KR20130049894A - 반도체 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 발광소자 및 이를 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 측면은, n형 반도체층과, 상기 n형 반도체층 상에 형성된 활성층과, 상기 활성층 상에 형성되며, 표면에 형성된 요철 구조를 구비하는 제1 p형 반도체층과, 상기 제1 p형 반도체층 상에 상기 제1 p형 반도체층보다 높은 불순물 농도를 갖도록 형성되며, 표면에 형성된 요철 구조를 구비하는 제2 p형 반도체층 및 상기 제2 p형 반도체층 상에 형성된 반사금속층을 포함하는 반도체 발광소자를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 의할 경우, 우수한 반사 성능을 가진 반사 구조를 포함하는 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 p-n 접합구조의 특성을 이용하여 전자와 정공의 재결합에 의하여 발생하는 에너지를 빛으로 발생시키는 소자를 의미한다. 즉, 특정 원소의 반도체에 순방향 전압을 가하면 양극과 음극의 접합 부분을 통해 전자와 정공이 이동하면서 서로 재결합하는데 전자와 정공이 떨어져 있을 때 보다 작은 에너지가 되므로 이때 발생하는 에너지의 차이로 인해 빛을 외부로 방출한다.
이때, 상기 빛은 활성층에서 발생되어 발광소자를 이루는 각 적층체를 통과한 후 최종적으로 외부에 방출되게 된다. 이 경우, 발광 효율을 향상시키기 위한 구조로서, 발광소자의 일 측에 반사 구조를 형성하여 빛을 일 방향으로 유도하는 방법 등이 사용되고 있다. 이러한 반사 구조의 경우, 반사율이 높은 금속을 사용하더라도 약 90% 수준으로 반사율을 높일수록 소자의 발광 효율을 향상될 수 있다. 따라서, 당 기술 분야에서는 소자 내부에 포함되는 반사 구조의 반사율과 신뢰성을 향상시키고자하는 시도가 있어왔다.
본 발명의 목적 중 하나는 우수한 반사 성능을 가진 반사 구조를 포함하는 반도체 발광소자를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 목적 중 다른 하나는 상기와 같은 구조를 갖는 반도체 발광소자를 효율적으로 제조하는 방법을 제공하는 것에 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면은,
n형 반도체층과, 상기 n형 반도체층 상에 형성된 활성층과, 상기 활성층 상에 형성되며, 표면에 형성된 요철 구조를 구비하는 제1 p형 반도체층과, 상기 제1 p형 반도체층 상에 상기 제1 p형 반도체층보다 높은 불순물 농도를 갖도록 형성되며, 표면에 형성된 요철 구조를 구비하는 제2 p형 반도체층 및 상기 제2 p형 반도체층 상에 형성된 반사금속층을 포함하는 반도체 발광소자를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제2 p형 반도체층의 요철 구조는 상기 제1 p형 반도체층의 요철 구조에 대응하는 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 반사금속층은 표면에 형성된 요철 구조를 구비할 수 있다.
이 경우, 상기 반사금속층의 요철 구조는 상기 제2 p형 반도체층의 요철 구조에 대응하는 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 반사금속층 상에 형성된 도전성 기판을 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 반사금속층과 상기 도전성 기판 사이에 배치된 도전성 접착층을 더 포함하며, 상기 도전성 접착층은 상기 반사금속층의 요철 구조를 메우도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 활성층, 상기 제1 p형 반도체층, 상기 제2 p형 반도체층 및 상기 반사금속층을 관통하여 상기 n형 반도체층과 상기 도전성 기판을 연결하는 적어도 하나의 도전성 비아를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 도전성 비아는 상기 n형 반도체층의 계면에 형성된 요철 구조를 포함할 수 있다.
