측부가 구별되며, 상기 측부는 기판(21)면을 기준으로 소정 각도로 기울어진 형태를 나타낸다.
그러나, 본 발명에 관한 도 3a의 기판(31) 표면에 형성된 돌출부(32)는 돌출부(32) 전체가 곡면을 이루고 있어, 상단부 및 측부의 구별이 없으며, 평탄면이 존재하지 않는 곡면형인 것을 특징으로 한다. 따라서, 돌출부(32)의 각 부위에서의 곡률은 0보다 크다. 상기 돌출부(32) 및 상기 기판(31) 사이를 제외하고는 모서리부가 존재하지 않는다. 그리하여, 본 발명에 의한 발광 소자의 기판(31)의 돌출부(32) 표면의 결정 방위는 그 상부에 형성될 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체의 결정 성장 방위(c축)과 다르다. 즉, 본 발명에 의한 곡면형 돌출부(32) 표면은 (0001)면과 상이한 결정 성장면으로 이루어진다. 따라서, 상기 돌출부(32) 표면에서는 상기 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체의 성장이 잘 일어나지 않는다.
도 3b는 상기 도 3a의 기판(31) 표면을 나타낸 사시도이다. 돌출부(32)는 구의 일부를 절단한 형태로 기판 표면에 존재하는 모든 돌출부(32)가 동일한 크기, 형태가 될 수 있으며, 이에 한정되지 아니하며, 돌출부(32)의 크기, 형태 및 돌출부들의 각 부위에서의 곡률은 조금씩 차이가 생길 수 있다. 예를 들어, 돌출부(32) 하부 쪽의 곡률이 상부쪽의 곡률보다 클 수도 있고, 그 반대가 될 수도 있다. 또한, 그 돌출부(32)의 형태는 전체가 곡면을 가지면서, 반구형, 스트라이프(stripe)형 또는 구부러진 말굽형태도 될 수 있다. 그리고, 돌출부의 배열 형태에도 제한이 없으며, 격자형 배열 구조와 같이 규칙적인 형태가 될 수 있으며, 또한 불규칙적인 배열 형태를 지닐 수도 있다.
본 발명에 의한 발광 소자의 기판(31)은 사파이어 기판에 한정되지 아니하며, 실리콘(Si), 탄화 규소(SiC)등 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체를 성장시키는 기판이면 사용될 수 있다.
도 3c는 본 발명에 의한 다수의 곡면형 돌출부(32)가 형성된 기판(31)을 포함하는 플립-칩(flip-chip) 형태의 발광 소자 단면도이다. 도면을 참고하면, 다수의 곡면형 돌출부(32)가 형성된 기판(31) 상에 n-GaN층(33)이 형성되며, 상기 n-GaN층(33) 상의 일부위에 활성(active)층(34), p-GaN층(35) 및 p형 전극층(36)이 차례로 형성된다. 그리고, 상기 n-GaN층(33) 상부의 상기 활성층(34)이 형성되지 않은 부위에 n형 전극층(37)이 형성된다. 상기 기판(31)을 제외한 구조는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자와 크게 다르지 않다. 이때, 상기 기판(31) 상에 형성시키는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체는 GaN에 한정되지 아니하며, AlN 또는 InN과 같은 2원계, 기타 3원계 및 4원계를 포함한다.
이하, 본 발명에 의한 발광 소자의 제조 방법에 대해 설명하기로 한다. 기판 표면에 다수의 곡면형 돌출부를 형성시키는 공정의 일 실시예를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 평면형 기판 상에 포토 레지스트(photo resist:PR)를 패터닝(patterning) 한다. 여기서는 일반적인 사진 식각(photolithography) 방법으로 진행하며, 기판의 에칭 깊이에 대한 목표값에 따라 사용되는 포토 레지스트의 두께가 달라진다. 예를 들어, 사파이의 기판의 식각 깊이가 약 1.2㎛인 경우, 포토 레지스트의 두께는 약 2㎛ 정도로 할 수 있다.
다음으로, 하드 베이킹(hard baking)을 실시한다. 이때의 온도는 섭씨 약 110도 내외로 한다.
그리고, 상기 사파이어 기판을 식각하게 되는데, 이때에는 일반적인 RIE(Reactive Ion Etching : 반응성 이온 식각)법으로 한다. 본 발명과 같은 곡면형의 돌출부를 기판 상에 형성시키기 위해서 식각 가스, 작동 압력 및 작동 파워 등을 적절히 조절한다. 본 실험에서는 식각 가스로 Cl2/BCl3를 사용했고, 작동 압력은 3mTorr, 작동 파워는 800W를 사용했으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 사용되는 식각 가스로는 Cl2, BCl3, HCl, CCl4, SiCl4 등의 Cl 계열의 가스 중에서 선택하는 것이 바람직하다. 그리고, 작동 압력도 사용되는 식각 가스에 따라 수 mTorr ~ 수십 mTorr 사이에서 조절할 수 있으며, 1 ~ 40 mTorr 정도면 바람직하다.
