KR20100123504A - 반도체 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 기판 상에 형성되며, 서로 다른 밴드갭 차이를 갖는 물질로 이루어진 복수개의 제1 및 제2 반도체층이 교대로 적층된 n형 반도체층과, 상기 n형 반도체층 상에 형성되는 활성층과, 상기 활성층 상에 형성되는 p형 반도체층을 포함하되, 광전자화학(Photoelectrochemical; PEC) 습식 식각 공정을 이용하여 상기 제1 또는 제2 반도체층이 선택적으로 식각되도록 함으로써, 상기 n형 반도체층의 노출된 측면이 요철형상으로 이루어진다. 이에 따라, 반도체 내부의 활성영역에서 발생한 빛을 더욱 효율적으로 반도체 외부로 추출함으로서 반도체 발광소자의 광추출 효율(light extraction efficiency)을 효과적으로 증가시킬 수 있다.

반도체 발광소자, 광추출 효율, n형 반도체층, 밴드갭, 광전자화학 습식 식각

Description

반도체 발광소자 및 그 제조방법{SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}

본 발명은 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 내부의 활성영역에서 발생한 빛을 더욱 효율적으로 반도체 외부로 추출함으로서 반도체 발광소자의 광추출 효율을 효과적으로 증가시킬 수 있도록 한 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 발광소자로는 발광 다이오드(Light Emitting Diode; 이하 'LED'라 함)를 꼽을 수 있는데, LED는 화합물 반도체의 특성을 이용해 전기 신호를 적외선, 가시광선 또는 빛의 형태로 변환시켜 신호를 보내고 받는 데 사용되는 소자이다.

즉, LED는 전류를 빛으로 변환시키는 잘 알려진 반도체 발광소자로서, 1962년 GaAsP 화합물 반도체를 이용한 적색 LED가 상품화 된 것을 시작으로 GaP:N 계열의 녹색 LED와 함께 정보 통신기기를 비롯한 전자장치의 표시 화상용 광원으로 이 용되어 왔다.

이러한 LED에 의해 방출되는 광의 파장은 LED를 제조하는데 사용되는 반도체 재료에 따른다. 이는 방출된 광의 파장이 가전자대(valence band) 전자들과 전도대(conduction band) 전자들 사이의 에너지 차를 나타내는 반도체 재료의 밴드갭(Band-gap)에 따르기 때문이다.

질화갈륨 화합물 반도체(Gallium Nitride: GaN)는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭(약 0.8∼6.2eV)을 가지고 있어, LED를 포함한 고출력 전자부품 소자 개발 분야에서 많은 주목을 받아왔다.

이에 대한 이유 중 하나는 GaN를 타 원소들(예컨대, 인듐(In), 알루미늄(Al) 등)과 조합하여 녹색, 청색 및 백색광을 방출하는 반도체 층들을 제조할 수 있기 때문이다.

이와 같이 방출 파장을 조절할 수 있기 때문에 특정 장치 특성에 맞추어 재료의 특징을 맞출 수 있다. 예를 들어, GaN를 이용하여 광 기록에 유익한 청색 LED와 백열등을 대치할 수 있는 백색 LED를 만들 수 있다.

이러한 GaN 계열 물질의 이점들로 인해, GaN 계열의 LED 시장이 급속히 성장하고 있다. 따라서, 1994년에 상업적으로 도입한 이래로 GaN 계열의 광전자장치 기술도 급격히 발달하였다.

상술한 바와 같은 GaN 계열 물질을 이용한 LED의 휘도 또는 출력은 크게, LED 칩 내부로 전자의 주입을 의미하는 전류주입효율, 활성층의 구조에 기반하여 전자와 전공의 재결합효율을 의미하는 내부양자효율, LED 칩 외부로 광자의 탈출을 의미하는 광추출효율, 패키지 조립 시 몰드(mold)의 종류 및 각도, 형광물질 등에 의해서 좌우되며 광자의 최종 적출을 의미하는 적출(방사)효율 등에 의존한다.

한편, 이러한 GaN 계열 반도체 성장이 다른 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체보다 어려운 이유 중에 하나는 고품질의 기판, 즉, GaN, InN, AlN 등의 물질의 웨이퍼가 존재하지 않기 때문이다.

