KR20130021931A - 반도체 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 측면은 기판과, 상기 기판 상에 형성된 다공성 재질의 제1 버퍼층과, 상기 제1 버퍼층 상에 박막 형태로 제공되며, 상기 제1 버퍼층을 이루는 물질보다 밴드갭 에너지가 낮은 물질로 이루어진 제2 버퍼층 및 상기 제2 버퍼층 상에 형성되며, 제1 및 제2 도전형 반도체층과 이들 사이에 배치된 활성층을 포함하는 발광구조물을 포함하는 반도체 발광소자를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 의할 경우, 다공성 재질의 버퍼층을 채용함으로써 특히, 심자외선 소자를 이루는 반도체층의 결정성이 향상되고 스트레인이 저감된 반도체 발광소자를 얻을 수 있다.

Description

반도체 발광소자 및 그 제조방법 {Semiconductor light emitting device and manufacturing method of the same}

본 발명은 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

반도체 발광소자의 일 종인 발광 다이오드(LED)는 전류가 가해지면 p, n형 반도체의 접합 부분에서 전자와 정공의 재결합에 기하여, 다양한 색상의 빛을 발생시킬 수 있는 반도체 장치이다. 이러한 반도체 발광소자는 필라멘트에 기초한 발광소자에 비해 긴 수명, 낮은 전원, 우수한 초기 구동 특성 등의 여러 장점을 갖기 때문에 그 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 특히, 최근에는, 청색 계열의 단파장 영역의 빛을 발광할 수 있는 3족 질화물 반도체가 각광을 받고 있다.

이러한 질화물 반도체 발광소자가 개발된 후에, 많은 기술적 발전을 이루어져 그 활용 범위가 확대되어 일반 조명 및 전장용 광원으로 많은 연구가 되고 있다. 특히, 종래에는 질화물 발광소자는 주로 저전류/저출력의 모바일 제품에 적용되는 부품으로 사용되었으며, 최근에는 점차 그 활용범위가 고전류/고출력 분야로 확대되고 있다.

한편, 발광 다이오드는 활성층을 이루는 물질의 밴드갭 에너지를 조절하는 방법 등으로 다양한 파장의 빛을 방출할 수 있으며, 최근에는 파장의 크기가 작은 심자외선(Deep Ultra Violet) 소자에 대한 연구가 진행되고 있다. 심자외 영역의 빛을 방출하기 위해서는 n, p형 반도체층의 밴드갭 에너지가 높아야 하며, 이를 위하여 질화물 반도체의 경우, AlGaN과 같은 물질을 이용한다. 이에 따라, 당 기술 분야에서는 밴드갭 에너지가 높은 반도체 물질의 결정성을 높이고 스트레인을 완화하는 방법 등이 논의되고 있다.

본 발명의 목적 중 하나는 다공성 재질의 버퍼층을 채용함으로써 특히, 심자외선 소자를 이루는 반도체층의 결정성이 향상되고 스트레인이 저감된 반도체 발광소자를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 목적 중 다른 하나는 상기와 같은 구조를 갖는 반도체 발광소자를제조하는 방법을 제공하는 것으로서, 특히, 레이저 리프트 오프에 의하여 성장 기판을 제거할 수 있는 방법을 제공하는 것에 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면은,

기판과, 상기 기판 상에 형성된 다공성 재질의 제1 버퍼층과, 상기 제1 버퍼층 상에 박막 형태로 제공되며, 상기 제1 버퍼층을 이루는 물질보다 밴드갭 에너지가 낮은 물질로 이루어진 제2 버퍼층 및 상기 제2 버퍼층 상에 형성되며, 제1 및 제2 도전형 반도체층과 이들 사이에 배치된 활성층을 포함하는 발광구조물을 포함하는 반도체 발광소자를 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제1 및 제2 버퍼층의 계면에는 공공(void)이 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 활성층은 380㎚ 이하의 파장을 갖는 자외선을 방출할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제1 버퍼층은 Al_xGa_{1 - x}N (0 < x ≤ 1)으로 이루어지며, 상기 제2 버퍼층은 GaN으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제1 도전형 반도체층은 n형 Al_yGa_{1 - y}N (0 < y ≤ 1)으로 이루어지며, 상기 제2 도전형 반도체층은 p형 Al_zGa_{1 - z}N (0 < z ≤ 1)으로 이루어질 수 있다.

