KR20080110340A - 반도체 발광소자 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

간단한 공정으로 제조가능하고, 우수한 광추출효율을 갖는 반도체 발광소자 및 높은 재현성 및 양산성을 얻을 수 있는 반도체 발광소자 제조방법이 제안된다. 본 발명에 따른 반도체 발광소자는 기판, 및 기판상에 제1도전형 반도체층, 활성층 및 제2도전형 반도체층이 순차적으로 적층된 적층체를 포함하는 반도체 발광소자로서, 실리카 입자층 및 실리카 입자층 하부에 형성된 요철부를 포함하는 요철층을 포함한다.
실리카 입자, 반도체 발광소자, 요철부

Description

반도체 발광소자 및 그의 제조방법{Light emitting device and manufacturing method for the same}
도1은 종래기술에 따라 표면에 요철이 형성된 반도체 발광소자의 단면도이다.
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 발광소자의 단면도이다.
도3a 내지 도3d는 도2의 반도체 발광소자의 제조방법에 제공되는 도면이다.
도4a 내지 도4c는 도3b의 실리카 입자층의 형성방법에 제공되는 도면이다.
도5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 발광소자의 단면도이다.
도6a 내지 도6e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 발광소자의 제조방법에 제공된 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 반도체 발광소자 110 기판
120 제1도전형 반도체층 130 활성층
140 제2도전형 반도체층 150 실리카 입자층
160 요철부
본 발명은 반도체 발광소자 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 간단한 공정으로 제조가능하고, 우수한 광추출효율을 갖는 반도체 발광소자 및 높은 재현성 및 양산성을 얻을 수 있는 반도체 발광소자 제조방법에 관한 것이다.
반도체 발광소자는 소자 내에 포함되어 있는 물질이 빛을 발광하는 소자로서, 예를 들면, LED와 같이 다이오드를 이용하여 반도체를 접합한 형태로 전자/정공 재결합에 따른 에너지를 광으로 변환하여 방출하는 소자가 있다. 이러한 반도체 발광소자는 현재 조명, 표시장치 및 광원으로서 널리 이용되며, 적은 전력으로 원하는 파장의 빛을 발광하고, 수은과 같은 환경유해물질 방출을 억제할 수 있어서 에너지 절약 및 환경보호 측면을 고려하여 그 개발이 가속화되고 있는 추세이다.
특히, 최근 그 개발 및 사용이 활성화된 질화갈륨(GaN)계 LED를 이용한 휴대폰 키패드, 사이드 뷰어, 카메라 플래쉬 등의 상용화에 힘입어, 최근 발광다이오드를 이용한 일반 조명 개발이 활기를 띠고 있다. 대형 TV의 백라이트 유닛 및 자동차 전조등, 일반 조명 등 그의 응용제품이 소형 휴대제품에서 대형화, 고출력화, 고효율화, 높은 신뢰성을 갖는 제품으로 진행하여 해당 제품에 요구되는 특성을 나 타내는 광원을 요구하게 되었다.
GaN 계열 LED의 경우 내부양자효율이 비교적 우수하여 광발생측면에서 높은 효율을 갖는다. 그러나, 주변물질에 비해 높은 굴절률(2.3 내지2.8)로 인해 광추출효율(extraction efficiency)이 낮다. 따라서, 일반적인 구조의 GaN 계열 LED는 발광층에서 발생된 빛의 상당부분이 LED 외부로 추출되지 못하고 내부에서 소멸된다.
이러한 단점을 극복하기 위해 기판 또는 광전자의 진행경로에 위치하는 표면에 텍스처링(texturing)을 수행하거나, 주기적 요철(patterning)을 형성하는 등의 기술이 도입되었다. 그러나 이러한 기술들은 대부분 재현성 및 양산성(Throughput)에 한계를 가지고 있다.
