KR101079415B1

KR101079415B1 - 반도체 발광소자 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101079415B1
Application number: KR1020040013481A
Authority: KR
Inventors: 최영호; 이범석; 김혜원
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2004-02-27
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2011-11-02
Also published as: KR20050087584A

Abstract

광출력 효율을 향상시킬 수 있는 반도체 발광소자 및 그 제조방법이 개시된다.

본 발명의 반도체 발광소자는, 기판 상에 규칙적인 요철들이 배열되어 형성된 제1 텍스처링; 상기 제1 텍스처링이 형성된 기판 상에 n형 콘택층, 활성층 및 p형 콘택층이 순차적으로 적층 형성되어 이루어지는 발광층; 상기 p형 콘택층 상에 규칙적인 요철들이 배열되어 형성된 제2 텍스처링; 및 상기 제2 텍스처링이 형성된 p형 콘택층 상에 형성된 보호층을 포함한다.

반도체 발광소자, LED, 규칙적인 텍스처링, 광출력 효율

Description

반도체 발광소자 및 그 제조방법{Semiconductor light-emitting device and fabrication method thereof}

도 1은 본 발명에 따른 굴절률이 상이한 두 물질이 이루는 경계면에 주기적인 구조물, 즉 규칙적인 텍스처링을 형성한 예를 도시한 도면.

도 2a는 규칙적인 텍스처링이 4각으로 배열된 2차원 격자 구조를 나타낸 도면.

도 2b는 규칙적인 텍스처링이 3각으로 배열된 2차원 격자 구조를 나타낸 도면.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 구조를 나타낸 단면도.

도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반도체 발광소자에 적용되는 텍스처링을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반도체 발광소자에서 다양한 식각 공정에 따라 형성되는 텍스처링의 모양을 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 명칭>

1 : 기판 2 : n형 콘택층

3 : 활성층 4 : p형 콘택층

5 : 발광층 6 : 투명 보호층

7, 8 : 텍스처링

본 발명은 반도체 발광소자에 관한 것으로, 특히 광출력 효율을 향상시킬 수 있는 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

다양한 종류의 능동 및 수동 발광소자들(light-emitting devices)이 개발되어 평판 패널 디스플레이 소자(FPD : Flat-Panel Display)에 적용되고 있다.

이러한 발광소자들 중에서 반도체 발광 소자는 폭발적으로 개발되어 실내 및 옥외 디스플레이 장치에 널리 사용되고 있다.

일반적으로, 반도체 발광소자는 기판 상에 n형 콘택층(또한, 클래드층), 활성층 및 p형 콘택층을 적층 성장시켜 제조되게 된다. 이때, 상기 p형 콘택층을 보호하기 위해 별도의 투명 보호층이 더 구비될 수 있다. 또한, 상기 n형 콘택층 및 p형 콘택층 상에는 전압을 인가하기 위한 전극이 형성되게 된다.

광 굴절 법칙에 따르면, 매질(I)의 광이 다른 매질(II)로 입사되는 경우 다음과 같은 조건(수학식 1)을 만족하는 방향으로 광이 진행하게 된다.

[수학식 1]

sinθ1n1=sinθ2n2

여기서, θ1및 θ2는 경계면(interface)에 대한 입사각이고, n1및 n2는 해당 물질의 굴절률(index of refraction)이다.

이러한 조건을 만족하지 않는 경우, 입사광은 다른 매질(II)로 투과되지 않고 반사되게 된다.

이때, 매질(I)의 굴절률이 다른 매질(II)의 굴절률보다 큰 경우, 입사각(θ)은 임계각(θc=arcsin(n2/n1))보다 작아야 한다. 그렇지 않으면 입사하는 모든 광은 내부 전반사(total internal reflection)가 발생되어 다른 매질(II)로 진행되지 못하게 된다.