이 경우, 상기 제2 버퍼층과 상기 제1 도전형 반도체층 사이에 형성된 언도프 Al_aGa_{1 - a}N층(0 < a ≤ 1)을 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 측면은,

기판 상에 다공성 재질의 제1 버퍼층을 형성하는 단계와, 상기 제1 버퍼층 상에 박막 형태로 제공되며, 상기 제1 버퍼층을 이루는 물질보다 밴드갭 에너지가 낮은 물질로 이루어진 제2 버퍼층을 형성하는 단계 및 상기 제2 버퍼층 상에 제1 및 제2 도전형 반도체층과 이들 사이에 배치된 활성층을 포함하는 발광구조물을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 발광소자 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제1 버퍼층의 공공(void)은 상기 제1 버퍼층의 성장 과정에서 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제1 버퍼층의 공공(void)은 상기 제1 버퍼층을 식각하여 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 기판을 상기 발광구조물로부터 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 기판을 상기 발광구조물로부터 분리하는 단계는, 상기 제1 버퍼층을 이루는 물질보다는 밴드갭 에너지가 낮고, 상기 제2 버퍼층을 이루는 물질보다는 밴드갭 에너지가 높은 레이저를 조사하여 상기 제2 버퍼층을 제거함으로써 실행될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제1 및 제2 버퍼층의 계면에는 공공(void)이 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 활성층은 380㎚ 이하의 파장을 갖는 자외선을 방출할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제1 버퍼층은 Al_xGa_{1 - x}N (0 < x ≤ 1)으로 이루어지며, 상기 제2 버퍼층은 GaN으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제1 도전형 반도체층은 n형 Al_yGa_{1 - y}N (0 < y ≤ 1)으로 이루어지며, 상기 제2 도전형 반도체층은 p형 Al_zGa_{1 - z}N (0 < z ≤ 1)으로 이루어질 수 있다.

이 경우, 상기 제2 버퍼층과 상기 제1 도전형 반도체층 사이에 형성된 언도프 Al_aGa_{1 - a}N층(0 < a ≤ 1)을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 의할 경우, 다공성 재질의 버퍼층을 채용함으로써 특히, 심자외선 소자를 이루는 반도체층의 결정성이 향상되고 스트레인이 저감된 반도체 발광소자를 얻을 수 있다.

또한, 상기와 같은 구조를 갖는 반도체 발광소자를제조하는 방법을 제공하는 것으로서, 특히, 레이저 리프트 오프에 의하여 성장 기판을 제거할 수 있는 방법을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 실시 형태에서 변형된 실시 형태에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3 내지 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광소자의 제조방법을 개략적으로 나타내는 공정별 단면도이다.
도 8 내지 11은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 반도체 발광소자의 제조방법을 개략적으로 나타내는 공정별 단면도이다.
도 12는 본 발명에서 제안하는 반도체 발광소자의 사용 예를 개략적으로 나타낸 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다.

그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 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 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 2는 도 1의 실시 형태에서 변형된 실시 형태에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 우선, 도 1을 참조하면, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광소자(100)는 기판(101), 제1 버퍼층(102), 제2 버퍼층(103), 제1 도전형 반도제층(104), 활성층(105), 제2 도전형 반도체층(106) 및 오믹전극층(107)을 포함하며, 제1 도전형 반도체층(104) 및 오믹전극층(107)의 상면에는 각각 제1 및 제2 전극(108a, 108b)이 형성된다. 다만, 본 명세서에서, '상부', '상면', '하부', '하면', '측면' 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 소자가 배치되는 방향에 따라 달라질 수 있을 것이다.

기판(101)은 반도체 성장용 기판으로 제공되며, 사파이어, Si, SiC, MgAl₂O₄, MgO, LiAlO₂, LiGaO₂, GaN 등과 같이 절연성, 도전성, 반도체 물질을 이용할 수 있다. 이 경우, 가장 바람직하게 사용될 수 있는 것은 전기 절연성을 갖는 사파이어로서, 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. 다만, 상기 C면에 질화물 박막을 성장할 경우, 질화물 박막에는 압전 효과로 인하여 내부에 강한 전계가 형성될 수 있다. 한편, 기판(101)으로 사용하기에 적합한 물질로는 Si 기판을 들 수 있으며, 대구경화에 보다 적합하고 상대적으로 가격이 낮은 Si 기판을 사용하여 양산성이 향상될 수 있다.