상기와 같은 공정에 의해 기판 표면에 다수의 곡면형 돌출부를 형성시킬 수 있다. 그런 다음 상기 기판 상부에 발광 소자 제작에 필요한 n-GaN층, 활성층, p-GaN층, p형 전극층 및 n형 전극층 등을 형성시킨다. 본 발명에 의한 발광 소자에 있어서, 기판(31) 상부에 형성되는 화합물 반도체층 들은 종래의 형태와 크게 다르지 않으며, 그 제조 공정도 공지 기술을 사용하면 용이하게 실시할 수 있다. 다만, 상기 곡면형 돌출부를 지닌 기판 표면에 발광 소자의 구조를 형성시키는 경우, 별도의 마스크 층이 필요 없다.
이러한 제조 공정을 도 4a내지 도 4d에서 개략적으로 나타내었다. 도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 의한 발광 소자의 제조 과정을 나타낸 단면도이다. 즉, 도 4a 및 도 4b는 평면 기판(31) 표면을 식각하여, 곡면형 돌출부(32)를 지닌 사파이어 기판(31)을 형성시키는 것을 나타내었고, 도 4c는 상기 곡면형 돌출부(32)를 지닌 기판 상에 GaN층(33)의 초기 성장 형태를 나타낸 도면이다. 그리고, 도 4d는 상기 도 4c의 GaN층(33)을 계속 성장시켜, 그 표면을 평탄화시킨 것을 나타낸 도면이다. 도 4c의 평탄화된 n-GaN층(33) 상부에 기타 활성층(34) 및 전극층들(36, 37)을 모두 형성시켜 완성된 플립-칩 형태의 발광 소자가 바로 도 3c에 나타낸 것이다. 곡면형 돌출부(32)를 지닌 기판(31) 및 GaN 계면 상에 공동이 형성되지 않는다. 상기 GaN층(33) 이후의 활성층 등의 성장 공정은 종래 기술에 잘 나타나 있음으로 여기서는 생략한다.
도 4a 내지 도 4d에 도시된 발광 소자 형성 형태는 상기 도 2c에 나타낸 요철 형태의 표면을 지닌 기판 상에 발광 소자를 형성시킨 것과 차이가 있음을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 의한 발광 소자에서 GaN 평탄화층(32)을 얻는 경우, 상기 GaN이 종래 기술과 같은 패싯(facet) 성장을 하지 않으며, 평탄화 막을 얻기 위한 GaN층(32)의 두께가 상대적으로 얇게 된다. 그리고, 에피탁샬 성장이 일어나지만, 본 발명의 경우 돌출부(32) 표면에서는 GaN층(33) 성장이 잘 일어나지 않는다.
본 발명의 경우, 돌출부(32)의 표면이 그 상부에 형성되는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체의 결정 성장 방향과 다른 결정 방위를 가지도록 하기 위해 곡면형 돌출부(32)를 형성시킨 것이다. 따라서, Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체의 성장은 돌출 부(32)들 사이의 기판(31) 표면, 즉 평탄부에서 시작하고, 그 두께가 두꺼워지면서, 상기 돌출부(32)의 측부 및 최상부를 덮게되는 것이다.
이를 도 5a 및 도 5b의 SEM 사진을 통해 확인하였다. 도 5a는 본 발명의 일 실시예에 의한 곡면형 돌출부(2) 표면을 지닌 기판(31) 상에 GaN층(33)을 도포하여 평탄화하는 과정을 나타낸 것이고, 도 5b는 종래 기술에 의한 요철 표면을 지닌 기판(31) 상에 GaN층(33)을 도포하여 평탄화하는 과정을 나타낸 것이다. 배율이 틀리지만, 기판(31)표면에 형성된 곡면형 돌출부(32) 및 평탄면을 지닌 요철은 모두 그 높이가 같은 상태로 제작되었다. 같은 조건에서 두개의 기판(31) 상에 GaN층(33)을 형성시키면서 SEM 사진을 촬영한 결과를 살펴보면, 도 5a-(b) 및 도 5b-(b)에서 본 발명과 종래 기술이 명확한 차이가 나타남을 알 수 있다.
즉, 도 5a-(b)의 경우, 곡면형 돌출부(32)의 상단부를 제외하고는 GaN층(33)에 의해 기판(31)의 평탄화가 진행되었다. 이에 반해, 도 5b-(b)의 경우, 요철부의 상부 및 그 측면에서 GaN이 패싯 성장이 일어나고 있으며, 평탄화 정도도 매우 낮은 상태이다. 또한, 도 5a-(c)의 본 발명의 경우, 곡형 돌출부(32)를 지닌 기판(31) 상부에 GaN이 도포되면서 완전한 평탄화가 이루어졌다. 그러나, 도 5b-(c)의 경우 요철의 상단부는 평탄화가 이루어졌으나, 각 요철 사이에는 완전한 평탄화가 이루어지지 않은 상태임을 알 수 있다.
