KR100834033B1

KR100834033B1 - 질화물계 반도체 발광소자 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100834033B1
Application number: KR1020070038579A
Authority: KR
Inventors: 이시혁; 이진현; 김현준; 명선영; 최번재
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2007-04-20
Filing date: 2007-04-20
Publication date: 2008-05-30

Abstract

본 발명은 외부 광자효율을 향상시킨 질화물계 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 발광 구조물; 상기 발광 구조물의 상면에 형성된 제1전극; 및 상기 발광 구조물의 하면에 형성된 제2전극을 포함하여 형성되며, 상기 제1 및 제2전극의 형성영역을 제외한 상기 발광구조물의 외곽영역에, 발광 구조물 전층에 걸쳐 광자결정 구조를 갖는 질화물계 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 제공한다.

발광 소자, LED, 외부 광자효율, 광자결정

Description

질화물계 반도체 발광소자 및 그 제조방법{NITRIDE SIMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DIODE AND FABRICATION METHOD THEREOF}

도 1은 본 발명에 따른 질화물계 반도체 발광소자를 나타낸 단면도.

도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 질화물계 반도체 발광소자의 저면을 나타낸 저면도.

도 3은 사각형 격자 배열을 갖는 광자결정 구조의 배열을 나타낸 예시도.

도 4는 육각형 격자 배열을 갖는 광자결정 구조의 배열을 나타낸 예시도.

도 5a ~ 도 5e는 본 발명에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 제조공정을 나타낸 공정단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100, 200 : 발광소자 110, 210 : 도전성 기판

120, 220 : 도전성 접착제 130, 230 : n형 질화갈륨계 반도체층

140, 240 : 활성층 150, 250 : n형 질화갈륨계 반도체층

160, 260 : 발광 구조물 170, 270 : n형 전극

180, 280 : p형 전극 190, 290 : 광자결정 구조

190a, 290a : 홀

본 발명은 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광자결정(Photonic crystal)을 이용하여 외부 광자효율을 향상시킨 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

질화물 반도체 발광소자(Light Emitting Diode; LED)가 개발된 후, LCD 백라이트(LCD backlight), 휴대폰의 키패드 및 조명용 광원 등 다양한 분야에서 LED가 광원으로 사용되고 있다. 다양한 용도의 LED를 개발하는 데에 있어서, LED의 발광 효율과 열방출 특성이 중요한 문제로 대두되고 있다. LED의 발광 효율은 빛의 생성효율, 빛의 외부 광자효율 및 형광체에 의해 증폭되는 효율에 의해 결정되는데, 그 중에서 가장 큰 문제는 외부 광자 효율, 즉 생성된 빛이 외부로 추출되는 효율이 낮다는 것이다.

빛의 외부 추출에 대한 가장 큰 장애는 내부 전반사로 인한 빛의 소멸이다. 즉, LED 소자 경계면에서 큰 굴절율 차이로 인해, 생성된 빛의 약 20% 만이 소자 경계면 밖으로 추출되고, 계면을 빠져나가지 못한 빛은 계면에서 전반사하여 소자 내부를 진행(traveling)하다가 열로 감쇠되어 버린다. 결과적으로 LED 소자의 발열량은 증가되고 소자의 외부 추출 효율은 감소되며, 소자의 수명은 단축되어진다.

이러한 문제를 해결하고자 외부 광자효율을 개선하기 위한 여러 가지 방법들이 제안되어 왔다.

예를 들어, 표면에 조달한 광자가 랜덤하게 산란되도록 LED 소자의 표면에 표면 패턴 또는 표면 텍스쳐(texture)를 형성하여 LED 소자의 표면과 공기의 굴절율 차이로 인한 전반사 각도를 증가시킴으로, 광추출 효율을 높이는 방법과, LED 소자의 하부에 금속 반사막을 두어 활성층(양자우물층)에서 생성된 광자가 아래쪽으로 진행할 경우, 금속 반사막을 통해 진행경로를 바꾸는 방법 및 패키지의 사면에 반사막을 형성하여 소자의 측면에서 방출된 광을 반사시켜 이동경로를 변경하는 방법 등이 있다.

