KR101229814B1 - 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광 소자에 관한 것으로, 전도성 호스트 기판과, 상기 전도성 호스트 기판 상에 형성된 p 형 질화물 반도체층, 활성층 및 n 형 질화물 반도체층과, 상기 n 형 질화물 반도체층 상에 형성된 투명 전극층 및 n형 전극을 포함하는 발광 소자를 제공한다.
이로써, 투명전극으로 전류가 집중되도록 하여 발광 효율을 증가 시킬 수 있는 효과가 있고, 소자를 구성하는 반도체층들의 격자 부정합에 의한 누설전류를 방지할 수 있으며, 반도체층의 노출된 영역이 존재하여 소자의 외부 양자 효율을 증가시킬 수 있다.

Description

발광 소자{luminescence device}
본 발명은 발광 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, GaN계 화합물 반도체 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는, P-N접합의 반도체층 상에 형성되는 투명전극의 구조를 개선하여 외부 발광 효율을 향상시킬 수 있는 발광 소자에 관한 것이다.
종래의 GaN계 발광 소자의 최상층에 형성된 p-GaN층의 전기 전도적 특성이 좋지 않기 때문에, 일반적으로 메탈 합금 형태의 투명전극을 P형 GaN층의 전면에 형성한 다음, 그 상부에 P형 전극을 형성하고 있다.
이러한 투명전극을 통해 발광 소자의 전기 전도적 특성은 향상시킬 수 있지만, 발광층에서 발생한 광을 흡수하는 단점이 발생한다. 또한, 산화물로 구성된 투명한 전극이기 때문에 p-GaN층과 투명전극 사이의 계면에서 많은 열이 발생하여 소자의 신뢰성을 저하시키는 단점이 발생한다.
이러한 문제로 인해 대면적의 소자를 구성하기가 어려웠다. 최근에는 이러한 문제를 해결하기 위해 플립칩(Flip-Chip)의 형태로 소자를 구성하여 대면적 및 대전류 특성의 GaN계 발광 소자에 적용하였다. 이러한 플립칩은 한쪽면에 P형 전극 및 N형 전극을 모두 형성하기 때문에 기존의 단일 전극을 형성하는 소자에 비하여 발광 효율이 떨어지는 단점이 있다.
이에 최근에는 GaN계 발광 소자의 기판으로 널리 사용되는 사파이어의 기판을 제거하여 종래의 발광 소자와 같이 한면에 한개의 전극을 형성하는 소자로 구성하는 수직형 발광 소자에 관해 많은 연구가 이루어지고 있다.
이러한 수직형 발광 소자의 제조 방법에 관해 설명하면 다음과 같다.
도 1a 내지 도 1c는 종래의 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 1a를 참조하면, 종래의 발광 소자는 사파이어 기판(10)상에 버퍼층(20), n-GaN층(30), 활성층(40), p-GaN층(50)을 순차적으로 형성한다.
도 1b를 참조하면, p-GaN층(50) 상에 본딩 메탈(60)을 형성한 다음, 레이져 리프트 오프(Laser Lift Off; LLO)공정을 통해 버퍼층(20)과 사파이어 기판(10)을 제거한다.
도 1c를 참조하면, 이후, n-GaN층(30) 상에 N 전극(70)을 형성한다. 이러한 발광 소자는 단일의 소자로 형성되는 것이 아니라 웨이퍼 상에 수십에서 수만개 이상의 발광 소자를 형성하기 때문에 하부의 사파이어 기판(10)을 제거하기 전에 p-GaN층(50) 상에 본딩메탈(60)과 호스트 기판(미도시)을 접착시킨 다음, 사파이어 기판(10)을 제거한다. 이후, 호스트 기판을 뒤집은 후, n-GaN층(30) 상에 N 전극(70)을 형성한다.
그러나 이렇게 형성되는 소자도 사파이어 기판위에 형성된 GaN계 화합물 반도체 소자의 두께가 워낙 얇기 때문에 대전류 소자를 구성함에 있어서 전류의 전달이 종래의 단면 전극의 소자에 비하여 저하되는 단점이 발생한다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 수직형 발광 소자의 N형 반도체층 및 P형 반도체층 상에 투명전극을 형성하여 소자의 전류 전도성을 향상시킴과 투명전극 패턴을 반도체층 내에 형성하여 투명전극으로 인한 광 흡수율을 낮추어 외부 발광 효율을 극대화할 수 있는 발광 소자 및 이의 제조 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 P형 반도체층과, 서로 연결된 다수의 트렌치가 형성된 N형 반도체층 및 상기 트렌치 내부에 매립된 전극층을 포함하는 발광 소자를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 서로 연결된 다수의 트렌치가 형성된 N형 반도체층과 P형 반도체층 및 상기 트렌치 내부에 매립된 전극층을 포함하는 발광 소자를 제공한다.
