KR20100095885A - 반도체 발광소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

반도체 발광소자 및 그 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 반도체 발광소자는, 기판, 기판 상면에 반도체로 구성된 광발생부, 기판의 하면에 배치되며 하면에 복수의 홈부가 형성되어 있는 고분자층, 홈부에 일부분이 삽입되어 있는 복수의 비드, 그리고 비드의 굴곡을 따라 형성된 금속 반사막을 포함한다. 본 발명에 따른 반도체 발광소자 제조 방법에서는, 기판 상면에 반도체로 구성된 광발생부를 형성한 다음, 기판의 하면에 복수의 비드를 도포한다. 그러고 나서, 비드의 굴곡을 따라 금속 반사막을 형성한다. 본 발명에 따르면, 우수한 광추출효율을 갖는 반도체 발광소자를 간단한 공정으로 제조할 수 있어 양산성이 높으며 재현성 또한 높다.

Description

반도체 발광소자 및 그 제조 방법{Light emitting device and method for fabricating the same}

본 발명은 반도체 발광소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 반도체 발광소자의 광추출효율(extraction efficiency) 개선을 위한 구조 변경을 포함하는 반도체 발광소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 발광소자는 소자 내에 포함되어 있는 물질이 빛을 발광하는 소자로서, 예를 들면, LED(light emitting diode)와 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.

LED 시장은 핸드폰 등 휴대형 통신기기나 소형가전제품의 키패드, 액정 디스플레이(LCD)의 백라이트 유닛(back light unit) 등에 사용되는 저출력 LED를 기반으로 성장하였다. 최근에는 인테리어 조명, 외부 조명, 자동차 내외장, 대형 LCD 의 백라이트 유닛 등에 사용되는 고출력, 고효율 광원의 필요성이 대두되면서, LED 시장 또한 고출력 제품 중심으로 옮겨 가고 있으며, 특히 질화갈륨(GaN)계 LED가 중점적으로 연구되고 있다.

GaN계 LED의 경우 내부양자효율이 비교적 우수하여 광발생 측면에서 높은 효율을 갖는다. 그러나 주변 물질에 비해 높은 굴절률(2.3 내지 2.8)로 인해 광추출효율이 낮다. 따라서 일반적인 구조의 GaN계 LED는 발광층에서 발생된 빛의 상당 부분이 소자 외부로 추출되지 못하고 내부에서 소멸된다. 더구나, 소자를 빠져나가지 못한 빛은 소자 내부를 이동하다가 열로 바뀌어, 결과적으로 발광효율은 낮으면서 소자의 열 발생량을 늘려 소자 수명을 단축시키게 된다.

이러한 단점을 극복하기 위해 기판 또는 광전자의 진행 경로에 위치하는 표면에 텍스쳐링(texturing)을 수행하거나, 주기적 요철(patterning)을 형성하는 등 소자 표면에 요철을 형성하는 기술이 도입되었다. 그러나 이러한 기술들은 다음과 같은 이유로 대부분 재현성 및 양산성(throughput)에 한계를 가지고 있다.

소자 표면에 요철을 형성하는 방법으로는 현재 습식 식각이나 건식 식각을 이용한 방법을 이용하고 있다. 이 중에서 습식 식각은 식각 속도의 제어가 어렵고, 재현성의 문제를 가지고 있다. 보통 건식 식각은 포토리소그래피를 이용한 패턴의 형성 후에 이루어지는데, 이 방법은 비교적 정확한 패턴의 형성이 이루어질 수 있지만 플라즈마에 의한 데미지(damage) 문제와 경제적인 단점이 존재한다. 또한, 전자빔리소그래피(E-beam lithography)를 이용한 방법으로 패턴을 형성한 후에도 건식 식각이 이루어지는데 이 방법은 고가의 장비가 필요하며 대면적화가 어렵 다는 단점이 있다.

반면, 이러한 습식 식각, 건식 식각 외에도 Ag와 같은 반사막을 이용하여 광추출효율을 높여주는 방법도 존재한다. 하지만 이 반사막의 효율 증대를 위해 텍스쳐링하는 기술 역시 습식 식각 또는 건식 식각을 통해 이루어지므로 위에서 언급한 문제점들을 가지고 있다.