그러나, 상기 표면에 텍스쳐를 형성하는 방법은, LED 소자의 표면 상태에 따라 식각되는 콘(cone)의 사이즈와 밀도가 불균일하게 분포하여 재현성이 있는 공정조건의 확보가 어려우며, 결함이나 크랙(crack)을 통한 에천트(echant)의 침투로 인해 리키지(leakage)성 불량의 원인을 유발하기도 한다.

그리고, 상기 금속 반사막을 형성하는 방법은, 반사율이 좋은 금속의 경우라도 반사율이 약 70 ~ 80% 정도 수준이며, DBR(Distributed Bragg Reflector)의 경우에도 실제로 90% 이상의 반사율을 얻기 힘들며, 여러층을 반복적으로 성장하는 경우, 격자상수 차이로 인해 발생하는 크랙으로 때문에 제작이 어렵다는 문제점이 있다.

마지막으로, 패키지 사면에 반사막을 형성하는 방법은, 사이드월(side-wall)의 LED 소자와 공기의 굴절율 차이로 인해 전반사 각도보다 작은 각도로 입사되는 일부의 빛만 이동경로를 변경할 수 있고, 나머지는 전반사 되어 소자 내부에서 다시 반사되거나 소멸되어 사이드월로 이동하는 모든 빛을 방출시킬 수 없기 때문에, 외부 광자효율을 향상시키는데 한계가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 광자결정 구조(photonic crystal structure)를 통해 외부 광자효율을 향상시킬 수 있도록 한 질화물계 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

기타 본 발명의 목적 및 특징은 이하의 발명의 구성 및 특허청구범위에서 상세히 기술될 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 발광 구조물; 상기 발광 구조물의 상면에 형성된 제1전극; 및 상기 발광 구조물의 하면에 형성된 제2전극을 포함하여 구성되며, 상기 제1 및 제2전극의 형성영역을 제외한 상기 발광구조물의 외곽영역에, 발광 구조물 전층에 걸쳐 광자결정 구조를 갖는 질화물계 반도체 발광소자를 제공한다.

상기 발광구조물은, p형 질화물계 반도체층; p형 질화물계 반도체층 상에 형성된 활성층; 및 상기 활성층 상에 형성된 n형 질화물계 반도체층을 포함하여 구성되며, 상기 활성층은, 적어도 하나 이상의 양자우물구조를 갖는다.

또한, 상기 발광 구조물은 AlxInyGa(1-x-y)N (여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0 ≤x+y≤1 임) 조성식을 갖는 질화물계 반도체로 이루어져 있다.

상기 광자결정 구조는, 규칙적인 배열을 갖는 홀(hole)로 이루어져 있으며, 다각형 구조의 배열을 갖는다. 이때, 상기 홀의 크기는 0.001 ~ 1 ㎛ 이며, 홀 간의 간격은 0.001 ~ 1000 ㎛ 인 것이 바람직하다.

상기 발광 구조물과 제2전극 사이에 형성된 도전성 기판을 더 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 광자결정 구조는 도전성 기판까지 걸쳐 형성되어 있다.

아울러, 측면으로 빠져나가는 광을 반사시켜, 상부로 방출시키기 위해, 상기 광자결정 구조의 밴드갭은 발광 구조물의 발광파장을 포함한다.

또한, 본 발명은, 도전성 기판; 상기 도전성 기판 상에 형성되며, p형 질화물계 반도체층과, p형 질화물계 반도체층 상에 형성된 활성층 및 상기 활성층 상에 형성된 n형 질화물계 반도체층으로 이루어진 발광 구조물; 상기 n형 질화물계 반도체층 상에 형성된 n형 전극; 및 상기 p형 질화물계 반도체층의 하면에 형성된 p형 전극을 포함하며, 상기 n형 전극 및 p형 전극의 형성영역을 제외한, 상기 발광 구조물 및 도전성 기판의 외곽영역에, 상기 발광구조물 및 도전성 기판에 걸쳐 형성되며, 발광 구조물의 발광파장을 포함하는 광자 밴드갭을 가지는 광자결정 구조를 갖는 질화물계 반도체 발광소자를 제공한다.