도 6은 종래 기술 및 본 발명에 의한 발광 소자의 광출력을 비교하기 위한 도면이다. 여기서, A는 종래의 평면 형태의 기판(11) 상에 형성시킨 발광 소자를 나타내며, 상기 도 1의 구조에 해당한다. B는 종래의 요철 형태의 표면을 지닌 기 판(21) 상에 형성시킨 발광 소자의 구조를 나타내며, 상기 도 2d에 해당한다. 그리고, C는 본 발명에 의한 곡면형 돌출부(32)를 지닌 기판(31) 상에 형성시킨 발광 소자를 나타내며, 상기 도 3c에 해당한다.
도 6을 참조하면, 평면 구조의 기판(11) 상에 발광 소자를 형성시킨 A의 경우에 비해, 요철 표면을 지닌 기판(21) 상에 발광 소자를 형성시킨 B가 광출력이 약 50% 향상되었고, 곡면형 돌출부(32) 표면을 지닌 기판(31) 상에 발광 소자를 형성시킨 C가 A에 비해 광출력이 약 60%이상 향상되었음을 알 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 발광 소자 C가 요철 표면의 기판(21) 상에 발광 소자를 형성시킨 B에 비해 광출력이 약 10%이상 향상되었음을 알 수 있다. 이는 곡면형 돌출부(32)를 지닌 기판(31)을 사용함으로써 반도체 결정층 사이의 계면 형태가 광경로를 변경시키는 Optical lens를 형성하고, 성장하는 반도체 결정층의 결함 밀도를 감소시켰기 때문이다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다. 예를 들어, 본 발명에 의한 발광 소자의 곡면형 돌출부는 그 상부에 형성될 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체의 결정 성장 방향과 다르면 되며, 그 형상이 반구형, 스트라이프형, 말굽형 등이 될 수 있고, 배열 형태도 규칙적, 불규칙적인 배열 형태가 모두 포함될 수 있다.
본 발명에 의하면, 곡면형 돌출부를 지니도록 패턴된 기판 상에 발광층을 포함하는 발광 소자를 형성시키는 경우, 그 평탄화가 효율적으로 진행되며, 반도체 결정층의 성장 및 발광 소자의 완성된 형태에서도 균일한 결함 밀도 제어 및 스트레스 분포의 제어가 용이하며, 결과적으로 발광층에서 발생한 빛의 발광 소자 외부로의 추출 효율을 높일 수 있다.

Claims (13)

  1. 기판 및 상기 기판 상에 활성층을 포함하는 반도체 결정층 및 전극들이 형성된 발광 소자에 있어서,
    상기 기판은 한개 이상의 곡면형 돌출부를 포함하며, 상기 돌출부 표면의 결정 방위는 그 상부에 형성되는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체의 성장 방위와 서로 다른 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 돌출부 표면의 각 부위의 곡률은 0보다 큰 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 곡면형 돌출부의 각 표면은 (0001)면과 상이한 결정 방위를 가지는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 곡면형 돌출부는 반구형 또는 스트라이프형 돌출부인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 기판은 사파이어 또는 Si를 포함하는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 기판 상에 n-GaN층, 상기 n-GaN층 상의 일부위에 활성층, p-GaN층 및 p형 전극층이 차례로 형성되며, 상기 n-GaN층 상부의 상기 활성층이 형성되지 않은 부위에 n형 전극층이 형성된 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  7. 기판 및 상기 기판 상에 활성층을 포함하는 반도체 결정층들 및 전극이 형성된 발광 소자의 제조 방법에 있어서,
    (가) 평면형 기판 상에 한개 이상의 곡면형 돌출부를 형성시키는 단계; 및
    (나) 상기 기판 상에 활성층을 포함한 반도체 결정층들을 형성시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 (가) 단계는 평면형 기판 상에 포토 레지스트를 패터닝 하는 단계;
    하드 베이킹을 실시하는 단계; 및
    상기 기판면을 식각하여 한개 이상의 곡면형 돌출부를 형성시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 기판면을 식각하는 경우, 식각 가스는 Cl 계열의 가스인 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조 방법.
  10. 기판 및 상기 기판 상에 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 결정층들 및 전극을 형성시키는 발광 소자의 제조 방법에 있어서,
    (가) 상기 기판 표면에 한개 이상의 곡면형 돌출부를 형성시키는 단계;
    (나) 상기 곡면형 돌출부 사이의 기판 평탄면으로부터 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 결정층을 성장시키기 시작하여, 상기 곡면형 돌출부 표면을 덮도록 성장시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 곡면형 돌출부의 각 표면은 (0001)면과 상이한 결정 방위를 가지는 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조 방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 (나) 단계는,
    상기 곡면형 돌출부 사이의 기판 평탄면으로부터 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 결정층을 에피탁샬 성장시켜 상기 곡면형 돌출부 표면을 덮도록 하는 것을 특징 으로 하는 발광 소자의 제조 방법.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 식각 가스는 Cl2, BCl3, HCl, CCl4, 및 SiCl4로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조 방법.
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