KR20110115795A - 반도체 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20110115795A KR1020100035319A KR20100035319A KR20110115795A KR 20110115795 A KR20110115795 A KR 20110115795A KR 1020100035319 A KR1020100035319 A KR 1020100035319A KR 20100035319 A KR20100035319 A KR 20100035319A KR 20110115795 A KR20110115795 A KR 20110115795A
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장태성
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우종균
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삼성엘이디 주식회사
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Abstract

본 발명은 광추출 효율이 향상된 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도전성 기판, 상기 도전성 기판 상에 형성된 제 1 도전형 반도체층, 상기 제 1 도전형 반도체층 상에 형성된 활성층, 상기 활성층 상에 형성된 제 2 도전형 반도체층 및 상기 제 2 도전형 반도체층 상에 형성되며 광출면에 요철이 구비된 투명전극을 포함하는 반도체 발광소자; 및 성장기판 상에 제 2 도전형 반도체층, 활성층 및 제 1 도전형 반도체층을 순차로 형성하는 단계, 제 1 도전형 반도체층 상에 도전성 기판을 형성하는 단계 및 상기 성장기판을 제 2 도전형 반도체층으로부터 분리하고 제 2 도전형 반도체층 상에 광출면에 요철이 구비된 투명전극을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 발광 소자의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 투명전극과 접하는 제 2 도전형 반도체층의 상에 1차 러프닝을 형성하여 굴절률 차이에 의한 빛의 트래핑(trapping) 현상을 개선하고, 출광면에 요철이 구비된 투명전극으로 전면 n형 전극을 형성하여 전극에 의해 빛이 차단되는 부분을 줄여 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

반도체 발광소자 및 그 제조방법{SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE AND METHOD PREPARING THEROF}
본 발명은 반도체 발광소자에 관한 것으로서, 특히 수직 구조 반도체 발광소자에 있어서 반도체층을 구성하는 물질과 공기 또는 봉합물질(encapsulating materials)과의 굴절률 차이에 따른 전반사 발생을 억제하여 광출력 손실을 줄이고 광투과 효율을 최대화할 수 있도록 구조가 개선된 반도체 발광소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting Diode, LED)는 전류가 가해지면 p형 및 n형 반도체의 접합 부분에서 전자와 정공의 재결합에 의하여, 다양한 색상의 빛을 발생시킬 수 있는 반도체 장치이다. 이러한 LED는 필라멘트에 기초한 발광소자에 비해 긴 수명, 낮은 전원, 우수한 초기 구동 특성, 높은 진동 저항 및 반복적인 전원 단속에 대한 높은 공차 등의 여러 장점을 갖기 때문에 그 수요가 지속적으로 증가하고 있으며, 특히, 최근에는 청색 계열의 단파장 영역에서 발광이 가능한 III족 질화물 반도체가 각광을 받고 있다.
종래의 질화물 반도체 발광소자는 도 1에 도시된 바와 같이 기판(10) 상에 버퍼층(buffer layer)(11), n형 질화물반도체로 이루어지는 하부층(12), 질화물 반도체로 이루어지는 활성층(13), p형 질화물 반도체로 이루어지는 상부층(14)을 순차적으로 결정성장시키고, 하부층(12)을 노출시키는 메사 식각을 한 다음, 상부(14)와 저항접촉을 이루는 p형 저항접촉 투명금속층(15)을 형성한 후에, n형 접촉 금속층(16) 및 외부로의 전기적 연결을 위한 본딩 패드(17)를 형성함으로써 제조된다.
상기와 같은 발광소자는 기본적으로 pn 접합의 접합부에서 빛이 발광하는 소자이나, 실제 횡방향 소자에 있어서는 도 1에 나타난 바와 같이 p형 GaN층(14) 부분을 통하여 빛이 발광하는 구조로써, 도시된 바와 같이 p형 GaN층(14)은 소자의 구성에서 상대적으로 넓은 부분을 차지하고 있으며, 또한 p형 GaN층(14)은 전자 스프레딩(spreading)이 좋지 않아 p형 GaN층(14)의 거의 전면 부분에 p형 접합층(15)을 형성하여 전자의 스프레딩 효과를 높이는 구조를 갖는다. 그러나, 상기와 같은 횡방향 발광소자의 경우 저저항의 측면이나 전자 스프레딩 효과의 측면에서는 양호한 소자이나, p형 접합층(15)을 금속물질을 사용하며 횡방향의 전극배열로 인한 발광면적의 손실 때문에 재료의 활용도가 낮은, 또는 광학적 손실이 큰 문제점이 발생하였다.
