KR20080015192A - 수직구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

수직구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수직 구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, n형 전극과, 상기 n형 전극 하면에 형성되어 있으며, 표면이 규칙적인 주기로 형성된 제1 요철구조와 그 위에 불규칙적인 주기로 형성된 제2 요철구조를 포함하여 이루어진 표면요철을 가지는 n형 질화갈륨층과, 상기 n형 질화갈륨층 하면에 형성된 활성층과, 상기 활성층 하면에 형성된 p형 질화갈륨층과, 상기 p형 질화갈륨층 하면에 형성된 p형 전극 및 상기 p형 전극 하면에 형성된 구조지지층을 포함하는 수직구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 수직 구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자의 제조방법을 제공한다.
LED, 표면요철, 광추출효과, 휘도

Description

수직구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자 및 그 제조방법{VERTICALLY STRUCTURED GaN TYPE LED DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자를 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면요철을 설명하기 위해 나타낸 도면.
도 5는 도 2 및 도 3에 도시된 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 휘도를 비교하여 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 변형예를 나타낸 사시도.
도 7a 내지 도 7f는 본 발명의 제1 실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 공정단면도.
도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 공정단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 사파이어 기판 120 : 발광구조물
121 : n형 질화갈륨층 124 : 활성층
126 : p형 질화갈륨층 130 : p형 전극
140 : 도전성 접합층 150 : 구조지지층
160a : 제1 요철구조 160b : 제2 요철구조
160 : 표면요철 170 : n형 전극
180 : 투명 도전체층
본 발명은 수직구조(수직전극형) 질화갈륨계(GaN) 발광다이오드(Light Emitting Diode; 이하, 'LED'라 칭함) 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광추출효율을 높여 외부양자효율 향상시킬 수 있는 수직구조 질화갈륨계 LED 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 질화갈륨계 LED는 사파이어 기판 상에 성장하지만, 이러한 사파이어 기판은 단단하고 전기적으로 부도체이며 열전도 특성이 좋지 않아 질화갈륨계 LED의 크기를 줄여 제조원가를 절감하거나, 광출력 및 칩의 특성을 개선 시키는데 한계가 있다. 특히, LED의 고출력화를 위해서는 대전류 인가가 필수이기 때문에 LED의 열 방출 문제를 해결하는 것이 중요하다. 이러한 문제를 해결하기 위한 수 단으로, 종래에는 레이저 리프트 오프(Laser Lift-Off: LLO; 이하, 'LLO' 라 칭함)를 이용하여 사파이어 기판을 제거한 수직구조 질화갈륨계 LED 소자가 제안되었다.
그러나, 일반적으로 수직구조 질화갈륨계 LED 소자에 있어서, 활성층에서 생성된 광자가 LED 외부로 방출되는 효율 즉, 휘도가 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 종래에는 이를 해결하기 위하여 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 상부 발광부위에 요철구조가 규칙적이거나 불규칙적으로 형성된 표면요철을 구비하여 휘도를 향상시켰다.
그러면, 이하 도 1 및 도 2를 참조하여 종래 기술에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자에 대하여 설명하기로 한다. 여기서, 도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자를 나타낸 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래 기술에 따라 제조된 수직구조 질화갈륨계 LED 소자는, 구조지지층(150) 상에 p형 전극(130)이 형성되어 있으며, 그 위에 p형 질화갈륨층(126)과 활성층(124) 및 n형 질화갈륨층(121)이 순차적으로 형성되어 발광 구조물(120)을 이루고 있다.
이때, 상기 발광 구조물(120)의 상부 즉, n형 질화갈륨층(126)의 표면은 광추출효율을 향상시킬 수 있는 표면요철(160)을 가지고 있으며, 그 위에 n형 전극(170)이 형성되어 있다.
보다 상세하게, 도 1은 상기 n형 질화갈륨층(126)의 표면요철(160)을 이루는 요철구조가 규칙적인 주기로 형성된 상태를 도시하고 있으며, 도 2는 상기 n형 질 화갈륨층(126)의 표면요철(160)을 이루는 요철구조가 불규칙적인 주기로 형성된 상태를 도시하고 있다.
그러나, 상기와 같이, 상기 n형 질화갈륨층(126)의 표면요철(160)이 규칙적인 주기를 가지는 요철구조 또는 불규칙적인 주기를 가지는 요철구조와 같이 둘 중 어느 하나의 단일한 주기를 갖는 형태로 형성되면, 요철구조를 형성가능한 면 즉, n형 질화갈륨층(126)의 표면이 제한되므로, 휘도의 개선효과가 충분하지 않다.
