KR100734374B1 - 수직형 발광 소자 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수직형 발광 소자에 관한 것으로 특히, 광추출 효율을 향상시키기 위한 수직형 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 기판상에 제1반도체층을 형성하는 단계와; 상기 제1반도체층을 식각하여 다수의 홀을 형성하는 단계와; 상기 홀이 형성된 면 위에 복수의 제2반도체층을 형성하는 단계와; 상기 복수의 제2반도체층 위에 제1전극을 형성하는 단계와; 상기 제1전극 위에 지지층을 형성하는 단계와; 상기 기판을 제거하는 단계와; 상기 기판이 제거된 면에 제2전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.
GaN, 반도체, 발광 소자, 홀, 식각.
Description
도 1은 종래의 수평형 발광 소자의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2는 종래의 광결정이 형성된 수평형 발광 소자의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 수직형 발광 소자 제조방법의 일 실시예를 나타내는 단면도로서,
도 3은 기판에 반도체층을 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다.
도 4는 반도체층 위에 광결정을 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 4의 평면도이다.
도 6은 광결정에 유전물질을 충전하는 단계를 나타내는 단면도이다.
도 7은 광결정 구조 위에 복수의 반도체층을 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다.
도 8은 복수의 반도체층 위에 전극과 지지층을 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 수직형 발광 소자의 일 실시예를 나타내는 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명>
10 : 기판 20 : n-형 반도체층
21 : 홀 30 : 유전물질
40 : 반도체층 50 : p-형 전극
60 : 반사전극 70 : 지지층
80 : 광결정 구조 90 : n-형 전극
본 발명은 수직형 발광 소자에 관한 것으로 특히, 광추출 효율을 향상시키기 위한 수직형 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 잘 알려진 반도체 발광 소자로서, 1962년 GaAsP 화합물 반도체를 이용한 적색 LED가 상품화 된 것을 시작으로 GaP:N 계열의 녹색 LED와 함께 정보 통신기기를 비롯한 전자장치의 표시 화상용 광원으로 이용되어 왔다.
이러한 LED에 의해 방출되는 광의 파장은 LED를 제조하는데 사용되는 반도체 재료에 따른다. 이는 방출된 광의 파장이 가전자대(valence band) 전자들과 전도대(conduction band) 전자들 사이의 에너지 차를 나타내는 반도체 재료의 밴드갭(band-gap)에 따르기 때문이다.
질화 갈륨 화합물 반도체(Gallium Nitride: GaN)는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭(0.8 ~ 6.2eV)에 의해 고출력 전자소자 개발 분야에서 많은 주목을 받아 왔다. 이에 대한 이유 중 하나는 GaN이 타 원소들(인듐(In), 알루미늄(Al) 등)과 조합되어 녹색, 청색 및 백색광을 방출하는 반도체 층들을 제조할 수 있기 때문이다.
이와 같이 방출 파장을 조절할 수 있기 때문에 특정 장치 특성에 맞추어 재료의 특징들에 맞출 수 있다. 예를 들어, GaN를 이용하여 광기록에 유익한 청색 LED와 백열등을 대치할 수 있는 백색 LED를 만들 수 있다.
또한, 종래의 녹색 LED의 경우에는 처음에는 GaP로 구현이 되었는데, 이는 간접 천이형 재료로서 효율이 떨어져서 실용적인 순녹색 발광을 얻을 수 없었으나, InGaN 박박성장이 성공함에 따라 고휘도 녹색 LED 구현이 가능하게 되었다.
이와 같은 이점 및 다른 이점들로 인해, GaN 계열의 LED 시장이 급속히 성장하고 있다. 따라서, 1994년에 상업적으로 도입한 이래로 GaN 계열의 광전자장치 기술도 급격히 발달하였다.
GaN 발광 다이오드의 효율은 백열등의 효율을 능가하였고, 현재는 형광등의 효율에 필적하기 때문에, GaN 계열의 LED 시장은 급속한 성장을 계속할 것으로 예상된다.
상기와 같은, GaN 소자 기술의 급속한 발전에도 불구하고, GaN 소자의 제작에는 비용면에서 큰 단점을 지닌다. 이는 GaN 박막(epitaxial layers)을 성장시키고 연이어 완성된 GaN 계열의 소자들을 절단하는 어려움과 관련된다.