여기서, 상기 P형 반도체층 및 상기 N형 반도체층 사이에 형성된 활성층을 더 포함한다. 그리고, 상기 전극층으로 투명전극 및 금속전극을 사용한다. 다수의 상기 트렌치는 수직선 형상, 수평선 형상, 사선 형상 또는 이들의 조합된 형상으로 형성되고, 이들 간이 교차된 메시 형태 또는 빗살무늬 형태로 형성한다.
이때, 상기 N형 반도체층 및 상기 P형 반도체층에 각각 형성된 N형 전극 및 P형 전극을 더 포함하고, 상기 N형 반도체층에 형성된 N형 전극과, 상기 P형 전극층에 접속된 본딩 금속을 포함하는 호스트 기판을 더 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 성장 기판 상에 N형 반도체층 및 P형 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 P형 반도체층에 호스트 기판을 본딩하는 단계와, 상기 성장 기판을 제거하는 단계와, 상기 N형 반도체층에 다수의 트렌치를 형성하는 단계 및 상기 트렌치 내부에 전극층을 형성하는 단계를 포함하는 발광 소자의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 성장 기판 상에 버퍼층, N형 반도체층 및 P형 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 P형 반도체층에 다수의 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 P형 반도체층에 형성된 상기 트렌치 내부에 제 1 전극층을 형성하는 단계와, 상기 P형 반도체층에 호스트 기판을 본딩하는 단계와, 상기 버퍼층 및 상기 성장 기판을 제거하는 단계와, 상기 N형 반도체층에 다수의 트렌치를 형성하는 단계 및 상기 N형 반도체층에 형성된 상기 제 2 트렌치 내부에 제 2 전극층을 형성하는 단계를 포함하는 발광 소자의 제조 방법을 제공한다.
상기의 반도체층에 상기 트렌치를 형성하는 단계는, 상기 반도체층에 소정의 식각 마스크 패턴을 형성하는 단계 및 상기 반도체층의 일부를 식각하여 트렌치를 형성하는 단계를 포함하되, 상기 트렌치 각각이 연결되도록 상기 식각 마스크 패턴을 형성하고, 상기 식각 마스크 패턴을 통해 노출된 영역이 상기 반도체층의 표면영역의 30 내지 80%이다.
그리고, 상기 전극층으로 상기 트렌치 내부에 10% 내지 100%의 깊이로 매립하거나, 상기 전극층을 상기 트렌치 내부면에 소정 두께로 형성한다. 여기서, 상기 P형 반도체층에 상기 호스트 기판을 본딩하는 단계는, 별도의 금속층이 형성된 호스트 기판을 마련하는 단계 및 상기 금속층과 상기 P형 반도체층이 접하도록 상기 호스트 기판과 상기 P형 반도체층을 본딩하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 N형 반도체층 및 상기 P형 반도체층 사이에 활성층을 형성한다.
또한, 본 발명에 따른 전도성 호스트 기판과, 상기 전도성 호스트 기판 상에 형성된 p 형 질화물 반도체층, 활성층 및 n 형 질화물 반도체층과, 상기 n 형 질화물 반도체층 상에 형성된 투명 전극층 및 n형 전극을 포함하는 발광 소자를 제공한다.
여기서, 상기 투명 전극층은 투명도가 50 내지 100% 인 물질을 사용하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 투명 전극층은 ITO로 형성됨을 특징으로 한다. 또한, 상기 투명 전극층은 트렌치가 형성된 상기 n 형 질화물 반도체층 표면의 적어도 일부를 덮도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 트렌치는 수직선 형상, 수평선 형상, 사선 형상, 빗살무늬 형상, 메시 형상 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어진 형상인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 투명 전극층은 상기 트렌치가 형성된 상기 n 형 질화물 반도체층에10~100% 매립된 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 p 형 질화물 반도체층 상에 형성된 트렌치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전도성 호스트 기판과, 상기 전도성 호스트 기판 상에 형성된 p 형 질화물 반도체층, 활성층 및 n 형 질화물 반도체층과, 상기 p 형 질화물 반도체층 및 상기 n 형 질화물 반도체층 상에 각각 형성된 트렌치 및 n형 전극을 포함하는 발광 소자가 제공된다.