상기와 같이 이루어진 반도체 발광소자에서 반도체 물질(n형 콘택층, 활성층 및 p형 콘택층)은 주변, 예컨대 공기(n~1)나 투명 보호층(n~1.5)보다 훨씬 큰 굴절률(n~2.2-2.8)을 갖는다.

따라서, 반도체 물질, 즉 활성층에서 발광된 광이 임계각(θc)보다 큰 입사각(θ)을 갖고 주변으로 진행될 때, 내부 전반사가 발생되어 반사되게 되고, 이와 같이 반사된 광에 의해 반도체 발광소자의 광출력효율을 제한하게 된다. 여기서, 내부 전반사란 광이 굴절률이 높은 곳에서 낮은 곳으로 진행될 때, 임계각(θc)이상의 입사각(θ)으로 입사되면, 경계면을 통과하지 못하고 반사하는 현상을 일컫는다.

한편, 상기 반도체 물질과 주변과의 경계면에서는 프레즈넬(Fresnel) 손실도 발생되게 된다. 프레즈넬 손실은 굴절률이 불연속적인 경계면에서 광의 일부가 반사됨으로써 발생되는 손실(loss)로서, 일명 반사 손실(reflection loss)로도 불린다.

최근 들어, 광출력 효율을 향상시키기 위한 여러 가지 방법들이 제안되었다.

첫 번째 방법은 발광 소자의 기하학적인 구조를 변경하여 소자 내에서 생성된 광의 대부분을 주변의 경계면을 통해 외부로 방출시키는 것이다. 즉, 이와 같은 기하학적인 구조의 일 예로는 구체의 중심에 활성층을 점광원으로 형성하는 것이다. 이에 따라 점광원 활성층에서 생성된 광이 모든 면(surface)에 수직으로 도달하게 되어 임계각 이내로 광이 입사하게 되어 내부 전반사에 의한 손실 없이 모든 광이 외부로 방출되게 된다. 하지만, 이와 같은 구체의 활성층을 갖는 발광 소자는 공정이 매우 복잡하여 제조하기가 어렵고 또한 비용이 많이 드는 단점이 있다.

두 번째 방법은 발광 소자의 표면에 무반사 코팅(anti-reflection coating)을 도포시키는 것이다. 이러한 방법은 프레즈넬 손실은 줄일 수 있지만, 내부 전반사에 따른 손실은 줄이기가 힘들게 되므로 실효성이 별로 없게 된다.

세 번째 방법은 발광 소자의 표면에 임의의 텍스처링(random texturing)을 형성하는 것이다. 즉, 직경 1㎛ 정도 혹은 그 이하의 실리카 또는 폴리스티렌 구체를 발광 소자 표면에 무질서하게 분산 도포시킨 다음, 이러한 구체들을 마스크로 이용하여 발광소자의 표면을 일정 깊이로 식각하여 임의의 텍스처링을 형성하게 된다.

이러한 방법은 텍스처링된 경계면에서 광이 임의로 산란되도록 하여 내부 전 반사된 광이 여러 번의 반사를 거치면서 임계각 이하가 되도록 함으로써, 발광소자의 표면을 통해 외부로 방출되는 광의 양을 늘려주어 광출력 효율을 향상시킬 수 있다.

하지만, 내부 전반사가 반복됨에 따라 상당량의 광이 내부에서 흡수되므로 광출력 효율을 향상시키는데 있어서 한계가 존재하게 된다.

따라서, 본 발명은 광출력 효율을 향상시키기 위해 적어도 하나 이상의 규칙적인 텍스처링 구조물을 갖는 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 반도체 발광소자는, 기판 상에 규칙적인 요철들이 배열되어 형성된 제1 텍스처링; 상기 제1 텍스처링이 형성된 기판 상에 n형 콘택층, 활성층 및 p형 콘택층이 순차적으로 적층 형성되어 이루어지는 발광층; 상기 p형 콘택층 상에 규칙적인 요철들이 배열되어 형성된 제2 텍스처링; 및 상기 제2 텍스처링이 형성된 p형 콘택층 상에 형성된 보호층을 포함한다.