GaN 계열의 소자들은 일반적으로 사파이어(Al2O3) 기판상에 제조된다. 이는 사파이어 웨이퍼가 GaN 계열의 장치들을 대량 생산하는데 적합한 크기로 상용으로 이용가능하고, 비교적 고품질의 GaN 박막 성장을 지지하며, 광범위한 온도처리 능력 때문이다.
또한, 사파이어는 화학적으로 그리고 열적으로 안정적이며, 고온 제조공정을 가능하게 하는 고융점을 가지고, 높은 결합 에너지(122.4 Kcal/mole)와 높은 유전상수를 갖는다. 화학적으로, 사파이어는 결정성 알루미늄 산화물(Al2O3)이다.
한편, 사파이어는 절연체이기 때문에 사용한 사파이어 기판(또는 다른 절연체 기판)을 사용하는 경우 이용가능한 LED 소자의 형태는, 실제로, 수평(lateral) 또는 수직(vertical) 구조로 제한된다.
도 1은 위에서 설명한 일반적인 GaN 계열 LED 중에서 수평형 LED 소자 구조를 나타내고 있다.
이러한 수평형 LED 소자의 구조는, 사파이어 기판(1) 위에 n-형 질화갈륨(GaN)층(2)과 활성층(발광층: 3) 및 p-형 질화갈륨(GaN)층(4)이 차례로 위치하고, n-형 GaN층(2)이 드러나도록 식각된 면에 n-형 전극(5)이 위치하고, p-형 GaN층(4)에는 p-형 전극(6)이 위치한다.
최근 GaN 기반 반도체 발광 소자의 연구는 휘도 향상에 주력하고 있다. 광소자의 휘도 향상을 위한 연구는 크게 내부양자효율을 개선하는 방법과 광추출 효율을 개선하는 방법으로 분류할 수 있다. 최근에는 광추출 효율을 개선하는 방법에 대해서 전세계적으로 활발하게 연구가 진행되고 있다.
광추출 효율을 높이는 대표적인 방법으로는 사파이어 기판을 일정한 형상으로 식각하는 방법, p-형 GaN층의 표면을 거칠게 만드는 방법, 및 p-형 GaN층을 식각하여 일정한 주기를 갖는 광결정(photonic crystal)을 형성하는 방법등이 있다.
현재, 사파이어 기판을 식각하는 방법과 p-형 GaN층의 표면을 거칠게하는 방법은 전세계적으로 발광 소자의 대량생산 기술에 적용되고 있다. 그러나, 광결정을 이용하는 방법은 이론적으로 잘 알려져 있고 실험실 수준에서 연구보고 되어지고 있으나, 현재까지 대량생산 기술에는 적용되고 있지 못하고 있다.
이와 같은 광결정을 이용하는 방법은 사파이어를 식각하는 방법과 p-형 GaN층 표면을 거칠게 하는 방법보다 더욱 우수한 광추출 효율을 갖는다.
이러한 광결정을 이용하는 대표적인 방법은 도 2에서 도시하는 바와 같이, 도 1과 같은 기본 구조에서 상단의 p-형 GaN층(4)을 일정한 주기의 패턴으로 식각하여 광결정(7)을 형성한다.
그러나, 이런 방법은 p-형 GaN층(4)의 본질적으로 낮은 전기적 특성과 얇은 박막 두께 및 식각에 의한 전기적 특성의 퇴화에 의해서 광추출 효율 개선이 제한된다.
다른 방법으로는 기판 위에 p-형 GaN층을 먼저 성장시키고 발광층을 성장시킨 후 상단에 n-형 GaN층을 성장시킨 구조를 사용하여 상단의 n-형 GaN층에 광결정 구조를 형성시키는 방법이다.
그러나, p-형 GaN층의 본질적으로 낮은 전기적 전도성과 낮은 결정성 및 식각에 의한 전기적 특성 퇴화는 p-형 GaN층을 하단에 성장시키는 방법을 불가능하게 한다.
또 다른 방법은 사파이어 기판 위에 n-형 GaN층을 성장하고, 이어 발광층을 성장하고 p-형 GaN층을 성장한 후, 다시 n-형 GaN층을 성장시키는 방법이 있다. 이는 p-GaN층과 n-층 GaN층 사이에서의 전기적 터널접합 특성을 이용하는 방법이다.