도1은 종래기술에 따라 표면에 요철이 형성된 반도체 발광소자(1)의 단면도이다. 반도체 발광소자(1)는 기판(10), 서로 다른 도전형의 반도체층(20, 40) 및 이들 사이에서 광이 발생되는 활성층(30)을 포함한다. 도1에서, 서로 다른 도전형의 반도체층을 기판상의 제1도전형 반도체층(20) 및 활성층(30)상의 제2도전형 반도체층(40)이라 하기로 한다.
반도체 발광소자(1)의 표면, 즉 발생된 광이 진행하는 경로 중의 외부표면에는 비주기성 요철(roughening)이 형성되어 있다. 이러한 비주기성 요철에 의해, 내 부에서 진행하던 빛은 결국 추출조건을 만족하여 외부로 추출(Lout)된다. 이러한 비주기성 요철은 다양한 방법으로 형성되는데, 예를 들면 포토마스크 또는 금속점(metal dot) 마스크를 이용하여 습식 또는 건식식각 하여 형성될 수 있다. 이 중, 금속점 마스크를 사용하는 경우 금속점을 형성하기 위한 열처리 온도는 높다(600℃ 이상). 그에 따라 금속, 예를 들어, 금속이 Mg인 경우, Mg이온이 비활성화되어 Vf가 상승 및 휘도 저하와 같은 문제가 발생하였고, 건식 식각시 식각면 표면에 형성된 염화금속 잔여물의 제거가 용이하지 않다는 문제도 있었다. 다른 기술인 포토리소그래피 기술은 비교적 간단하게 식각 마스크를 형성할 수 있으나, 패턴 크기를 파장과 비슷한 크기로 만들려면 고가의 장비를 사용하여야 하는 문제점이 나타났다.
따라서, 보다 간단하고 저비용으로 반도체 발광소자의 광추출효율을 향상시킬 수 있는 방안이 요청되었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 간단한 공정으로 제조가능하고, 우수한 광추출효율을 갖는 반도체 발광소자를 제공하는데 있다.
또한, 간단한 공정으로 높은 재현성 및 양산성을 얻을 수 있는 반도체 발광소자 제조방법을 제공하는데 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 반도체 발광소자는 기판, 및 기판상에 제1도전형 반도체층, 활성층 및 제2도전형 반도체층이 순차적으로 적층된 적층체를 포함하는 반도체 발광소자로서, 실리카 입자층; 및 실리카 입자층 하부에 형성된 요철부;를 포함하는 요철층을 포함한다. 기판은 사파이어기판, GaN 기판, SiC기판, 및 ZnO기판 중 어느 하나의 기판일 수 있다.
적층체 상에 형성된 실리카 입자층은 단일층이고, 실리카 입자층 내의 실리카 입자의 직경은 100nm 내지 1000nm인 것이 바람직하다.
실리카 입자층은 기판 및 제1도전형 반도체층간에 형성될 수 있고, 요철부는 기판 표면에 형성되어 실리카 입자층의 하부에 위치할 수 있다. 형성된 요철부의 형상은 원기둥 및 반구 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면 기판, 및 기판상에 제1도전형 반도체층, 활성층 및 제2도전형 반도체층이 순차적으로 적층된 적층체를 포함하는 반도체 발광소자로서, 기판상에 실리카 입자층이 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자가 제공된다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면 반도체 발광소자의 제조방법이 제공되는데, 본 발명에 따른 반도체 발광소자의 제조방법은 기판상에 실리카 입자층을 형성하는 단계; 실리카 입자층을 마스크로 이용하여 기판을 식각하여 기판상에 요철부를 형성하는 단계; 및 기판상에 제1도전형 반도체층, 활성층 및 제2도전형 반도체층을 순차적으로 적층하는 단계;를 포함한다. 요철부 형성단계 후에, 실리카 입자를 제거하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
여기서, 실리카 입자층 형성단계는 기판상에 서로 다른 전하를 띄는 복수의 자가조립단일층을 적층하는 단계; 및 복수의 자가조립단일층 상에 실리카 콜로이드를 이용하여 실리카 입자층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다. 기판에는 실리카 입자층을 마스크로 이용한 플라즈마 건식 식각하여 요철부가 형성될 수 있다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면 기판, 및 기판상에 제1도전형 반도체층, 활성층 및 제2도전형 반도체층을 순차적으로 적층하는 단계; 제2도전형 반도체층 상에 실리카 입자층을 형성하는 단계; 실리카 입자층을 마스크로 이용하여 적층체를 식각하여 제2도전형 반도체층 상에 요철부를 형성하는 단계; 및 실리카 입자층을 제거하는 단계;를 포함하는 반도체 발광소자 제조방법이 제공된다.
