KR20090016051A - 반도체 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20090016051A KR1020070080408A KR20070080408A KR20090016051A KR 20090016051 A KR20090016051 A KR 20090016051A KR 1020070080408 A KR1020070080408 A KR 1020070080408A KR 20070080408 A KR20070080408 A KR 20070080408A KR 20090016051 A KR20090016051 A KR 20090016051A
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김영태
정흥섭
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엘지이노텍 주식회사
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본 발명의 실시 예는 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 발광소자는 섬 형상의 아일랜드층; 상기 아일랜드층 위에 표면이 요철 형상으로 형성된 요철표면의 반도체층; 상기 요철표면의 반도체층 위에 형성된 요철구조의 반사체층; 상기 요철구조의 반사체층 위에 형성된 발광 구조물을 포함한다.
반도체, 발광소자, 아일랜드, 반사체층

Description

반도체 발광소자 및 그 제조방법{Semiconductor light emitting device and fabrication method thereof}
본 발명의 실시 예는 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 발광소자는 자외선, 청색 및 녹색 영역을 포괄하는 발광 영역을 가진다. 특히, GaN계 질화물 반도체 발광소자는 그 응용 분야에 있어서 청색/녹색 LED의 광소자 및 MESFET(Metal Semiconductor Field Effect Transistor), HEMT (Hetero junction Field - Effect Transistors) 등의 고속 스위칭 소자, 고출력 소자에 응용되고 있다.
도 1은 종래 반도체 발광소자를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 반도체 발광소자(10)는 사파이어 기판(11) 위에 n형 반도체층(13), 활성층(15) 및 p형 반도체층(17)을 형성하게 된다. 부분 식각 공정을 통해 상기 n형 반도체층(13) 위에 n형 전극(19) 및 p형 반도체층(17) 위에 p형 전극(21)이 형성된다.
이러한 반도체 발광소자(10)는 p형 전극(21) 및 n형 전극(19)에 전압을 인가하면, p형 반도체층(17)과 n형 반도체층(13) 사이에 순방향 바이어스(forward bias)가 걸리게 된다. 이때 상기 활성층(15)에서 전자 및 정공들이 재 결합(recombination)되어 광을 방출하게 된다.
이러한 반도체 발광소자(10)는 내부에 흐르는 전류로부터 많은 양의 빛을 얻기 위해 내부 양자효율(internal quantum efficiency)이 높아야 하고, 발광 빛이 발광 소자의 외부로 빠져나오도록 하는 적출효율(extraction efficiency)이 높아야 한다. 이를 위해 사파이어 기판(11) 및 n형 반도체층(13) 사이에 결정성이 우수한 반도체층을 성장시켜 발광 소자의 내부 양자 효율을 높이고, 반도체층의 기하학적 구조를 변형시킴으로써, 발광 빛의 내부 전반사(total internal reflection) 비율을 줄여 발광 소자의 적출 효율을 높여주어야 한다.
종래 반도체 발광 소자에서는 활성층에서 발산된 빛의 많은 양이 발광 소자의 외부로 잘 빠져나가지 못하고, 내부에서 전반사를 일으키며 순환하다가 소멸되는 문제가 있다.
본 발명의 실시 예는 발광 구조물 하부에 아일랜드층 및 요철구조 반사체층을 형성시켜 줌으로써, 광 적출 효율을 개선시켜 줄 수 있도록 한 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예는 반도체 발광소자의 내부에서 발광된 빛을 반사, 산란 또는 굴절시켜 줌으로써, 내부 전반사 비율을 감소시키고 광 적출효율을 개선시켜 줄 수 있도록 한 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 발광소자는 섬 형상의 아일랜드층; 상기 아일랜드층 위에 표면이 요철 형상으로 형성된 요철표면의 반도체층; 상기 요철표면의 반도체층 위에 형성된 요철구조의 반사체층; 상기 요철구조의 반사체층 위에 형성된 발광 구조물을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 발광소자 제조방법은 섬 형상의 아일랜드층을 형성하는 단계; 상기 아일랜드층 위에 표면이 요철 형상으로 형성된 요철표면의 반도체층을 형성하는 단계; 상기 요철표면의 반도체층 위에 복수개의 반사층이 요철구조로 이루어진 요철구조의 반사체층을 형성하는 단계; 상기 요철 형상의 반사체층 위에 발광 구조물을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 의하면, 반도 체 발광소자의 내부에서 발광된 빛을 반사, 산란 또는 굴절시켜 줌으로써, 내부 전반사 비율을 감소시키고 광 적출효율을 개선시켜 줄 수 있다.