여기서, 상기 트렌치는 수직선 형상, 수평선 형상, 사선 형상, 빗살무늬 형상, 메시 형상 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어진 형상인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 n 형 질화물 반도체 층상에 형성된 투명전극층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 반도체층 내에 트렌치를 형성하고, 그 내부에 투명전극을 형성하여, 투명전극으로 전류가 집중되도록 하여 발광 효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 소자를 구성하는 반도체층들의 격자 부정합에 의한 누설전류를 방지할 수 있다.
더욱이, 반도체층의 노출된 영역이 존재하여 소자의 외부 양자 효율을 증가시킬 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 종래의 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 따른 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 트렌치와 그 내부에 형성된 투명전극의 형상을 설명하기 위한 평면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 발광 소자의 효과를 설명하기 위한 개념 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 발광 소자의 광특성을 나타낸 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 따른 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들 이다.
도 2a를 참조하면, 기판(110)상에 버퍼층(120), N형 반도체층(130), 활성층(140) 및 P형 반도체층(150)을 순차적으로 형성한다.
상기의 기판(110)으로는 Al2O3, SiC, ZnO, Si, GaAs, GaP, LiAl2O3, BN, AlN 및 GaN 중 적어도 어느 하나의 기판을 사용한다. 본 실시예에서는 사파이어 기판을 사용한다. 본 실시예에서는 상술한 기판(110)상에 N형 반도체층(130) 형성시 완충역할을 하는 버퍼층(120)을 형성하였다. 하지만 이에 한정되지 않고, 버퍼층(120)을 형성하지 않을 수도 있다.
상기의 버퍼층(120) 상에 N형 반도체층(130)을 형성한다. 상기의 N형 반도체층(130)은 N형 불순물이 주입된 질화갈륨(GaN)막을 사용하는 것이 바람직하고, 이에 한정되지 않고 다양한 반도체 성질의 물질층이 가능하다. 본 실시예에서는 N 형 AlxGa1-xN(0≤x≤1)막을 포함하는 N형 반도체층(130)을 형성한다. 또한, P형 반도체층(150) 또한 P형 불순물이 주입된 질화갈륨막을 사용한다. 본 실시예에서는 P형 AlxGa1-xN(0≤x≤1)막을 포함하는 P형 반도체층(150)을 형성한다. 이뿐 아니라 상기 반도체층 막으로 InGaN막을 사용할 수 있다. 또한 상기의 N형 반도체층(130) 및 P형 반도체층(150)은 다층막으로 형성할 수도 있다. 상기에서 N형의 불순물로는 Si를 사용하고, P형의 불순물로는 InGaAlP를 사용할 경우에는 Zn을 사용하고, 질화물계일때는 Mg를 사용한다.
또한 활성층(140)으로는 N형 AlxGa1 - xN(0≤x≤1)막 위에 양자우물층과 장벽층이 반복적으로 형성된 다층막을 사용한다. 상기의 장벽층과 우물층은 2원 화합물인 GaN, InN, AlN 등을 사용할 수 있고, 3원 화합물 InxGa1 - xN(0≤x≤1), AlxGa1 - xN(0≤x≤1)등을 사용할 수 있고, 4원 화합물 AlxInyGa1 -x- yN(0≤x+y≤1)을 사용할 수 있다. 물론 상기의 2원 내지 4원 화합물에 소정의 불순물을 주입하여 N형 반도체층(130) 및 P형 반도체층(150)을 형성할 수도 있다.
상술한 물질층들은 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등을 포함한 다양한 증착 및 성장방법을 통해 형성된다.
도 2b를 참조하면, 금속층(160)이 형성된 호스트 기판(170)과 P형 반도체층(150)을 본딩시킨다.
이를 위해, 전도성의 호스트 기판(170)상에 본딩 금속층(160)을 형성한다. 본딩 금속층(160)은 증착법, 스크린 인쇄법 등의 다양한 방법을 통해 호스트 기판(170) 표면에 형성한다. 이때, 본딩 금속층(160)을 소정의 패턴을 갖도록 형성할 수도 있다. 이후, 상기 표면에 본딩 금속층(160)이 형성된 전도성의 호스트 기판(170)을 P형 반도체층(150)과 본딩시키되, 호스트 기판(170)의 금속층(160)과 P형 반도체층(150)이 결합되도록 하는 것이 바람직하다. 금속층(160) 및 호스트 기판(170)의 폭이 하부의 P형 반도체층(150)보다 더 크게 형성하는 것이 바람직하다.