상기 반도체 발광소자에 따르면, 상기 제1 및 제2 텍스처링 중 하나의 텍스처링은 반사형으로 형성되고, 다른 텍스처링은 투과형으로 형성되어, 상기 반사형 텍스처링에 의해 반사되어 상기 투과형 텍스처링에 의해 투과될 수 있다.

이때, 상기 반사형 또는 투과형은 상기 제1 및 제2 텍스처링의 반복 주기, 크기 및 모양에 따라 결정될 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 텍스처링은 3각 또는 4각 중 하나로 배열된 격자 구조로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 텍스처링의 굴절률은 상기 발광층의 굴절률보다는 작고 상기 기판 및 상기 보호층의 굴절률보다는 큰 것이 바람직하다.

이때, 상기 제1 텍스처링은 상기 기판과 동일한 물질 또는 상기 기판과 상이한 제3의 물질 중 하나로 이루어지고, 상기 제2 텍스처링은 상기 p형 콘택층과 동일한 물질 또는 상기 p형 콘택층과 상이한 제3의 물질 중 하나로 이루어질 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 반도체 발광소자의 제조방법은, 기판 상에 규칙적인 요철들이 배열된 제1 텍스처링을 형성하는 단계; 상기 제1 텍스처링이 형성된 기판 상에 n형 콘택층, 활성층 및 p형 콘택층이 순차적으로 적층 형성하는 단계; 상기 p형 콘택층 상에 규칙적인 요철들이 배열된 제2 텍스처링을 형성하는 단계; 및 상기 제2 텍스처링이 형성된 p형 콘택층 상에 보호층을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명은 발광 소자의 활성층 상하로 규칙적인 요철을 갖는 텍스처링을 형성하여 광출력 효율을 향상시키는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 굴절률이 상이한 두 물질이 이루는 경계면에 주기적 인 구조물, 즉 규칙적인 텍스처링을 형성한 예를 도시한 도면이다.

여기서, n1<nt≤n2이다. 즉, 제1 매질(I)의 굴절률은 n2이고, 제2 매질(II)의 굴절률은 n1이며, 상기 제1 매질(I) 및 상기 제2 매질(II)의 경계면에 형성된 규칙적인 텍스처링의 매질(III)의 굴절률은 nt이다. 따라서, 굴절률은 제1 매질(I)이 가장 크고, 규칙적인 텍스처링의 매질(III)은 상기 제1 매질(I)의 굴절률과 같거나 이보다 약간 더 작게 되며, 상기 제2 매질(II)의 굴절률은 상기 규칙적인 텍스처링의 매질(III)보다 작게 된다. 이때, 광은 굴절률이 높은 제1 매질(I)에서 굴절률이 낮은 제2 매질(II)로 진행하는 것으로 가정한다.

일반적으로, 규칙적인 텍스처링의 매질(III)이 형성되지 않은 경우에는 제1 매질(I)과 제2 매질(II) 사이에는 상당한 굴절률의 차가 발생하게 되어, 상기 제1 매질(I)에서 상기 제2 매질(II)로 광이 입사될 때 입사각 대비 출사각이 상당히 굴절되어 상기 제2 매질(II)로 진행하게 된다. 이때, 상기 제2 매질(II)로 입사되는 입사각이 임계각 이상으로 진행되는 경우에는 해당 광이 상기 제2 매질(II)로 진행되지 못하고 모두 전반사되게 된다.

하지만, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1 매질(I)과 상기 제2 매질(II) 사이에 규칙적이면서 주기적인 요철을 갖는 텍스처링의 매질(III)이 형성되게 되면, 광의 입사각이 임계각 이상이 되더라도 전반사되지 않고 상기 제2 매질(II)로 투과되어 진행될 수 있게 된다.