또한 반도체 발광소자의 광 특성 및 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명 실시 예에 따른 반도체 발광소자를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 반도체 발광소자(100)는 기판(110), 아일랜드층(115), 요철표면의 반도체층(120), 요철구조의 반사체층(130), 발광구조물로서 제 1도전성 반도체층(140), 활성층(150) 및 제 2도전성 반도체층(160)을 포함한다.
상기 기판(110)은 사파이어 기판(Al203), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP, 그리고 GaAs 등으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 발광 구조물 생성 후 제거될 수도 있다.
상기 기판(110) 위에는 아일랜드층(115)이 형성된다. 이러한 아일랜드층(115)은 화합물 반도체의 박막 성장 조건을 제어하여 섬(Island) 형상으로 형성된다. 예를 들면, 기판 위에 GaN 반도체를 형성하는 경우 육방정(hexagonal) 결정 구조의 단면이 사다리꼴 형태인 섬 형상의 아일랜드 구조로 형성될 수 있다. 이러한 아일랜드층(115)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN으로 이루어진 군에서 선택되어 사용되며, 이에 한정하지는 않는다.
여기서, 아일랜드층(115)의 제조하는 과정을 간략하게 설명하면 다음과 같다. 먼저, 성장 장비(예: MOCVD)의 반응 챔버 내에서 성장 온도를 제 1단계의 초기 온도(T1)로 조절하고, 분위기 가스, Ga 소스가스, N 소스 가스를 공급하여 화합물 반도체의 GaN 씨드층 또는 GaN 버퍼층, 또는 GaN 핵 형성층을 성장한 후, 제 2단계 성장온도(T2)로 높여 상기 GaN 씨드층을 아일랜드 형상으로 성장시켜 준다. 예컨대, 아일랜드층(115)은 제 1단계에서 GaN 반도체 씨드를 530530℃에서 3분 성장시키고, 제 2단계에서 1050530℃에서 1분 성장시켜 줄 수 있다. 여기서 분위기 가스는 수소(H2) 또는 질소(N2)를 공급하고, N 소스 가스는 암모니아(NH3)를 공급하고, Ga 소스로 트리메틸갈륨(TMGa)을 공급한다. 도 4는 기판 위에 초기 성장된 GaN를 나타낸 평면 SEM 사진이다. 이러한 아일랜드층(115)은 도 5의 평면 SEM 사진과 같이, 기판 표면과 평행한 수평면이 거의 존재하지 않는 형태로 성장될 수 있다. 여기서, 상기 제 1단계의 성장 온도(T1)는 300~900℃이고, 제 2단계의 성장 온도(T2)는 700~1200℃로 설정할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는 아일랜드층(115)을 성장함에 있어서, 시간에 따른 온도의 변화(T1,T2)를 여러 단계로 변경할 수 있으며, 제 1단계의 성장 온도(T1)에서 제 2단계의 성장 온도(T2)까지 시간에 따라 연속적으로 변화시킬 수 있고, 또는 성장을 여러 구간으로 나누어 각 구간 사이에 성장을 중단하고 어닐링(Annealing)을 할 수도 있고, 또는 각 구간의 성장 온도를 일정 시간 동안 유지할 수도 있으며, 또는 성장 도중에 온도를 상승시키고 내릴 수도 있고, 반응 챔버의 압력을 조절할 수도 있다. 이 외에도 시간에 따른 온도 변화를 제어하여 불규칙한 3차원 섬 형상의 반도체층을 형성시킬 수 있다.