따라서 보다 간단하고 저비용으로 반도체 발광소자의 광추출효율을 향상시킬 수 있는 방안이 요구되고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 간단한 공정으로 제조가능하고, 우수한 광추출효율을 갖는 반도체 발광소자를 제공하는 데 있다.

또한, 간단한 공정으로 높은 재현성 및 양산성을 얻을 수 있는 반도체 발광소자 제조 방법을 제공하는 데 있다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 반도체 발광소자는, 기판, 상기 기판 상면에 반도체로 구성된 광발생부, 상기 기판의 하면에 배치되며 하면에 복수의 홈부가 형성되어 있는 고분자층, 상기 홈부에 일부분이 삽입되어 있는 복수의 비드(bead), 및 상기 비드의 굴곡을 따라 형성된 금속 반사막을 포함한다.

본 발명에 따른 다른 반도체 발광소자는, 기판, 상기 기판 상면에 반도체로 구성된 광발생부, 상기 기판의 하면에 배치되며 하면에 복수의 홈부가 형성되어 있 는 고분자층, 및 상기 홈부의 굴곡을 따라 형성된 금속 반사막을 포함한다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 반도체 발광소자 제조 방법의 일 구성에서는, 기판 상면에 반도체로 구성된 광발생부를 형성한 다음, 상기 기판의 하면에 복수의 비드를 도포한다. 그러고 나서, 상기 비드의 굴곡을 따라 금속 반사막을 형성한다.

이 때, 상기 기판의 하면에 복수의 비드를 도포하는 단계는, 상기 기판의 하면에 고분자층을 형성하는 단계, 상기 고분자층 상에 상기 복수의 비드를 도포하는 단계, 및 상기 고분자층을 유리 전이 온도(glass transition temperature) 이상으로 가열하여, 상기 비드의 일부분을 상기 고분자층에 침전시키는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 반도체 발광소자 제조 방법의 다른 구성에서는, 기판 상면에 반도체로 구성된 광발생부를 형성한 다음, 상기 기판의 하면에 고분자층을 형성하고, 상기 고분자층 상에 상기 복수의 비드를 도포한다. 그런 다음, 상기 고분자층을 유리 전이 온도 이상으로 가열하여, 상기 비드의 일부분을 상기 고분자층에 침전시킨다. 이후, 상기 비드를 제거한 다음, 상기 비드가 제거된 상기 고분자층의 굴곡을 따라 금속 반사막을 형성한다.

본 발명에 따르면, 기판에 식각 공정을 적용하지 않고도 굴곡을 갖도록 텍스쳐링된 금속 반사막을 구비하는 반도체 발광소자를 제조할 수 있어 식각 공정에 따른 제반 문제가 발생하지 않는다. 그리고 본 발명에서는 스핀 코팅(spin coating) 과 같은 간단한 공정을 통한 박막 형성공정과 저온 열처리 공정만이 이용되므로 시간과 비용을 크게 절감할 수 있다. 또한, 텍스쳐링을 대면적 기판에서도 균일하게 실시할 수 있어서 반도체 발광소자의 대면적화에 유리하다.

건식 식각을 위한 포토리소그래피나 전자빔리소그래피 공정 없이 간단한 공정만으로 기판의 상면에 패턴을 형성하므로, 포토리소그래피나 전자빔리소그래피 공정에 필요한 고가의 장비가 필요하지 않게 되고 포토리소그래피나 전자빔리소그래피 공정보다 소요 시간이 짧아져서 생산성이 우수하게 된다.

또한, 비드 크기와 고분자층 두께의 조절을 통해 쉽게 금속 반사막의 굴곡 정도를 조절할 수 있으며, 텍스쳐링된 면이 매끄럽기 때문에 금속 반사막 안에서 금속의 끊어짐 현상을 막을 수 있다.

이하, 첨부 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 반도체 발광소자 제조 방법에 대한 제1 실시예의 수행과정을 나타내는 도면이다.