여기서, 실리카 입자층 형성단계는 제2도전형 반도체층 상에 서로 다른 전하를 띄는 복수의 자가조립단일층을 적층하는 단계; 및 복수의 자가조립단일층 상에 실리카 콜로이드를 이용하여 실리카 입자층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다. 제2도전형 반도체층에는 실리카 입자층을 마스크로 이용한 플라즈마 건식 식각하여 요철부가 형성될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 발광소자의 단면도이다. 본 발명에 따른 반도체 발광소자(100)는 기판(110), 및 기판(110)상에 제1도전형 반도체층(120), 활성층(130) 및 제2도전형 반도체층(140)이 순차적으로 적층된 적층체(120, 130, 140)를 포함하는 반도체 발광소자로서, 실리카 입자층(150); 및 실리카 입자층(150) 하부에 형성된 요철부(160);를 포함하는 요철층(150, 160)을 포함한다.
기판(110)은 적층체(120, 130, 140)의 반도체층을 성장시키기 위한 성장기판이거나 또는 적층체(120, 130, 140)를 지지하기 위한 지지기판일 수 있다. 기판(110)은 사파이어 또는 스피넬(MgAl2O4)과 같은 부도전성 기판, 또는 SiC, Si, ZnO, GaAs, 및 GaN와 같은 도전성기판 등을 이용할 수 있다.
특히, 본 발명에서 기판(110)은 사파이어 기판일 수 있는데, 사파이어 기판은 비교적 반도체층과의 결정격자상수가 유사하여 성장기판으로 사용되고 있으나, 강도가 높아 자체에 요철을 형성하는 것이 용이하지 않은 특성이 있다. 그에 따라 표면에 요철을 형성하는 방법은 고가의 장비가 필요한 복잡한 방법일 수 있으나, 본 발명에 따르면 사파이어 기판의 표면에 실리카 입자층(150)을 형성하여 용이하게 요철을 형성할 수 있다.
바람직하게는 기판(110) 및 적층체(110, 120, 130) 사이에 버퍼층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 버퍼층(미도시)은 GaN계 혹은 GaN/SiC계 물질로 구성되는 다층막 형태일 수 있다. GaN계 버퍼의 성장 온도는 200℃ ~ 900℃이고, SiC계 버퍼는 500℃~ 1500℃의 범위에서 조정된다. 이러한 조건에서 버퍼층(미도시)을 성장시키면 양질의 버퍼층(미도시)을 얻을 수 있으므로 버퍼층(미도시)상에 성장되는 층들은 표면거칠기가 양호한 박막을 얻을 수 있다.
기판(110)상에는 제1도전형 반도체층(120), 활성층(130) 및 제2도전형 반도체층(140)이 순차적으로 적층되어 적층체(120, 130, 140)를 형성한다. 각각의 반도체층(120, 140)은, 예를 들면, GaN계반도체, ZnO계반도체, GaAs계반도체, GaP계반도체, 및 GaAsP계반도체와 같은 반도체로 구성되어 각각 n형 반도체층 및 p형 반도 체층으로 구현될 수 있다. 반도체층의 형성은 예를 들면, 분자선 에피택시(Molecular beam epitaxy, MBE)방법을 이용하여 수행될 수 있다. 이외에도, 반도체층들은 III-V 족 반도체, II-VI 족 반도체, 및 Si로 구성된 군으로부터 적절히 선택되어 구현될 수 있다.
n형 반도체층의 불순물로는 예를 들어, Si, Ge, 및 Sn 중 선택하여 사용할 수 있으며, Si가 바람직하다. 한편, p형 반도체층의 불순물로는, Mg, Zn, 및 Be 중 선택하여 사용할 수 있으며, 이중 Mg가 바람직하다.