이러한 아일랜드층(115)은 100Å~1um 두께로 형성될 수 있으며, 기판 위에서 버퍼층으로 기능할 수 있다.
상기 아일랜드층(115) 위에는 요철표면의 반도체층(120)이 형성된다. 상기 요철표면의 반도체층(120)은 아일랜드층(115)의 섬 형상 위에 수직 및 수평하게 성장됨으로써, 표면이 요철 형상으로 형성되어 진다. 이러한 요철표면의 반도체층(120)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 또한 도펀트가 도핑되지 않는 언도프드 반도체층으로 구현될 수도 있다.
이러한 요철표면의 반도체층(120)의 성장 과정의 일 예는 다음과 같다. 상기 아일랜드층(115)이 성장된 후, 분위기 가스, Ga 소스가스, N 소스 가스의 공급을 제어하고 성장온도를 상기 제 2단계 성장온도(T2)와 같거나, 이 이상의 온도로 높여서 수평 성장이 활발하도록 성장하여 기판과 평행판 수평면을 포함한 요철표면을 형성할 수 있다. 또는 상기 아일랜드층 성장의 제 2단계 성장온도(T2)와 같거나, 이 온도보다 낮은 성장 온도로 수직 성장을 촉진하여 기판과 평행판 수평면이 거의 존재하지 않는 요철 표면을 형성시킬 수 있다. 이에 따라 아일랜드 형상의 요철구조가 서로 봉합되어 연속적인 요철표면의 반도체층(120)으로 형성된다.
상기 요철표면의 반도체층(120)에서 요철구조의 단면 형상은 피라미드형상, 마름모 형상, 다면체 형상 등을 포함하는 불규칙적인 표면 구조로 형성된다.
상기 요철표면의 반도체층(120) 위에는 요철구조의 반사체층(130)이 형성된다. 상기 요철구조의 반사체층(130)은 1개 이상의 반사층(131,132,133)을 포함한다.
이러한 요철구조의 반사체층(130)이 다수개의 반사층으로 이루어진 구조인 경우, 제 1반사층(131,133) 및 제 2반사층(132)의 페어(pair)가 이종 접합으로 형성된 단일 반사체층 또는 멀티 반사체층(예: 10pair)으로 구현될 수 있으며, 멀티 층인 경우 주기적으로 이종 접합을 이룬 초격자(supper lattice) 구조일 수 있다. 또는 요철구조 반사체층(130)은 주기성을 갖지 않는 층들로 형성될 수 있으며, 또한 DBR(Distributed-Bragg Reflector) 주기를 만족하는 요철구조 DBR 층일 수도 있다.
상기 요철구조의 반사체층(130)의 적어도 한 층은 GaN, InN, AIN, InGaN, AlGaN, 또는 InAlGaN으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 각 층이 연속적인 요철구조로 형성된다. 다른 예로서, 상기 요철구조의 반사체층(130)은 적어도 한 층이 Si02, Si0x, SiN2, SiNx, Si0xNy 또는 금속물질(예: 텅스텐)로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
여기서, 요철구조의 반사체층(130)의 제 1반사층(131)과 제 2반사층(132)은 하나의 페어(pair)를 이루며, 상기 제 1반사층(131)은 요철표면의 반도체층(120)과 동일하거나 다른 반도체 재료로 적층될 수 있으며, 상기 제 2반사층(132)은 제 1반사층(131,133)과 다른 반도체 재료로 적층될 수 있다. 이러한 요철구조의 반사체층(130)은 예컨대, InGaN층 및 GaN층으로 이루어진 초격자 구조로 형성될 수 있다.
또한 제 1도전성 반도체층(140)의 아래에 형성되는 마지막 제 1반사층(133)은 상기 제 1도전성 반도체층(140) 및 제 2반사층(132)과는 다른 반도체 재료로 형성될 수 있다.
상기 요철구조의 반사체층(130) 위에는 발광 구조물이 형성된다. 상기 발광 구조물은 적어도 제 1도전성 반도체층(140), 활성층(150) 및 제 2도전성 반도체층(160)을 포함한다.