또한, 상기 활성층, 상기 제1 p형 반도체층, 상기 제2 p형 반도체층 및 상기 반사금속층 각각과 상기 도전성 비아 사이에 형성된 절연부를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면은,
기판 상에 n형 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 n형 반도체층에 활성층을 형성하는 단계와, 상기 활성층 상에 제1 p형 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 제1 p형 반도체층 상에 상기 제1 p형 반도체층 상면 중 일부를 노출시키도록 오픈 영역을 갖는 마스크를 형성하는 단계와, 상기 오픈 영역을 통하여 상기 제1 p형 반도체층을 식각하여 요철 구조를 형성하는 단계와, 상기 제1 p형 반도체층 상에 상기 제1 p형 반도체층보다 높은 불순물 농도를 갖고, 표면에 요철 구조 형성된 제2 p형 반도체층을 형성하는 단계 및 상기 제2 p형 반도체층 상에 반사금속층을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 발광소자 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 마스크를 형성하는 단계는 상기 제1 p형 반도체층 상에 금속층을 형성하는 단계 및 복수의 클러스터를 형성하도록 상기 금속층을 응집시키는 단계를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 금속층의 두께는 10 ~ 250Å일 수 있다.
또한, 상기 금속층을 응집시키는 단계는 상기 금속층을 열처리하여 실행될 수 있다.
또한, 상기 금속층을 형성하는 단계는 전자빔 증착 공정으로 실행될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제2 p형 반도체층의 요철 구조는 상기 제1 p형 반도체층의 요철 구조에 대응하는 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 반사금속층은 표면에 형성된 요철 구조를 구비할 수 있다.
이 경우, 상기 반사금속층의 요철 구조는 상기 제2 p형 반도체층의 요철 구조에 대응하는 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 반사금속층 상에 도전성 기판을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 기판을 상기 n형 반도체층으로부터 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제1 p형 반도체층을 식각하여 요철 구조를 형성하는 단계 후에 상기 마스크를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 마스크를 제거하는 단계는 상기 제1 p형 반도체층 표면에 형성된 산화물을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의할 경우, 우수한 반사 성능을 가진 반사 구조를 포함하는 반도체 발광소자를 얻을 수 있다.
나아가, 상기와 같은 구조를 갖는 반도체 발광소자를 효율적으로 제조하는 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 9는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광소자의 제조방법을 개략적으로 나타내는 공정별 단면도이다.
도 10 내지 13은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 반도체 발광소자를 얻기 위한 제조방법을 개략적으로 나타내는 공정별 단면도이다.
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 단면도로서 반사금속층과 도전성 기판 주변 영역을 부분적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광소자(100)는 n형 반도체층(101), 활성층(102), 제1 p형 반도체층(103a), 제2 p형 반도체층(103b) 및 반사금속층(104)을 포함하여 구성되며, 도 1을 기준으로 반사금속층(104)의 하부에는 도전성 기판(105)이 형성된다. 또한, n형 반도체층(101)의 상부에는 n형 전극(106)이 형성될 수 있다. 본 명세서에서, '상부', '상면', '하부', '하면', '측면' 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 소자가 배치되는 방향에 따라 달라질 수 있을 것이다.
우선, 발광구조물, 즉, n형 및 p형 반도체층(101, 103)과 이들 사이에 배치된 활성층(102)을 포함하는 구조를 설명한다. n형 및 p형 반도체층(101, 103)은 질화물 반도체, 예컨대, AlxInyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성을 갖는 물질로 이루어질 수 있으며, 이와 달리, AlInGaP, AlInGaAs 계 물질로 이루어질 수도 있다. n형 및 p형 반도체층(101, 103) 사이에 배치된 활성층(102)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출하며, 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조를 가질 수 있다. 한편, 발광구조물을 구성하는 n형 및 p형 반도체층(101, 103)과 활성층(102)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.