도 1(a)를 참조하면, 기판(10)의 상면에 반도체로 구성된 광발생부(20)를 형 성한다. 기판(10)으로는 사파이어(Al₂O₃), 비소화갈륨(GaAs), 스피넬(MgAl₂O₄), 인화인듐(InP), 실리콘 카바이드(SiC), 산화아연(ZnO), 실리콘(Si), 리튬 알루미늄 산화물(LiAlO₂) 및 마그네슘 산화물(MgO) 중 어느 하나가 이용될 수 있으며, 광발생부(20)와의 사이에 GaN계 버퍼층이 성장된 것이 이용될 수 있다. 사파이어 기판은 고온 안정성이 높으나, 기판 크기가 작아 대면적 제조에 어려움이 있다. 실리콘 카바이드 기판은 결정 구조가 GaN과 동일하고 고온 안정성이 높으며 격자 상수 및 열팽창 계수도 GaN과 유사하나, 가격이 비싸다는 단점이 있다. 실리콘 기판은 GaN과의 격자 상수 차이가 17％ 정도이고 열팽창 계수도 35％ 정도로 차이가 있다. 이러한 점들을 고려하여 소자의 특성에 적합하도록 앞서 예시한 바와 같이 다양한 기판을 사용할 수 있다.

광발생부(20)는 제1 도전형(예컨대 n형) 반도체층, 활성층 및 상기 제1 도전형과는 반대되는 제2 도전형(p형) 반도체층이 순차적으로 적층된 적층체와 같은 반도체로 구성될 수 있다. 각각의 반도체층은, 예를 들면, GaN계 반도체, ZnO계 반도체, GaAs계 반도체, GaP계 반도체, 및 GaAsP계 반도체와 같은 반도체로 구성되어 각각 n형 반도체층 및 p형 반도체층으로 구현될 수 있다. 반도체층의 형성은 예를 들면, 분자선 에피택시(Molecular Beam Epitaxy : MBE)방법을 이용하여 수행될 수 있다. 이외에도, 반도체층들은 III-V족 반도체, II-VI족 반도체, 및 Si로 구성된 군으로부터 적절히 선택되어 구현될 수 있다. 활성층은 발광을 활성화시키는 층으로서, 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층의 에너지 밴드 갭보다 적은 에 너지 밴드 갭을 갖는 물질을 이용하여 형성한다. 예를 들어 제1 및 제2 도전형 반도체층이 GaN계 화합물 반도체인 경우, GaN계 화합물 반도체의 에너지 밴드 갭보다 적은 에너지 밴드 갭을 갖는 InGaN계 화합물 반도체를 이용하여 활성층을 형성할 수 있다. 이 때, 활성층(130)은 우물층의 두께, 조성, 우물의 개수를 조정하여 파장이나 양자효율을 조절할 수 있다.

또한 도 1(a)에 직접 도시되어 있지 않으나, 각각의 반도체층을 외부전원과 전기적으로 연결하기 위한 n형 전극 및 p형 전극이 형성될 수 있다. 각 전극(미도시)은 금속 또는 투명 전극으로 구성될 수 있는데, 예를 들면, n형 전극으로는 Ti를, p형 전극으로는 Pd 또는 Au로 구성될 수 있다.

다음으로, 도 1(b)에서 보는 바와 같이 기판(10)의 하면에 고분자층(30)을 형성한다. 고분자층(30)은 고분자 물질로 이루어지며, 바람직하게는 PS(polystyrene), BCB(bis-benzo cyclobutene) 및 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 고분자층(30)을 기판(10) 하면에 형성하기 위해서 스핀 코팅이 이용될 수 있다.

다음 도 1(c)에 도시된 바와 같이 고분자층(30) 상에 복수의 비드(40)를 도포한다. 여기서 비드(40)는 통상 구형 입자를 가리키며, 단일층으로 도포할 수 있다. 그리고 비드(40)는 광추출효율을 높이기 위해 광발생부(20)를 구성하는 반도체층보다 낮은 굴절률을 가진 것, 예컨대 광발생부(20)를 구성하는 반도체층이 GaN인 경우 이보다 낮은 굴절률을 가진 굴절률이 1.2 내지 2.0인 물질이 이용될 수도 있다.

비드(40)는 산화물 비드, 폴리머 비드 및 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 이 때 산화물 비드는 SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, ZrO₂, Y₂O₃-ZrO₂, CuO, Cu₂O, Ta₂O₅, PZT(Pb(Zr,Ti)O₃), Nb₂O₅, Fe₃O₄, Fe₂O₃ 및 GeO₂ 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어진 것이 이용될 수 있다. 이 때 비드(40)는 반도체 발광소자에서 발생하는 빛의 파장을 고려하여 광추출효율을 높이기 위해 직경이 0.01 내지 10 μm인 것이 이용될 수 있다. 특히 비드(40)로서 SiO₂가 이용될 수 있는데, SiO₂ 비드의 제조 방법은 다음과 같다.