상기 제 1도전성 반도체층(140)은 요철구조의 반사체층(130) 위에 형성된다. 상기 제 1도전성 반도체층(140)은 적어도 한 층 이상의 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 상기 n형 반도체층은 GaN, AlGaN, InGaN 등 중에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트가 선택적으로 도핑된다.
이러한 제 1도전성 반도체층(140)은 요철구조의 반사체층(130) 위에 성장될 때, 성장 온도를 점차 높여 줌으로써, 제 1도전성 반도체층(140)의 표면이 평탄하게 형성될 수 있으며, 이에 한정하지는 않는다.
여기서 상기 제 1도전성 반도체층(140) 위에는 활성층(150)이 형성된다. 상기 활성층(150)은 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물 구조로 형성된다. 상기 활성층(150)은 InGaN으로 이루어진 양자 우물층과 GaN으로 이루어진 양자 장벽층이 교대로 형성되며, 다중 양자우물 구조인 경우 양자 우물층 및 양자 장벽층의 주기가 10주기로 형성될 수 있다. 상기 활성층(150)의 양측에는 클래드층이 각각 형성될 수도 있다.
상기 활성층(150) 위에는 제 2도전성 반도체층(160)이 형성된다. 상기 제 2도전성 반도체층(160)은 적어도 한 층 이상의 p형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 상기 p형 반도체층은 GaN, AlGaN, InGaN 등 중에서 선택될 수 있으며, p형 도펀트(예: Mg, Zn)가 도핑된다.
이러한 반도체 발광소자(100)는 수평형 반도체 발광소자로 구현될 수 있는 데, 예를 들면, 상기 제 2도전성 반도체층(160)에서 제 1도전성 반도체층(140)의 일 부분까지 부분 시각하여 노출시키고, 제 1도전성 반도체층(140)에 제 1전극(171)을 형성하며, 제 2도전성 반도체층(160) 위에 제 2전극(173)을 형성할 수 있다.
또한 수직형 반도체 발광소자로 구현될 경우 제 2도전성 반도체층(160) 위에 제 2전극과 기판 기능을 수행하는 전도성 지지기판(미도시)을 형성한 후, 상기 기판(110)을 레이저 리프트 오프(LLO) 방법으로 제거한 후, 제 1전극을 형성할 수 있다.
또한 반도체 발광소자는 pn 접합 구조 또는 np 접합 구조로 구현할 수 있으며, 제 2도전성 반도체층(160) 위에 제 3도전성 반도체층을 형성하여, npn 또는 pnp 등의 구조로 형성할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 발광소자에 있어서, 요철구조의 반사체층의 다른 예이다. 이러한 실시 예는 도 2와 동일 부분에 대해서는 동일 부호로 처리하며 중복 설명은 생략하기로 한다.
상기 요철구조의 반사체층(130A)은 1개 이상의 반사층을 포함하며, 다수개의 반사층으로 이루어지는 경우 제 1반사층(131A,133A) 및 제 2반사층(132A)이 하나의 페어 또는 주기로 단일 반사층 또는 멀티 반사층으로 구현될 수 있으며, 제 1반사층(131A,133A)은 Si02, Si0x, SiN2, SiNx, Si0xNy 또는 금속물질(예: 텅스텐)로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 제 2반사층(132A)은 GaN, InN, AIN, InGaN, AlGaN, 또는 InAlGaN으로 이루어진 군에서 선택되거나, 또는 제 1반사층(131A,133A)과 다른 물질 예컨대, Si02, Si0x, SiN2, SiNx, Si0xNy, 금속물질로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 여기서 반도체 물질이 아닌 상기 제 1반사층(131A,133A)은 요철구조가 불연속적인 패턴으로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 요철구조의 반사체층(130A)의 최상층은 마지막 제 1반사층(133A)일 수 있고, 제 1도전성 반도체층(140)과 다른 물질을 갖는 반사층으로 형성할 수 있다. 또한 상기 제 1반사층(131A)은 층 형상이 아닌 다면체, 곡면체 등 임의의 기하학적 형태로 형성되거나 적정 크기의 입자들로 형성될 수 있다.