활성층(130)은 발광을 활성화시키는 층으로서, 제1도전형 반도체층(120) 및 제2도전형 반도체층(140)의 에너지 밴드 갭보다 적은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질을 이용하여 형성한다. 예를 들어 제1도전형 반도체층(120) 및 제2도전형 반도체층(140)이 GaN계 화합물 반도체인 경우, GaN계 화합물 반도체의 에너지 밴드 갭보다 적은 에너지 밴드 갭을 갖는 InGaN계 화합물 반도체를 이용하여 활성층(130)을 형성할 수 있다. 이때, 활성층(130)의 특성상, 불순물은 도핑되지 않는 것이 바람직하며, 장벽의 높이나 우물층의 두께, 조성, 우물의 개수를 조정하여 파장이나 양자효율을 조절할 수 있다.
도2의 반도체 발광소자(100)에는 직접 도시되어 있지 않으나, 각각의 반도체층(120, 140)을 외부전원과 전기적으로 연결하기 위한 n형 전극 및 p형 전극이 형 성될 수 있다. 각 전극(미도시)은 금속으로 구성될 수 있는데, 예를 들면, n형 전극으로는 Ti를, p형 전극으로는 Pd 또는 Au로 구성될 수 있다.
반도체 발광소자(100)는 실리카 입자층(150); 및 실리카 입자층(150) 하부에 형성된 요철부(160);를 포함하는 요철층(150, 160)을 포함한다. 본 명세서에서 하부는 기판(110)위치를 기준으로 하여, 실리카 입자층(150)의 양면 중 기판(110)과 가까운 면을 의미한다. 요철층(150, 160)은 반도체 발광소자(100)의 광추출효율을 증가시키기 위한 위치에는 어느 곳에도 위치할 수 있다. 예를 들어, 도2와 같이 기판상에 형성될 수 있고, 만약, 전술한 바와 같이 반도체 발광소자(100)에 버퍼층(미도시)이 구현되어 있는 경우에는 버퍼층(미도시) 및 제1도전형 반도체층(120)간에 형성될 수 있다.
실리카 입자는 통상 구형을 나타낸다. 또한, 실리카 입자는 GaN의 굴절률에 비하여 매우 낮은 굴절률(1.4 이하)을 갖는다. 그에 따라 활성층(130)으로부터 기판(110)을 향하여 발생한 빛이 실리카 입자의 구표면에 도달하면 난반사시킬 수 있어 다시 빛의 출사면을 향하여 진행하게 할 수 있다.
따라서, 실리카 입자를 기판(110)상에 구비하면 광추출효율이 향상되고, 이와 함께 실리카 입자의 경우 열적 안정성이 매우 뛰어나 MOCVD를 이용한 고온 성장 온도에서도 그 형상 및 특성을 유지하는 장점을 가지고 있다. 만약, 실리카 입자의 밀도를 적당히 제어하면 기판(110)과 GaN층 사이의 격자상수 차에 의한 응력을 완화시켜 결정성을 향상시키는 역할을 도모할 수 있다.
실리카 입자층(150)은 단일층인 것이 바람직하다. 실리카 입자층(150)은 요철형성시 마스크로서 기능하기 때문에 복수의 층이 아닌 단일층으로 구현된다. 또한, 실리카 입자층(150) 내부의 실리카 입자의 크기는 형성하려는 요철의 크기를 고려하여 조절될 수 있다. 반도체 발광소자(100)에서 발생하는 빛의 파장을 고려하면 실리카 입자의 직경은 100nm 내지 1000nm인 것이 바람직하다.
실리카 입자층(150)을 이용하여 그 하부에 있는 기판(110)상에 요철을 형성하여 요철부(160)를 형성한다. 요철층(150, 160)은 실리카 입자층(150)의 실리카 입자들 간의 틈에 형성된다. 요철부(160)의 형상은 원기둥이나 반구형태일 수 있는데, 이는 실리카 입자의 식각 선택비를 적절히 선택하여 조절할 수 있다.