그러나, 이 방법 역시 p-형 GaN층의 낮은 전기적 특성으로 말미암아 접합부위에서 저항을 증가시켜서 결국 소자의 작동 전압을 증가시키는 문제점을 갖는다.
그 외의 다른 방법으로는 사파이어 기판 위에 n-형 GaN층, 발광층, p-형 GaN층을 차례로 성장시킨 후 반사층과 열방출 능력이 우수한 금속판을 접합시킨 후 적절한 방법으로 사파이어를 제거하고 노출된 n-형 GaN층에 식각공정을 통해서 광결정을 형성하는 방법이다.
그러나, 이러한 방법도 역시 접합된 박막층의 식각 공정 단계에서 금속판이 충분히 안정하지 못하여 식각공정이 어렵고 생산성이 낮은 문제점이 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 광추출 효율을 개선할 수 있는 광결정 구조를 발광 소자에 적용하여 고휘도 고효율의 발광 소자를 구현하고, 특정 형상으로 식각된 광결정 구조 위에 선택적으로 박막을 성장함으로써 박막의 결정성을 향상시키고 박막 내의 응력제어를 통하여 발광소자의 효율을 향상시킬 수 있는 수직형 발광 소자 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위해, 본 발명은, 기판상에 제1반도체층을 형성 하는 단계와; 상기 제1반도체층을 식각하여 다수의 홀을 형성하는 단계와; 상기 홀이 형성된 면 위에 복수의 제2반도체층을 형성하는 단계와; 상기 복수의 제2반도체층 위에 제1전극을 형성하는 단계와; 상기 제1전극 위에 지지층을 형성하는 단계와; 상기 기판을 제거하는 단계와; 상기 기판이 제거된 면에 제2전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성하는 것이 바람직하다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 다른 관점으로서, 본 발명은, 금속지지판과; 상기 금속지지판 위에 위치하는 반사전극과; 상기 반사전극 위에 위치하는 p-형 전극과; 상기 p-형 전극 위에 위치하는 복수의 GaN 계열 반도체층과; 상기 반도체층 위에 위치하며, 주기적으로 배열된 다수의 홀에 의하여 형성되는 광결정층과; 상기 광결정층 위에 위치하는 n-형 투명 오믹층과; 상기 n-형 투명 오믹층 위에 위치하는 n-형 전극을 포함하여 구성하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3에서 도시하는 바와 같이, 기판(10)을 습식 또는 건식공정을 통하여 표면을 처리하고, 이 기판(10) 위에 통상의 반도체 박막 성장장치를 이용하여 GaN 반도체층(20)을 형성한다.
기판(10)은 사파이어, 실리콘(Si), 아연산화물(ZnO), 실리콘 카바이드(SiC) 등의 어느 하나를 사용할 수 있고, 상기 GaN 반도체층(20)의 두께는 0.3 내지 5㎛의 박막을 성장시키는 것이 바람직하며, n-형 GaN 물질을 이용하여 형성할 수 있다.
그 다음, 도 4에서와 같이, 패턴 공정과 식각 공정을 이용하여 GaN 반도체층(20) 위에 일정한 주기와 패턴을 가지는 홀(21)을 형성시킨다. 이와 같은 과정을 통한 평면은 도 5와 같다.
이와 같은 홀(21)은 추후 기판(10)을 제거한 후, 발광 소자의 발광면에 드러나는 경우에, 이 홀(21)이 일정한 주기와 패턴을 가지지 않더라도 발광 소자의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 4에서는 홀(21)의 형상이 원형을 이루고 있으나, 이러한 홀(21)의 형상은 사각형, 육각형 등의 다각형 형상도 이용될 수 있다.
이에 더하여, 질화물 반도체 박막층에 일정한 주기와 패턴을 갖는 정렬된 홀(21)이 형성되는 경우, 이러한 규칙적으로 정렬된 홀(21)에 의하여 발광면에 광결정 구조가 형성될 수 있다.