본 실시 형태의 경우, p형 반도체층(103)은 불순물 농도가 서로 다른 제1 및 제2 p형 반도체층(103a, 103b)을 포함하며, 또한, 제1 및 제2 p형 반도체층(103a, 103b)의 표면에는 요철 구조가 형성된다. 구체적으로, 제2 p형 반도체층(103b)은 제1 p형 반도체층(103a)보다 높은 불순물 농도를 가지며, 반사금속층(104)과 접촉하는 제2 p형 반도체층(103b)의 불순물 농도를 크게 함으로써 전기적 특성이 향상될 수 있다. 제1 및 제2 p형 반도체층(103a, 103b) 표면에 형성된 요철 구조에 의하여 그 하부에 형성된 반사금속층(104)에서의 반사 효율이 향상될 수 있다. 즉, 평탄한 형상의 반사면을 갖는 구조와 비교하여 표면에 요철이 형성된 반사면에 의하여 활성층(102)으로부터 방출된 빛은 다양한 경로로 반사될 수 있으므로, 외부로 방출될 수 있는 빛의 양이 증가될 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 p형 반도체층(103a, 103b)의 요철 구조는 크기와 주기가 불규칙하도록 제공될 수 있으며, 이러한 불규칙한 요철 구조는 후술할 바와 같이, 금속 응집체 마스크를 이용하여 얻을 수 있다.
이러한 요철 구조를 형성하기 위하여 본 실시 형태에서는 제1 p형 반도체층(103a)부터 요철 구조를 형성하였다. 제2 p형 반도체층(103b)에 요철 구조를 형성하기 위하여 식각 공정을 적용할 경우에는 반사금속층(104)과 오믹 접촉을 이루기 어려울 수 있으므로, 제1 p형 반도체층(103a)에 요철 구조를 형성한 후 이보다 높은 불순물로 도핑된 제2 p형 반도체층(103b)을 형성하며, 이 경우, 도 1에 도시된 것과 같이, 제2 p형 반도체층(103b)의 요철 구조는 제1 p형 반도체층(103a)의 요철 구조에 대응하도록 형성될 수 있다. 제1 및 제2 p형 반도체층(103a, 103b)의 요철 구조를 형성하는 상세한 과정은 후술하기로 한다.
반사금속층(104)은 p형 반도체층(103) 중 특히 제2 p형 반도체층(103b)과 전기적으로 오믹 특성을 보이는 물질로서 높은 반사율을 갖는 금속으로 이루어질 수 있으며, 이러한 기능을 고려하여 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질을 포함하여 형성할 수 있다. 반사금속층(104)은 활성층(102)으로부터 방출된 빛을 반사하며, 반사금속층(104)의 반사면은 제2 p형 반도체층(103b)의 요철 구조에 의하여 요철 형상을 갖는다. 또한, 도 1에서 볼 수 있듯이, 반사금속층(104)은 그 표면(도 1에서 도전성 기판을 향하는 표면)에 제2 p형 반도체층(103b)의 요철 구조에 대응하는 형상의 요철 구조를 가질 수 있으며, 다만, 반사금속층(104)의 표면에 형성된 요철 구조는 필수적인 것은 아니며 실시 형태에 따라 구비되지 않을 수도 있다.
도전성 기판(105)은 도 1을 기준으로 반사금속층(104)의 하부에 형성되며, 외부 전원과 연결되어 p형 반도체층(103)에 전기 신호를 인가하는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 도전성 기판(104)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(105)은 도금, 스퍼터링, 증착 등의 공정으로 반사금속층(104) 상에 형성할 수 있으며, 이와 달리, 도 2에 도시된 것과 같이, 미리 제조된 도전성 기판(105)을 반사금속층(104)에 도전성 접합층(107)을 매개로 하여 접합시킬 수도 있다. 이 경우, 도전성 접합층(107)은 반사금속층(104)의 요철 구조를 메우도록 형성될 수 있으며, 이에 의해 반사금속층(104)과 도전성 기판(105)의 접착력은 향상될 수 있다. 도전성 접합층(107)은 AuSn 등과 같은 공융 금속을 이용하거나 도전성 에폭시 등을 이용할 수 있을 것이다.
n형 전극(106)은 외부 전원과 연결되어 n형 반도체층(101)에 전기 신호를 인가하는 기능을 수행하며, 당 기술 분야에서 공지된 전기전도성 물질, 예컨대, Ag, Al, Ni, Cr 등의 물질 중 하나 이상을 증착하거나 스퍼터링하는 등의 공정으로 형성될 수 있다.
이하, 상술한 구조 또는 이로부터 변형된 구조를 갖는 반도체 발광소자의 제조방법을 설명한다. 도 3 내지 9는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광소자의 제조방법을 개략적으로 나타내는 공정별 단면도이다.