이러한 III족 질화물 반도체를 이용한 발광소자를 구성하는 질화물 단결정은 사파이어 또는 SiC 기판과 같이 특정의 성장용 기판 상에서 형성된다. 하지만, 사파이어와 같이 절연성 기판을 사용하는 경우에는 전극의 배열에 큰 제약을 받게 된다. 즉, 종래의 질화물 반도체 발광소자는 전극이 수평방향으로 배열되는 것이 일반적이므로, 전류흐름이 협소 해지게 된다. 이러한 협소한 전류 흐름으로 인해, 발광소자의 동작 전압(Vf)이 증가하여 전류효율이 저하되며, 이와 더불어 정전기 방전(Electrostatic discharge)에 취약해지는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서, 수직 전극 구조를 갖는 반도체 발광소자가 연구되고 있다.
그러나, 수직 전극 구조 반도체 발광소자는 소자 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으로 나올 때 소자와 공기 사이의 계면에서 굴절률 차이에 의해 일어나는 전반사에 기인하여 광추출 효율이 저하된다. 즉, 발광소자를 구성하는 반도체층은 외부 대기나 기판에 비해 큰 굴절률을 가지므로, 빛의 방출가능한 입사각 범위를 결정하는 임계각이 작아지고, 그 결과. 활성층으로부터 발생된 광의 상당 부분은 내부전반사되어 실질적으로 측면방향으로 전파되어 일부는 내부에서 손실되거나 원하지 않는 측면방향으로 방출된다. 또한 계면을 빠져나가지 못한 빛은 소자 내부를 이동하다가 열로 붕괴되고, 소자의 열 발생량을 늘려 소자의 수명을 단축시킬 수 있다.
한편, 종래의 발광 다이오드에서 전극으로 가려지는 부분이 전체 발광 면적의 상당 부분을 차지하기 때문에, 전극에 의해 반사되거나 소멸하는 광자가 많이 발생하게 되어, 이는 발광 효율에도 상당부분 악영향을 미치게 되어 동등한 발광 효율을 발생시키기 위해서 발광 다이오드의 크기를 넓혀야 하는 문제점이 있다.
이러한 문제를 개선하고자, 발광면인 제 2 도전형 반도체층의 상면에 오목 또는 볼록 형태의 요철부를 형성하는 방안이 제안되고 있다. 그러나, 제 2 도전형 반도체층을 통상적인 방법에 따라 KOH 용액 등으로 패턴화하는 경우 상기 용액의 반도체층 내부로의 침투에 의한 리키지(leakage) 발생과 제 2 도전형 반도체 상의 n 전극 형성에 의한 빛의 차단 효과가 발생하게 된다.
이에 본 발명의 한 측면은, 광추출 효율이 우수하도록 고안된 구조를 갖는 반도체 발광소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 측면은 상기와 같은 구조의 반도체 발광소자를 효율적으로 제조하는 공정을 제공하는 하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 측면은,
도전성 기판, 상기 도전성 기판 상에 형성된 제 1 도전형 반도체층, 상기 제 1 도전형 반도체층 상에 형성된 활성층, 상기 활성층 상에 형성된 제 2 도전형 반도체층 및 상기 제 2 도전형 반도체층 상에 형성되며 광출면에 요철이 구비된 투명전극을 포함하는 반도체 발광소자를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면은
성장기판 상에 제 2 도전형 반도체층, 활성층 및 제 1 도전형 반도체층을 순차로 형성하는 단계, 제 1 도전형 반도체층 상에 도전성 기판을 형성하는 단계 및 상기 성장기판을 제 2 도전형 반도체층으로부터 분리하고 제 2 도전형 반도체층 상에 광출면에 요철이 구비된 투명전극을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 발광 소자의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제 2 도전형 반도체층은 상기 투명전극을 접하는 일 면에 러프니스(roughness)가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 투명전극은 광 진행방향으로 굴절률 분포가 점차 감소되는 다층구조로 형성된 그레이드식-굴절률층(graded-refractive index layer)일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 요철은 투명전극의 광출면에 규칙적으로 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 요철은 세로 단면이 곡면형 또는 반구형일 수 있다.