도3a 내지 도3d는 도2의 반도체 발광소자의 제조방법에 제공된 도면이다. 이하, 도2 내지 도3d를 참조하여 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 반도체 발광소자를 제조하기 위하여, 도3a와 같은 기판(110)을 준비한다. 준비된 기판(110)상에 제1도전형 반도체층(120)을 형성하기 전에 실리카 입자층(150)을 형성한다.
실리카 입자층(150)은 실리카 입자의 단일층이 바람직하므로 가능한 한 단일층으로 구현한다. 실리카 입자층(150)은 전해질을 이용한 약한 전기적 결합을 이용하여 기판(110)상에 형성될 수 있다. 실리카 입자층(150)을 형성하는 방법에 대하여는 도4a 내지 도4c를 참조하여 이하에서 설명하기로 한다.
실리카 입자층(150)이 형성되면, 실리카 입자층(150)을 마스크로 이용하여 기판을 식각한다. 식각은 실리카 입자층(150)을 마스크로 이용할 수 있는 어떠한 방법이라도 사용될 수 있다. 도3b에서와 같이, 기판(110)상의 실리카 입자층(150)에 플라즈마(화살표로 표시)를 가하여 기판(110)을 건식식각할 수 있다. 비록, 도2, 도3b, 및 이하에서 설명할 도6b에서 실리카 입자는 식각 전의 형상과 동일한 형상이나, 실리카 입자는 기판(110)과 함께 식각될 수 있으므로 식각전과 다른 형상을 나타낼 수 있다. 다만, 편의상 실리카 입자의 식각 전후의 형상을 동일하게 도시하였다.
실리카 입자층(150)을 마스크로 이용하여 기판(110)을 식각하였으므로 기판(110)상의 요철은 실리카 입자의 위치분포에 따라 달라진다. 요철부(160)는 실리카 입자층(150) 하부에 형성된다. 즉, 식각방향에 형성된다. 이 때, 반도체 발광소자(100)의 전체 크기와 같은 요인을 고려하여 실리카 입자층(150)을 제거할 수 있다. 실리카 입자층(150)의 제거에 대하여는 이하, 도6c를 참조하여 설명하기로 한다.
기판(110)에 실리카 입자층(150) 및 요철부(160)를 포함하는 요철층이 형성되면, 상면에 제1도전형 반도체층(120)을 성장시키고, 활성층(130) 및 제2도전형 반도체층(140)을 순차적으로 적층하여 반도체 발광소자(100)를 제조한다.
도4a 내지 도4c는 도3b의 실리카 입자층의 형성방법에 제공된 도면이다. 특히, 실리카 입자층(150)이 기판(110)상에 단일층으로 형성되는 방법을 설명하고 있다.
도 4a에는 음(-)으로 대전된 기판(110)이 도시되어 있다. 기판(110)을 음(-)으로 대전하기 위하여 기판(110)의 일표면을 산소 플라즈마 및 UV-오존 처리할 수 있다. 일단 기판(110)이 음(-)으로 대전되면, 서로 다른 전하를 띄는 복수의 자가조립단일층(self assembly monolayer)(170)을 적층한다.
실리카 입자의 직경이 약 500nm라면, 자가조립단일층은 1nm 내지 2nm의 두께를 갖는다. 자가조립단일층을 형성하기 위하여 고분자 전해질인 자가조립단일층 형태의 물질을 음(-)으로 대전된 기판(110)상에 적층한다. 먼저, 양의 전하를 띄는 자가조립단일층형태의 물질(171)을 기판(110)상에 적층한다. 양의 전하를 띄는 자가조립단일층 형태의 물질로는 폴리(알릴아민 히드로클로라이드)(poly(allylamine hydrochloride), PAH)을 예로 들 수 있다. 기판(110)에 (-)(+)전하가 나타나면, 다시, 음의 전하를 띄는 자가조립단일층형태의 물질(172)을 적층한다. 음의 전하를 띄는 자가조립단일층 형태의 물질로는 폴리(스티렌 술포네이트)(poly(styrene sulfonate), PSS)을 예로 들 수 있다. 이후에, 다시 양의 전하를 띄는 PAH층(+)을 적층하면 기판(110)상에는 기판을 기준으로 (-)(+)(-)(+)전하가 나타난다.