이와 같이, 상기 제1 매질(I)과 상기 제2 매질(II) 사이에 형성된 규칙적인 텍스처링의 매질(III)은 상기 제1 매질(I)과 상기 제2 매질(II)의 사이의 커다란 굴절률 차이를 보완하여 광이 전반사되지 않고 투과될 수 있도록 하여 주는 매개체 역할을 하게 된다.

한편, 상기 규칙적인 텍스처링의 반복 주기, 크기 및 모양을 적적하게 선택하면, 임계각보다 이상으로 경계면에 도달하는 광을 전반사시키지 않고 투과되도록 할 수 있고, 또한 임계각보다 이하로 경계면에 도달하는 광을 전반사시킬 수도 있다. 여기서, 편의상 전자를 투과 텍스처링이라 하고, 후자를 반사 텍스처링이라 한다.

예를 들어, 규칙적인 텍스처링의 반복 주기를 발광소자에서 생성된 광의 파장과 비슷한 크기가 되도록 충분히 작게 만든 투과 텍스처링으로 만들어 주면, 내부 전반사될 광이 경계면을 통과할 수 있다.

반대로, 규칙적인 텍스처링의 반복 주기를 충분히 크게 만든 반사 텍스처링으로 만들어 주면, 투과되어야 할 광이 투과되지 않고 모두 전반사될 수 있다.

또한, 규칙적인 텍스처링의 모양을 부드러운 곡선 형태로 만들어 주면, 광이 주로 낮은 차수의 모드로 회절되게 되어 경계면을 투과할 확률을 증가시킬 수 있고, 반대로 규칙적인 텍스처링의 모양을 도 1에 도시한 바와 같이 각진 형태로 만들어 주면, 광이 주로 높은 차수의 모드로 회절되게 되어 내부 전반사될 확률을 증가시킬 수 있다.

따라서, 규칙적인 텍스처링의 목적인 투과용인지 또는 반사용인지에 따라 텍스처링의 반복 주기, 크기 및 모양을 선택하여 줄 수 있다.

일반적으로, 발광 소자는 내부의 활성층에서 광이 생성되어 모든 방향으로 방사되게 된다.

하지만, 실제로 상품화하기 위해서는 활성층에서 생성된 광을 가급적 한 반향으로 지향시키는 것이 바람직하다.

그러므로, 규칙적인 텍스처링을 활성층의 상하에 형성하여, 하나의 규칙적인 텍스처링은 투과용으로 사용하고 다른 하나의 규칙적인 텍스처링은 반사용으로 사용함으로써, 활성층에서 생성된 광을 한 방향으로 지향시켜 광출력 효율을 보다 향상시킬 수 있을 것이다.

또한, 규칙적인 텍스처링은 도 2a 및 도 2b에 나타낸 바와 같이, 2차원 격자 구조를 갖는 것이 바람직하다. 이와 같이 규칙적인 텍스처링을 2차원 격자 구조로 만들어 줌으로써, 광이 가급적 한 방향으로 진행될 수 있다.

도 2a는 규칙적인 텍스처링이 4각으로 배열된 2차원 격자 구조를 나타내고, 도 2b는 규칙적인 텍스처링이 3각으로 배열된 2차원 격자 구조를 나타낸다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 구조를 나타낸 단면도이다.

도 3을 참조하면, 반도체 발광소자는 기판(1) 상에 n형 콘택층(2), 활성층(3) 및 p형 콘택층(4)으로 이루어지는 발광층(5)이 형성된다. 이때, 상기 p형 콘택층(4)을 보호하기 위한 투명 보호층(6)이 상기 p형 콘택층(4) 상에 형성된다. 또한, 도 3에는 도시되지 않았지만, 상기 반도체 발광소자에 소정의 전압을 인가하기 위한 n형 전극이 상기 n형 콘택층(2) 상에 부착되고, p형 전극이 상기 p형 콘택층(4) 상에 부착되게 된다.