따라서, 사파이어(Sapphire)와 같은 이종 기판 위에 LED 구조를 성장하게 되며, 이때 많은 결함이 발생하게 되고, 이러한 결함들은 LED 성능에 큰 영향을 미치게 된다.

도 1은 일반적인 반도체 발광소자의 구성 요소를 예시적으로 도시한 측단면도이다.

도 1을 참조하면, 일반적인 GaN 계열 물질의 반도체 발광소자(예컨대, LED)의 기본 구조는, 사파이어(Sapphire) 또는 탄화실리콘(SiC) 등으로 이루어지는 기판(10) 상에 n형 불순물이 첨가된 n형 반도체층(n-GaN)(11), 활성층(InGaN)(12) 및 p형 불순물이 첨가된 p형 반도체층(p-GaN)(13)을 순차적으로 적층하여 이루어진다.

이러한 종래 구조의 LED는, 상술한 GaN의 물성 또는 성장방법의 한계상, 격자 부정합에 의한 많은 실전위(Threading Dislocation)가 존재하여 소자의 성능(휘도)에 한계를 가지고 있다.

또한, 통상의 적층 필름형의 GaN LED는 설계와 제조가 비교적 간단하고 온도 의존성이 낮다는 등의 장점이 있지만, 상기의 실전위 이외에도 낮은 발광효율, 넓은 스펙트럼 폭, 큰 출력 편차 등의 단점을 가지고 있다.

또한, 이와 같은 구성을 가지는 일반적인 LED는 반도체층을 구성하는 물질이 높은 굴절률(Refractive Index)을 가짐으로 인하여, 활성층(12)에서 생성된 광자가 외부로 방출(Extraction)되지 못하고 내부에서 소멸되는 현상이 발생된다. 즉, 반도체 내부의 활성층(12)에서 생성된 광자의 대부분은, 반도체층과 외부 대기(공기)사이의 높은 굴절률 차이로 인하여, 그 계면에 임계각 이상의 각도로 입사되게 되고 따라서 전반사를 통해 내부로 반사되게 되어 반도체 안에서 갇히게 되며 결국 이러한 과정을 반복하다가 내부에서 소멸하게 되어, 최종적으로 광추출 효율이 저하되는 문제점을 발생시킨다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, LED의 표면을 거칠게 만들어 내부 전반사를 없애고 광추출 효율을 증가시키고자 하는 방법이 제안되었다{예컨대, T. Fujii et al, APL 84, p855 (2004)}.

그러나, 기존의 광추출 효율을 증가시키는 방법들은 LED의 윗면 혹은 아랫면(OMVPE로 에피를 성장시키는 방향 기준)을 거칠게 하는 것에 집중되어 왔다. 이와 같이 윗면/아래면을 거칠게 하는 경우는 매우 넓은 면이므로( > 300×300 um²) 공정상 쉽게 접근하여 원하는 거친 면을 만들 수 있다.

그러나, LED의 측면은 실제적으로 매우 얇은 면(∼ 수 um)이므로 공정상 접근하기가 어렵고, 따라서 옆면까지 거칠게 하여 광추출 효율을 증가시키고자 하는 시도는 지금까지 없었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 반도체 내부의 활성영역에서 발생한 빛을 더욱 효율적으로 반도체 외부로 추출함으로서 반도체 발광소자의 광추출 효율을 효과적으로 증가시킬 수 있도록 한 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 측면은, 기판 상에 형성되며, 서로 다른 밴드갭 차이를 갖는 물질로 이루어진 복수개의 제1 및 제2 반도체층이 교대로 적층된 n형 반도체층; 상기 n형 반도체층 상에 형성되는 활성층; 및 상기 활성층 상에 형성되는 p형 반도체층을 포함하되, 광전자화학(Photoelectrochemical; PEC) 습식 식각 공정을 이용하여 상기 제1 또는 제2 반도체층이 선택적으로 식각되도록 함으로써, 상기 n형 반도체층의 노출된 측면이 요철형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자를 제공하는 것이다.

여기서, 상기 제1 및 제2 반도체층은 n형 갈륨 질화물(n-GaN) 및 n형 인듐 갈륨 질화물(n-InGaN) 물질로 이루어짐이 바람직하다.