본 발명에 의하면 투명전극과 접하는 제 2 도전형 반도체층의 상에 1차 러프닝을 형성하여 굴절률 차이에 의한 빛의 트래핑(trapping) 현상을 개선하고, 출광면에 요철이 구비된 투명전극으로 전면 n형 전극을 형성하여 전극에 의해 빛이 차단되는 부분을 줄여 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 질화물 발광소자의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 투명전극 상에 요철이 구비된 반도체 발광소자의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제 2 도전형 반도체층 상에 러프니스가 형성되고 투명전극 상에 요철이 구비된 반도체 발광소자의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 투명전극 상에 요철이 구비된 반도체 발광소자의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제 2 도전형 반도체층 상에 러프니스가 형성되고 투명전극 상에 요철이 구비된 반도체 발광소자의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 6는 빛의 진행 방향으로 굴절률이 점차 감소되는 다층 구조로 형성된 예시적인 그레이드식-굴절률층을 나타낸 것이다.
도 7 내지 11은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다.
다만, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 2를 참조하면, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광소자는 도전성 기판(100) 상에 발광구조물이 형성된다. 발광구조물은 제1 도전형 반도체층(120), 활성층(130) 및 제2 도전형 반도체층(140)을 구비하는 구조가 형성된다. 제2 도전형 반도체층(140)의 상면에는 전극이 형성되며, 바람직하게는 투명전극(150)으로 형성된다. 추가적으로 부가될 수 있는 구성으로서, 투명전극(150) 상에 와이어 본딩 등에 이용되기 위한 본딩 패드(미도시)가 구비될 수 있다. 한편, 도 3에 도시된 바와 같이 제2 도전형 반도체층(140) 상에 러프니스가 구현될 수 있다.
본 실시 형태에서, 제1 및 제2 도전형 반도체층(120, 140)은 각각 p형 및 n형 반도체층이 될 수 있으며, 질화물 반도체로 이루어질 수 있다. 따라서, 이에 제한되는 것은 아니지만, 본 실시 형태의 경우, 제1 및 제2 도전형은 각각 p형 및 n형 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 제1 및 제2 도전형 반도체층(120, 140)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 가지며, 예컨대, GaN, AlGaN, InGaN 등의 물질이 이에 해당될 수 있다. 제1 및 제2 도전형 반도체층(120, 140) 사이에 형성되는 활성층(120)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출하며, 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조, 예컨대, InGaN/GaN 구조가 사용될 수 있다.
본 실시 형태에 따른 반도체 발광소자는 도 4 및 5에 도시된 바와 같이 도전성 기판(100) 상에 반사금속층(110)이 형성될 수 있다. 반사금속층(110)은 활성층(130)에서 방출된 빛을 반도체 발광소자의 상부, 즉, 제2 도전형 반도체층(140) 방향으로 반사하는 기능을 수행할 수 있으며, 나아가, 제1 도전형 반도체층(120)과 오믹 컨택을 이루는 것이 바람직하다. 이러한 기능을 고려하여, 반사금속층(110)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질을 포함할 수 있다. 이 경우, 자세하게 도시하지는 않았으나, 반사금속층(110)은 2층 이상의 구조로 채용되어 반사 효율을 향상시킬 수 있으며, 구체적인 예로서, Ni/Ag, Zn/Ag, Ni/Al, Zn/Al, Pd/Ag, Pd/Al, Ir/Ag. Ir/Au, Pt/Ag, Pt/Al, Ni/Ag/Pt 등을 들 수 있다. 다만, 반사금속층(110)은 본 실시 형태에서 반드시 요구되는 구성은 아니며, 경우에 따라, 사용되지 않을 수 있다.
이 경우에는 제1 도전형 반도체층(120) 또는 반사금속층을 포함하는 경우에는 반사금속층(110)과 도전성 기판(100)이 도전성 접합층 등을 매개로 접합될 수 있다. 상기 접착층은 도전성 기판과 반사금속층의 접착력을 향상시켜 도전성 기판이 반사금속층으로부터 분리되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 접착층과 반사금속층(110) 사이에 추가의 확산 방지층이 포함될 수 있으며, 상기 확산 방지층은 접착층 또는 도전성 기판으로부터 금속 원소들이 반사금속층으로 확산되는 것을 방지하여 반사금속층의 반사도를 향상시킬 수 있다.