또한 상기 요철구조의 반사체층(130A)을 성장한 후 요철표면의 반도체층(130)의 표면까지 부분적으로 식각(예: 습식, 건식 방법) 공정으로 에칭하게 된다. 이러한 식각 공정에 의해 요철구조의 반사체층(130A)이 불연속적인 요철구조로 형성될 수 있다. 이에 따라 제 1도전성 반도체층(140)은 요철구조의 반사체층(130A) 위 및 요철표면의 반도체층(120) 위에 형성될 수 있다.
상기 요철구조의 반사체층(130A)은 반도체 물질이 아닌 예를 들어 Si02, Si0x, SiN2, SiNx, Si0xNy 또는 금속물질로 이루어진 단일 층 일 수 있으며, 이 경우 요철구조 반사체 층(130A)은 불연속적으로 형성된다.
도 6 내지 도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 발광소자의 제조과정을 나타낸 도면으로서, 불연속적인 요철 구조의 반사체층(230A)을 갖는 소자 제조과정이다. 이러한 실시 예를 설명함에 있어서, 도 1 및 도 3과 동일한 부분에 대해서는 도 1 및 도 3을 인용하며, 동일 부분에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
도 6을 참조하면, 기판(210) 위에는 아일랜드층(215)이 형성된다. 이러한 아일랜드층(215)은 화합물 반도체의 박막 성장 조건을 제어하여 섬(Island) 형상으로 형성된다.
도 7을 참조하면, 상기 아일랜드층(215) 위에는 요철표면의 반도체층(220)이 형성된다. 상기 요철표면의 반도체층(220)은 아일랜드층(215)의 섬 형상 위에 수직 및 수평 방향으로 성장이 촉진되어 성장하게 됨으로써, 표면이 도 14와 같이 요철 형상으로 형성되어 진다. 이러한 요철표면의 반도체층(220)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 또한 도펀트가 도핑되지 않는 언도프드 반도체층으로 구현될 수도 있다. 상기 요철표면의 반도체층(220)에서 요철구조의 단면 형상은 피라미드형상, 마름모 형상, 다면체 형상 등을 포함하는 불규칙적인 표면 구조로 형성된다.
여기서, 도 7의 요철 표면의 반도체층(220)의 표면이 평탄할 경우, 별도의 GaN 표면의 식각 공정을 통해 도 13과 같이 식각할 수도 있다. 도 13 및 도 14는 GaN 표면의 식각에 의한 육각 피라미트 피트 형상과 성장 제어에 의한 육각 피라미디 피트를 나타낸 SEM 이미지이다.
도 8을 참조하면, 상기 요철표면의 반도체층(220) 위에는 요철구조의 반사체층(230)이 형성된다. 상기 요철구조의 반사체층(230)은 1개 이상의 반사층을 이루어질 수 있으며, 복수개의 반사층으로 이루어질 경우 Si02, Si0x, SiN2, SiNx, Si0xNy 또는 금속물질(예: 텅스텐)로 이루어진 군 중에서 적어도 한 층 이상으로 형성될 수 있다. 또는 요철 구조의 반사체층(230)에는 GaN, InN, AIN, InGaN, AlGaN, 또는 InAlGaN으로 이루어진 군과 상기의 군에서 선택적으로 형성될 수 있다.
도 9를 참조하면, 요철 구조의 반사체층(230)이 반도체 재질이 아닌 경우(예: Si02), 요철 표면의 반도체층(220)의 표면까지 전 영역에 대해 식각하게 된다. 이때 요철 구조의 반사체(230A)는 요철 구조의 반도체층(220)의 요 홈에만 남겨지게 되므로, 불연속적인 요철 구조의 반사체(230A)를 형성할 수 있다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 상기 요철 구조의 반도체층(220)의 표면 및 요철 구조의 반사체(230A) 위에 제 1도전성 반도체층(240)이 형성되며, 상기 제 1도전성 반도체층(240) 위에 활성층(250) 및 제 2도전성 반도체층(260)이 차례대로 형성된다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 발광소자에 있어서, 불연속적인 요철 구조의 반사체(230B)를 형성하는 예를 나타낸 도면이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 요철 표면의 반도체층(220) 위에 도 9과 같은 요철 표면의 반사체층(230)이 형성된 후, 선택 영역(235)의 식각 공정을 통해 요철 표면의 반사체(230B)가 불연속적인 패턴으로 형성될 수 있다.