기판(101) 상에 형성된 제1 버퍼층(102)은 다공성 재질로 제공되며, 이러한 다공성 재질에 의하여 제1 버퍼층(102) 상에 성장되는 반도체층의 스트레인이 감소될 수 있다. 즉, 다공성 재질로 이루어진 제1 버퍼층(102)에 의하여, 도 1에서 볼 수 있듯이, 제2 버퍼층(103)과의 계면에 공공(v)이 형성될 수 있어 모두 박막으로 이루어진 경우와 비교하여 제1 및 제2 버퍼층(102, 103) 간의 접촉 면적이 감소될 수 있으며, 이에 따라, 스트레인 완화 효과가 생길 수 있다. 제1 및 제2 버퍼층(102, 103) 접촉 면적 감소 효과를 얻기 위하여 제2 버퍼층(103)은 상기 공공(v)의 모두를 채우지는 않도록 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 제1 버퍼층(102)의 공공(v)은 내부에 형성된 것과 표면에 요철 형상으로 형성된 것을 모두 포함한다. 또한, 도 1에 도시된 것과 같이, 제1 버퍼층(102)의 공공(v)은 그 크기, 형상, 주기 등이 불규칙적일 수 있으며, 이와 달리, 적절한 식각 공정을 통하여 규칙적으로 형성될 수도 있다.

한편, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광소자(100)의 경우, 약 380㎚ 이하의 파장의 빛을 방출할 수 있는 심자외 소자로 제공될 수 있으며, 이에 따라, 밴드갭 에너지가 상대적으로 높은 물질로 이루어질 수 있다. 이를 고려하여, 제1 버퍼층(102)은 Al_xGa_{1 - x}N (0 < x ≤ 1), 예컨대, AlN로 형성할 수 있다. 또한, 제1 버퍼층(102)은 상대적으로 저온에서 성장함으로써 공공(v)이 내부나 표면에 형성되도록 할 수 있다. 이와 달리, 제1 버퍼층(102)의 공공(v)은 제1 버퍼층(102)의 성장 과정이나 성장 후에 제1 버퍼층(102)을 식각하여 형성될 수도 있다.

제2 버퍼층(103)은 제1 버퍼층(102) 상에 박막 형태로 제공되며, 상술한 바와 같이, 제1 버퍼층(102)과의 계면에 형성된 공공(v)에 의하여 스트레인이 저감되어 우수한 결정성을 가질 수 있다. 또한, 제2 버퍼층(103)은 제1 버퍼층(102)의 다공성 구조에 의하여 측 방향 성장이 가능하므로, 이에 따른 결정성 향상 효과도 기대할 수 있다. 제2 버퍼층(103)은 제1 버퍼층(102)을 이루는 물질보다 밴드갭 에너지가 낮은 물질로 이루어지며, 이는 후술할 바와 같이, 기판(101)을 제거하기 위한 레이저 리프트 오프 공정을 수행하기 위한 것이다. 제2 버퍼층(103)은 GaN으로 이루어질 수 있으며, 추가적으로, Al이나 In 등의 성분이 포함될 수 있다.

제2 버퍼층(103) 상에는 발광구조물이 형성되며, 발광구조물은 제1 및 제2 도전형 반도체층(104, 106)과 이들 사이에 배치된 활성층(105)을 포함하는 구조이다. 제1 및 제2 도전형 반도체층(104, 106)은 각각 n형 및 p형 불순물이 도핑된 반도체로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 반대로 각각 p형 및 n형 반도체층이 될 수도 있을 것이다. 또한, 제1 및 제2 도전형 반도체층(104, 106)은 질화물 반도체, 예컨대, Al_xIn_yGa_{1 -x- y}N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 특히, 본 실시 형태에서는 심자외선 소자로 이용되기 위하여 상대적으로 밴드갭 에너지가 높은 물질로 이루어질 수 있으며, 예컨대, 제1 도전형 반도체층(104)은 n형 Al_yGa_{1 - y}N (0 < y ≤ 1)으로 이루어지며, 제2 도전형 반도체층(106)은 p형 Al_zGa_{1 - z}N (0 < z ≤ 1)으로 이루어질 수 있다. 한편, 도 2의 변형된 실시 형태에 따른 반도체 발광소자(100`)와 같이, 제2 버퍼층(103)과 제1 도전형 반도체층(104) 사이에 언도프 Al_aGa_{1 - a}N층(103a, 여기서, 0 < a ≤ 1)을 형성하여 도핑 원소에 의하여 제1 도전형 반도체층(104)의 결정성이 저하되는 것을 최소화할 수 있다.