따라서, 당 기술분야에서는 휘도의 개선효과를 극대화할 수 있는 새로운 방안이 요구되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 상기 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 상부 발광부위에 규칙적인 요철구조와 불규칙적인 요철구조가 혼합된 형태로 이루어진 표면요철을 형성함으로써, 광추출효율을 향상시켜 휘도의 개선효과를 극대화시킬 수 있는 수직구조 질화갈륨계 LED 소자를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기한 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 n형 전극과, 상기 n형 전극 하면에 형성되어 있으며, 표면이 규칙적인 주기로 형성된 제1 요철구조와 그 위에 불규칙적인 주기로 형성된 제2 요철구조를 포함하여 이루어진 표면요철을 가지는 n형 질화갈륨층과, 상기 n형 질화갈륨층 하면에 형성된 활성층과, 상기 활성층 하면에 형성된 p형 질화갈륨층과, 상기 p형 질화갈륨층 하면에 형성된 p형 전극 및 상기 p형 전극 하면에 형성된 구조지지층을 포함하는 수직구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자를 제공한다.
또한, 상기 본 발명의 수직구조 질화갈륨계 LED 소자에서, 상기 n형 전극과 상기 n형 질화갈륨층 사이에 위치하며, 상기 n형 질화갈륨층의 표면 전체에 형성된 투명 도전체층을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기한 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 기판 상에 n형 질화갈륨층과 활성층 및 p형 질화갈륨층을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 p형 질화갈륨층 상에 p형 전극을 형성하는 단계와, 상기 p형 전극 상에 구조지지층을 형성하는 단계와, 상기 기판을 제거하여 n형 질화갈륨층의 표면을 노출시키는 단계와, 상기 노출된 n형 질화갈륨층 표면에 규칙적인 주기를 갖는 제1 요철구조를 형성하는 단계와, 상기 제1 요철구조 표면에 불규칙적인 주기를 갖는 제2 요철구조를 형성하는 단계 및 상기 제1 및 제2 요철구조가 형성된 n형 질화갈륨층 상에 n형 전극을 형성하는 단계를 포함하는 수직구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 본 발명의 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법에서, 상기 노출된 n형 질화갈륨층 표면에 규칙적인 주기를 갖는 제1 요철구조를 형성하는 단계는, 상기 노출된 n형 질화갈륨층 상에 규칙적인 주기를 갖는 소정의 형상의 포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 이용하여 상기 n형 질화갈륨층의 일부를 선택적 식각하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 본 발명의 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법에서, 상기 제1 요철구조 표면에 불규칙적인 주기를 갖는 제2 요철구조를 형성하는 단계는, 건식 식각 공정 또는 습식 식각 공정을 이용하여 진행하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 본 발명의 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법에서, 상기 제1 및 제2 요철구조가 형성된 n형 질화갈륨층 상에 n형 전극을 형성하는 단계 이전에, 상기 n형 질화갈륨층 상에 투명 도전체층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기한 다른 목적을 달성하기 위한 또 다른 본 발명은, 기판 표면을 규칙적인 주기를 가지는 요철 패턴으로 패터닝하는 단계와, 상기 요철 패턴으로 패터닝된 기판 상에 접하는 표면이 상기 요철 패턴을 따라 규칙적인 주기를 가지는 제1 요철 구조를 가지도록 n형 질화갈륨층을 형성하는 단계와, 상기 n형 질화갈륨층 상에 활성층과 p형 질화갈륨층을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 p형 질화갈륨층 상에 p형 전극을 형성하는 단계와, 상기 p형 전극 상에 구조지지층을 형성하는 단계와, 상기 기판을 제거하여 n형 질화갈륨층의 제1 요철구조를 노출시키는 단계와, 상기 노출된 제1 요철구조 표면에 불규칙적인 주기를 갖는 제2 요철구조를 형성하는 단계 및 상기 제1 및 제2 요철구조가 형성된 n형 질화갈륨층 상에 n형 전극을 형성하는 단계를 포함하는 수직구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자의 제조방법을 제공한 다.
또한, 상기 본 발명의 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법에서, 상기 절연 기판 표면을 규칙적인 주기를 가지는 요철 패턴으로 패터닝하는 단계는, 상기 절연 기판 상에 규칙적인 주기를 갖는 소정의 형상의 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 이용하여 상기 사파이어 기판의 일부를 선택적 식각하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
이하 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 병기하였다.