이와 같이 반도체 발광소자는 발광 구조물 하부에 불규칙적인 요철구조의 반사체층을 제공해 줌으로써, 반사체의 굴절률 및 기하학적인 특징에 의해 내부에서 발광된 광이 반사, 산란 또는 굴절될 수 있다. 이에 따라 내부 전반사 비율을 감소시키고 발광 소자의 적출효율을 향상시켜 줄 수 있다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조 물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "directly"와 "indirectly"의 의미를 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
이상에서 본 발명에 대하여 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다.
예를 들어, 본 발명의 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 종래 반도체 발광소자의 측 단면도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 발광소자의 측 단면도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 발광소자에 있어서, 요철구조의 반사체층의 다른 예를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 아일랜드층의 씨드를 나타낸 평면 SEM 사진을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 실시 에에 따른 아일랜드층의 섬 형상을 나타낸 평면 SEM 사진을 나타낸 도면.
도 6 내지 도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 발광소자의 제조 과정을 나타낸 도면.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 발광소자의 불연속적인 반사체층의 다른 예를 나타낸 도면.
도 13은 본 발명의 요철 표면의 반도체층의 표면 에칭에 의한 육각 피라미드 피트를 나타낸 SEM 이미지.
도 14는 본 발명의 요철 표면의 반도체층의 성장 조건 제어에 따라 형성된 육각 피라미드 피트를 나타낸 SEM 이미지.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 반도체 발광소자 110,210 : 기판
115,215 : 아일랜드층 120,220 : 요철표면의 반도체층
130, 130A, 230A,230B : 요철구조의 반사체층
131,132,133,131A,132A,133A : 반사층
140,240 : 제 1도전성 반도체층 150,250 : 활성층
160,260 : 제 2도전성 반도체층

Claims (26)

  1. 섬 형상의 아일랜드층;
    상기 아일랜드층 위에 표면이 요철 형상으로 형성된 요철표면의 반도체층;
    상기 요철표면의 반도체층 위에 형성된 요철구조의 반사체층;
    상기 요철구조의 반사체층 위에 형성된 발광 구조물을 포함하는 반도체 발광소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 아일랜드층은 화합물 반도체의 씨드층, 버퍼층, 핵 형성층 중 어느 하나로 형성되는 반도체 발광소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 아일랜드층은 100Å~1um로 형성되는 반도체 발광소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 아일랜드층 또는 요철표면의 반도체층은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN으로 이루어진 군에서 선택되는 반도체 발광소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 아일랜드층의 아래에 형성된 기판을 포함하며,
    상기 기판은 사파이어, GaN, Sic, ZnO, Si, GaP, InP 및 GaAs로 이루어진 군에서 선택되는 반도체 발광소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 요철구조의 반사체층은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, SiO2, SiOx, SiN2, SiNx, Si0xNy 또는 금속 물질로 이루어진 군에서 적어도 한 층 또는 이종 접합된 초격자 구조로 형성되는 반도체 발광소자.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 요철구조의 반사체층은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN 중에서 적어도 두 개의 반도체층이 하나의 페어로 이종 접합된 단일 반사층 또는 멀티 반사층으로 형성되는 반도체 발광 소자.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 요철구조의 반사체층은 그 위 및 아래의 반도체 물질과 이종 접합되는 반도체 발광소자.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 요철구조의 반사체층은 연속적인 요철구조 또는 불연속적인 요철구조로 형성되는 반도체 발광소자.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 불연속적인 요철구조의 반사체층은 SiO2, SiOx, SiN2, SiNx, Si0xNy 또는 금속 물질로 이루어진 군에서 선택되는 반도체 발광소자.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 요철구조의 반사체층은 불규칙적인 요철구조로 형성되는 반도체 발광소자.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 요철구조의 반사체층은 주기적으로 이종 접합된 초 격자 구조, 주기성을 갖지 않는 멀티 층 및 DBR(Distributed-Bragg Reflector) 주기를 갖는 층들 중에서 적어도 하나로 형성되는 반도체 발광소자.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 발광 구조물은 n형 반도체층, p형 반도체층, 상기 n형 반도체층 및 p형 반도체층 사이에 형성된 활성층을 포함하는 np 접합구조, pn 접합구조, npn 접합 구조 및 pnp 접합 구조 중 적어도 하나를 포함하는 반도체 발광소자.