상기 도전성 기판과 발광 구조물 사이에 형성된 도전성 접착층을 더 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 발광 구조물은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1 임)을 갖는 질화물계 반도체로 이루어져 있다.

상기 광자결정 구조는, 규칙적인 배열을 갖는 홀(hole) 구조를 가지고 있으며, 삼각, 사각 및 육각 격자 등의 다각형 구조의 배열을 갖는다.

그리고, 상기 홀의 크기는 0.001 ~ 1 ㎛ 이며, 상기 홀 간의 간격은 0.001 ~ 1000 ㎛ 인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은, 제1기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 발광 구조물을 형성하는 단계; 상기 발광 구조물 상부에 제2기판을 부착하는 단계; 상기 제1기판을 제거하는 단계; 상기 발광 구조물 및 제2기판의 외곽영역에, 발광 구조물의 발광파장을 포함하는 광 밴드갭을 갖는 광자결정 구조를 형성하는 단계; 상기 광자결정 구조가 형성된 영역을 제외한, 상기 발광 구조물 상에 제1전극을 형성하는 단계; 및 상기 광자결정 구조가 형성된 영역을 제외한, 상기 제2기판의 노출면에 제2전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법을 제공한다.

상기 발광 구조물을 형성하는 단계는, 상기 제1기판 상에 n형 질화물계 반도체층을 형성하는 단계; 상기 n형 질화물계 반도체층 상에 적어도 하나 이상의 양자우물 구조를 갖는 활성층을 형성하는 단계; 및 상기 활성층 상에 p형 질화물계 반도체층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.

이때, 상기 광자결정 구조는 포토 리소그래피(photo lithography) 방법, e-빔 리소그래피(e-beam lithography) 방법 및 나노 임프린팅(nano-imprinting) 방법을 통해 형성할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 n형 전극 및 p형 전극이 형성된 영역을 제외한 발광 구조물의 외곽영역에 발광 구조물의 전층에 걸쳐서, 발광영역과 절연된 광자결정 구조를 형성함에 따라, 측면으로 반사하는 광을 상부방향으로 방출할 뿐 아니라, 발광소자 내부에서 전반사하여 소멸되는 광을 상부방향으로 방출할 수 있도록 함으로써, 외부 광자발광효율을 향상시킨다.

광자 결경구조는 굴절율이 다른 주기적인 격자구조를 인위적으로 만들어서 전자기파(electromagnetic wave)의 전달 및 발생을 제어하는 구조를 말한다. 굴절율이 다른 주기적인 격자구조 내에서는 광결정의 영향으로 전파모드가 존재하지 못하는 특정파장 대역이 존재하게 된다. 이와 같이 전파모드가 존재하지 못하는 파장영역을, 전자상태가 존재할 수 없는 에너지 영역과 비슷하게, 전자기적 밴드갭(electromagnetic band gap) 혹은 광자 밴드갭(Photonic band gap)이라 부르고, 그런 밴드갭을 갖는 구조를 광결정(Photonic crystal)이라 한다.

완벽한 광자 밴드갭은, 어떠한 방향으로 전자기파가 입사하던지 간에 전자기파의 편광에 관계없이 투과되지 않고 모두 반사되는 특정 파장영역을 말한다. 이를 위해서 이차원 또는 삼차원의 굴절율이 다른 두개의 물질을 배열하는 방법으로 완벽한 광결정을 제작할 수 있다.

따라서, 광자결정 구조를 형성하게 되면, 광자 밴드갭(Photonic band gap)이 생겨 특정한 파장을 가진 전자기파를 선택적으로 통과시킬 수도 있고 진행을 막을 수도 있으며, 이러한 광자결정의 특성을 이용하면 우리가 원하는 파장의 광자를 전반사가 일어나지 않게 만들어 줄 수 있다. 특히, 굴절율이 높은 층에서 낮은 층으로 바뀌는 경계면에 이러한 광자 결정 구조를 형성함으로써 전반사를 막고 그 경계 면에 도달하는 광자의 다수를 외부로 뽑아낼 수 있게 된다.