제1 및 제2 도전형 반도체층(104, 106) 사이에 배치된 활성층(105)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출하며, 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조를 가질 수 있다. 상술한 바와 같이, 활성층(105)은 파장의 크기가 작은 심자외선을 방출하기 위하여 GaN이나 GaN에 Al 성분이 일부 함유된 물질로 이루어질 수 있다. 한편, 발광구조물을 구성하는 제1 및 제2 도전형 반도체층(104, 106)과 활성층(105)은 유기 금속 화학 증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD), 수소화 기상 에피택시(Hydride Vapor Phase Epitaxy, 'HVPE'), 분자선 에피탁시(Molecular Beam Epitaxy, MBE) 등과 같이 당 기술 분야에서 공지된 공정을 이용하여 성장될 수 있다.

오믹전극층(107)은 제2 도전형 반도체층(106)과 전기적으로 오믹 특성을 보이는 물질로 이루어질 수 있으며, 투명 전극용 물질 중 광 투과율이 높으면서도 오믹컨택 성능이 상대적으로 우수한 ITO, CIO, ZnO 등과 같은 투명 전도성 산화물로 형성될 수 있다. 이와 달리 오믹전극층(107)은 광 반사성 물질, 예를 들어, 고반사성 금속으로 이루어질 수 있으며, 이 경우, 소자(100)는 제1 및 제2 전극(108a, 108b) 패키지의 리드 프레임 등을 향하여 실장되는 소위, 플립칩 구조로 이용될 수 있다. 다만, 오믹전극층(107)은 본 실시 형태에서 반드시 필요한 요소는 아니며, 경우에 따라서는 제외될 수도 있을 것이다.

제1 및 제2 전극(108a, 108b)은 당 기술 분야에서 공지된 전기전도성 물질, 예컨대, Ag, Al, Ni, Cr 등의 물질 중 하나 이상을 증착하거나 스퍼터링하는 등의 공정으로 형성될 수 있다. 다만, 도 1에 도시된 구조의 경우, 제1 도전형 반도체층(104) 및 오믹전극층(107)의 상면에는 각각 제1 및 제2 전극(108a, 108b)이 형성되어 있으나 이러한 전극(108a, 108b) 형성 방식은 일 예일 뿐이며, 제1 도전형 반도체층(104), 활성층(105) 및 제2 도전형 반도체층(106)을 구비하는 발광구조물의 다양한 위치에 전극이 형성될 수 있을 것이다.

이하, 상술한 구조 또는 이로부터 변형된 구조를 갖는 반도체 발광소자의 제조방법을 설명한다. 도 3 내지 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광소자의 제조방법을 개략적으로 나타내는 공정별 단면도이다.

우선, 도 3에 도시된 것과 같이, 기판(101) 상에 다공성 재질의 제1 버퍼층(102)을 형성한다. 기판(101)은 앞서 설명한 다양한 종류의 성장 기판, 예컨대, 사파이어나 Si 기판 등을 이용할 수 있다. 제1 버퍼층(102)의 공공은 제1 버퍼층(102)의 내부나 표면에 형성될 수 있으며, 도 3에서는 표면에 형성된 구조를 나타내었다. 이 경우, 공공은 크기, 형상, 주기 등이 불규칙적이거나 규칙적일 수 있다. 제1 버퍼층(102)은 Al_xGa_{1 - x}N (0 < x ≤ 1), 예컨대, AlN로 이루어질 수 있으며, MOCVD, HVPE 등과 같은 반도체 성장 공정으로 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 버퍼층(102)의 다공성 구조는 저온 성장 공정으로 자발적으로 형성되거나 제1 버퍼층(102) 성장 후나 성장 과정에서 식각 공정을 적용하여 형성될 수 있다.