먼저 테트라에틸 오쏘실리케이트(tetraethyl orthosilicate; TEOS)를 무수 에탄올에 녹여 제1 용액을 만든다. 그리고 암모니아 에탄올 용액과 탈이온수(deionized water : DI water)와 에탄올을 섞어 제2 용액을 제조한다. 암모니아는 촉매제로 작용한다. 제1 용액과 제2 용액을 섞은 후, 소정 온도에서 소정 시간 동안 교반한다. 이렇게 하여 얻어진 용액을 원심분리를 통하여 SiO₂ 비드를 분리한 후에 에탄올로 씻어주고, 에탄올 용액에 재분산시켜 SiO₂ 비드를 제조한다.

비드(40)는 제조 조건, 즉 성장 시간, 온도, 반응물질의 양에 따라 0.01 내지 10㎛ 크기로 다양하게 제조할 수 있다. 이렇게 얻어진 비드(40)를 딥코팅(dip coating) 또는 스핀 코팅과 같은 방법을 이용하여 고분자층(30) 상에 코팅한다.

여기에 이용되는 비드(40)는 일반적으로 친수성이다. 따라서 비드(40)가 고분자층(30)에 코팅이 잘 되도록 하기 위해서는 고분자층(30)의 표면은 적어도 친수 성일 필요가 있다. 따라서 고분자층(30)이 소수성인 경우에는 비드(40)를 도포하기 전에 고분자층(30)에 자외선을 조사하거나 O₂ 플라즈마 처리를 실시하여 고분자층(30) 표면을 친수화시키는 단계를 더 수행함이 바람직하다. 그러나 고분자층(30)이 친수성인 경우에는 이러한 단계를 생략할 수 있다.

다음으로 고분자층(30)을 유리 전이 온도 이상으로 가열하여 도 1(d)에 도시된 바와 같이 비드(40)의 일부분을 고분자층(30)에 침전시킨다. 이 과정에서 고분자층(30)에 복수의 홈부(35)가 형성되며, 이 홈부(35)에 비드(40)의 일부분이 삽입되는 형태가 된다.

비드(40)의 침전 정도는 변경할 수 있으며, 되도록 굴곡이 많은 금속 반사막(도 1(e)의 부호 50 참고)을 형성하기 위해서는, 비드(40)의 절반 정도를 침전시키는 것이 바람직하다. 이렇게 절반 정도가 침전된 비드(40)를 통해 반구형 나노렌즈 모양을 만들 수 있으며, 비드(40)의 크기와 고분자층(30) 두께의 조절을 통해 쉽게 렌즈모양의 크기를 조절할 수 있다. 고분자층(30)으로 BCB가 이용된 경우에는 130 ~ 160℃ 정도의 저온 열처리를 통해 비드(40)를 침전시켜 나노렌즈 모양을 만들 수 있다.

그러고 나서, 도 1(e)를 참조하여 비드(40)의 굴곡을 따라 금속 반사막(50)을 형성하여 반도체 발광소자(100)로 제작한다. 예컨대 Ag와 같은 금속을 스퍼터링으로 덮어 금속 반사막(50)을 형성한다. 금속 반사막(50)은 비드(40)의 굴곡을 따라 컨퍼멀(conformal)하게 증착되는 정도의 두께로 형성한다. 금속 반사막(50) 은 비드(40)의 굴곡을 따라 자연적으로 반구형 나노렌즈 형태를 굴곡을 가져 3차원적으로 텍스쳐링된 반사 표면을 제공하게 되며, 이러한 금속 반사막(50)은 반도체 발광소자(100) 내부에서 발생되는 광전자의 반사각을 랜덤화시켜 줄 수 있고, 그로 인해 광추출효율을 높일 수 있다. 특히 종래의 기술과는 달리 식각 과정이 필요 없고 단시간에 복잡한 공정 없이 텍스쳐링된 반사 구조를 형성함에 특징이 있다.