더욱이, 발광소자의 측면으로 방출되는 광은, 상기 광자결정 구조를 통해 상부방향으로 반사시켜 상부로 방출할 수 있도록 한다.

이와 같이, 본 발명은 발광소자의 외곽영역에 발광소자의 발광파장을 포함하는 광자 밴드갭을 가지는 광자결정 구조를 형성함에 따라, 상기 광자결정이 형성된 영역으로 입사되는 광, 즉, 발광소자의 측면으로 입사되는 광을 모두 상부쪽으로 반사시킴으로써, 외부 광자효율을 향상시키는 것이다. 따라서, 본 발명에서는 발광소자의 측면으로 입사되는 광을 반사시켜 상부방향으로 방출시켜야 하므로, 광자결정 구조를 발광소자의 외곽영역에 형성하되, 발광소자의 전층에 걸쳐서 광자결정 구조를 형성한다.

이하, 첨부한 도면을 통해 상기한 바와 같은 본 발명에 대하여 더욱 구체적으로 설명하도록 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일례에 따른 질화물계 반도체 발광소자를 각각 나타낸 것으로, 도 1은 단면도이고, 도 2는 평면도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 질화물계 반도체 발광소자(100)는 도전성 기판(110)과, 상기 도전성 기판(110) 상에 형성된 발광 구조물(160)과, 상기 발광 구조물(160)의 상면에 형성된 제1전극(170) 및 상기 도전성 기판(110)의 하면에 형성된 제2전극(180)을 포함하여 구성된다.

상기 도전성 기판(110)은 실리콘 기판일 수 있으며, 이외에, 도전성 기판으 로, 게르마늄 및 GaAs 등이 이용될 수 있고, 상기 도전성 기판(110)은 도전성 접착층(120)을 통해 발광 구조물(160)에 부착되어 있다.

상기 발광 구조물(160)은 질화갈륨계 반도체층으로 형성되어 있으며, p형 질화갈륨계 반도체층(130)과 다중우물구조인 GaN/InGaN 활성층(140) 및 n형 질화갈륨계 반도체층(150)이 순차적으로 적층되어 구조를 갖는다.

여기서, 상기 n형 질화갈륨계 반도체층(150), 활성층(140) 및 p형 질화갈륨계 반도체층(130)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1 임)을 갖는 질화갈륨계 반도체 물질일 수도 있으며, MOCVD 공정과 같은 공지의 질화물 증착공정을 통해 형성될 수 있다.

한편, 상기 활성층(140)은 하나의 양자우물층 또는 더블헤테로 구조로 형성될 수도 있다.

상기 발광 구조물(160)의 외곽영역, 즉, 제1전극(170)과 제2전극(180)이 형성된 영역을 제외한, 발광 구조물(160)의 외곽부(edge portion)에는, 도전성 기판(110)과 발광 구조물(160)의 전층에 걸쳐서 광자결정 구조(190)가 형성되어 있다.

상기 광자결정 구조(190)는, 전술한 바와 같이, 특정한 파장을 가진 전자기파를 선택적으로 통과시키거나, 진행을 막는 광자 밴드갭을 가지며, 본 발명에서 형성된 광자 밴드갭은 발광 구조물(160), 특히, 활성층(140)의 발광파장을 포함하고 있어서, 발광소자의 측면방향으로 입사되는 광을 반사시켜 상부방향으로 방출시킨다. 다시 말해, 상기 활성층(140)으로부터 발광소자의 측면으로 입사되는 광과, 발광소자 내부에서 전반사되어, 발광소자의 측면으로 방출되는 광을 상부방향으로 반사시킴으로써, 발광소자의 측면으로 입사되어 소실되는 광이나, 발광소자의 내부에서 전반사되어 소실되는 광을 모두 상부방향으로 방출시켜, 외부 광자효율을 향상시키게 된다.

상기 광자결정 구조(190)는 규칙적으로 배열된 홀(190a) 구조로 이루어져 있으며, 상기 홀(190a)은 도 2에 도시된 삼각형 격자(triangular lattice) 배열 이외에도, 다양한 다각형 배열을 이룰 수 있다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 광자결정 구조의 홀 배열을 나타낸 것으로, 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 사각형 격자(square lattice) 배열이나, 도 4에 도시된 바와 같이, 육각형 격자(honeycomb) 배열을 이룰 수 있으며, 이외에도, 홀의 배열이 규칙적인 주기성만 가진다면, 어떠한 배열도 가능하다.