이제 본 발명의 일 실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자 및 그 제조방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 구조
우선, 도 3을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 구조에 대하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자를 나타낸 사시도이다.
우선, 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 최상부에는 Ti/Al 등으로 이루어진 n형 전극(170)이 형성되어 있다.
상기 n형 전극(170)의 하면에는 n형 질화갈륨층(121)이 형성되어 있다. 이때, 상기 n형 질화갈륨층(121) 상면에는 규칙적인 주기로 형성된 제1 요철구조(160a)와 그 위에 불규칙적인 주기로 형성된 제2 요철구조(160b)를 포함하여 이루어진 표면요철(160)이 형성되어 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면요철을 설명하기 위해 나타낸 실제 사진으로, 도 4를 참고하면, 등고선 형태로 굵은 돌기로 이루어진 것은 규칙적인 주기를 갖는 제1 요철구조를 나타내고, 그 위로 보이는 작은 돌기들은 비규칙적인 주기를 갖는 제2 요철구조를 나타낸다.
즉, 본 발명에 따른 상기 제2 요철구조(160b)는 규칙적인 주기를 갖는 제1 요철구조(160a)에 의해 상기 n형 질화갈륨층(121) 상면의 실질적인 표면적이 증가되는 바, 더 많이 형성되는 것이 가능하다.
상술한 바와 같이, 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 상부 발광부위인 n형 질화갈륨층(121)의 표면에 규칙적인 주기를 갖는 제1 요철구조(160a)에 의해 표면적이 증가된 상태에서 불규칙적인 주기를 갖는 제2 요철구조(160b)가 형성된 표면요철(160)를 구비하게 되면, n형 질화갈륨층(121)의 평탄한 표면에 불규칙적인 주기를 가지는 요철구조를 구비하는 경우에 비해 높은 휘도를 나타냄을 도 5를 통해 알 수 있다. 여기서, 도 5는 도 1 및 도 3에 도시된 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 휘도를 비교하여 나타낸 도면이다.
또한, 상기 제1 요철구조(160a)는 그 형상에 의해 한정되지는 않지만, 후술하는 활성층에서 생성된 광자의 산란 특성을 향상시켜 광자를 외부로 효율적으로 방출시키기 위한 것으로, 본 발명의 실시예에서는 단부 측면 형상을 사각형으로 나타냈으나, 이는 사각형에 한정되는 것이 아니라 반구형 또는 삼각형 등의 다양한 형상으로 구현할 수 있다.
상기 n형 질화갈륨층(121) 하면에는 활성층(124)과 p형 질화갈륨층(126)이 아래로 순차 적층되어 있는 발광 구조물(120)이 형성되어 있다.
여기서, 상기 발광 구조물(120) 중 n형 또는 p형 질화갈륨층(121, 126)은 각 도전형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층일 수 있으며, 활성층(124)은 InGaN/GaN층으로 구성된 다중양자우물 구조(Multi-Quantum Well)일 수 있다.
상기 발광 구조물(120)의 p형 질화갈륨층(126) 하면에는 p형 전극(130)이 형성되어 있다. 한편, 도시하지는 않았지만, 상기 p형 질화갈륨층(130) 하면에는 p형 전극 및 반사막이 아래로 순차 적층되어 있는 구조를 가질 수 있으며, 반사막을 구비하지 않을 경우에는 p형 전극이 반사막의 역할을 한다.
상기 p형 전극(130) 하면에는 도전성 접합층(140)에 의해 구조지지층(150)이 접합되어 있다. 이때, 상기 구조지지층(150)은 최종적인 LED 소자의 지지층 및 전극으로서의 역할을 수행하는 것으로서, 실리콘(Si) 기판, GaAs 기판, Ge 기판 또는 금속층 등으로 이루어진다. 여기서 상기 금속층은 전해 도금, 무전해 도금, 열증착(Thermal evaporator), 전자선증착(e-beam evaporator), 스퍼터(Sputter), 화학 기상증착(CVD) 등의 방식을 통하여 형성된 것이 사용가능하다.
한편, 본 실시예에서는 전류확산효과를 향상시키기 위해, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 n형 전극(170)을 형성하기 전에, n형 질화갈륨층(121) 상부 전면에 CIO/ITO 등을 사용하여 투명 도전체층(180)을 형성할 수도 있다. 여기서, 도 6은 본 발명에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 변형예를 나타낸 사시도이다.