이와 같이 제조된 반도체 발광소자(100)는 기판(10), 기판(10) 상면에 반도체로 구성된 광발생부(20), 기판(10)의 하면에 배치되며 하면에 복수의 홈부(35)가 형성되어 있는 고분자층(30), 홈부(35)에 일부분이 삽입되어 있는 복수의 비드(40), 및 비드(40)의 굴곡을 따라 형성된 금속 반사막(50)을 포함하게 된다.

도 2는 제1 실시예에 따라 제작한 반도체 발광소자 후면에 형성된 반구형 나노렌즈 형태의 굴곡을 갖는 금속 반사막(50')을 보여주는 SEM 사진이다. 여기서는 사파이어 기판 상에 GaN/InGaN/GaN으로 구성된 광발생부를 형성하고, 사파이어 기판 하면에 BCB 고분자층을 형성한 후 SiO₂ 비드를 침전시키고 그 위에 Ag를 증착하여 금속 반사막(50')을 형성하였다. 매끄러운 SiO₂ 비드 표면을 따라 금속 반사막(50')이 형성되므로 금속 반사막(50') 내에서 끊어짐 현상 없이 균일하게 텍스쳐링된 면을 얻게 됨을 확인할 수 있다.

도 3은 제1 실시예에 따라 제작한 반도체 발광소자의 EL(electroluminescence) 세기를 측정한 그래프이다. 금속 반사막(50')을 구비한 제1 실시예에 따른 반도체 발광소자의 EL 세기가 그렇지 않은 비교예 및 BCB의 EL 세기보다 증가된 것을 볼 수 있으므로 본 발명에 따를 경우 빛의 추출 효율이 향상된다는 것을 확인할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체 발광소자 제조 방법을 이용하면 식각 공정이 필요치 않고 스핀 코팅과 저온 열처리 및 금속 증착과 같은 간단한 공정만을 이용하여 반구형 나노렌즈 패턴의 굴곡을 갖는 금속 반사막을 구비한 반도체 발광소자를 제조할 수 있게 된다. 금속 반사막은 효율적으로 빛의 전반사를 억제하고 광추출효율을 높일 수 있다. 그리고 스핀 코팅과 같은 방법으로 고분자층 및 복수의 비드를 형성하므로 짧은 시간 동안 저비용으로 대면적에 굴곡 있는 반사 구조를 형성할 수 있다. 따라서 우수한 광추출효율을 갖는 반도체 발광소자를 간단한 공정으로 제조할 수 있어 양산성이 높으며 재현성 또한 높다.

도 4는 본 발명에 따른 반도체 발광소자 제조 방법에 대한 제2 실시예의 수행과정을 나타내는 도면이다.

도 4(a)를 참조하면, 기판(110)의 상면에 반도체로 구성된 광발생부(120)를 형성한 다음, 도 4(b)에서 보는 바와 같이 기판(110)의 하면에 고분자층(130)을 형성한다. 그러고 나서, 도 4(c)에 도시된 바와 같이 고분자층(130) 상에 복수의 비드(140)를 도포한다. 기판(110), 광발생부(120), 고분자층(130) 및 비드(140)는 제1 실시예에서 설명한 기판(10), 광발생부(20), 고분자층(30) 및 비드(40)에 각각 대응될 수 있으며 그 설명을 그대로 원용한다.

다음으로 고분자층(130)을 유리 전이 온도 이상으로 가열하여 도 4(d)에 도시된 바와 같이 비드(140)의 일부분을 고분자층(130)에 침전시킨다. 이 과정에서 고분자층(130)에 복수의 홈부(135)가 형성되며, 이 홈부(135)에 비드(140)의 일부분이 삽입되는 형태가 된다.

그러고 나서, 도 4(e)를 참조하여 비드(140)를 제거하여 홈부(135)를 드러나게 한다. 비드(140)가 산화물인 경우에는 적절한 에칭 용액을 통해 제거해낼 수 있는데, 예컨대 SiO₂ 비드인 경우에는 HF 희석액 등을 통해 쉽게 습식으로 제거해낼 수 있다. 비드(140)가 폴리머인 경우에도 적절한 에칭 용액을 통해 제거해내거나 열처리 혹은 애슁(ashing)을 통해 제거해낼 수 있다. 이렇게 비드(140)를 제거하면 홈부(135)가 드러나게 되는데, 홈부(135)는 제1 실시예에서와 같은 반구형 나노렌즈의 양각 형상과는 반대로 음각 형상이 되며, 이를 흔히 딤플(dimple)이라고 부를 수 있다.