다음으로, 도 4에 도시된 것과 같이, 제1 버퍼층(102) 상에 제2 버퍼층(103)을 형성한다. 제2 버퍼층(103)은 박막 형태로 제공되며, 제1 버퍼층(102)과의 계면에 형성된 공공(v)에 의하여 스트레인이 저감되어 우수한 결정성을 가질 수 있다. 다만, 도 4에서는 제1 버퍼층(102)의 표면 공공(v)에는 제2 버퍼층(103)이 형성되지 않은 것으로 도시되어 있지만, 성장 조건에 따라, 제2 버퍼층(103)은 공공(v)의 적어도 일부를 메우도록 형성될 수도 있다. 또한, 제2 버퍼층(103)은 제1 버퍼층(102)의 다공성 구조에 의하여 측 방향 성장이 가능하므로, 이에 따른 결정성 향상 효과도 기대할 수 있다.

다음으로, 도 5에 도시된 것과 같이, 제2 버퍼층(103) 상에 발광구조물, 즉, 제1 도전형 반도체층(104), 활성층(105) 및 제2 도전형 반도체층(106)을 포함하는 구조를 형성한다. 이후, 오믹전극층을 형성하고, 발광구조물의 일부를 제거하여 제1 도전형 반도체층(104)을 노출한 후 제1 및 제2 전극을 형성하여 도 1에 도시된 형태의 소자를 얻을 수 있다. 이하에서는 도 1의 구조와 다른 구조를 갖는 소자의 제조방법을 계속하여 설명한다.

도 5와 같이 발광구조물이 형성된 이후, 도 6에 도시된 것과 같이, 발광구조물 상에 반사금속층(109) 및 도전성 기판(110)을 형성한다. 반사금속층(109)은 광 반사 기능과 제2 도전형 반도체층(106)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. 도전성 기판(110)은 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. 도전성 기판(110)은 도금, 스퍼터링, 증착 등의 공정으로 반사금속층(109) 상에 형성하거나 미리 제조된 도전성 기판(110)을 반사금속층(109)에 도전성 접합층(미도시)을 매개로하여 접합시킬 수도 있다.

다음으로, 도 7에 도시된 것과 같이, 반도체층의 성장에 사용된 기판(101)을 발광구조물로부터 분리하는데, 레이저 리프트 오프나 화학적 리프트 오프 등과 같은 공정을 이용하여 제거될 수 있지만, 본 실시 형태에서는 레이저 리프트 오프 공정을 이용하였다. 구체적으로, 제1 버퍼층(102)을 이루는 물질보다는 밴드갭 에너지가 낮고, 제2 버퍼층(103)을 이루는 물질보다는 밴드갭 에너지가 높은 레이저를 조사하여 제2 버퍼층(103)을 제거, 즉, 제2 버퍼층(103)을 이루는 물질을 분해함으로써 본 단계가 실행된다. 앞서 설명한 바와 같이, 심자외선 소자를 구현하기 위해서는 밴드갭 에너지가 높은 물질이 필요하며, Al_xGa_{1 - x}N (0 < x ≤ 1)으로 이루어진 제1 버퍼층(102)을 분해할 수 있는 레이저를 얻기 쉽지 않다. 즉, 제1 버퍼층(102)을 분해하기 위해서는 이보다 높은 에너지, 예컨대, AlN의 경우, 6.2eV 이상의 에너지를 갖는 레이저가 필요하지만, 이러한 레이저는 약 200㎚ 파장에 해당하여 얻기가 어려운 점이 있다. 본 실시 형태에서는 제1 버퍼층(102)보다 밴드갭 에너지가 낮은 물질, 예컨대, GaN으로 이루어진 제2 버퍼층(103)을 채용함으로써, 일반적으로 이용되는 레이저를 통하여 기판(101) 제거 공정이 가능하도록 하였다. 레이저 리프트 오프 공정 이후에는, 성장 기판(101)이 제거되어 노출된 제1 도전형 반도체층(104)에 연결되도록 제1 전극(111)을 형성한다.

한편, 상기와 다른 구조를 갖는 반도체 발광소자에 관해서도 설명한다. 도 8 내지 11은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 반도체 발광소자의 제조방법을 개략적으로 나타내는 공정별 단면도이며, 도 2 내지 5까지는 앞선 제조방법과 동일하다.

