KR20150121968A - 발광 소자 및 그것을 제조하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 전류 분산 성능을 개선할 수 있는 발광 소자가 개시된다.
개시된 본 발명의 발광 소자는 기판상에 위치하는 제1 도전형 반도체층과, 제1 도전형 반도체층 상에 위치하는 활성층과, 활성층 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층과, 활성층 및 상기 제2 도전형 반도체층의 일부가 식각되어 노출된 제1 도전형 반도체층 표면에 위치하는 제1 불규칙 요철 패턴을 포함하고, 노출된 제1 도전형 반도체층은 경사면 및 평탄면을 포함하고, 제1 불규칙 요철 패턴은 평탄면 및 평탄면과 경사면이 만나는 영역에 형성된다.
따라서, 본 발명은 노출된 제1 도전형 반도체층 상에 제1 불규칙 요철 패턴이 형성되어 광 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 전류 분산 성능을 개선할 수 있는 장점을 가진다.
개시된 본 발명의 발광 소자는 기판상에 위치하는 제1 도전형 반도체층과, 제1 도전형 반도체층 상에 위치하는 활성층과, 활성층 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층과, 활성층 및 상기 제2 도전형 반도체층의 일부가 식각되어 노출된 제1 도전형 반도체층 표면에 위치하는 제1 불규칙 요철 패턴을 포함하고, 노출된 제1 도전형 반도체층은 경사면 및 평탄면을 포함하고, 제1 불규칙 요철 패턴은 평탄면 및 평탄면과 경사면이 만나는 영역에 형성된다.
따라서, 본 발명은 노출된 제1 도전형 반도체층 상에 제1 불규칙 요철 패턴이 형성되어 광 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 전류 분산 성능을 개선할 수 있는 장점을 가진다.
Description
본 발명은 발광 소자에 관한 것으로, 특히 전류 분산 성능 및 광 효율이 향상된 발광 소자 및 그것을 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적인 발광 소자는 사파이어와 같은 기판상에 제1 도전형 반도체층(n형 반도체층), 활성층 및 제2 도전형 반도체층(p형 반도체층)이 순차적으로 형성되고, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 n전극이 형성되고, 상기 제2 도전형 반도체층 상에 p전극이 형성된다.
상기 n전극은 활성층과 제2 도전형 반도체층의 일부가 식각되어 노출된 제1 도전형 반도체층 상에 형성된다.
또한, 제2 도전형 반도체층 상에는 투명전극층이 형성된다. 상기 투명전극층은 저항 성분이 매우 큰 제2 도전형 바도체층에 균일하게 전류를 분산하기 위해 형성된다.
또한, 한국 등록특허 10-0716647호를 참조하면, 제1 도전형 반도체층은 제1 n형 반도체층과 제2 n형 반도체층을 포함하고, 상기 제1 n형 반도체층과 제2 n형 반도체층 사이에 전류 분산을 위한 에너지 장벽층이 형성되어 전자들을 고르게 분산시킨다.
그러나, 일반적인 상기 발광 소자는 상기 에너지 장벽층이 있더라도 제1 및 제2 n형 반도체층의 상부 표면을 따라 전자이동이 집중되는 문제가 있었다.
한편, 상기 발광 소자는 상기 p전극과 n전극에 외부의 전원이 연결되어 구동되며, 이때, 상기 활성층에서 광이 생성된다. 활성층에서 생성된 광의 일부는 외부로 방출되지만, 상당한 부분의 광이 사파이어 기판, 반도체층들에 흡수되어 손실된다. 특히, 제1 및 제2 도전형 반도체층은 굴절률이 높기 때문에 표면에서 내부 전반사가 발생되고, 이에 따라 광이 외부로 방출되지 못하고 내부에서 손실된다.