바람직하게, 상기 n형 반도체층의 n형 도핑 농도는 10¹⁸∼10¹⁹ cm^-3 인 것이다.

본 발명의 제2 측면은, (a) 기판 상에 서로 다른 밴드갭 차이를 갖는 물질로 이루어진 복수개의 제1 및 제2 반도체층이 교대로 적층하여 n형 반도체층을 형성하는 단계; (b) 상기 n형 반도체층 상에 활성층을 형성하는 단계; (c) 상기 활성층 상에 p형 반도체층을 형성하는 단계; 및 (d) 광전자화학(Photoelectrochemical; PEC) 습식 식각 공정을 통해 상기 제1 또는 제2 반도체층을 선택적으로 식각하여 상기 n형 반도체층의 노출된 측면을 요철형상으로 형성하는 단계를 포함하는 반도체 발광소자의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 단계(a)에서, 상기 제1 및 제2 반도체층은 n형 갈륨 질화물(n-GaN) 및 n형 인듐 갈륨 질화물(n-InGaN) 물질로 형성함이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 따르면, 광전자화학(PEC) 습식 식각 공정을 이용하여 서로 다른 밴드갭 차이를 갖는 물질로 이루어진 복수개의 제1 및 제2 반도체층이 교대로 적층된 n형 반도체층의 노출된 측면을 거칠게 요철형상으로 형성함으로써, 광자가 다양한 각의 표면에 의해 내부에서 전반사되지 않고 외부로 빠져나가기 때문에 높은 휘도와 발광 효율을 얻을 수 있으며, 반도체 내부의 활성영역에서 발생한 빛을 더욱 효율적으로 반도체 외부로 추출함으로서 반도체 발광소자의 광추출 효율(light extraction efficiency)을 효과적으로 증가시킬 수 있는 이점이 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자는 예를 들어, 사파이어(Sapphire)(Al₂O₃)계 기판과 같은 비도전성 기판 상에 형성된 질화갈륨(GaN)계 발광 다이오드(LED)를 참조하여 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 이러한 구조에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예는 도전성 기판을 포함하여 다른 기판을 사용할 수 있다. 따라서, 갈륨포스파이드(혹인 인화갈륨)(GaP) 기판상의 AlGaInP 다이오드, 탄화실리콘(SiC) 기판상의 GaN 다이오드, 탄화실리콘(SiC) 기판상의 SiC 다이오드, 사파이어 기판상의 SiC 다이오드, 및/또는 질화갈륨(GaN), 탄화실리콘(SiC), 질화알루미늄(AlN), 산화아연(ZnO) 및/또는 다른 기판상의 질화물계 다이오드 등의 조합이 포함될 수 있다. 더구나 본 발명의 활성영역은 다이오드 영역의 사용에 한정되는 것은 아니다. 또한, 활성영역의 다른 형태들이 본 발명의 일 실시예에 따라서 사용될 수도 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자를 설명하기 위한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 에칭이 수행된 반도체 발광소자의 실제 사진이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자는, 크게 기판(100), n형 반도체층(110), 활성층(120) 및 p형 반도체층(130) 등을 포함하여 이루어진다.

여기서, 기판(100)은 예컨대, 사파이어(Sapphire)(Al₂O₃), 실리콘(Si), 탄화실리콘(SiC), 갈륨비소(GaAs), 산화아연(ZnO), 인화갈륨(GaP), 리튬-알루미나(LiAl₂O₃), 질화붕소(BN), 질화알루미늄(AlN), 질화갈륨(GaN) 또는 산화마그네슘(MgO) 등의 원소 혹은 화합물로 제작될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서는 사파이어 기판이 사용되는 것으로 한다.

n형 반도체층(110)은 전자가 생성되는 층으로서, 기판(100)의 상부에 다층막으로 형성되어 있다. 즉, n형 반도체층(110)은 서로 다른 밴드갭(Band-gap) 차이를 갖는 물질로 이루어진 복수개의 제1 및 제2 반도체층(111 및 113)이 교대로 적층되어 이루어진다.