이와 같은 광결정 구조가 형성되면 이 광결정 구조에서는 굴절률의 배치가 주기적으로 이루어지게 된다. 이때, 광결정의 주기(periodicity)가 방출되는 빛의 파장의 대략 절반 정도가 될 때, 주기적으로 굴절률(refractive index)이 변하는 광결정 격자에 의한 광자의 다중 산란에 의해 광금지대(photonic band gap)가 형성된다.
이러한 광결정 구조에서 빛은 일정한 방향으로 효과적으로 방출되는 속성을 갖는다. 즉, 이와 같은 광금지대가 형성되므로, 발광되는 빛은 광결정 구조를 이루는 홀(21)로 유입되거나 통과되지 못하고, 이 홀(21) 이외의 부분을 통하여 추출되는 현상이 발생될 수 있다.
상기와 같은 현상은 주기성을 갖는 다수의 홀(21)에 의하여 형성되는 광결정 구조에서의 광자(photon)의 거동에 의하여 설명될 수 있다.
즉, 주기성을 갖는 다수의 홀(21)에 의하여 광결정 구조에서는 유전상수(dielectric constant)가 주기적으로 변조되고, 이러한 광결정 구조를 전파하는 빛의 거동에 영향을 주게 된다.
특히, 광결정 구조의 광금지대가 발광 소자에서 방출하는 빛의 파장대역에 속하거나 포함되는 경우에, 이러한 발광 소자의 광자는 발광 소자에서 마치 전반사 현상에 의하여 반사되는 것과 같은 효과가 발생한다.
이러한 광금지대는 마치, 결정구조에서의 전자와 유사성을 가지며, 이러한 광금지대에 속하는 광자는 광결정 내에서 자유로이 전파되지 못한다.
따라서, 발광 소자에서 방출되는 빛의 광자가 모두 광금지대에 속하게 한다면 모든 광자들은 전반사 현상과 유사하게 발광 소자를 빠져나오게 되며, 결국 발광 효율이 증가하게 된다.
결국, 광결정 구조가 효과적으로 빛을 방출하기 위해서는 식각되는 홀(21)의 깊이와 홀(21)의 크기 및 홀(21)과 홀(21) 사이의 거리 등이 방출되는 빛의 파장에 따라서 최적화 되는 것이 바람직하다.
질화물 반도체 발광 소자의 경우 홀(21)의 깊이는 0.05 ~ 10㎛, 홀(21)의 반경은 0.01 ~ 6㎛, 홀(21)과 홀(21) 사이의 간격, 즉, 광결정 주기는 0.03 ~ 18㎛가 바람직하다.
한편, 이러한 홀(21)을 형성함과 동시에 소자와 소자를 구분하는 단위 소자 구분영역(11)을 함께 식각하여 형성하는 것이 바람직하다.
이와 같은 식각되어 형성되는 홀(21)과 단위 소자 구분영역(11)에는, 도 6에서와 같이, 굴절률이 다른 물질을 채워 넣을 수 있다.
이러한 굴절률이 다른 물질로는 실리콘 산화물(SiO2) 혹은 실리콘 질화물(SiN) 등의 유전물질(유전체: 30)을 사용하는 것이 바람직하다. 만약, 홀(21)이 충분히 작고 깊을 경우는 유전물질(30)을 충진하지 않을 수도 있다.
또한, 적어도 일정 부분에는 유전물질(30)을 충진하고, 추후에 이와 같이 유전물질(30)이 충진된 부분에 n-형 전극을 형성할 수 있다(도 9 참고).
이와 같이, 홀(21)과 유전물질(30)이 채워진 층 위에, 도 7에서 도시하는 바와 같이, GaN 계열 반도체층(40)을 형성한다.
이와 같은 GaN 계열 반도체층(40)은 n-형 GaN층(41), 발광층(활성층: 42), 및 p-형 GaN층(43)으로 이루어진다. 발광층은 통상 단일 또는 다중 양자우물(Quantum well) 구조를 이룬다. 이때, 양자우물 구조를 이루기 위하여 In, Al 등의 물질이 GaN 물질에 혼합되어 이용될 수 있다.
한편, 상기와 같이, 소자와 소자를 분리하는 구분영역(11)을 홀(21)과 함께 형성하면 발광 소자 제조의 후 공정 단계에서 소자와 소자를 분리하는 공정이 필요 없게 된다.