최근에는 1Ａ 이상의 고전류 구동의 발광 소자가 도입되고 있다. 고전류하에서 발광소자를 구동할 경우, 특히 전류 집중 현상이 심하게 나타난다. 따라서, 전류 분산 성능을 개선하기 위한 연구가 더욱 요구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 개선된 전류 분산 성능을 갖는 발광 소자 및 그것을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 광 효율을 향상시킬 수 있는 발광 소자 및 그것을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 광 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 개선된 전류 분산 성능을 가지는 발광 소자 및 그것을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 발광 소자는 기판상에 위치하는 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 위치하는 활성층; 상기 활성층 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층; 상기 활성층 및 상기 제2 도전형 반도체층의 일부가 식각되어 노출된 상기 제1 도전형 반도체층 표면에 위치하는 제1 불규칙 요철 패턴을 포함하고, 노출된 상기 제1 도전형 반도체층은 경사면 및 평탄면을 포함하고, 상기 제1 불규칙 요철 패턴은 상기 평탄면 및 상기 평탄면과 상기 경사면이 만나는 영역에 형성된다.
따라서, 본 발명은 노출된 제1 도전형 반도체층 상에 제1 불규칙 요철 패턴이 형성되어 광 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 전류 분산 성능을 개선할 수 있는 장점을 가진다.
상기 제1 불규칙 요철 패턴 상에 위치하고 제2 불규칙 요철 패턴을 갖는 전극 패드를 더 포함한다.
상기 제2 불규칙 요철 패턴은 상기 전극 패드의 표면상에 형성된다.
상기 경사면에는 제3 불규칙 요철 패턴이 형성된다.
상기 제3 불규칙 요철 패턴은 상기 경사면 전체 또는 일부에 형성된다.
상기 제3 불규칙 요철 패턴은 상기 활성층이 위치한 방향으로 갈수록 볼록부의 크기가 작아진다.
상기 제3 불규칙 요철 패턴은 상기 활성층이 위치한 방향으로 갈수록 밀도가 작아진다.
상기 제3 불규칙 요철 패턴은 상기 제1 불규칙 요철 패턴으로부터 연장된다.
상기 제1 내지 제3 불규칙 요철 패턴은 불규칙한 높이를 갖는 볼록부 및 불규칙한 깊이를 갖는 오목부를 갖는다.
상기 제1 내지 제3 불규칙 요철 패턴은 돌출된 방향으로 테이퍼(Taper) 형상을 갖고, 볼록부의 끝단이 둥근 구조를 갖는다.
본 발명의 실시예에 따른 발광 소자의 제조방법은 기판상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 성장시키는 단계; 포토 공정 및 식각 공정으로 상기 활성층 및 상기 제2 도전형 반도체층의 일부가 제거되어 상기 제1 도전형 반도체층이 노출되는 단계; 노출된 상기 제1 도전형 반도체층 상에 제1 불규칙 요철 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 제1 불규칙 요철 패턴 상에 제1 전극 패드를 형성하는 단계를 포함하고, 노출된 상기 제1 도전형 반도체층은 경사면 및 평탄면을 포함하고, 상기 제1 불규칙 요철 패턴은 상기 평탄면 전체에 형성된다.
상기 제1 불규칙 요철 패턴을 형성하는 단계는,
상기 제2 도전형 반도체층을 덮는 투명도전층을 형성하는 단계; 상기 투명도전층 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 건식 또는 습식 식각으로 상기 포토레지스트 패턴으로부터 노출된 상기 투명도전층을 식각하여 잔여 투명도전층을 형성하는 단계; 플라즈마를 이용한 건식 식각으로 상기 잔여 투명도전층과 대응되는 영역을 식각하여 메사영역을 형성하고, 상기 제1 불규칙 요철 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함한다.
상기 투명도전층은 ITO일 수 있다.
상기 제1 불규칙 요철 패턴을 형성하기 위한 투명도전층을 일부 식각하는 에칭 용액은 특별히 한정하지 않지만, 예컨대 황 및 인 중 적으도 하나를 포함하거나 HCI:HNO3:H2O(50:3:20) 혼합액 일 수 있다.