  14. 섬 형상의 아일랜드층을 형성하는 단계;
    상기 아일랜드층 위에 표면이 요철 형상으로 형성된 요철표면의 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 요철표면의 반도체층 위에 적어도 하나의 반사층이 요철구조로 이루어진 요철구조의 반사체층을 형성하는 단계;
    상기 요철 형상의 반사체층 위에 발광 구조물을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 발광소자 제조방법.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 아일랜드층은 초기 성장 온도에서 형성되는 화합물 반도체의 씨드층, 버퍼층, 핵 생성층 중 어느 하나로 형성되는 반도체 발광소자 제조방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 아일랜드층 또는 요철표면의 반도체층은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN으로 이루어진 군에서 선택되는 반도체 발광소자 제조방법.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 요철구조의 반사체층은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, SiO2, SiOx, SiN2, SiNx, Si0xNy 또는 금속 물질로 이루어진 군에서 적어도 한 층 또는 이종 접합된 초격자 구조로 형성되는 반도체 발광소자 제조방법.
  18. 제 14항에 있어서,
    상기 요철구조의 반사체층은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN 중에서 적어도 두 개의 반도체층이 하나의 페어로 이종 접합된 단일 반사층 또는 멀티 반사층으로 형성되는 반도체 발광 소자 제조방법.
  19. 제 14항에 있어서,
    상기 요철구조의 반사체층은 연속적인 요철구조 또는 불연속적인 요철구조로 형성되는 반도체 발광소자 제조방법.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 불연속적인 요철구조의 반사체층은 SiO2, SiOx, SiN2, SiNx, Si0xNy 또는 금속 물질로 이루어진 군에서 선택되는 반도체 발광소자 제조방법.
  21. 제 14항에 있어서,
    상기 요철구조의 반사체층은 불규칙적인 요철구조로 형성되는 반도체 발광소자 제조방법.
  22. 제 14항에 있어서,
    상기 발광 구조물은 n형 반도체층, p형 반도체층, 상기 n형 반도체층 및 p형 반도체층 사이에 형성된 활성층을 포함하는 np 접합구조, pn 접합구조, npn 접합 구조 및 pnp 접합 구조 중 적어도 하나를 포함하는 반도체 발광소자 제조방법.
  23. 제 14항에 있어서,
    상기 요철구조의 반사체층을 형성한 후, 요철표면의 반도체층의 표면까지 선택 영역에 대해 부분 식각하는 단계를 포함하는 반도체 발광소자 제조방법.
  24. 제 14항에 있어서,
    상기 아일랜드층은 성장 온도를 적어도 두 단계로 변화시켜 주는 반도체 발광소자 제조방법.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 성장 온도는 초기 성장 온도를 300~900℃의 범위로 조절하고, 후기 성장 온도를 700~1200℃의 범위로 조절하는 반도체 발광소자 제조방법.
  26. 제 14항에 있어서,
    상기 아일랜드층의 아래에는 기판이 형성되며,
    상기 기판은 사파이어, GaN, Sic, ZnO, Si, GaP, InP 및 GaAs로 이루어진 군에서 선택되는 반도체 발광소자 제조방법.
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