상기 p형 전극 및 상기 n형 전극으로 소정의 전압이 인가되면, 상기 p형 콘택층(4)과 상기 n형 콘택층(2) 사이에 순 바이어스 전압이 걸리게 되어 홀들 및 전자들이 상기 활성층(3)으로 이동하게 되고, 상기 활성층(4)에서 홀들 및 전자들이 재결합(recombination)하면서 소정의 광이 생성되어 사방으로 방사되게 된다.

이때, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 발광층(5)은 상기 기판(1)이나 상기 투명 보호층(6)보다 훨씬 큰 굴절률을 갖게 된다. 상기 활성층(3)에서 생성되어 임계각 이상으로 상기 기판(1)이나 상기 투명 보호층(6)으로 입사되는 광은 상기 기판(1)이나 상기 투명 보호층(6)으로 투과되지 못하고 내부 전반사되어 다시 활성층(3)으로 입사되게 된다. 이와 같이 재입사된 광은 n형 콘택층(2), p형 콘택층(4) 및 활성층(3)을 거치면서 흡수되게 되어, 전체적으로 반도체 발광소자의 광출력효율을 저하시키게 된다.

이러한 광출력 효율의 저하를 방지하기 위해 본 발명에서는 상기 발광층(5)의 상하로 소정의 규칙적인 텍스처링(7, 8)을 형성시킨다. 즉, 상기 기판(1) 및 상기 발광층(5), 구체적으로는 상기 n형 콘택층(2) 사이에 제1 텍스처링(7)을 형성시키는 동시에, 상기 발광층(5), 구체적으로는 상기 p형 콘택층(4)과 상기 투명 보호층(6) 사이에 제2 텍스처링(8)을 형성시킨다. 여기서, 상기 제1 및 제2 텍스처링(7, 8)은 규칙적이고 주기적인 요철들로 이루어지게 된다. 이때, 상기 주기적인 요철들은 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 3각 또는 4각으로 배열된 2차원 격자 구조로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제1 텍스처링(7)은 상기 기판(1)을 가공하여 상기 기판(1)과 동일한 물질로 형성될 수도 있고, 또는 상기 기판(1) 상에 상기 기판(1)과 별개인 제3의 물질(예컨대, 유전물질, 금속물질 등)로 형성될 수 있다. 마찬가지로, 상기 제2 텍스처링(8)은 상기 p형 콘택층(4)을 가공하여 상기 p형 콘택층(4)과 동일한 물질로 형성될 수도 있고, 또는 상기 p형 콘택층(4) 상에 상기 p형 콘택층(4)과 별개인 제3의 물질(예컨대, 유전물질, 금속물질 등)로 형성될 수 있다.

따라서, 상기와 같은 구조로 이루어진 반도체 발광소자는 상기 활성층(3)에서 생성되어 임계각 이상으로 상기 기판(1)이나 상기 투명 보호층(6)으로 입사되는 광은 상기 제1 및 제2 텍스처링(7, 8)에 의해 상당 부분 전반사되지 않고 상기 기판(1)이나 상기 투명 보호층(6)으로 투과될 수 있다. 이에 따라 상기 제1 및 제2 텍스처링(7, 8)이 존재하지 않는 반도체 발광소자에 비해 광출력 효율을 향상시킬 수 있다.

이미 설명한 바와 같이, 반도체 발광소자를 실제적으로 상용화하고자 하면, 가급적 상기 활성층(3)에서 생성된 광을 한 방향으로 진행되도록 하여 광출력 효율을 향상시키는 것이 바람직하다.