이는, 도 7에서 도시하는 바와 같이, 소자와 소자를 분리하도록 식각된 구분영역(11)에 충진된 유전물질(30) 위에서는 박막 형성이 되지 않고, 광결정 구조가 형성된 소자 영역 위에서만 선택적으로 GaN 박막이 형성되기 때문이다.
또한, 이와 같이, 광결정 구조 위에 선택적으로 GaN 박막을 형성하면 고품위 n-형 GaN층(41)과 발광층(42) 및 p-형 GaN층(43)을 형성할 수 있다.
그 이유로, 광결정 구조 위에 선택적으로 형성되는 박막층은 기판(10)에서 기인하는 스트레인(strain)을 상당량 효과적으로 완화시킬 수 있기 때문이다.
이러한 단일 소자 박막층 내의 스트레인의 감소는 결국 발광층(42)의 내부 양자효율을 증가시킨다.
더욱이, 본 발명에 따르면, 광결정 구조는 많은 홀(21) 및 이 홀(21)을 채우는 유전물질(30)로 이루어지므로, 이 위에 성장되는 반도체층(40)은 기판(10)과 반도체층(40) 박막 사이의 계면에서부터 시작되는 본질적인 박막 결함인 스레딩 전위(threading dislocations) 밀도를 절반 가까이 감소시킬 수 있다. 이러한 전위 밀도의 감소는 소자의 성능 향상에 크게 기여할 수 있다.
이후, 도 8에서와 같이, 분리된 소자와 소자 사이의 구분영역(11)에 에폭시 등과 같은 열화학적으로 제거가 용이한 물질을 충진한 후, GaN 계열 반도체층(40) 위에는 p-형 전극(50)이 형성된다. 이러한 p-형 전극(50)은 오믹전극을 형성하며, 이러한 p-형 전극(50) 위에는 반사 효율 향상을 위한 반사전극(60)이 형성될 수 있다.
이때, 에폭시와 같은 물질이 채워지는 시기는 달리할 수 있다.
만일, p-형 전극(50)으로서 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide) 혹은 아연 산화물(ZnO) 등과 같은 산화물 층을 사용하는 경우에는 p-형 GaN층(43) 위에 오믹 특성 향상을 위해서 얇은 n-형 GaN층(도시되지 않음)이 추가로 형성될 수 있다.
또한, p-형 전극(50) 또는 반사전극(60) 위에는 지지층(70)이 형성되거나 부착되어, 추후에 기판(10)을 제거하는 경우에 전체 소자의 구조를 지지하는 지지판이 되도록 할 수 있다.
이러한 지지층(70)은 열방출에 유리한 구리(Cu), 금(Au), 니켈(Ni) 등과 같은 금속판 또는 이들의 합금을 이용하여 형성되는 금속판, 실리콘(Si) 기판 등이 이용될 수 있다. 또한, 금속판은 반사전극(60) 위에 도금에 의하여 형성될 수 있다.
이러한 지지층(70)으로서 금속판이 형성되는 경우에는, 이러한 지지층(70)과 p-형 전극(50) 또는 반사전극(60) 사이에 금속간 접합을 위한 접합금속(seed metal)이 이용될 수도 있다.
다음 단계는 GaN 반도체층(40) 박막이 성장된 기판(10)을 제거하는 것이다. 사파이어 기판(10)의 경우에는 레이저를 이용하거나 물리적으로 제거할 수 있고, 실리콘의 경우 화학적 혹은 물리적으로 제거할 수 있다. 이와 같이 기판(10)이 제거된 면은 식각하여 표면처리를 하는 것이 바람직하다.
광결정 구조가 형성되었던 n-형 GaN 반도체층(20)은 기판(10)을 제거함에 따라 드러나게 되며, 도 9에서 도시하는 바와 같이, 결국 상기 홀(21) 또는 이 홀(21)을 채우는 유전물질(30)로 이루어지는 광결정 구조(80)가 드러나게 된다.
경우에 따라, 이와 같이 드러난 유전물질(30)은 식각하여 제거할 수도 있다.
이와 같이, 기판(10)이 제거된 면에는 n-형 전극(90)이 형성된다. 이때, 만 일 유전물질(30)이 제거되는 경우에도 적어도 이 n-형 전극(90)이 형성된 부분에는 유전물질(30)을 제거하지 않는 것이 바람직하다.