다음으로 도 4(f)에서와 같이 홈부(135)를 가지는 고분자층(130)의 굴곡을 따라 금속 반사막(150)을 형성하여 반도체 발광소자(200)로 제작한다. 예컨대 Ag와 같은 금속을 덮어 금속 반사막(150)을 형성한다. 금속 반사막(150)은 홈부(135)의 굴곡을 따라 컨퍼멀하게 증착되는 정도의 두께로 형성한다. 이와 같이 본 발명에 따르면 종래의 기술과는 달리 식각 과정이 필요 없고 단시간에 복잡한 공정 없이 홈부(135)의 굴곡을 따라 자연적으로 3차원적으로 텍스쳐링된 반사 표면을 만들 수 있어 광추출효율을 높일 수 있다.

이와 같이 제조된 반도체 발광소자(200)는 기판(110), 기판(110) 상면에 반도체로 구성된 광발생부(120), 기판(110)의 하면에 배치되며 하면에 복수의 홈 부(135)가 형성되어 있는 고분자층(130), 및 홈부(135)의 굴곡을 따라 형성된 금속 반사막(150)을 포함하게 된다.

도 5는 제2 실시예에 따라 제작한 반도체 발광소자 후면에 형성된 딤플 형태의 굴곡을 갖는 금속 반사막(150')을 보여주는 SEM 사진이다. 여기서는 사파이어 기판 상에 GaN/InGaN/GaN으로 구성된 광발생부를 형성하고, 사파이어 기판 하면에 BCB 고분자층을 형성한 후 SiO₂ 비드를 침전시키고 나서 HF 희석액으로 SiO₂ 비드를 제거한 후 Ag를 증착하여 금속 반사막(150')을 형성하였다. Ag를 증착하기 전의 표면이 매끄러운 형태이기 때문에 금속 반사막(150') 내에서 끊어짐 현상 없이 균일하게 텍스쳐링된 면을 얻게 된다.

도 6은 제2 실시예에 따라 제작한 반도체 발광소자의 EL 세기를 측정한 그래프이다. 금속 반사막(150')을 구비한 제2 실시예에 따른 반도체 발광소자의 EL 세기가 그렇지 않은 비교예 및 BCB의 EL 세기보다 증가된 것을 볼 수 있으므로 본 발명에 따를 경우 광추출효율이 향상된다는 것을 확인할 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 반도체 발광소자 제조 방법에 대한 제3 실시예의 수행과정을 나타내는 도면이다.

도 7(a)를 참조하면, 기판(310)의 상면에 반도체로 구성된 광발생부(320)를 형성한 다음, 도 7(b)에서 보는 바와 같이 기판(310)의 하면에 복수의 비드(340)를 도포한다. 기판(310), 광발생부(320) 및 비드(340)는 제1 실시예에서 설명한 기판(10), 광발생부(20) 및 비드(40)에 각각 대응된다.

제1 실시예에서 비드(40)를 고정하기 위해 고분자층(30)을 형성하지만 본 실시예에서는 그와 다른 방식, 예컨대 전해질을 이용한 전기적 결합을 이용하여 기판(310) 하면에 비드(340)를 고정하는 방식에 의할 수 있다.

다음으로 도 7(c)에서와 같이 비드(340)의 굴곡을 따라 금속 반사막(350)을 형성하여 반도체 발광소자(400)로 제작한다. 예컨대 Ag와 같은 금속을 덮어 금속 반사막(350)을 형성한다. 금속 반사막(350)은 비드(340)의 굴곡을 따라 컨퍼멀하게 증착되는 정도의 두께로 형성한다. 이와 같이 본 발명에 따르면 종래의 기술과는 달리 식각 과정이 필요 없고 단시간에 복잡한 공정 없이 비드(340)의 굴곡을 따라 자연적으로 3차원적으로 텍스쳐링된 반사 표면을 만들 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 반도체 발광소자 제조 방법에 대한 제1 실시예의 수행과정을 나타내는 도면이다.

도 2는 제1 실시예에 따라 제작한 반도체 발광소자 후면에 형성된 반구형 나노렌즈 굴곡을 갖는 금속 반사막을 보여주는 SEM 사진이다.