도전성 기판(100)은 후술할 바와 같이, 레이저 리프트 오프 등의 공정에서 상기 발광구조물을 지지하는 지지체의 역할을 수행하며, Au, Ni, Al, Cu, W, Si, Se, GaAs 중 어느 하나를 포함하는 물질, 예컨대, Si 기판에 Al이 도핑된 물질로 이루어질 수 있다. 이 경우, 선택된 물질에 따라, 도전성 기판(100)은 도금 또는 본딩 접합 등의 방법으로 형성될 수 있을 것이다. 본 실시 형태의 경우, 도전성 기판(100)은 제2 도전형 반도체층(140)과 전기적으로 연결되며, 이에 따라, 도전성
기판(100)을 통하여 제2 도전형 반도체층(140)에 전기 신호가 인가될 수 있다.
상기 제 2 도전형 반도체층 상에는 전류의 공급을 위한 n형 전극이 형성된다. 이에 따라, 도전성 기판과 전극을 통해 전류를 공급함으로써 광을 방출할 수 있다. 상기 n형 전극은 Ti, Cr, Al, Cu 및 Au로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 단일층 또는 복수층으로 형성될 수 있다. 한편, 본 발명은 다양한 실시형태에서 상기 n형 질화물 반도체층 및 상기 n형 전극 사이에 형성된 버퍼층을 추가로 포함할 수 있다.
기존에 고휘도 발광다이오드의 제작을 위해 소자구조의 최적화를 위한 가장 중요한 문제점 중 하나는 반도체 재료인 제 2 도전형 반도체층의 굴절율(2.4)이 공기(굴절률 1)보다 훨씬 높고 투명전극(TCO)이 형성되는 경우 이의 굴절률(2.0)은 제 2 도전형 반도체층의 굴절률과 공기의 굴절률 중간이기 때문에, 제 2 도전형 반도체층에서 나온 빛이 투명전극으로 입사하는 계면 및 투명전극에서 공기로 빛이 입사하는 계면에서 각각 반도체 내에서 생성된 빛이 내부 반사에 의해 반도체 외부로 빠져나가지 못하고 재료 내에 갇히게 된다. 이러한 내부 반사되는 빛은 대부분 재료 및 기판물질 등에 흡수되어 소자 외부로 빠져 나오지 못하고 소멸되기 때문에 소자의 실제 외부 방출 효율이 저하된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이 투명전극과 접하는 제 2 도전형 반도체층(140)의 광출면을 텍스쳐링하여 표면에 러프니스를 형성하며, 이에 따라 임계각을 증가시킴으로써 소자 내부에서 생성된 빛을 외부로 방출시키는 효과를 극대화하도록 할 수 있다.
상기 제 2 도전형 반도체층의 러프니스는 드라이 에칭 등 제 2 도전형 반도체층에 러프니스를 부여할 수 있는 당해 기술분야에 알려진 어떠한 통상적인 방법에 의해 수행될 수 있으며, 이에 특히 제한되는 것은 아니다. 상기 러프니스의 형태는 불규칙하거나 또는 규칙적일 수 있으며, 구형, 반구형, 원뿔형, 다각형 또는 세로 단면이 곡선형 또는 구형인 형태일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기와 같이 투명전극(150)에 접하는 제 2 도전형 반도체층에 러프니스를 구현함으로써 굴절률이 2.4인 제 2 도전형 반도체층과 굴절률이 약 2.0인 ITO와 같은 투명전극 사이에서 계면 임계각을 변경하여 빛의 트래핑(trapping) 현상을 개선할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제 2 도전형 반도체층(140) 상에는 투명전극(150)을 포함하는 것이 바람직하며, 상기 투명전극층은 전류를 용이하게 확산시킴과 동시에 빛을 잘 투과시키는 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어 상기 투명전극은 인듐-주석계 산화물(ITO), 인듐 산화물(IO), 주석계 산화물(SnO2), 아연계 산화물(ZnO) 및 인듐-아연계 산화물(IZO)로 구성된 그룹으로부터 선택된 산화물로 이루어진 적어도 한 개의 층으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 투명전극은 동작 전압의 감소 및 빛의 외부 방출 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 투명전극(150)은 광 진행방향으로 굴절률 분포가 점차 감소되는 다층구조로 형성된 그레이드식-굴절률층(graded-refractive index layer)인 것이 바람직하다. 상기 그레이드식-굴절률층은 경사증착방법(oblique deposition method), 스퍼터링 또는 증발법등 당해 기술분야에 알려진 어떠한 방법에 의해 형성할 수 있으나, 경사증착방법(oblique deposition method)에 의하는 것이 가장 바람직하다.
상기 그레이드식-굴절률층은 각각 TiO2, SiC, GaN, GaP, SiNy, ZrO2, ITO, AlN, Al2O3, MgO, SiO2, CaF2 및 MgF2로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나로 형성될 수 있으며, 광출면 방향으로 굴절률이 점차 작아지도록 구성된다.