또한, 이러한 홀(21)이 드러난 부분에 n-형 투명 오믹층(92)을 형성하여, 전류 확산에 의하여 발광 효율을 향상시킬 수도 있다. 이러한 n-형 투명 오믹층(92)은 Ti/Al 또는 Ti/Au를 이용할 수 있으며, 특정 두께 이하로 형성하면 투명한 오믹층을 이룰 수 있다.
한편, 상기 n-형 전극(90)의 하측면에는 반사층(91)을 형성함으로써, n-형 전극(90)이 발광층(42)에서 발광되는 빛을 흡수하지 않고 이 반사층(91)에서 반사되어 외부로 방출되도록 할 수도 있다.
이와 같은 공정을 통하여, 본 발명의 발광 소자는 도 9와 같은 구조를 이루게 된다.
이하, 상기 도 3 내지 도 9를 참고하여 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다.
본 발명에서는 질화물 반도체 박막 성장을 위해서 유기금속 화학 기상 증착 시스템(MOCVD: metal organic chemical vapor deposition)을 사용하였다.
기판(10)으로는 사파이어를 사용하였다. 암모니아를 질소원으로 사용하였고 수소와 질소를 운반가스로 사용하였다.
갈륨(Ga)과 인듐(In), 알류미늄(Al)은 유기금속 소스를 사용하였다. n-형 도펀트(dopant)는 실리콘(Si)을 사용하였고, p-형 도펀트는 마그네슘(Mg)을 사용하였다.
사파이어 기판(10)위에 3㎛ 두께의 n-형 GaN 반도체(20) 박막을 1030℃에서 성장하였고, 압력은 250 토르(Torr)를 적용하였다.
광결정 주기는 1.2㎛를 사용하였고 홀(21)의 반경은 0.4㎛를 사용하였으며, 식각 깊이는 3㎛를 적용하였다. 식각된 부분에는 유전물질(30)로서 실리콘 산화물(SiO2)을 충진시켰다.
이후, 3㎛ 두께의 n-형 GaN층(41)을 광결정 구조 위에 성장시키고, 그 위에 다섯 쌍의 질화인듐갈륨/질화갈륨(InGaN/GaN) 다중 양자우물(Quantum well)구조의 발광층(42)을 형성시켰다.
발광층(42) 위에 0.1㎛ 두께의 p-형 GaN층(43)을 성장시키고, 그 상단에 오믹 특성 향상을 위해 n-형 GaN층을 얇게 형성시켰다.
소자와 소자 사이 영역에 에폭시를 충진한 후 p-형 전극(50)으로 인듐 주석 산화물(ITO)을 0.2㎛ 증착 후, 반사전극(60)과 구리(Cu)로 형성된 지지층(70)을 형성하였다.
그 다음, 레이저를 이용하여 사파이어 기판(10)을 제거한 후, 노출된 표면을 0.5㎛ 식각하여 결정 결함층을 제거하였다.
이와 같이, 노출된 표면을 화학적으로 처리한 후 n-형 전극(90)층을 형성하였다.
이와 같은 방법에 의하여 형성된 소자를 단일 소자로 분리한 후 패키징하여 발광 소자의 특성을 측정했을 때, 소자의 휘도는 기준 시편 대비 30% 이상 향상되 는 것을 보여주었다.
상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 다양한 형태의 변형이 가능하고, 이러한 기술적 사상의 여러 실시 형태는 모두 본 발명의 보호범위에 속함은 당연하다.
이상과 같은 본 발명은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 단위 소자 구분영역을 형성하는 식각공정과 광결정을 형성하는 식각공정을 한번의 식각공정으로 수행할 수 있으므로, 별도로 소자와 소자를 분리하는 공정이 필요 없다.
둘째, 사파이어 기판 위에 형성된 질화갈륨을 식각하여 광결정 구조를 형성하므로써 광결정 구조 형성을 위한 식각공정이 안정적이고 용이하다.
세째, 일정 형상으로 식각된 광결정 구조 위에 n-형 GaN층, 발광층, 및 p-형 GaN층을 선택적으로 성장함으로써 박막의 결정결함을 줄일 수 있고, 동시에 박막에 가해지는 응력을 줄임으로써 발광층의 발광 특성을 향상시킬 수 있다.