이를 위해, 본 발명에서는 상기 제1 및 제2 텍스처링(7, 8) 중 하나의 텍스처링을 반사형으로 형성시키고, 다른 텍스처링을 투과형으로 형성시킬 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 텍스처링(7)이 반사형으로 형성되는 경우, 상기 제2 텍스처링(8)은 투과형으로 형성시킬 수 있다. 이와 같이 상기 제1 및 제2 텍스처링(7, 8)을 형성시키게 되면, 광이 주로 상기 제2 텍스처링(8) 방향으로 진 행되게 된다. 즉, 상기 활성층(3)에서 생성된 광 중에서 일부분이 상기 제1 텍스처링(7)으로 입사된 광이 내부 전반사에 의해 반사되게 되어 상기 제2 텍스처링(8)으로 입사되게 되고, 또한 다른 일 부분이 직접 상기 제2 텍스처링(8)으로 입사되게 된다. 따라서, 상기 제2 텍스처링(8)으로 입사된 광은 대부분 투과되어 외부로 방출될 수 있어 보다 높은 광출력 효율을 얻을 수 있다.

반대로, 상기 제1 텍스처링(7)이 투과형으로 형성되는 경우, 상기 제2 텍스처링(8)은 반사형으로 형성시킬 수 있다. 이와 같이 상기 제1 및 제2 텍스처링(7, 8)을 형성시키게 되면, 광이 주로 투과형으로 형성된 상기 제1 텍스처링(7)을 통해 외부로 방출되게 되어 보다 높은 광출력 효율을 얻을 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 상기 제1 및 제2 텍스처링(7, 8)은 반복 주기, 크기 및 모양을 변경함으로써, 반사형 또는 투과형으로 형성될 수 있다.

즉, 텍스처링의 반복 주기를 반도체 발광소자에서 생성된 광의 파장에 유사하도록 형성시키든지, 모양을 부드러운 곡선 형태로 형성시키게 되면, 해당 텍스처링은 투과형으로 동작되어 해당 텍스처링에 입사된 광은 투과될 수 있다.

이와는 반대로, 텍스처링의 반복 주기를 반도체 발광소자에서 생성된 광의 파장보다 훨씬 크도록 형성시키든지, 모양을 각진 형태로 형성시키게 되면, 해당 텍스처링은 반사형으로 동작되어 해당 텍스처링에 입사된 광이 반사될 수 있다.

이에 따라, 상기 활성층(3)에서 생성된 광은 광 진행 방향에 따라 상기 투명 보호층(8) 방향으로 진행되도록 조절할 수 있고, 또한 상기 기판(1) 방향으로 진행되도록 조절할 수 있다.

이하에서 본 발명의 반도체 발광소자에서 텍스처링을 형성하는 방법을 설명한다.

도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반도체 발광소자에 적용되는 텍스처링을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 4a 내지 도 4d에 도시된 텍스처링은 기판 또는 p형 콘택층을 이용하여 상기 기판 또는 상기 p형 콘택층에 형성될 수 있다. 즉, 기판의 표면을 식각하여 상기 기판과 동일한 물질을 갖는 텍스처링을 형성할 수 있고, 또한 p형 콘택층의 표면을 식각하여 상기 p형 콘택층과 동일한 물질을 갖는 텍스처링을 형성할 수도 있다.

물론, 텍스처링은 상기 기판과 상이한 제3의 재질(예컨대, 유전물질, 금속 물질 등)로 상기 기판 상에 형성할 수도 있고, 또한 상기 p형 콘택층과 상이한 제3의 물질(예컨대, 유전물질, 금속 물질 등)로 상기 p형 콘택층 상에 형성할 수도 있다.

먼저, 도 4a에 나타낸 바와 같이, 텍스처링을 형성할 매질(9)에 하드 마스크(10)와 레지스트(11)(예컨대, 포토레지스트 등)를 순차적으로 증착 및 도포한다.

도 4b에 나타낸 바와 같이, 상기 레지스트(11)를 대상으로 소정의 리소그래피(lithography) 기법을 이용하여 원하는 텍스처링을 형성하기 위한 소정의 레지스터 패턴(12)을 형성한다. 상기 레지스트 패턴(12)을 형성하기 위한 리소그래피 기법으로는 포토 리소그래피(photo lithography), 이빔 리소그래피(e-beam lithography), 레이저 간섭 리소그래피(laser interference lithography), 임프린트 리소그래피(imprint lithography), AFM(Atomic Force Microscope) 리소그래피(ATM lithography) 등이 사용될 수 있다.