한편, 상기 홀(190a)의 크기(R)는 약 0.001 ~ 1 ㎛ 범위에 있는 것이 바람직하며, 상기 홀(190a) 사이의 간격 또는 거리(d)는 0.001 ~ 1000 ㎛ 범위에 있는 것이 바람직하다. 이때, 홀의 배열 형태에 따라서, 홀(190a)의 크기 및 홀 사이의 거리가 상기 범위 내에서 조정될 수 있다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 질화물계 반도체 발광소자(100)는, 광자결정 구조(190)를 전극의 형성영역을 제외한, 발광소자의 외곽영역(edge region)에 발광소자의 전층에 걸쳐서 형성함에 따라, 발광소자의 측면으로 입사되어 소실되는 모든 광을 상부방향으로 방출시킴에 따라 외부 광자효율을 효과적으로 증가시킬 수 있게 된다.

이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법에 대해서 설명하도록 한다.

도 5a ~ 도 5e는 본 발명에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 제조공정을 설명하기 위한 공정 단면도이다.

먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이, 사파이어 기판(205)을 준비한 다음, 상기 사파이어 기판(205) 상에 질화갈륨계 반도체층으로 이루어진 발광 구조물(260)을 형성한다. 이때, 상기 발광 구조물(260)은 보다 양질의 결정을 성장시키기 위해, 사파이어 기판(205) 상에 GaN/AlN 결정층과 같은 버퍼층(미도시)을 형성한 후, 상기 버퍼층 상에 형성할 수도 있다.

상기 기판(205)은 사파이어 기판 이외에, 징크 옥사이드(zinc oxide, ZnO), 갈륨 나이트라이드(gallium nirtride, GaN), 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC) 및 알루미늄 나이트라이드(aluminium nitride, AlN)로 형성할 수 있다.

상기 발광 구조물(260)은, n형 질화갈륨계 반도체층(250)과 다중우물구조인 GaN/InGaN 활성층(240) 및 p형 질화갈륨계 반도체층(230)을 순차적으로 적층함으로써 형성할 수 있다.

여기서, 상기 n형 및 p형 질화갈륨계 반도체층(250, 230) 및 활성층(240)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1 임)을 갖는 질화갈륨계 반도체 물질일 수 있으며, MOCVD 공정과 같은 공지의 질화물 증착공정을 통해 형성할 수 있다.

한편, 상기 활성층(240)은 하나의 양자우물층 또는 더블헤테로 구조로 형성할 수도 있다.

상기한 바와 같이, 발광 구조물(260)이 형성되면, 도 5b에 도시된 바와 같이, p형 질화갈륨계 반도체층(230) 상에 도전성 접착층(220)을 이용하여, 도전성 기판(210)을 접합시킨다. 본 공정은 p형 질화갈륨계 반도체층(230) 상에 도전성 접착층(220)을 미리 형성한 후에 도전성 기판(210)을 접합시키는 방식이 도시되어 있으나, 이와 달리, 도전성 접착층(220)을 도전성 기판(210)의 하면에 형성한 후에, 그 면을 p형 질화갈륨계 반도체층(230) 상에 접합하는 방식으로 구현할 수도 있다.

상기 도전성 접착층(220)을 구성하는 물질은 플립칩 본딩에 이용될 수 있는 합금일 수 있으며, Au-Sn, Sn, In, Au-Ag 및 Pb-Sn을 포함하는 그룹으로부터 선택된 물질을 이용할 수 있다.

또한, 상기 도전성 기판(210)은 불순물이 도핑되어 도전성을 가질 수 있는 실리콘, 게르마늄 또는 GaAs을 포함하는 기판을 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 도전성 기판(210)의 접착공정이 완료되면, 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 결과물로부터 사파이어 기판을 제거한다. 상기 사파이어 기판(205)은 레이져 용융(Laser Lift-Off, LLO), 기계적 연마, 화학적 식각과 같은 공지된 기판 제거기술 중 하나를 이용하여 제거될 수 있다.