수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법
<제1 실시예 >
우선, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조 방법에 대하여 도 7a 내지 7e 및 도 3을 참고로 하여 상세히 설명한다.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 제1 실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 공정단면도이다.
먼저, 도 7a에 도시한 바와 같이, 기판(100) 상에 질화갈륨계 반도체층으로 이루어진 발광 구조물(120)을 형성한다. 이때, 상기 발광 구조물(120)은 n형 질화갈륨층(121)과 다중우물구조인 GaN/InGaN 활성층(124) 및 p형 질화갈륨층(126)이 순차적으로 적층되어 있는 구조를 가진다.
여기서, 상기 기판(100)은 바람직하게는, 사파이어를 포함하는 투명한 재료를 이용하여 형성하며, 사파이어 이외에, 기판(100)은 징크 옥사이드(zinc oxide, ZnO), 갈륨 나이트라이드(gallium nitride, GaN), 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC) 및 알루미늄 나이트라이드(aluminum nitride, AlN)로 형성할 수 있다.
또한, 상기 n형 및 p형 질화갈륨계 반도체층(121, 126) 및 활성층(124)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 질화갈륨계 반도체 물질일 수 있으며, MOCVD 및 MBE 공정과 같은 공지의 질화물 증착 공정을 통해 형성될 수 있다.
한편, 상기 활성층(124)은 하나의 양자우물층 또는 더블헤테로 구조로 형성될 수 있다.
또한, 도시하지는 않았지만, 상기 기판(100) 상에 n형 질화갈륨층(121)을 성장시키기 전에 상기 기판(100)과 n형 질화갈륨층(121)의 격자정합을 향상시키기 위한 층으로, 버퍼층을 더 형성할 수 있으며, 이는 공정 조건 및 소자 특성에 따라 생략 가능하다.
그런 다음, 도 7b에 도시한 바와 같이, 상기 p형 질화갈륨층(126) 상에 p형 전극(130)을 형성한다. 이때, 상기 p형 전극(130)은 반사막의 역할을 하는 것이 가능하다. 한편, 상기 p형 전극(130) 상에 별도의 반사 역할을 하는 반사막(도시하지 않음)을 형성할 수도 있다.
이어, 상기 p형 전극(130) 상에 도전성 접합층(140)에 의해 구조지지층(150)을 접합한다. 이때, 상기 구조지지층(150)은 최종적인 LED 소자의 지지층 및 전극으로서의 역할을 수행하는 것으로서, 실리콘(Si) 기판, GaAs 기판, Ge 기판 또는 금속층 등으로 이루어진다. 여기서 상기 금속층은 전해 도금, 무전해 도금, 열증 착(Thermal evaporator), 전자선증착(e-beam evaporator), 스퍼터(Sputter), 화학기상증착(CVD) 등의 방식을 통하여 형성하는 것이 바람직하다.
그런 다음, 도 7c에 도시한 바와 같이 LLO 공정을 통해 상기 기판(100)을 제거하여 n형 질화갈륨층(121)의 표면을 노출시킨다.
이어, 도 7d에 도시한 바와 같이 상기 노출된 상기 n형 질화갈륨층(121) 상에 규칙적인 주기를 갖는 제1 요철구조(160a)를 형성한다.
보다 상세하게, 상기 제1 요철구조(160a)는 노출된 상기 n형 질화갈륨층(121) 상면에 규칙적인 주기를 갖는 소정의 형상의 포토레지스트 패턴(도시하지 않음)을 형성한 다음, 이를 식각마스크로 이용하여 상기 n형 질화갈륨층(121)의 일부를 선택적 식각하여 형성한다.
그런 다음, 도 7e에 도시한 바와 같이 상기 제1 요철구조(160a)가 형성된 n형 질화갈륨층(121) 상에 불규칙적인 주기를 갖는 제2 요철구조(160b)를 형성한다. 이때, 상기 제2 요철구조(160b)는 KOH와 같은 식각액을 이용하는 습식식각 또는 ICP-RIE를 이용하는 건식식각 및 이들을 병행하여 형성할 수도 있다.
즉, 본 발명에 따른 상기 n형 질화갈륨층(121) 표면에는 제1 요철구조(160a)와 제2 요철구조(160b)를 포함하여 이루어진 표면요철(160)이 형성된다.
이어서, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 표면요철(160)이 형성된 n형 질화갈륨층(121) 상에 n형 전극(170)을 각각 형성하여 수직구조 질화갈륨계 LED 소자를 형성한다.