우선, 도 3에 도시된 것과 같이, 기판(110) 상에 발광구조물의 일부, 즉, n형 반도체층(101), 활성층(102) 및 제1 p형 반도체층(103a)을 형성한다. 기판(110)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. 기판(110)으로 사용하기에 적합한 다른 물질로는 Si 기판을 들 수 있으며, 대구경화에 보다 적합하고 상대적으로 가격이 낮은 Si 기판을 사용하여 양산성이 향상될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, n형 반도체층(101), 활성층(102) 및 제1 p형 반도체층(103a)은 MOCVD, MBE, HVPE 등의 공정을 이용하여 형성할 수 있다. 또한, 도시하지는 않았지만, n형 반도체층(101)의 형성 전에 기판 상에 결정성을 향상시키기 위한 다양한 구조(결정, 비정질 등)의 버퍼층을 형성할 수도 있다.
다음으로, 도 4에 도시된 것과 같이, 제1 p형 반도체층(103a) 상에 제1 p형 반도체층(103a) 상면의 일부를 노출시키도록 오픈 영역을 갖는 마스크(111)를 형성한다. 오픈 영역을 갖는 구조라면 어느 것이나 마스크(111)로 채용될 수 있을 것이지만, 본 실시 형태에서는 금속 응집 마스크를 이용하였다. 금속 응집 구조를 마스크(111)로 사용할 경우 포토리소 패턴을 사용할 필요가 없으므로, 생산성이 우수하고 효율적으로 요철 구조를 형성할 수 있다.
금속 응집 구조를 형성하는 방법을 설명하면, 금속 응집 구조는 제1 p형 반도체층(103a) 상에 금속층을 적절한 두께로 형성함으로써 얻어질 수 있으며, 응집을 촉진하기 위하여 열처리를 수행할 수 있다. 즉, 상기 금속층은 제1 p형 반도체층(103a)과의 계면장력이 크기 때문에 얇은 두께로 형성하거나 가열할 경우 금속 입자끼리 응집되어 미세한 나노 크기의 응집체를 형성한다. 도 5는 미세한 크기의 금속 응집체가 형성된 상태의 마스크를 개략적으로 나타낸 평면도이다. 이러한 응집 구조의 마스크(111)를 이용하여 제1 p형 반도체층(103a)을 식각하면 마스크(111)에 의해 노출되지 않은 영역이 식각되어 요철 구조를 얻을 수 있다. 이때, 미세한 크기의 응집체가 형성될수록 미세한 요철 구조를 얻어 발광 효율에 유리할 수 있으므로, 마스크(111)를 형성하기 전의 금속층 두께는 250Å 이하인 것이 바람직하며, 100Å 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 금속층의 두께가 얇더라도 미세한 응집체가 형성되는 것에는 특별한 장애가 없으며 오히려 응집체 형성에 유리할 수 있으므로 상기 금속층의 두께에는 제한이 없으나 공정상 제약요건을 감안할 때에는 상기 금속층의 두께는 1Å 이상인 것이 바람직하며, 충분한 양의 금속 응집체를 얻기 위해서는 10Å 이상인 것이 보다 바람직하다. 상기 금속층은 얇은 두께로 증착할 때 에너지가 가장 안전한 방향으로 응집되려고 하는 성질을 갖는 물질을 이용할 수 있으며, 이러한 물질로 Ag, Au, Pt, Ni, Ru, Al, Co 등과 같은 금속을 단일 또는 합금의 형태를 사용할 수 있다. 이 경우, 상기 금속층을 얇게 형성하기 위한 방법으로는 전자빔 증착(E-beam)을 이용할 수 있다.