이때, 제1 및 제2 반도체층(111 및 113)은 GaN 계열 LED일 경우, 각각 예컨대, n형 갈륨 질화물(n-GaN) 및 n형 인듐 갈륨 질화물(n-InGaN) 또는 n형 인듐 갈륨 질화물(n-InGaN) 및 n형 갈륨 질화물(n-GaN) 물질로 형성됨이 바람직하다.

한편, GaAs 계열 LED일 경우, 제1 및 제2 반도체층(111 및 113)은 n형 갈륨비소(n-GaAs) 및 n형 인듐 갈륨비소(n-InGaAs) 또는 n형 인듐 갈륨비소(n-InGaAs) 및 n형 갈륨비소(n-GaAs) 물질로 형성됨이 바람직하다.

또한, n형 반도체층(110)의 노출된 전체 측면(즉, 전면, 후면, 좌측면 및 우측면)은 예컨대, 광전자화학(Photoelectrochemical; PEC) 습식 식각 공정을 이용하여 제1 또는 제2 반도체층(111 또는 113)(바람직하게는, InGaN)이 선택적으로 식각(etching)되도록 함으로써, 거칠어진 형상 예컨대, 요철(凹凸)형상으로 이루어짐이 바람직하다.

즉, 제1 및 제2 반도체층(111 및 113)의 서로간의 물질적인 차이로 인하여 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 반도체층(113)이 제1 반도체층(111)보다 빠르게 식각됨으로써, n형 반도체층(110)의 노출된 전체 측면이 요철형상으로 형성된다. 이에 따라, 반도체 내부의 활성영역에서 발생한 빛을 더욱 효율적으로 반도체 외부로 추출함으로서 반도체 발광소자의 광추출 효율(light extraction efficiency)을 효과적으로 증가시킬 수 있다.

한편, n형 반도체층(110)의 n형 도핑 농도는 약 10¹⁸∼10¹⁹ cm^-3 인 것이 바람직하다.

활성층(120)은 소정의 밴드갭과 양자우물이 만들어져 전자 및 정공이 재결합되는 영역으로서, n형 반도체층(110)의 상부에 형성되어 있으며, 인듐 갈륨 질화물(InGaN) 등을 포함하여 이루어진다.

이러한 활성층(120)을 이루는 물질의 종류에 따라 활성층에서 방출되는 발광 파장이 결정된다. 따라서, 요구되는 파장의 광, 예컨대 자외선 또는 청색광을 방출할 수 있도록 예컨대, 알루미늄(Al), 인듐(In) 및 갈륨(Ga)의 조성비가 선택되며, 목표로 하는 파장에 따라 활성층(120)에 포함되는 반도체 재료를 조절하는 것이 바람직하다.

또한, 활성층(120)은 양자우물층과 장벽층이 반복적으로 형성된 다층막일 수 있다. 상기 장벽층과 우물층은 일반식 Al_xIn_yGa_1-x-yN(0≤x, y, x+y≤1)으로 표현되는 2원 내지 4원 화합물 반도체층들일 수 있다.

그리고, p형 반도체층(130)은 홀이 생성되는 층으로서, 활성층(120)의 상부에 형성되어 있으며, 예컨대, p형 클래드층과 p형 화합물 반도체층으로 형성될 수 있다. 이때, 상기 p형 화합물 반도체층은 p형 불순물이 도핑되어 있는 알루미늄 갈륨 질화물(AlGaN) 등을 사용할 수 있다.

한편, 기판(100)이 도전성 기판인 경우, 전압의 인가를 위해 기판(100)의 하부에 n형 전극패드(미도시)가 형성될 수 있다. 이와 달리, 기판(100)이 절연 기판인 경우, 전압의 인가를 위해 하부의 n형 반도체층(110)이 측면 쪽으로 연장되고, 상기 연장부에 n형 전극패드가 형성될 수 있다. 또한, p형 반도체층(130)의 상부에 p형 전극패드(미도시)가 형성될 수 있다.

더욱이, p형 반도체층(130)의 상부에 p형 반도체층(130)의 저항을 줄이고 광의 투과율을 향상시키기 위해 투명전극층(미도시)을 더 형성할 수 있으며, p형 반 도체층(130) 또는 노출된 n형 반도체층(110) 상부에 전류의 공급을 원활히 하기 위한 별도의 오믹금속층(미도시)을 더 형성할 수도 있다.