도4b에서와 같이 서로 다른 전하를 갖는 층이 여러 층 형성되면, 그 전하는 실리카 콜로이드를 기판 또는 반도체층의 표면상의 임의의 위치에 단일층을 형성하면서 흡착되도록 하는 전기적인 힘을 갖는다. 도 4c에서 복수의 자가조립단일층들(171, 172, 173)상에 실리카 콜로이드가 단일층으로서 분포되어 있는 것을 알 수 있다. 실리카 콜로이드의 단일층이 형성되면, 이를 건조시켜 단일층인 실리카 입자층(150)을 형성한다.
도5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 발광소자의 단면도이다. 본 실시예에 따른 반도체 발광소자(100)는 기판(210), 및 기판(210)상에 제1도전형 반도체층(220), 활성층(230) 및 제2도전형 반도체층(240)이 순차적으로 적층된 적층체를 포함하는데, 기판(210)상에 실리카 입자층(250)이 형성된 것을 특징으로 한다. 기판(210) 및 적층체(220, 230, 240)는 도2에 대하여 설명한 것과 동일하므로 설명은 생략하기로 한다.
본 실시예에서 반도체 발광소자(200)에는 내부에 실리카 입자층(250)이 형성되어 있다. 실리카 입자층(250)은 실리카 입자의 단일층으로 구성되어 있으며, 기 판(210)상에 실리카 입자층(250)이 형성되고, 실리카 입자층(250)상에 적층체(220, 230, 240)가 적층된다.
실리카 입자층(250)의 실리카 입자는 기판(210)상에서 성장할 반도체층의 표면결정결점(surface crystal defect)으로서 기능을 한다. 그에 따라 제1도전형 반도체층(220)의 성장시, 표면결함이 감소되고, 성장한 제1도전형 반도체층(220)의 결정 품질이 높아져 내부양자효율이 증가될 수 있다. 이와 더불어, 전술한 바와 같이 구형의 실리카 입자는 활성층(230)에서 발생한 빛을 반사시켜 출사면으로 진행하게 하여 광추출효율이 증가한다.
도6a 내지 도6e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 발광소자의 제조방법에 제공된 도면이다. 이하, 도2 및 도6a내지 도6e를 참조하여 설명하기로 하고, 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.
기판(310)을 준비하고, 제1도전형 반도체층(320), 활성층(330) 및 제2도전형 반도체층(340)을 순차적으로 적층한다. 기판(310) 및 적층체(320, 330, 340)가 준비되면, 제2도전형 반도체층(340)상에 실리카 입자층(350)을 형성한다. 실리카 입자층(350)은 기판(310) 대신 제2도전형 반도체층(340)상에 형성한다는 것을 제외하고는 도4a내지 도4c에서 설명한 바와 동일한 방법으로 단일층으로 형성된다.
도6b에는 제2도전형 반도체층(340)상에 형성된 실리카 입자층(350)의 표면사진이고, 작은 사진에는 실리카 입자가 확대되어 있다. 실리카 입자층(350)은 제2도전형 반도체층(340)상에 임의의 위치에 단일층으로 형성되어 있다.
실리카 입자층(350)이 형성되면, 도6a에서와 같이 실리카 입자층(350)을 마스크로 이용하여 제2도전형 반도체층(340)을 식각한다. 식각은 실리카 입자층(150)을 마스크로 이용할 수 있는 어떠한 방법이라도 사용될 수 있다. 도6a에서와 같이, 제2도전형 반도체층(340)상의 실리카 입자층(350)에 플라즈마(화살표로 표시)를 가하여 제2도전형 반도체층(340)을 건식식각할 수 있다(도6c).