한편, 금속 응집 구조 마스크(111)의 형성을 촉진하기 위하여 추가적으로 열처리를 수행할 경우, 반드시 금속이 용융될 수 있는 온도에서 실시할 필요는 없으며 금속에 따라 일부 차이는 있을 수 있지만 통상 100℃ 이상의 온도에서 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 온도가 과다하게 높을 경우에는 하부에 형성되어 있는 투명 전극 층이나, 반도체 층에 심각한 열적 손상을 가할 수 있으므로 상기 열처리 온도는 1000℃ 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 충분한 시간 동안 열을 가하여야 응집체의 형성이 보다 완전해 질 수 있으므로 상기 열처리 시간은 10초 이상인 것이 바람직하다. 반면, 열처리 시간이 길어지면 더 이상 효과가 증대되지 않을 뿐만 아니라 제1 p형 반도체층(103a) 등에 열적 손상이 가해질 수 있으므로 상기 열처리 시간은 10000초 이하로 제한하는 것이 바람직하며 1000초 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 열처리는 통상의 장치에 의해 수행할 수 있으며, 예를 든다면 적외선 램프 가열장치(RTA)나 통상의 가열로(furnace)를 들 수 있다. 이러한 열처리에 의해 형성된 금속 응집 구조 마스크(111)는 통상 그 입도가 1㎛ 이하의 크기를 가지기 때문에 이를 마스크로 이용하여 식각한 식각 패턴 역시 나노 사이즈를 가지는 패턴으로 형성될 수 있으며, 나아가, 그 주기와 형상이 불규칙할 수 있다.
다음으로, 도 6에 도시된 것과 같이, 제1 p형 반도체층(103a)을 식각하여 표면에 요철 구조를 형성하며, 앞서 설명한 마스크(111)의 오픈 영역을 통하여 식각이 진행될 수 있다. 본 식각 공정은 특정 방법으로 제한되지는 않으며, 예를 들어, Cl2, BCl3, CH4 등의 가스를 이용한 건식 식각법을 이용할 수 있다. 제1 p형 반도체층(103a)에 요철 구조를 형성한 후에는 마스크(111)를 제거하며, 도 6에서는 마스크(111)가 제거된 상태를 나타내었다. 마스크(111)는 적절한 식각 공정, 예컨대, 습식 식각 공정을 이용하여 제거될 수 있다. 이 경우, 마스크(111)의 제거 과정에서 제1 p형 반도체층(103a)의 표면에 형성된 산화물이 함께 제거될 수 있다. 즉, 제1 p형 반도체층(103a)의 표면에는 요철 구조 형성 과정에서 산화물(예컨대, GaN이 대기에 노출되어 형성되는 GaO)이 생길 수 있으며 이러한 산화물은 소자의 기능을 저해할 수 있으므로, 마스크(111)와 함께 제1 p형 반도체층(103a) 표면의 오염도 제거함으로써 소자의 신뢰도가 향상될 수 있다.
다음으로, 도 7에 도시된 것과 같이, 제1 p형 반도체층(103a) 상에 제2 p형 반도체층(103b)을 형성하며, 상술한 바와 같이, 전기적 특성을 고려하여 제2 p형 반도체층(103b)은 상대적으로 고 불순물로 도핑한다. 제2 p형 반도체층(103b)은 성장 과정에서 그 표면에 제1 p형 반도체층(103b)의 요철 구조에 대응하는 형상의 요철 구조가 형성될 수 있으며, 이는 상술한 바와 같이, 효율적인 반사 구조를 형성할 수 있다. 이 경우, 제2 p형 반도체층(103b)에는 식각 공정에 의하지 아니하고 요철 구조가 형성될 수 있으므로, p형 반도체에 식각 공정을 적용 시 생길 수 있는 피해가 없는 장점이 있다. 따라서, 식각에 의한 피해를 입지 않은 제2 p형 반도체층(103b)은 반사금속층(104)과 오믹 접촉을 보다 용이하게 형성하는 등 우수한 특성을 보일 수 있다.
다음으로, 도 8에 도시된 것과 같이, 제2 p형 반도체층(103b) 상에 반사금속층(104) 및 도전성 기판(105)을 형성한다. 반사금속층(104)은 고 반사성 금속을 증착, 스퍼터링 등의 공정으로 형성될 수 있으며, 제2 p형 반도체층(103b)과의 계면은 요철 구조를 구비함으로써 효율적인 반사 구조를 이룬다. 또한, 반사금속층(104)은 표면에 제2 p형 반도체층(103b)의 요철 구조에 대응하는 형상의 요철 구조가 형성될 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 도전성 기판(105)은 반사금속층(104) 상에 도금이나 증착 등과 같은 방법으로 직접 형성하거나 도전성 접착제 등을 이용하여 반사금속층(104)과 부착될 수 있다.