이어서, 도 5d에 도시된 바와 같이, 상기 결과물의 외곽영역, 즉, 후술 공정에서 이루어지는 n형 및 p형 전극이 형성될 영역을 제외한 영역에, 복수의 홀(290a)이 주기성을 가지고 규칙적으로 배열된 광자결정 구조(290)를 형성한다.

상기 광자결정 구조(290)는 공지된 포토 리소그래피(photo lithography) 공정, E-beam 리소그래피(e-beam lithography) 공정, 레이저 홀로그램 리소그래피, 또는 EUV 리소그래피 방법을 통하여 형성할 수도 있다.

한편, 스탬프를 막에 찍어 눌러서 스탬프의 패턴을 막에 전사하는 방법을 통한 임프린팅(imprinting) 방법도 이용할 수도 있으며, 상기 임프린팅 방법은, 발광 소자 구조물의 상부에 있는 막의 형상을 광결정 패턴으로 형성 한 다음, 상기 광결정 패턴이 형성된 막으로 마스킹하고, 발광 소자 구조물을 식각하여 광자결정 구조를 형성하는 것으로, 고가의 포토리소그래피 공정을 수행하지 않아도 되어 제조 비용을 낮출 수 있고, 이 기술은 ㎚ 단위까지의 패턴을 형성할 수 있는 장점이 있다.

위와 같은 방법을 통해 광자결정 구조를 형성한 후에는, 도 5e에 도시된 바와 같이, 도전성 기판(210)과 n형 질화갈륨계 반도체층(250)의 노출면, 즉, 광자 결정구고자 형성된 영역을 제외한 발광소자의 중심영역에 p형 전극(280) 및 n형 전극(270)을 각각 형성함으로써, 본 발명에 따른 질화물계 반도체 발광소자를 완성할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 이와 같은 공정을 통해 제작된 본 발명의 질화물계 반도체 발광소자(200)는 발광소자의 외곽영역의 전층에 걸쳐서 형성된 광자결정 구조로 인해 발광소자의 측면으로 입사 또는 방출되는 광을 모두 상부로 반사시켜 외부 광자효율을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 질화물계 반도체 발광소자는, 종래 발광 소자의 표면 에 텍스쳐를 형성하는 방법이나, 금속 반사막을 형성하는 방법에서, 에천트나 반사막 형성에 따라 발생될 수 있는 리키지성 불량이나, 크랙등의 불량을 해결할 수 있을 뿐 아니라, 외부 광자효율을 더욱 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

더욱이, 종래 패키지 사면에 반사막을 형성하는 방법에서는, 사이드월(side-wall)의 LED 소자와 공기의 굴절율 차이로 인해 전반사 각도보다 작은 각도로 입사되는 일부의 빛만 이동경로를 변경할 수 있고, 나머지는 전반사 되어 소자 내부에서 다시 반사되거나 소멸되어 사이드월로 이동하는 모든 빛을 방출시킬 수 없었으나, 본 발명에서는 사이드월로 이동하는 모든 광을 상부로 반사시킴에 따라, 외부 광자효율이 더욱 향상된 발광소자를 제공할 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.

상술한 바와 같이, 본 발명은 발광소자의 외곽영역에 전층에 걸쳐서 형성된 광자결정 구조를 통해, 발광소자의 측면을 통해 방출되어 소멸되는 모든 광을 반사시킴으로써, 외부 광자효율이 더욱 향상시킬 수 있다.