도 2c를 참조하면, N형 반도체층(130) 하부에 형성된 버퍼층(120) 및 기판(110)을 제거한다.
호스트 기판(170)이 하부에 위치 되도록 상기의 기판(110)을 뒤집은 다음, 소정의 공정을 통해 기판(110)과, 버퍼층(120)을 제거하여 N형 반도체층(130)을 노출시킨다. 이를 위해 레이져 리프트 오프 공정을 통해 기판(110)을 제거한다. 이후 세정공정을 통해 N형 반도체층(130)의 표면의 불순물을 제거한다.
도 2d 및 도 2e를 참조하면, N형 반도체층(130)의 일부를 제거하여 다수의 트렌치(175)를 형성한다. 트렌치(175) 내부에 투명전극층(180)을 형성한다.
이를 위해 본 실시예에서는 N형 반도체층(130) 상에 감광막을 도포한 다음, 소정의 마스크를 이용한 사진식각공정을 통해 감광막 패턴을 형성한다. 상기 감광막 패턴을 식각마스크로 하는 식각공정을 실시하여 N형 반도체층(130)의 일부를 제거하여 다수의 트렌치(175)를 형성한다. 상술한 트렌치(175)는 일정한 형상에 한정되지 않고 매우 다양하게 형성할 수도 있다. 트렌치(175) 측벽에 소정의 기울기를 줄 수도 있다.
소정의 증착공정을 통해 상기 트렌치(175) 내부에 투명전극층(180)을 형성한다. 이때, 트렌치(175) 내부를 투명전극층(180)으로 완전히 매립하거나, 트렌치(175) 내부를 완전히 매립하지 않고 일부 깊이까지만을 매립할 수도 있다. 또한, 트렌치(175)의 내부면 즉, 양 측벽과 하부면에만 투명전극층(180)을 소정 두께로 형성할 수도 있다.
또한, 본실시예의 다수의 트렌치(175)는 모두 연결되어 있도록 하고, N형 반도체층(130)에 고르게 분포되도록 하여 트렌치(175) 내부에 형성된 투명전극층(180)을 통해 소정의 전류가 N형 반도체층(130)에 넓게 전달될 수 있다. 즉, 투명전극층(180)이 N형 반도체층(130)의 내부에 형성되기 때문에 투명전극층(180)과 N형 반도체층(130)의 접합면이 종래에 비하여 더 넓어지게 되어 N형 반도체층(130) 전면으로 고르게 전류가 퍼져나갈 수 있다. 이는, 종래에는 일면만이 접촉되어 있지만, 본 발명에서는 3면이 접촉되어 있다. 또한, 초기의 기판위에 N형 반도체층(130)을 형성할 때, 생성될 수 있는 격자 부정합이 발생할 수 있는 표면영역을 피하여 전류를 인가할 수 있어 전류를 보다 효율적으로 N형 반도체층(130)에 인가할 수 있다. 이는 격자 부정합으로 인해 발생하는 누설전류를 방지할 수 있는 효과 또한 있게 된다. 이러한 효과는 광출력을 증가시킬 뿐만 아니라 고 효율의 발광 소자를 제조 할 수 있다.
상기의 투명전극층(180)으로는 ITO를 포함한 다양한 물질막을 사용하는 것이 효과적이다. 즉, 투명전극층(180)의 투명도가 50 내지 100%인 물질을 사용한다.
도 2f를 참조하면, 투명전극층(180) 또는 투명전극층(180) 및 N형 반도체층(130) 상에 N형 전극(190)을 형성한다. 즉, 본 실시예에서는 투명전극층(180)과 N형 반도체층(130)이 중첩되도록 N형 전극(190)을 형성한다. 뿐만 아니라 N형 전극(190)이 형성될 영역에는 트렌치(175)를 형성하지 않고, 그 상부에 N형 반도체층(130) 상에 투명전극층(180)을 형성한 다음, 투명전극층(180) 상에 N형 전극(190)을 형성할 수도 있다. 또한, N형 전극(190)이 형성될 영역에 다른 영역보다 그 폭이 넓은 트렌치(175)를 형성하고, 트렌치(175) 내부에 투명전극층(180)을 형성한 다음, 투명전극층(180) 상에 N형 전극(190)을 형성할 수도 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 트렌치와 그 내부에 형성된 투명전극의 형상을 설명하기 위한 평면도이다.