도 6은 요철 형상의 그레이드식-굴절률층의 예시를 도시한 것으로 상기 도 6에서는 4개의 상이한 굴절률 층을 포함하며, 광출면 방향으로 굴절률이 점차 감소하도록 배치되어 있다. 여기에서, 상기 그레이드식-굴절률층은 (제1 물질)x(제2 물질)1-x(0<x<1) 조성으로 형성될 수 있으며, 광출면 방향으로 굴절률이 낮은 물질의 조성비가 점차로 증가될 수 있다. 상기와 같이 빛이 방출되는 방향으로 굴절률이 감소하는 경우 도 6에 도시한 예시적인 광경로와 같이 빛의 추출이 보다 용이하게 된다.
나아가, 상기 본 발명의 투명전극(150)의 광출면은 요철을 포함하며, 상기 요철의 형상 및 배치를 균일하게 함으로써 균일한 성능을 획득할 수 있으므로 상기 요철은 투명전극의 광출면에 규칙적으로 배치되는 것이 바람직하다. 상기 요철의 형상은 특히 제한되는 것은 아니나, 세로 단면이 포물선이나 렌티큘러 렌즈형과 같은 곡면형 또는 반구형이거나 또는 다각형 등으로 형성될 수 있으며, 이에 특히 제한되는 것은 아니다.
종래에 제 2 도전형 반도체층을 텍스처링하는 경우에는 GaN 벌크 리키지(bulk leakage)의 발생 우려가 있으므로, 본 발명에서는 상기와 같이 투명전극을 이용한 전면 전극을 형성하고 투명전극의 상면에 요철을 형성하여 금속 전극 매립 시 발생하는 빛의 차단 부분을 감소시키고 이러한 투명전극 상의 패터닝을 통해 빛의 추출 효율을 향상시킬 수 있으며, 나아가 제 2 도전형 반도체층 상에 구현된 러프니스에 의해 광추출 효율이 더욱 개선될 수 있다.
이하, 상기와 같은 구조를 갖는 반도체 발광소자를 제조하는 공정을 설명한다.
도 7 내지 11은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정 별 단면도이다.
우선, 도 7에 도시된 것과 같이, 반도체 성장용 기판(300) 위에 제2 도전형 반도체층(140), 활성층(130) 및 제1 도전형 반도체층(120)을 MOCVD, MBE, HVPE 등과 같은 반도체층 성장 공정을 이용하여 순차적으로 성장시켜 발광구조물을 형성한다. 반도체 성장용 기판(300)은 사파이어, SiC, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN 등의 물질로 이루어진 기판을 사용할 수 있다. 이 경우, 사파이어는 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 및 a측 방향의 격자상수가 각각 13.001Å과 4.758Å이며, C(0001)면, A(1120)면, R(1102)면 등을 갖는다. 이 경우, 상기 C면은 비교적 질화물 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 질화물 성장용 기판으로 주로 사용된다.
다음으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 도전형 반도체층(120) 상에 반사금속층(110) 및 도전성 기판(100)을 형성한다. 반사금속층(110)은 광 반사 기능과 제1 도전형 반도체층(120)과 오믹 컨택 기능을 고려하여 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질을 포함하도록 형성할 수 있으며, 당 기술 분야에서 공지된 스퍼터링이나 증착 등의 공정을 적절히 이용할 수 있다. 이후, 도전성 기판(100)을 도금, 스퍼터링, 증착 등의 공정으로 반사금속층(110) 상에 형성하거나 미리 제조된 도전성 기판(100)을 반사금속층(110)에 도전성 접합층(미도시)을 매개로 하여 접합시킬 수도 있다.
다음으로, 도 9에 도시된 바와 같이, 제2 도전형 반도체층(140)이 노출되도록 반도체 성장용 기판(300)을 제거한다. 이 경우, 반도체 성장용 기판(300)은 레이저 리프트 오프나 화학적 리프트 오프 등과 같은 공정을 이용하여 제거될 수 있다.
다음으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 제 2 도전형 반도체층(140)이 투명전극과 접하는 면에 러프니스가 형성된 반도체 발광소자의 제조를 위해, 제 2 도전형 반도체층으로부터 성장기판이 제거된 후 제 2 도전형 반도체층의 노출된 면의 일부를 텍스쳐링(texturing)하여 러프니스(roughness)를 형성하고, 그 후 상기와 같이 제 2 도전형 반도체층 상에 투명전극을 형성할 수 있다.