Claims (20)
- 기판상에 제1반도체층을 형성하는 단계와;상기 제1반도체층을 식각하여 다수의 홀을 형성하는 단계와;상기 홀이 형성된 면 위에 복수의 제2반도체층을 형성하는 단계와;상기 복수의 제2반도체층 위에 제1전극을 형성하는 단계와;상기 제1전극 위에 지지층을 형성하는 단계와;상기 기판을 제거하는 단계와;상기 기판이 제거된 면에 제2전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수직형 발광 소자 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 기판은 사파이어, Si, ZnO, SiC 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 수직형 발광 소자 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 다수의 홀은 규칙적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 수직형 발광 소자 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 다수의 홀은,깊이가 0.05 내지 10㎛이고, 반경이 0.01 내지 6㎛이며, 각 홀 사이의 간격은 0.03 내지 18㎛인 것을 특징으로 하는 수직형 발광 소자 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 다수의 홀에는 유전물질이 충진되는 것을 특징으로 하는 수직형 발광 소자 제조방법.
- 제 5항에 있어서, 상기 유전물질은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 수직형 발광 소자 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 다수의 홀을 형성하는 단계에서는,단위 소자 구분영역을 동시에 식각하여 형성하는 것을 특징으로 하는 수직형 발광 소자 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 제1반도체층은 n-형 반도체층인 것을 특징으로 하는 수직형 발광 소자 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 복수의 제2반도체층을 형성하는 단계는,상기 다수의 홀이 형성된 반도체층 위에 n-형 반도체층을 형성하는 단계와;상기 n-형 반도체층 위에 활성층을 형성하는 단계와;상기 활성층 위에 p-형 반도체층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 발광 소자 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 제1전극을 형성하는 단계는,오믹전극을 형성하는 단계와;상기 오믹전극 위에 반사전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수직형 발광 소자 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 지지층은, 금속판 또는 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 수직형 발광 소자 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 기판을 제거하는 단계 이후에는,상기 기판이 제거된 면을 식각하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 발광 소자 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 제2전극을 형성하는 단계는,상기 기판이 제거된 면에 투명 오믹층을 형성하는 단계와;상기 투명 오믹층이 형성된 면 위에 전극패드를 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수직형 발광 소자 제조방법.
- 제 13항에 있어서, 적어도 상기 전극패드가 형성된 면의 하측에는 상기 다수의 홀에 유전물질이 충진되는 것을 특징으로 하는 수직형 발광 소자 제조방법.
- 지지판과;상기 지지판 위에 위치하는 반사전극과;상기 반사전극 위에 위치하는 p-형 전극과;상기 p-형 전극 위에 위치하는 복수의 GaN 계열 반도체층과;상기 반도체층 위에 위치하며, 주기적으로 배열된 다수의 홀에 의하여 형성되는 광결정층과;상기 광결정층 위에 위치하는 n-형 투명 오믹층과;상기 n-형 투명 오믹층 위에 위치하는 n-형 전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수직형 발광 소자.
- 제 15항에 있어서, 상기 광결정층 중 적어도 n-형 전극이 형성되는 부분에는 유전물질이 충진된 것을 특징으로 하는 수직형 발광 소자.
- 제 15항에 있어서, 상기 광결정층의 홀은 깊이가 0.05 내지 10㎛이고, 반경이 0.01 내지 6㎛이며, 각 홀 사이의 간격은 0.03 내지 18㎛인 것을 특징으로 하는 수직형 발광 소자.
- 제 15항에 있어서, 상기 투명 오믹층과 n-형 전극 사이에는 반사층이 위치하는 것을 특징으로 하는 수직형 발광 소자.
- 제 15항에 있어서, 복수의 GaN 계열 반도체층은,상기 p-형 전극 위에 위치하는 p-형 GaN층과;상기 p-형 GaN층 위에 위치하는 발광층과;상기 발광층 위에 위치하는 n-형 GaN층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수직형 발광 소자.
- 제 15항에 있어서, 상기 지지판은 Cu, Au, Ni 중 하나 또는 이들의 합금으로 이루어지는 금속 또는 실리콘인 것을 특징으로 하는 수직형 발광 소자.
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