상기 투명전극층으로는 예컨대, ITO(Indium Tin Oxide), 산화아연(ZnO) 또는 전도성을 갖는 투명 금속을 사용할 수 있으며, 상기 오믹금속층으로는 예컨대, 크롬(Cr), 금(Au) 등을 사용할 수 있다.

이하에는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자를 제조하는 방법에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 적용된 광전자화학(PEC) 습식 식각 방법의 구체적인 실험 개념도 및 실험 조건을 도시한 도면이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 적용된 밴드갭 선택적 식각(Bandgap Selective Etching, BSE)의 원리를 설명하기 위한 개념도이다.

도 4를 참조하면, 기판(100) 상에 서로 다른 밴드갭(Band-gap) 차이를 갖는 물질로 이루어진 복수개의 제1 및 제2 반도체층(111 및 113)이 교대로 적층되어 이루어진 n형 반도체층(110)을 형성한다.

이때, 기판(100)은 예컨대, 사파이어(Sapphire)(Al₂O₃), 실리콘(Si), 탄화실리콘(SiC), 갈륨비소(GaAs), 산화아연(ZnO), 인화갈륨(GaP), 리튬-알루미나(LiAl₂O₃), 질화붕소(BN), 질화알루미늄(AlN), 질화갈륨(GaN) 또는 산화마그네 슘(MgO) 등의 원소 혹은 화합물로 제작될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서는 사파이어 기판이 사용되는 것으로 한다.

그리고, 제1 및 제2 반도체층(111 및 113)은 각각 예컨대, n형 갈륨 질화물(n-GaN) 및 n형 인듐 갈륨 질화물(n-InGaN) 또는 n형 인듐 갈륨 질화물(n-InGaN) 및 n형 갈륨 질화물(n-GaN) 물질로 형성됨이 바람직하지만, 이에 한정되지 않고 다양한 반도체 성질의 물질층이 가능하다.

한편, 기판(100) 상에 n형 반도체층(110)을 형성하기 전에 사파이어 기판과의 격자 부정합도를 줄이기 위하여 예컨대, 알루미늄 질화물(AlN) 또는 갈륨 질화물(GaN) 등을 포함하는 버퍼층(미도시)을 더 형성할 수도 있다.

도 5를 참조하면, n형 반도체층(110)의 상부에 활성층(120) 및 p형 반도체층(130)을 순차적으로 형성한다.

이때, 활성층(120)은 소정의 밴드갭을 가지며 양자우물이 만들어져 전자 및 정공이 재결합되는 영역으로서, 인듐 갈륨 질화물(InGaN)을 포함하여 이루어질 수 있다. 그리고, p형 반도체층(130)은 정공이 생성되는 층으로서, p형 불순물이 주입된 질화갈륨(GaN)을 사용하는 것이 바람직하고, 이에 한정되지 않고 다양한 반도체 성질의 물질층이 가능하다.

상술한 물질층들은 예컨대, 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PCVD; Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등을 포함한 다양한 증착 및 성장 방법을 통해 형성된다.

도 6을 참조하면, 예컨대, 광전자화학(Photoelectrochemical; PEC) 습식 식각 공정을 이용하여 n형 반도체층(110)의 노출된 전체 측면(즉, 전면, 후면, 좌측면 및 우측면)에 거친 표면 즉, 요철(凹凸)을 형성한다.

즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 적용된 광전자화학(PEC) 습식 식각 공정은 전해액 예컨대, 수산화칼륨(KOH) 또는 수산화나트륨(NaOH)계 용액이 담겨져 있는 용기를 준비하고, n형 반도체층(110)의 측면이 노출된 반도체 발광소자(sample)를 용액에 담근 후, 제1 금속단자(Anode)와 접속된 반도체 발광소자(sample)에 전원의 양극(+)을 연결하고, 상기 전해액에 담겨진 제2 금속단자(Cathode)(예컨대, Pt 와이어)에 전원의 음극(-)을 연결한 다음, 소정의 전류를 흘려주면서 자외선 램프(UV Lamp)를 이용하여 반도체 발광소자(sample)에 수 분 내지 수 십분 간 자외선 광(UV light)을 조사하는 것이다.