상기 제 2 도전형 반도체층(140)의 러프니스는 드라이 에칭등 n형 반도체층에 러프니스를 부여할 수 있는 당해 기술분야에 알려진 어떠한 통상적인 방법에 의해 수행될 수 있으며, 특히 제한되는 것은 아니다. 상기 러프니스의 형태는 불규칙하거나 또는 규칙적일 수 있으며, 구형, 반구형, 원뿔형, 다각형 또는 마이크로 렌즈 배열 형태의 표면 러프니스(roughness) 구조를 구현할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제 2 도전형 반도체층(140) 상에는 투명전극(150)을 형성하며, 투명전극(150)으로는 예를 들어 ITO 또는 IO가 사용될 수 있으며, 이를 증착하는 방법으로는 전자빔 증착법, 스퍼터법, 이온빔 보조 전자빔 증착법 등 당해 기술분야에 알려진 어떠한 방법을 이용할 수 있다. 상기 투명전극의 광출면에는 요철이 규칙적으로 배치되는 것이 바람직하고, 상기 요철은 세로 단면이 곡면형 또는 반구형으로 형성될 수 있으나 특정한 형태에 제한되는 것은 아니다.
한편, 상기 투명전극(150)은 경사증착(oblique deposition)에 의해 광 진행방향으로 굴절률 분포가 점차 감소되는 다층구조로 형성된 그레이드식-굴절률층(graded-refractive index layer)을 형성할 수 있다. 상기 그레이드식-굴절률층은 각각 TiO2, SiC, GaN, GaP, SiNy, ZrO2, ITO, AlN, Al2O3, MgO, SiO2, CaF2 및 MgF2으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나로 형성될 수 있으며, 광출면 방향으로 굴절률이 점차 작아지도록 구성된다. 여기에서, 상기 그레이드식-굴절률층은 (제1 물질)x(제2 물질)1-x(0<x<1) 조성으로 형성될 수 있으며, 광출면 방향으로 굴절률이 낮은 물질의 조성비가 점차로 증가될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
100: 도전성 기판 110: 반사금속층
120: 제 1 도전형 반도체층 130: 활성층
140: 제 2 도전형 반도체층 150: 투명전극
300: 성장기판

Claims (10)

  1. 도전성 기판;
    상기 도전성 기판 상에 형성된 제 1 도전형 반도체층;
    상기 제 1 도전형 반도체층 상에 형성된 활성층;
    상기 활성층 상에 형성된 제 2 도전형 반도체층; 및
    상기 제 2 도전형 반도체층 상에 형성되며 광출면에 요철이 구비된 투명전극을 포함하는 반도체 발광소자.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 도전형 반도체층은 상기 투명전극을 접하는 일 면에 러프니스(roughness)가 형성된 반도체 발광소자.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 투명전극은 광 진행방향으로 굴절률 분포가 점차 감소되는 다층구조로 형성된 그레이드식-굴절률층(graded-refractive index layer)인 반도체 발광소자.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 요철은 투명전극의 광출면에 규칙적으로 배치된 반도체 발광소자.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 요철은 세로 단면이 곡면형 또는 반구형인 반도체 발광소자.
  6. 성장기판 상에 제 2 도전형 반도체층, 활성층 및 제 1 도전형 반도체층을 순차로 형성하는 단계;
    제 1 도전형 반도체층 상에 도전성 기판을 형성하는 단계 및
    상기 성장기판을 제 2 도전형 반도체층으로부터 분리하고 제 2 도전형 반도체층 상에 광출면에 요철이 구비된 투명전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 반도체 발광 소자의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 성장기판을 제 2 도전형 반도체층으로부터 분리하고 제 2 도전형 반도체층의 노출면에 러프니스를 형성하는 단계를 추가로 포함하는 반도체 발광 소자의 제조방법.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 투명전극을 형성하는 단계는 경사증착(oblique deposition)에 의해 광 진행방향으로 굴절률 분포가 점차 감소되는 다층구조인 그레이드식-굴절률층(graded-refractive index layer)을 형성하는 반도체 발광 소자의 제조방법.
  9. 제 6항에 있어서, 상기 요철은 투명전극의 광출면에 규칙적으로 배치되는 반도체 발광 소자의 제조방법.
  10. 제 6항에 있어서, 상기 요철은 세로 단면이 곡면형 또는 반구형인 반도체 발광 소자의 제조방법.
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