우선, 발광구조물이 형성된 후, 도 9에 도시된 것과 같이, 발광구조물에 관통홀을 형성하여 제1 도전형 반도체층(104)을 형성한다. 상기 관통홀은 제1 도전형 반도체층(104)의 전기적 연결을 위하여 제공되는 도전성 비아를 형성하기 위한 것이다. 상기 관통홀은 발광구조물 상에 반사금속층(109)을 형성한 후 발광구조물과 반사금속층(109)을 일부 제거하여 형성될 수 있다. 이와 달리, 발광구조물에 관통홀을 먼저 형성한 후 상기 관통홀을 제외한 영역에만 반사금속층(109)을 형성할 수도 있을 것이다. 관통홀 형성 후에는 전기적 단락을 방지하기 위하여, 반사금속층(109)의 표면과 관통홀의 내벽에 절연부(112)를 형성한다. 절연부(112)는 실리콘 산화물이나 실리콘 질화물 등과 같은 전기 절연 물질을 적절히 이용할 수 있을 것이다.

다음으로, 도 9에 도시된 것과 같이, 반사금속층(109) 상에 도전성 기판(110)을 형성한다. 이 경우, 도전성 기판(110)은 제1 도전형 반도체층(104)과 전기적으로 연결되며, 이를 위하여 도전성 비아(113)를 포함할 수 있다. 도전성 기판(110)은 앞서 설명한 바와 같이, Au, Ni, Al, Cu, W, Si, Se, GaAs 등을 포함하는 물질로 이루어질 수 있다. 도전성 비아(113)는 도전성 기판(110)과 동일한 물질로 이루어질 수 있지만, 제1 도전형 반도체층(104)과의 우수한 전기적 연결을 얻기 위하여 도전성 기판(110)과 다른 물질로 형성될 수도 있다.

다음으로, 도 10에 도시된 것과 같이, 반도체층의 성장에 사용된 기판(101)을 발광구조물로부터 분리하며, 앞서 설명한 바와 같이, 레이저를 조사하여 제2 버퍼층(103)을 분해함으로써 실행될 수 있다.

다음으로, 도 11에 도시된 것과 같이, 발광구조물을 일부 제거하여 반사금속층(109)을 노출시키며, 노출된 반사금속층(109)에 제2 전극(114)을 형성한다. 이 경우, 제1 도전형 반도체층(104) 표면에는 따로 전극이 형성되지 않을 수 있으며, 도전성 기판(110)이 제1 도전형 반도체층(104)의 전극 역할을 할 수 있다.

한편, 상기와 같은 구조를 갖는 반도체 발광소자는 다양한 분야에서 응용될 수 있다. 도 12는 본 발명에서 제안하는 반도체 발광소자의 사용 예를 개략적으로 나타낸 구성도이다. 도 12를 참조하면, 조광 장치(400)는 발광 모듈(401)과 발광 모듈(401)이 배치되는 구조물(404) 및 전원 공급부(403)를 포함하여 구성되며, 발광 모듈(401)에는 본 발명에서 제안한 방식으로 얻어진 하나 이상의 반도체 발광소자(402)가 배치될 수 있다. 이 경우, 반도체 발광소자(402)는 그 자체로 모듈(401)에 실장되거나 패키지 형태로 제공될 수도 있을 것이다. 전원 공급부(403)는 전원을 입력받는 인터페이스(405)와 발광 모듈(401)에 공급되는 전원을 제어하는 전원 제어부(406)를 포함할 수 있다. 이 경우, 인터페이스(405)는 과전류를 차단하는 퓨즈와 전자파장애신호를 차폐하는 전자파 차폐필터를 포함할 수 있다.

전원 제어부(406)는 전원으로 교류 전원이 입력되는 경우, 전원 제어부는 교류를 직류로 변환하는 정류부와, 발광 모듈(401)에 적합한 전압으로 변환시켜주는 정전압 제어부를 구비할 수 있다. 만일, 전원 자체가 발광 모듈(401)에 적합한 전압을 갖는 직류원(예를 들어, 전지)이라면, 정류부나 정전압 제어부를 생략될 수도 있을 것이다. 또한, 발광 모듈(401)의 자체가 AC-LED와 같은 소자를 채용하는 경우, 교류 전원이 직접 발광 모듈(401)에 공급될 수 있으며, 이 경우도 정류부나 정전압 제어부를 생략될 수도 있을 것이다. 나아가, 전원 제어부는 색 온도 등을 제어하여 인간 감성에 따른 조명 연출을 가능하게 할 수도 있다. 또한, 전원 공급부(403)는 발광소자(402)의 발광량과 미리 설정된 광량 간의 비교를 수행하는 피드백 회로 장치와 원하는 휘도나 연색성 등의 정보가 저장된 메모리 장치를 포함할 수 있다.