상기 제1 불규칙 요철 패턴 상에 제1 전극 패드를 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 전극 패드의 표면에는 제2 불규칙 요철 패턴이 형성된다.
상기 경사면에는 제3 불규칙 요철 패턴이 형성되고, 상기 제3 불규칙 요철 패턴은 상기 제1 불규칙 요철 패턴을 형성 시에 동시에 형성된다.
상기 제3 불규칙 요철 패턴은 상기 경사면 전체 또는 일부에 형성된다.
상기 제3 불규칙 요철 패턴은 상기 활성층이 위치한 방향으로 갈수록 볼록부의 크기가 작아진다.
상기 제3 불규칙 요철 패턴은 상기 활성층이 위치한 방향으로 갈수록 밀도가 작아진다.
상기 제3 불규칙 요철 패턴은 상기 제1 불규칙 요철 패턴으로부터 연장된다.
상기 제1 내지 제3 불규칙 요철 패턴은 불규칙한 높이를 갖는 볼록부 및 불규칙한 깊이를 갖는 오목부를 갖는다.
상기 제1 내지 제3 불규칙 요철 패턴은 돌출된 방향으로 테이퍼(Taper) 형상을 갖고, 볼록부의 끝단이 둥근 구조를 갖는다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 노출된 제1 도전형 반도체층 상에 제1 불규칙 요철 패턴이 형성되어 광 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 전류 분산 성능을 개선할 수 있는 장점을 가진다.
또한, 본 발명은 제1 불규칙 요철 패턴 상에 위치한 제1 전극 패드의 표면에 제2 불규칙 요철 패턴이 형성되어 활성층으로부터 상기 제1 전극 패드로 진행하는 광을 다양한 방향으로 반사시켜 광 추출을 향상시킬 수 있는 장점을 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'라인을 따라 절단한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'라인을 따라 절단한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 9는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'라인을 따라 절단한 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 10은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'라인을 따라 절단한 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'라인을 따라 절단한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'라인을 따라 절단한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 9는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'라인을 따라 절단한 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 10은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'라인을 따라 절단한 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'라인을 따라 절단한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 단면도이고, 도 3은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'라인을 따라 절단한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는 기판(110), 버퍼층(120), 제1 도전형 반도체층(130), 활성층(140), 제2 도전형 반도체층(150), 투명전극층(160), 제1 전극 패드(170), 제2 전극 패드(180), 제1 전극 연장부들(171) 및 제2 전극 연장부들(181)을 포함한다.
상기 기판(110)은, 사파이어 기판, 스피넬 기판, 질화갈륨 기판, 탄화실리콘 기판 또는 실리콘 기판과 같이 질화갈륨계 화합물 반도체층을 성장시키기 위한 성장기판일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성층(140), 제1 및 제2 도전형 반도체층(130, 150)은 질화갈륨 계열의 화합물 반도체 물질 즉, (Al, In, Ga)N으로 형성될 수 있다. 상기 활성층(140)은 요구되는 파장의 광, 예컨대 자외선 또는 가시광을 방출하도록 조성 원소 및 조성비가 결정된다. 상기 활성층(140), 제1 및 제2 도전형 반도체층(130, 150)은 MOCVD 또는 MBE 기술을 사용하여 형성될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(130)은 n형 질화물 반도체층일 수 있고, 상기 제2 도전형 반도체층(150)은 p형 질화물 반도체층일 수 있다. 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(130, 150)은 단일층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
상기 제1 전극 패드(170) 및 제1 전극 연장부들(171)은 상기 제1 도전형 반도체층(130) 상에 형성되고, 상기 제2 전극 패드(180) 및 제2 전극 연장부들(181)은 상기 제2 도전형 반도체층(150) 상에 형성된다.