도 3은 제1 실시예에 따라 제작한 반도체 발광소자의 EL 세기를 측정한 그래프이다.

도 4는 본 발명에 따른 반도체 발광소자 제조 방법에 대한 제2 실시예의 수행과정을 나타내는 도면이다.

도 5는 제2 실시예에 따라 제작한 반도체 발광소자 후면에 형성된 딤플 형태의 굴곡을 갖는 금속 반사막을 보여주는 SEM 사진이다.

도 6은 제2 실시예에 따라 제작한 반도체 발광소자의 EL 세기를 측정한 그래프이다.

도 7은 본 발명에 따른 반도체 발광소자 제조 방법에 대한 제3 실시예의 수행과정을 나타내는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10, 110, 310...기판 20, 120, 320...광발생부

30, 130...고분자층 35, 135...홈부

40, 140, 340...비드 50, 50', 150, 150', 350...금속 반사막

100, 200, 400...반도체 발광소자

Claims (14)

1. 기판;

   상기 기판 상면에 반도체로 구성된 광발생부;

   상기 기판의 하면에 배치되며 하면에 복수의 홈부가 형성되어 있는 고분자층;

   상기 홈부에 일부분이 삽입되어 있는 복수의 비드; 및

   상기 비드의 굴곡을 따라 형성된 금속 반사막을 포함하는 반도체 발광소자.
2. 기판;

   상기 기판 상면에 반도체로 구성된 광발생부;

   상기 기판의 하면에 배치되며 하면에 복수의 홈부가 형성되어 있는 고분자층; 및

   상기 홈부의 굴곡을 따라 형성된 금속 반사막을 포함하는 반도체 발광소자.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 고분자층은 PS(polystyrene) 및 BCB(bis-benzo cyclobutene) 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
4. 제1항에 있어서, 상기 비드는 산화물 비드 및 폴리머 비드 중 적어도 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
5. 제4항에 있어서, 상기 산화물 비드는 SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, ZrO₂, Y₂O₃-ZrO₂, CuO, Cu₂O, Ta₂O₅, PZT(Pb(Zr,Ti)O₃), Nb₂O₅, Fe₃O₄, Fe₂O₃ 및 GeO₂ 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
6. 제1항에 있어서, 상기 비드의 직경은 0.01 내지 10 μm인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
7. 제1항에 있어서, 상기 비드는 단일층인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
8. 기판 상면에 반도체로 구성된 광발생부를 형성하는 단계;

   상기 기판의 하면에 복수의 비드를 도포하는 단계; 및

   상기 비드의 굴곡을 따라 금속 반사막을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 발광소자 제조 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 기판의 하면에 복수의 비드를 도포하는 단계는,

   상기 기판의 하면에 고분자층을 형성하는 단계;

   상기 고분자층 상에 상기 복수의 비드를 도포하는 단계; 및

   상기 고분자층을 유리 전이 온도 이상으로 가열하여, 상기 비드의 일부분을 상기 고분자층에 침전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조 방법.
10. 기판 상면에 반도체로 구성된 광발생부를 형성하는 단계;

    상기 기판의 하면에 고분자층을 형성하는 단계;

    상기 고분자층 상에 상기 복수의 비드를 도포하는 단계;

    상기 고분자층을 유리 전이 온도 이상으로 가열하여, 상기 비드의 일부분을 상기 고분자층에 침전시키는 단계;

    상기 비드를 제거하는 단계; 및

    상기 비드가 제거된 상기 고분자층의 굴곡을 따라 금속 반사막을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 발광소자 제조 방법.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 고분자층은 PS(polystyrene) 및 BCB(bis-benzo cyclobutene) 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조 방법.
12. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 고분자층을 형성한 다음 자외선을 조사하 거나 O₂ 플라즈마 처리를 실시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조 방법.
13. 제8항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 비드는 산화물 비드 및 폴리머 비드 중 적어도 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 산화물 비드는 SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, ZrO₂, Y₂O₃-ZrO₂, CuO, Cu₂O, Ta₂O₅, PZT(Pb(Zr,Ti)O₃), Nb₂O₅, Fe₃O₄, Fe₂O₃ 및 GeO₂ 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조 방법.

Images