본 발명의 N형 반도체층(130) 내부에 형성된 트렌치(175) 및 그 내부에 매립된 투명전극층(180)은 도 3a와 같이 수직/수평의 다수의 트렌치가 교차된 것과 같은 메시 형태로 형성할 수 있고, 도 3b와 같이 중심 트렌치가 있고, 이와 교차하는 다수의 트렌치를 갖는 빗살무늬 형태로 형성할 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고, 다양한 형태가 가능하다. 또한, 다수의 트렌치(175)는 수직/수평 선형태 뿐만 아니라 사선형태로 형성되어 이들간이 교차될 수도 있다. 뿐만 아니라 N형 반도체층(130)중 식각되지 않은 영역(트렌치 이외의 영역)의 형상이 삼각형, 사각형, 육각형 등과 같은 다각형과, 원형과, 타원형과, 톱니형 중 적어도 어느 하나의 형상이 될 수 있다. 본 발명의 트렌치(175) 및 그 내부에 매립된 투명전극층(180)의 형상은 돌출된 N형 반도체층(130)에 따라 다양한 형상이 가능하다.
또한, 트렌치(175)의 폭 즉, 투명전극층(180)이 차지하는 면적이 N형 반도체층(130) 전체 면적의 약 10 내지 95%가 되도록 한다. 특히, 트렌치(175)를 형성하지 않았을 때의 N형 반도체층(130)의 표면적을 1로 하였을 경우, 트렌치(175)를 형성해서 상대적으로 돌출된 N형 반도체층(130)의 표면적이 0.3 내지 0.8이 되도록 하는 것이 바람직하다. 만일 투명전극층(180) 형성부분을 전체면적의 50%로 구성하였을 경우, 종래의 전면 투명 전극으로 형성된 소자에 비하여 50%정도의 광 방출 증가 효과를 얻을 수 있다.
상술한 방법에 의해 제조된 발광 소자에 관해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 발광 소자는 소자의 전기 광학적 특성의 향상을 위하여 각기 연결된 다수의 트렌치가 형성된 N형 반도체층 또는 P형 반도체층과, 트렌치 내부에 형성된 투명전극층을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는 P형 반도체층과, 다수의 트렌치를 갖는 N형 반도체층과, P형 반도체층과 N형 반도체층 사이에 형성된 활성층과, 다수의 트렌치 내부에 형성된 투명 전극층을 포함한다. 또한, P형 반도체층과 접속된 본딩 금속층을 갖는 호스트 기판을 더 포함한다. 또한, N형 반도체층 상에 형성된 N형 전극을 더 포함한다.
다수의 트렌치는 메시 형태를 포함한 다양한 형상으로 형성하고, 다수의 트렌치 각각은 서로 연결되어 있다. 또한, 트렌치의 깊이를 1로 하였을 경우 투명전극층의 매립 깊이는 0.1 내지 1로 한다. 즉, 트렌치 전체를 투명 전극층으로 매립할 수도 있고, 트렌치의 일부 영역만을 투명 전극층으로 매립할 수 있다. 트렌치 내부를 투명전극이 아닌 일반 금속전극으로 매립할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 발광 소자는 다수의 트렌치가 형성된 N형 반도체층(130) 및 P형 반도체층(150)과, N형 반도체층(130)과 P형 반도체층(150) 사이에 형성된 활성층(140)과, 트렌치 내부에 형성된 투명전극층(180, 185) 및/또는 금속전극층을 포함한다. 또한, P형 반도체층(150)과 접속된 본딩 금속층(160)을 갖는 호스트 기판(170)을 더 포함한다. 호스트 기판(170)은 전도성의 기판을 사용한다. 또한, N형 반도체층(130) 상에 형성된 N형 전극(미도시)을 더 포함한다.
상술한 구조의 발광 소자를 형성하기 위하여, 먼저 성장 기판 상에 버퍼층, N형 반도체층(130), 활성층(140) 및 P형 반도체층(150)을 순차적으로 형성한다. P형 반도체층(150)에 다수의 트렌치를 형성하고, 트렌치 내부에 제 1 투명전극층(185)을 형성한다. P형 반도체층(150) 상에 도전성의 호스트 기판(170)을 본딩한다. 하부의 버퍼층 및 성장 기판을 제거한 다음, N형 반도체층(130)이 위로 올라오도록 회전시킨다. N형 반도체층(130)에 다수의 트렌치를 형성하고, 트렌치 내부에 제 2 투명전극층(180)을 형성한다. N형 반도체층(130) 상에 N형 전극을 형성한다.