이러한 조광 장치(400)는 화상 패널을 구비하는 액정표시장치 등의 디스플레이 장치에 이용되는 백라이트 유닛이나 램프, 평판 조명 등의 실내 조명 또는 가로등, 간판, 표지판 등의 실외 조명 장치로 사용될 수 있으며, 또한, 다양한 교통수단용 조명 장치, 예컨대, 자동차, 선박, 항공기 등에 이용될 수 있다. 나아가, TV, 냉장고 등의 가전 제품이나 의료기기 등에도 널리 이용될 수 있을 것이다.

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.

101: 기판 102, 103: 제1 및 제2 버퍼층
104: 제1 도전형 반도체층 105: 활성층
106: 제2 도전형 반도체층 107: 오믹전극층
108a, 108b: 제1 및 제2 전극 109: 반사금속층
110: 도전성 기판 111: 제1 전극
112: 절연부 113: 도전성 비아
114: 제2 전극

Claims (16)

1. 기판;
   상기 기판 상에 형성된 다공성 재질의 제1 버퍼층;
   상기 제1 버퍼층 상에 박막 형태로 제공되며, 상기 제1 버퍼층을 이루는 물질보다 밴드갭 에너지가 낮은 물질로 이루어진 제2 버퍼층; 및
   상기 제2 버퍼층 상에 형성되며, 제1 및 제2 도전형 반도체층과 이들 사이에 배치된 활성층을 포함하는 발광구조물;
   을 포함하는 반도체 발광소자.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 버퍼층의 계면에는 공공(void)이 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 활성층은 380㎚ 이하의 파장을 갖는 자외선을 방출하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 버퍼층은 Al_xGa_{1 - x}N (0 < x ≤ 1)으로 이루어지며, 상기 제2 버퍼층은 GaN으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 도전형 반도체층은 n형 Al_yGa_{1 - y}N (0 < y ≤ 1)으로 이루어지며, 상기 제2 도전형 반도체층은 p형 Al_zGa_{1 - z}N (0 < z ≤ 1)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 제2 버퍼층과 상기 제1 도전형 반도체층 사이에 형성된 언도프 Al_aGa_{1 -a}N층(0 < a ≤ 1)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
   
7. 기판 상에 다공성 재질의 제1 버퍼층을 형성하는 단계;
   상기 제1 버퍼층 상에 박막 형태로 제공되며, 상기 제1 버퍼층을 이루는 물질보다 밴드갭 에너지가 낮은 물질로 이루어진 제2 버퍼층을 형성하는 단계; 및
   상기 제2 버퍼층 상에 제1 및 제2 도전형 반도체층과 이들 사이에 배치된 활성층을 포함하는 발광구조물을 형성하는 단계;
   를 포함하는 반도체 발광소자 제조방법.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 제1 버퍼층의 공공(void)은 상기 제1 버퍼층의 성장 과정에서 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
   
9. 제7항에 있어서,
   상기 제1 버퍼층의 공공(void)은 상기 제1 버퍼층을 식각하여 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
   
10. 제7항에 있어서,
    상기 기판을 상기 발광구조물로부터 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 기판을 상기 발광구조물로부터 분리하는 단계는,
    상기 제1 버퍼층을 이루는 물질보다는 밴드갭 에너지가 낮고, 상기 제2 버퍼층을 이루는 물질보다는 밴드갭 에너지가 높은 레이저를 조사하여 상기 제2 버퍼층을 제거함으로써 실행되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
    
12. 제7항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 버퍼층의 계면에는 공공(void)이 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
    
13. 제7항에 있어서,
    상기 활성층은 380㎚ 이하의 파장을 갖는 자외선을 방출하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
    
14. 제7항에 있어서,
    상기 제1 버퍼층은 Al_xGa_{1 - x}N (0 < x ≤ 1)으로 이루어지며, 상기 제2 버퍼층은 GaN으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
    
15. 제7항에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층은 n형 Al_yGa_{1 - y}N (0 < y ≤ 1)으로 이루어지며, 상기 제2 도전형 반도체층은 p형 Al_zGa_{1 - z}N (0 < z ≤ 1)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
    
16. 제15항에 있어서,
    상기 제2 버퍼층과 상기 제1 도전형 반도체층 사이에 형성된 언도프 Al_aGa_{1 -a}N층(0 < a ≤ 1)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.

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