한편, 도시하지는 않았지만, 본 실시예에서는 전류확산효과를 향상시키기 위 해, 상기 n형 전극(170)을 형성하기 전에, n형 질화갈륨층(121) 상부 전면에 CIO/ITO 등을 사용하여 투명 도전체층을 형성할 수도 있다.
<제2 실시예 >
본 발명의 제2 실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조 방법에 대하여 도 8a 내지 8e 및 도 3을 참고로 하여 상세히 설명한다.
도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 공정단면도이다.
우선, 도 8a에 도시한 바와 같이, 기판(100) 상면에 규칙적인 주기를 갖는 소정의 형상의 포토레지스트 패턴(200)을 형성한다. 이때, 상기 기판(100)은 바람직하게는, 사파이어를 포함하는 투명한 재료를 이용하여 형성하며, 사파이어 이외에, 기판(100)은 징크 옥사이드(zinc oxide, ZnO), 갈륨 나이트라이드(gallium nitride, GaN), 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC) 및 알루미늄 나이트라이드(aluminum nitride, AlN)로 형성할 수 있다.
그런 다음, 도 8b에 도시한 바와 같이, 상기 포토레지스트 패턴(200)을 식각마스크로 이용하여 상기 기판(100)의 일부를 선택적 식각하여 규칙적인 주기를 갖는 요철 패턴(100a)을 형성한다.
이어, 도 8c에 도시한 바와 같이, 상기 요철 패턴(100a)이 형성된 기판(100) 상에 질화갈륨계 반도체층 결정성장시켜 n형 질화갈륨층(121)을 형성한다. 이때, 상기 n형 질화갈륨층(121)은 표면이 상기 기판(100)의 요철 패턴(100a)을 따라 규 칙적인 주기를 가지는 제1 요철구조(160a)를 가지도록 형성한다.
다음으로, 상기 n형 질화갈륨층(121) 상에 활성층(124) 및 p형 질화갈륨층(126)을 순차적으로 결정성장시켜 p형 질화갈륨층(126)과 활성층(124) 및 n형 질화갈륨층(121)이 순차 적층되어 있는 구조의 발광 구조물(120)을 형성한 후, 그 위에 p형 전극(130)을 형성한다. 이때, 상기 p형 전극(130)은 반사막의 역할을 하는 것이 가능하다. 한편, 상기 p형 전극(130) 상에 별도의 반사 역할을 하는 반사막(도시하지 않음)을 형성할 수도 있다.
이어서, 상기 p형 전극(130) 상에 도전성 접합층(140)에 의해 구조지지층(150)을 접합한다. 이때, 상기 구조지지층(150)은 최종적인 LED 소자의 지지층 및 전극으로서의 역할을 수행하는 것으로서, 실리콘(Si) 기판, GaAs 기판, Ge 기판 또는 금속층 등으로 이루어진다. 여기서 상기 금속층은 전해 도금, 무전해 도금, 열증착(Thermal evaporator), 전자선증착(e-beam evaporator), 스퍼터(Sputter), 화학기상증착(CVD) 등의 방식을 통하여 형성하는 것이 바람직하다.
그런 다음, 도 8d에 도시한 바와 같이 LLO 공정을 통해 상기 기판(100)을 제거하여 n형 질화갈륨층(121)의 제1 요철구조(160a)를 노출시킨다.
이어, 도 8e에 도시한 바와 같이 상기 제1 요철구조(160a)가 노출된 n형 질화갈륨층(121) 상에 불규칙적인 주기를 갖는 제2 요철구조(160b)를 형성한다. 이때, 상기 제2 요철구조(160b)는 KOH와 같은 식각액을 이용하는 습식식각 또는 ICP-RIE를 이용하는 건식식각 및 이들을 병행하여 형성할 수도 있다.
즉, 본 발명에 따른 상기 n형 질화갈륨층(121) 표면에는 제1 요철구조(160a) 와 제2 요철구조(160b)를 포함하여 이루어진 표면요철(160)이 형성된다.
이어, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 표면요철(160)이 형성된 n형 질화갈륨층(121) 상에 n형 전극(170)을 각각 형성하여 수직구조 질화갈륨계 LED 소자를 형성한다.