요철부(360)는 실리카 입자층(350) 하부에 형성된다. 이 때, 반도체 발광소자(100)의 전체 크기와 같은 요인을 고려하여 실리카 입자층(350)을 제거할 수 있다. 실리카 입자층(350)은 HF와 같은 산을 사용하여 용이하게 제거할 수 있다.
실리카 입자층(350)이 제거된 반도체 발광소자(300)가 도6d에 도시되어 있다. 실리카 입자층(350)이 제거되면, 반도체 발광소자(300)에서 발생한 빛의 출사면에 요철부(360)만이 형성된다. 빛은 활성층(330)에서 발생하여 제2도전형 반도체층(340)내부를 진행하고, 요철부(360)에 도달한다. 빛은 요철부(360)에서 반사되어 외부로 추출된다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 첨부된 청구범위에 의해 해석되어야 한다. 또한, 본 발명에 대하여 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체 발광소자는 실리카 입자층을 구비하여, 간단한 방법으로 우수한 광추출효율 특성을 나타내는 효과가 있다. 또한, 실리카 입자층을 형성하고, 이를 마스크로 하여 식각하는 방법을 통하여 고가의 복잡한 장비없이 반도체 발광소자에 요철을 형성할 수 있어서, 높은 재현성 및 양산성을 얻을 수 있는 효과가 있다.
아울러, 실리카 입자 크기를 조절하여 LED 로부터 발생한 빛의 파장과 유사하거나 그 이하의 값을 갖도록 하는 방법을 통하여 요철크기를 간단한 공정으로 조절할 수 있어 보다 효과적인 제조방법이 구현된다.

Claims (14)

  1. 기판, 및 상기 기판상에 제1도전형 반도체층, 활성층 및 제2도전형 반도체층이 순차적으로 적층된 적층체를 포함하는 반도체 발광소자로서,
    실리카 입자층; 및 상기 실리카 입자층 하부에 형성된 요철부;를 포함하는 요철층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 사파이어 기판, GaN 기판, SiC기판, 및 ZnO기판 중 어느 하나의 기판인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 실리카 입자층은 단일층인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 실리카 입자의 직경은 100nm 내지 1000nm인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 실리카 입자층은 상기 기판 및 상기 제1도전형 반도체층간에 형성되고, 상기 요철부는 상기 기판 표면에 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 요철부의 형상은 원기둥 및 반구 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  7. 기판, 및 상기 기판상에 제1도전형 반도체층, 활성층 및 제2도전형 반도체층이 순차적으로 적층된 적층체를 포함하는 반도체 발광소자로서,
    상기 기판상에 실리카 입자층이 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  8. 기판상에 실리카 입자층을 형성하는 단계;
    상기 실리카 입자층을 마스크로 이용하여 상기 기판을 식각하여 상기 기판상에 요철부를 형성하는 단계; 및
    상기 기판상에 제1도전형 반도체층, 활성층 및 제2도전형 반도체층을 순차적으로 적층하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 실리카 입자층 형성단계는 상기 기판상에 서로 다른 전하를 띄는 복수의 자가조립단일층(self assembly monolayer)을 적층하는 단계; 및
    상기 복수의 자가조립단일층 상에 실리카 콜로이드를 이용하여 실리카 입자층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 식각은 플라즈마를 이용한 건식 식각인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 요철부 형성단계 후에, 실리카 입자를 제거하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
  12. 기판, 및 상기 기판상에 제1도전형 반도체층, 활성층 및 제2도전형 반도체층을 순차적으로 적층하는 단계;
    상기 제2도전형 반도체층 상에 실리카 입자층을 형성하는 단계;
    상기 실리카 입자층을 마스크로 이용하여 상기 적층체를 식각하여 상기 제2도전형 반도체층 상에 요철부를 형성하는 단계; 및
    상기 실리카 입자를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 실리카 입자층 형성단계는 상기 제2도전형 반도체층 상에 서로 다른 전하를 띄는 복수의 자가조립 단일층을 적층하는 단계; 및
    상기 복수의 자가조립단일층 상에 실리카 콜로이드를 이용하여 실리카 입자층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 식각은 플라즈마를 이용한 건식 식각인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
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