도 4c에 나타낸 바와 같이, 상기 레지스트 패턴(12)을 식각 마스크로 하여 해당 매질(9)의 일정 깊이가 되도록 식각한다. 이때, 식각은 건식 식각(dry etching)이나 습식 식각(wet etching) 중 어떠한 것을 사용해도 상관없다.

다만, 건식 식각 중에 상기 레지스트 패턴(12)이 플라즈마 등에 의한 이온 충격을 충분히 견딜 수 있는 경우, 상기 하드 마스크(10)는 사용하지 않아도 상관없다. 즉, 상기 하드 마스크(10)는 건식 식각 공정 중 이온 충격 등에 의해 레지스트 패턴(12)이 견디지 못하여 해당 매질(9)의 식각이 금지된 부분까지 식각되는 것을 방지하기 위해 사용되게 된다.

한편, 식각 방법에 따라 텍스처링이 다양한 모양으로 형성될 수 있다.

건식 식각을 수행하면 이방성 식각이 이루어지므로, 도 5a에 도시된 바와 같이 텍스처링이 사각 형태로 수직으로 식각된다.

이때, 건식 식각의 공정 변수를 조절하면, 도 5b에 도시된 바와 같이 텍스처링이 테이퍼링(tapering)된 형태로 식각되어진다. 즉, 텍스처링의 측면이 아래로 내려갈수록 일정하게 경사지게 된다.

반면에, 습식 식각을 수행하면 등방성 식각이 이루어지므로, 도 5c에 도시된 바와 같이 텍스처링의 측면이 아래로 내려갈수록 경사정도가 완만해지게 된다.

이와 같은 습식 식각만을 수행하게 되면, 텍스처링의 상부가 거의 다 무너지 게 되어 정상적인 텍스처링이 형성하기가 어렵다.

따라서, 도 5d에 나타낸 바와 같이, 건식 식각과 습식 식각을 적절하게 조합하면, 상부 폭도 일정 정도 유지하면서 아래로 내려갈수록 완만한 형태의 경사를 갖는 텍스처링을 형성할 수 있다.

한편, 도 4d에 나타낸 바와 같이, 상기 레지스트 패턴(12)과 하드 마스크(10)를 제거함으로써, 해당 매질(9)에 규칙적인 요철들로 배열된 텍스처링(14)을 형성할 수 있다.

이와 같은 텍스처링 형성 방법을 이용하여 반도체 발광소자를 제조할 수 있다.

먼저, 반도체 발광소자를 제조하기 위한 기판이 마련된다.

이어서, 앞서 설명한 텍스처링 형성 방법을 이용하여 상기 기판 상에 제1 텍스처링을 형성한다.

상기 제1 텍스처링이 형성된 기판 상에 n 도핑된 n형 콘택층, 광이 생성되는 활성층 및 p 도핑된 p형 콘택층으로 이루어지는 발광층을 순차적으로 형성한다.

그리고, 상기 p형 콘택층 상에 앞서 설명한 텍스처링 형성 방법을 이용하여 제2 텍스처링을 형성한다.

이때, 상기 제1 및 제2 텍스처링 중 하나는 반사형으로 형성되고, 다른 하나는 투과형으로 형성되는 것이 바람직하다. 이미 설명한 바와 같이, 해당 텍스처링을 반사형 또는 투과형으로 형성하는 것은 반복 주기, 크기 및 모양을 적절하게 조절함으로써 가능하다.

이어서, 상기 제2 텍스처링이 형성된 p형 콘택층 상에 상기 p형 콘택층을 보호하기 위한 투명 보호층이 형성된다.

이에 따라 상기 활성층에서 생성된 광을 한 방향으로 지향시킬 수 있는 반도체 발광소자가 완성되게 된다.