이와 같이 자외선 광을 조사하면 n형 반도체층(110)의 노출된 전체 측면에서 광화학 반응이 일어나고, 예컨대, 제2 반도체층(113)이 제1 반도체층(111)보다 빠르게 선택적으로 식각됨으로써, 거친 표면과 같은 요철형상을 얻을 수 있다. 이러한 요철형상은 광추출 효율이 편평한 측면 대비 약 수배 이상 우수하다. 이는 종래의 평탄한 측면에서 전반사되었던 광자가 다양한 각의 표면에 의해 전반사되지 않고 외부로 빠져나가기 때문이다.

한편, 도 8에 도시된 바와 같이, n형 반도체층(110)의 노출된 측면의 선택적 식각의 원리를 구체적으로 설명하면, 광자(photon)가 반도체에 입사될 때, 반도체 의 밴드갭 보다 큰 에너지를 가지는 경우에만 반도체에 흡수되어 반도체의 식각이 일어난다.

질화갈륨(GaN)보다 인듐 갈륨 질화물(InGaN)의 밴드갭이 작기 때문에, 질화갈륨(GaN)의 밴드갭 에너지보다는 작고, 인듐 갈륨 질화물(InGaN)의 밴드갭 에너지 보다는 큰 에너지를 가지는 광자를 입사하는 경우에, 질화갈륨(GaN)에는 흡수되지 않고 인듐 갈륨 질화물(InGaN)에만 흡수되어 선택적인 식각이 발생한다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예서는 n형 반도체층(110)의 노출된 전체 측면에 요철을 형성함으로써, 광자가 다양한 각의 표면에 의해 내부에서 전반사되지 않고 외부로 빠져나가기 때문에 높은 휘도와 발광 효율을 얻을 수 있으며, 반도체 내부의 활성영역에서 발생한 빛을 더욱 효율적으로 반도체 외부로 추출함으로서 반도체 발광소자의 광추출 효율(light extraction efficiency)을 효과적으로 증가시킬 수 있다.

전술한 본 발명에 따른 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.

도 1은 일반적인 반도체 발광소자의 구성 요소를 예시적으로 도시한 측단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자를 설명하기 위한 사시도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자를 실제 제조한 확대 도면이다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 적용된 광전자화학(PEC) 습식 식각 방법의 구체적인 실험 개념도 및 실험 조건을 도시한 도면이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 적용된 밴드갭 선택적 식각(Bandgap Selective Etching, BSE)의 원리를 설명하기 위한 개념도이다.

Claims (5)

1. 기판 상에 형성되며, 서로 다른 밴드갭 차이를 갖는 물질로 이루어진 복수개의 제1 및 제2 반도체층이 교대로 적층된 n형 반도체층;

   상기 n형 반도체층 상에 형성되는 활성층; 및

   상기 활성층 상에 형성되는 p형 반도체층을 포함하되,

   광전자화학(Photoelectrochemical; PEC) 습식 식각 공정을 이용하여 상기 제1 또는 제2 반도체층이 선택적으로 식각되도록 함으로써, 상기 n형 반도체층의 노출된 측면이 요철형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 반도체층은 n형 갈륨 질화물(n-GaN) 및 n형 인듐 갈륨 질화물(n-InGaN) 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 n형 반도체층의 n형 도핑 농도는 10¹⁸∼10¹⁹ cm^-3 인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
4. (a) 기판 상에 서로 다른 밴드갭 차이를 갖는 물질로 이루어진 복수개의 제1 및 제2 반도체층이 교대로 적층하여 n형 반도체층을 형성하는 단계;

   (b) 상기 n형 반도체층 상에 활성층을 형성하는 단계;

   (c) 상기 활성층 상에 p형 반도체층을 형성하는 단계; 및

   (d) 광전자화학(Photoelectrochemical; PEC) 습식 식각 공정을 통해 상기 제1 또는 제2 반도체층을 선택적으로 식각하여 상기 n형 반도체층의 노출된 측면을 요철형상으로 형성하는 단계를 포함하는 반도체 발광소자의 제조방법.
5. 제4 항에 있어서,

   상기 단계(a)에서, 상기 제1 및 제2 반도체층은 n형 갈륨 질화물(n-GaN) 및 n형 인듐 갈륨 질화물(n-InGaN) 물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.

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