도전성 기판(105)이 부착된 후에는 도 9에 도시된 것과 같이, 반도체층의 성장에 사용된 기판(110)을 n형 반도체층(101)으로부터 분리하며, 레이저 리프트 오프나 화학적 리프트 오프 등과 같은 공정을 이용하여 제거될 수 있다. 또한, 기판(110)이 제거되어 노출된 n형 반도체층(101)에 전극을 형성함으로써 도 1에 도시된 것과 같은 발광소자(100)를 얻을 수 있다.
한편, 상기와 다른 구조를 갖는 반도체 발광소자에 관해서도 설명한다. 도 10 내지 13은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 반도체 발광소자를 얻기 위한 제조방법을 개략적으로 나타내는 공정별 단면도이다.
우선, 도 3에서 설명한 것과 같이 발광구조물이 형성된 후, 도 10에 도시된 것과 같이, 발광구조물에 관통홀(H)을 형성하여 n형 반도체층(101)의 일 영역을 노출시킨다. 관통홀(H)은 제1 p형 반도체층(103a), 활성층(102)을 관통하도록 형성되며, n형 반도체층(101)의 전기적 연결을 위하여 제공되는 도전성 비아(도 12의 108)를 형성하기 위한 것이다.
관통홀(H) 형성 후에는 도 11에 도시된 것과 같이, 발광구조물에 요철을 형성하며, 구체적으로, 제1 p형 반도체층(103a)과 n형 반도체층(101)의 표면에 요철 구조를 형성한다. 요철의 형성은 앞서 설명한 것과 같이, 오픈 영역을 갖는 마스크를 이용하며, 특히, 금속 응집 구조를 통하여 효율적으로 발광구조물의 표면을 식각할 수 있다. 이 경우, 관통홀(H)에 의하여 n형 반도체층(101)이 노출되어 있으므로, 마스크는 제1 p형 반도체층(103a)과 n형 반도체층(101)에 동시에 형성될 수 있으며, 나아가, 식각 공정도 제1 p형 반도체층(103a)과 n형 반도체층(101)에 동시에 적용될 수 있을 것이다.
다음으로, 도 12에 도시된 것과 같이, 반사금속층(104)을 형성하고 전기적 단락을 방지하고 위하여 관통홀의 내벽과 반사금속층(104)의 표면에 절연부(109)를 형성한다. 절연부(109)는 실리콘 산화물이나 실리콘 질화물 등과 같은 전기 절연 물질을 적절히 이용할 수 있을 것이다. 이후, 반사금속층(104) 상에 도전성 기판(105)을 형성한다. 앞선 실시 형태와 달리, 도전성 기판(105)은 n형 반도체층(101)과 전기적으로 연결되며, 이를 위하여 도전성 비아(108)를 포함할 수 있다. 도전성 기판(105)은 앞서 설명한 바와 같이, Au, Ni, Al, Cu, W, Si, Se, GaAs 등을 포함하는 물질로 이루어질 수 있다. 도전성 비아(108)는 도전성 기판(105)과 동일한 물질로 이루어질 수 있지만, n형 반도체층(101)과의 우수한 전기적 연결을 얻기 위하여 도전성 기판(110)과 다른 물질로 형성될 수도 있다.이 경우, 도전성 비아(108)는 더욱 우수한 전기적 특성을 제공하기 위하여 한 개 이상 제공될 수 있다. 또한, 상술한 공정에 의하여 도전성 비아(108)는 n형 반도체층(101)과의 계면에 형성된 요철 구조를 포함할 수 있으며, 이러한 요철 구조에 의하여 반사 성능이 더욱 향상될 수 있다.