한편, 도시하지는 않았지만, 본 실시예에서는 전류확산효과를 향상시키기 위해, 상기 n형 전극(170)을 형성하기 전에, n형 질화갈륨층(121) 상부 전면에 CIO/ITO 등을 사용하여 투명 도전체층을 형성할 수도 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 상부 발광부위에 형성된 규칙적인 요철구조와 그 위에 형성된 불규칙적인 요철구조로 이루어진 표면요철을 형성함으로써, 광추출효율을 향상시켜 휘도의 개선효과를 극대화시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 규칙적인 요철구조로 인해 증가된 면적을 가지는 n형 질화갈륨층 표면에 불규칙적인 요철구조를 형성함으로써, 불규칙적인 요철구조의 형성 면적을 증가시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은 수직 구조 질화갈륨계 LED 소자의 휘도 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. n형 전극;
    상기 n형 전극 하면에 형성되어 있으며, 표면이 규칙적인 주기로 형성된 제1 요철구조와 그 위에 불규칙적인 주기로 형성된 제2 요철구조를 포함하여 이루어진 표면요철을 가지는 n형 질화갈륨층;
    상기 n형 질화갈륨층 하면에 형성된 활성층;
    상기 활성층 하면에 형성된 p형 질화갈륨층;
    상기 p형 질화갈륨층 하면에 형성된 p형 전극; 및
    상기 p형 전극 하면에 형성된 구조지지층;을 포함하는 수직구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 n형 전극과 상기 n형 질화갈륨층 사이에 위치하며, 상기 n형 질화갈륨층의 표면 전체에 형성된 투명 도전체층을 더 포함하는 수직구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자.
  3. 기판 상에 n형 질화갈륨층과 활성층 및 p형 질화갈륨층을 순차적으로 형성하 는 단계;
    상기 p형 질화갈륨층 상에 p형 전극을 형성하는 단계;
    상기 p형 전극 상에 구조지지층을 형성하는 단계;
    상기 기판을 제거하여 n형 질화갈륨층의 표면을 노출시키는 단계;
    상기 노출된 n형 질화갈륨층 표면에 규칙적인 주기를 갖는 제1 요철구조를 형성하는 단계;
    상기 제1 요철구조 표면에 불규칙적인 주기를 갖는 제2 요철구조를 형성하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 요철구조가 형성된 n형 질화갈륨층 상에 n형 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 수직구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 노출된 n형 질화갈륨층 표면에 규칙적인 주기를 갖는 제1 요철구조를 형성하는 단계는, 상기 노출된 n형 질화갈륨층 상에 규칙적인 주기를 갖는 소정의 형상의 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 이용하여 상기 n형 질화갈륨층의 일부를 선택적 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자의 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 요철구조 표면에 불규칙적인 주기를 갖는 제2 요철구조를 형성하는 단계는, 건식 식각 공정 또는 습식 식각 공정을 이용하여 진행하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자의 제조방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 요철구조가 형성된 n형 질화갈륨층 상에 n형 전극을 형성하는 단계 이전에, 상기 n형 질화갈륨층 상에 투명 도전체층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자의 제조방법.
  7. 기판 표면을 규칙적인 주기를 가지는 요철 패턴으로 패터닝하는 단계;
    상기 요철 패턴으로 패터닝된 기판 상에 접하는 표면이 상기 요철 패턴을 따라 규칙적인 주기를 가지는 제1 요철 구조를 가지도록 n형 질화갈륨층을 형성하는 단계;
    상기 n형 질화갈륨층 상에 활성층과 p형 질화갈륨층을 순차적으로 형성하는 단계;
    상기 p형 질화갈륨층 상에 p형 전극을 형성하는 단계;
    상기 p형 전극 상에 구조지지층을 형성하는 단계;
    상기 기판을 제거하여 n형 질화갈륨층의 제1 요철구조를 노출시키는 단계;
    상기 노출된 제1 요철구조 표면에 불규칙적인 주기를 갖는 제2 요철구조를 형성하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 요철구조가 형성된 n형 질화갈륨층 상에 n형 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 수직구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 사파이어 기판 표면을 규칙적인 주기를 가지는 요철 패턴으로 패터닝하는 단계는, 상기 사파이어 기판 상에 규칙적인 주기를 갖는 소정의 형상의 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 이용하여 상기 사파이어 기판의 일부를 선택적 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 요철구조 표면에 불규칙적인 주기를 갖는 제2 요철구조를 형성하는 단계는, 건식 식각 공정 또는 습식 식각 공정을 이용하여 진행하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 요철구조가 형성된 n형 질화갈륨층 상에 n형 전극을 형성하는 단계 이전에, 상기 n형 질화갈륨층 상에 투명 도전체층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자의 제조방법.
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