본 발명은 상술한 구조에 한정되지 않고 플립칩 소자에 적용 가능하고, 본 발명의 발광 소자를 웨이퍼 레벨에서 직렬 연결하여 교류전원에서도 구동가능한 발광 장치를 제고할 수도 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 발광 소자의 효과를 설명하기 위한 개념 단면도이다.
도 5b를 참조하면, 상술한 바와 같이 N형 반도체층 및/또는 P형 반도체층 내에 트렌치를 형성하고, 그 내부에 전극층을 형성하게 되면, 전극층으로 전류가 집중하게 되어, 이로 인해 발광 효율이 증가되는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 반도체층의 상부 영역이 아닌 중심영역에서 전류가 인가되기 때문에 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다. 즉, 반도체층의 전체로 전류가 고르게 퍼져 나가게 할 수 있다(도 5의 점선 참조). 또한 N형 반도체층을 형성할 경우, N형 반도체층의 표면영역에는 격자 부정합이 발생하게 되고, 그 상부에 전극을 형성하여 전류를 인가할 경우, N형 반도체층과 그 상부에 형성된 전극간에 누설전류가 발생하였지만, 본원발명에서는 외부의 전류를 N형 반도체층의 표면영역이 아닌 중심영역에서 인가하기 때문에 이러한 누설전류를 방지할 수 있다.
또한, 활성층에서 생성된 광자에 관해 살펴보면 도 5a에서와 같이 종래에는 반도체층의 상부에 투명전극이 형성되어 있기 때문에 일부의 광자가 반도체층과 투명전극간의 그 계면에서 투과하지 못하고, 반사되어 나오게 된다. 하지만, 도 5b에서와 같이 반도체층의 내부의 소정영역에 투명전극이 형성되어 있기 때문에 투명전극 형성영역을 제외한 영역 즉, 투명전극이 형성되지 않고 바로 노출된 반도체층 영역에서는 광자가 계면에 의해 반사되는 현상없이 외부로 방출될 수 있어 외부 양자 효율을 높일 수 있게 된다.
도 6은 본 발명에 따른 발광 소자의 광특성을 나타낸 그래프이다.
도 6의 그래프는 본 발명에 따른 발광 소자와 종래 기술에 따른 발광 소자의 전류에 따른 소자의 광학적 특성을 나타낸 그래프로서, O는 종래의 발광 소자의 광특성을 나타낸 그래프이고, N은 본 발명의 발광 소자의 광특성을 나타낸 그래프이다. 상기 그래프에서 보이는 바와 같이 동일한 전류를 인가하였을 경우 본 발명의 발광 소자의 광학적 특성이 종래에 비해 우수함을 알 수 있다. 즉, 각기 20mA의 전류를 본 발명과 종래의 발광 소자에 각기 인가하였을 경우 종래 소자의 광 출력은 약 5.3mW인 반면에 본 발명의 광 출력은 약 8.5mW가 된다.
10, 110 : 기판 20, 120 : 버퍼층
30 : n-GaN층 40, 140 : 활성층
50 : p-GaN층 60 : 본딩 메탈
70, 190 : N 전극 130 : N형 반도체층
150 : P형 반도체층 160 : 금속층
170 : 호스트 기판 175 : 트렌치
180, 185 : 투명전극층

Claims (8)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 구비된 p형 반도체층;
    상기 p형 반도체층 상에 구비된 활성층;
    상기 활성층 상에 구비되며, 그 표면의 일정 영역에 경사진 측벽을 구비한 적어도 하나의 트렌치를 구비한 n형 반도체층;
    상기 트렌치 내부에 구비된 전극층; 및
    상기 트렌치가 형성된 n형 반도체층의 일정 영역 이외의 영역 상에 구비된 n형 전극;을 포함하는 발광 소자.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 전극층은 투명전극층인 발광 소자.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 투명전극층은 투명도가 50 내지 100% 인 물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 투명전극층은 ITO로 형성됨을 특징으로 하는 발광 소자.
  5. 청구항 2에 있어서, 상기 투명전극층은 트렌치가 형성된 상기 n 형 반도체층 표면의 적어도 일부를 덮도록 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 트렌치는 수직선 형상, 수평선 형상, 사선 형상, 빗살무늬 형상, 메시 형상 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어진 형상인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 투명전극층은 상기 트렌치가 형성된 상기 n 형 질화물 반도체층에 10~100% 매립된 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  8. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 p 형 질화물 반도체층 상에 형성된 트렌치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
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