다음으로, 도 13에 도시된 것과 같이, 반도체층의 성장에 사용된 기판(110)을 발광구조물로부터 분리한 후 발광구조물을 일부 제거하여 반사금속층(104)을 노출시키며, 노출된 반사금속층(104)에 p형 전극(112)을 형성한다. 이 경우, 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, n형 반도체층(101) 표면에는 따로 전극이 형성되지 않을 수 있으며, 도전성 기판(105)이 n형 반도체층(101)의 전극 역할을 할 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.
101: n형 반도체층 102: 활성층
103a, 103b: 제1 및 제2 p형 반도체층 104: 반사금속층
105: 도전성 기판 106: n형 전극
107: 도전성 접합층 108: 도전성 비아
109: 절연부 110: 기판
111: 마스크 112: p형 전극

Claims (21)

  1. n형 반도체층;
    상기 n형 반도체층 상에 형성된 활성층;
    상기 활성층 상에 형성되며, 표면에 형성된 요철 구조를 구비하는 제1 p형 반도체층;
    상기 제1 p형 반도체층 상에 상기 제1 p형 반도체층보다 높은 불순물 농도를 갖도록 형성되며, 표면에 형성된 요철 구조를 구비하는 제2 p형 반도체층; 및
    상기 제2 p형 반도체층 상에 형성된 반사금속층;
    을 포함하는 반도체 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 p형 반도체층의 요철 구조는 상기 제1 p형 반도체층의 요철 구조에 대응하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반사금속층은 표면에 형성된 요철 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 반사금속층의 요철 구조는 상기 제2 p형 반도체층의 요철 구조에 대응하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반사금속층 상에 형성된 도전성 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 반사금속층과 상기 도전성 기판 사이에 배치된 도전성 접착층을 더 포함하며, 상기 도전성 접착층은 상기 반사금속층의 요철 구조를 메우도록 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 활성층, 상기 제1 p형 반도체층, 상기 제2 p형 반도체층 및 상기 반사금속층을 관통하여 상기 n형 반도체층과 상기 도전성 기판을 연결하는 적어도 하나의 도전성 비아를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 도전성 비아는 상기 n형 반도체층의 계면에 형성된 요철 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 활성층, 상기 제1 p형 반도체층, 상기 제2 p형 반도체층 및 상기 반사금속층 각각과 상기 도전성 비아 사이에 형성된 절연부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  10. 기판 상에 n형 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 n형 반도체층에 활성층을 형성하는 단계;
    상기 활성층 상에 제1 p형 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 제1 p형 반도체층 상에 상기 제1 p형 반도체층 상면 중 일부를 노출시키도록 오픈 영역을 갖는 마스크를 형성하는 단계;
    상기 오픈 영역을 통하여 상기 제1 p형 반도체층을 식각하여 요철 구조를 형성하는 단계;
    상기 제1 p형 반도체층 상에 상기 제1 p형 반도체층보다 높은 불순물 농도를 갖고, 표면에 요철 구조 형성된 제2 p형 반도체층을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 p형 반도체층 상에 반사금속층을 형성하는 단계;
    를 포함하는 반도체 발광소자 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 마스크를 형성하는 단계는 상기 제1 p형 반도체층 상에 금속층을 형성하는 단계 및 복수의 클러스터를 형성하도록 상기 금속층을 응집시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 금속층의 두께는 10 ~ 250Å인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 금속층을 응집시키는 단계는 상기 금속층을 열처리하여 실행되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 금속층을 형성하는 단계는 전자빔 증착 공정으로 실행되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 제2 p형 반도체층의 요철 구조는 상기 제1 p형 반도체층의 요철 구조에 대응하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 반사금속층은 표면에 형성된 요철 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 반사금속층의 요철 구조는 상기 제2 p형 반도체층의 요철 구조에 대응하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 반사금속층 상에 도전성 기판을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
  19. 제10항에 있어서,
    상기 기판을 상기 n형 반도체층으로부터 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
  20. 제10항에 있어서,
    상기 제1 p형 반도체층을 식각하여 요철 구조를 형성하는 단계 후에 상기 마스크를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 마스크를 제거하는 단계는 상기 제1 p형 반도체층 표면에 형성된 산화물을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
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