Claims

발광 구조물;

상기 발광 구조물의 상면에 형성된 제1전극; 및

상기 발광 구조물의 하면에 형성된 제2전극을 포함하여 형성되며,

상기 제1 및 제2전극의 형성영역을 제외한 상기 발광구조물의 외곽영역에, 발광 구조물 전층에 걸쳐 광자결정 구조를 갖는 질화물계 반도체 발광소자.
제1항에 있어서,

상기 발광구조물은,

p형 질화물계 반도체층;

p형 질화물계 반도체층 상에 형성된 활성층; 및

상기 활성층 상에 형성된 n형 질화물계 반도체층을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자.
제2항에 있어서,

상기 활성층은,

적어도 하나 이상의 양자우물구조를 갖는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도 체 발광소자
제2항에 있어서,

상기 발광 구조물은 AlxInyGa(1-x-y)N (여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1 임) 조성식을 갖는 질화물계 반도체인 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자.
제1항에 있어서,

상기 광자결정 구조는, 규칙적인 배열을 갖는 홀(hole)인 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자.
제5항에 있어서,

상기 홀은 다각형 구조의 배열을 갖는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자.
제5항에 있어서,

상기 홀의 크기는 0.001 ~ 1 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자.
제5항에 있어서,

상기 홀 간의 간격은 0.001 ~ 1000 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자.
제1항에 있어서,

상기 발광 구조물과 제2전극 사이에 형성된 도전성 기판을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자.
제9항에 있어서,

상기 광자결정 구조는 도전성 기판에 걸쳐 형성된 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자.
제1항에 있어서,

상기 광자결정 구조의 밴드갭이 발광 구조물의 발광파장을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자.
도전성 기판;

상기 도전성 기판 상에 형성되며, p형 질화물계 반도체층과, p형 질화물계 반도체층 상에 형성된 활성층 및 상기 활성층 상에 형성된 n형 질화물계 반도체층으로 이루어진 발광 구조물;

상기 n형 질화물계 반도체층 상에 형성된 n형 전극; 및

상기 p형 질화물계 반도체층의 하면에 형성된 p형 전극을 포함하며,

상기 n형 전극 및 p형 전극의 형성영역을 제외한, 상기 발광 구조물 및 도전성 기판의 외곽영역에, 상기 발광 구조물 및 도전성 기판의 전층에 걸쳐서 형성되며, 상기 발광 구조물의 발광파장을 포함하는 광자 밴드갭을 가지는 광자결정 구조가 형성된 질화물계 반도체 발광소자.
제12항에 있어서,

상기 도전성 기판과 발광 구조물 사이에 형성된 도전성 접착층을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자.
제12항에 있어서,

상기 발광 구조물은 AlxInyGa(1-x-y)N (여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1 임) 조성식을 갖는 질화물계 반도체인 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자.
제12항에 있어서,

상기 광자결정 구조는, 규칙적인 배열을 갖는 홀(hole)인 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자.
제15항에 있어서,

상기 홀은 다각형 구조의 배열을 갖는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자.
제15항에 있어서,

상기 홀의 크기는 0.001 ~ 1 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자.
제15항에 있어서,

상기 홀 간의 간격은 0.001 ~ 1000 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자.
제1기판을 준비하는 단계;

상기 기판 상에 발광 구조물을 형성하는 단계;

상기 발광 구조물 상부에 제2기판을 부착하는 단계;

상기 제1기판을 제거하는 단계;

상기 발광 구조물 및 제2기판의 외곽영역에, 발광 구조물의 발광파장을 포함하는 광 밴드갭을 갖는 광자결정 구조를 형성하는 단계;

상기 광자결정 구조가 형성된 영역을 제외한, 상기 발광 구조물 상에 제1전극을 형성하는 단계; 및

상기 광자결정 구조가 형성된 영역을 제외한, 상기 제2기판의 노출면에 제2전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법.
제19항에 있어서,

상기 발광 구조물을 형성하는 단계는,

상기 제1기판 상에 n형 질화물계 반도체층을 형성하는 단계;

상기 n형 질화물계 반도체층 상에 적어도 하나 이상의 양자우물 구조를 갖는 활성층을 형성하는 단계; 및

상기 활성층 상에 p형 질화물계 반도체층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법.
제19항에 있어서,

상기 광자결정 구조는 포토 리소그래피(photo lithography) 방법을 통해 형성하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법.
제19항에 있어서,

상기 광자결정 구조는 e-빔 리소그래피(e-beam lithography) 방법을 통해 형성하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법.
제19항에 있어서,

상기 광자 결정구조는 나노 임프린팅(nano-imprinting) 방법을 통해 형성하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법.