물론, 상기 반도체 발광소자에 소정의 전압을 인가할 수 있도록 상기 n형 콘택층 및 상기 p형 콘택층 상에 n형 전극 및 p형 전극이 형성될 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면, 발광층의 상하에 각각 텍스처링을 형성시킴으로써, 광이 보다 더 외부로 방출될 가능성을 높여, 광출력 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 발광층의 상하에 각각 형성된 텍스처링 중 하나는 반사형으로 그리고 다른 하나는 투과형으로 형성시킴으로써, 발광층에서 생성된 광을 한 방향으로 지향시켜 보다 높은 광출력 효율을 얻을 수 있다.

Claims

기판 상에 규칙적인 요철들이 배열되어 형성된 제1 텍스처링;

상기 제1 텍스처링이 형성된 기판 상에 n형 콘택층, 활성층 및 p형 콘택층이 순차적으로 적층 형성되어 이루어지는 발광층;

상기 p형 콘택층 상에 규칙적인 요철들이 배열되어 형성되며, 상기 제 1 텍스처링과 다른 형상을 가진 제2 텍스처링; 및

상기 제2 텍스처링이 형성된 p형 콘택층 상에 형성된 보호층을 포함하는 반도체 발광소자.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 텍스처링 중 하나의 텍스처링은 반사형으로 형성되고, 다른 텍스처링은 투과형으로 형성되어, 상기 반사형 텍스처링에 의해 반사되어 상기 투과형 텍스처링에 의해 투과되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
제2항에 있어서, 상기 반사형 또는 투과형은 상기 제1 및 제2 텍스처링의 반복 주기, 크기 및 모양에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 텍스처링은 3각 또는 4각 중 하나로 배열된 격자 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 텍스처링의 굴절률은 상기 발광층의 굴절률보다는 작고 상기 기판 및 상기 보호층의 굴절률보다는 큰 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
제1항에 있어서, 상기 제1 텍스처링은 상기 기판과 동일한 물질 또는 상기 기판과 상이한 제3의 물질 중 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
제1항에 있어서, 상기 제2 텍스처링은 상기 p형 콘택층과 동일한 물질 또는 상기 p형 콘택층과 상이한 제3의 물질 중 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
기판 상에 규칙적인 요철들이 배열된 제1 텍스처링을 형성하는 단계;

상기 제1 텍스처링이 형성된 기판 상에 n형 콘택층, 활성층 및 p형 콘택층이 순차적으로 적층 형성하는 단계;

상기 p형 콘택층 상에 규칙적인 요철들이 배열된 제2 텍스처링을 형성하는 단계; 및

상기 제2 텍스처링이 형성된 p형 콘택층 상에 보호층을 형성하는 단계를 포함하고,

상기 제 2 텍스처링을 형성하는 단계는 상기 제 1 텍스처링과 다른 형상을 가진 제 2 텍스처링을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 발광소자의 제조방법.
제8항에 있어서, 상기 제1 및 제2 텍스처링 중 하나의 텍스처링은 반사형으로 형성되고, 다른 텍스처링은 투과형으로 형성되어, 상기 반사형 텍스처링에 의해 반사되어 상기 투과형 텍스처링에 의해 투과되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.
제9항에 있어서, 상기 반사형 또는 투과형은 상기 제1 및 제2 텍스처링의 반복 주기, 크기 및 모양에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.
제8항에 있어서, 상기 제1 텍스처링은 상기 기판과 동일한 물질 또는 상기 기판과 상이한 제3의 물질 중 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.
제8항에 있어서, 상기 제2 텍스처링은 상기 p형 콘택층과 동일한 물질 또는 상기 p형 콘택층과 상이한 제3의 물질 중 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.
제8항에 있어서, 상기 제1 및 제2 텍스처링은 3각 또는 4각 중 하나로 배열된 격자 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.
제8항에 있어서, 상기 제1 및 제2 텍스처링은 포토 리소그래피, 이빔 리소그래피, 레이저 간섭 리소그래피, 임프린트 리소그래피, AFM 리소그래피 중 하나를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.