상기 제1 전극 연장부들(171)은 상기 제1 전극 패드(170)로부터 분기되고, 상기 제2 전극 연장부들(181)은 상기 제2 전극 패드(180)로부터 분기된다.
상기 제1 및 제2 전극 연장부들(171, 181)은 발광 소자의 수평라인을 기준으로 서로 교대로 배열되고, 상기 제1 및 제2 전극 연장부들(171, 181)은 전체적으로 일정한 간격을 두고 형성된다.
상기 제1 전극 연장부들(171)은 발광 소자의 모서리 영역에서 굴곡되어 제1 방향으로 형성된다.
상기 제2 전극 연장부들(181)은 발광 소자의 모서리 영역에서 굴곡되어 상기 제1 전극 연장부들(171)과 나란하게 제1 방향의 반대방향으로 형성된다.
상기 제1 도전형 반도체층(130) 표면에 위치하는 제1 불규칙 요철 패턴(133)을 갖는다.
상기 제1 불규칙 요철 패턴(133)은 볼록부들과 오목부들을 가지며, 예컨대 원뿔 형상으로 상기 제1 도전형 반도체층(130)의 상부방향으로 돌출된 구조를 가질 수 있다. 즉, 상기 제1 불규칙 요철 패턴(133)은 돌출된 방향으로 테이퍼(Taper) 형상을 갖고, 볼록부의 끝단이 둥근 구조를 갖는다.
상기 제1 불규칙 요철 패턴(133)은 메사 영역을 형성하기 위해 상기 제2 도전형 반도체층(150) 및 활성층(140) 일부가 식각되어 노출되는 제1 도전형 반도체층(130) 상에 형성된다.
상기 제1 도전형 반도체층(130)의 노출된 상부 영역은 경사면(IR) 및 평탄면(FR)을 포함하고, 상기 제1 불규칙 요철 패턴(133)은 상기 평탄면(FR)에 형성된다. 상기 제1 불규칙 요철 패턴(133)은 상기 평탄면(FR) 전체에 형성될 수 있다. 상기 제1 불규칙 요철 패턴(133)은 노출된 상기 제1 도전형 반도체층(130) 표면으로 입사되는 광을 굴절시켜 광 추출 효율을 향상시키는 기능을 가진다.
또한, 상기 제1 불규칙 요철 패턴(133)은 상기 제1 전극 패드(170)와 상기 활성층(140)이 가장 인접한 영역에서의 전류가 집중되는 문제를 개선하기 위한 기능을 가진다. 즉, 상기 제1 불규칙 요철 패턴(133)은 볼록부들 및 오목부들에 의해 상기 제1 전극 패드(170)로부터 제1 도전형 반도체층(130)의 표면을 따라 상기 활성층(140)으로 캐리어(전자)가 이동하는 것을 방지하며, 따라서 상기 제1 도전형 반도체층(130)의 넓은 영역에 걸쳐 전류를 분산시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 불규칙 요철 패턴(133)은 발광 소자의 가장자리 영역에 형성될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(130)은 전자 및 정공의 이동이 낮은 발광 소자의 가장자리 영역이 식각 공정에 의해 노출된다. 즉, 발광 소자의 가장자리 영역은 광 추출을 위해 상기 제2 도전형 반도체층(150) 및 활성층(140)이 식각되어 상기 제1 도전형 반도체층(130)이 노출된다. 상기 제1 불규칙 요철 패턴(133)은 상기 발광 소자의 가장자리 영역과 대응되는 노출된 상기 제1 도전형 반도체층(130) 상에 형성될 수 있다.
상기 발광 소자의 가장자리 영역과 대응되는 노출된 상기 제1 도전형 반도체층(130)에 있어서, 모서리 영역의 폭(W2)은 상기 모서리를 제외한 측부 영역의 폭(W1)보다 넓을 수 있다. 예컨대, 상기 제2 전극 연장부(181)는 상기 제1 전극 연장부(171)와의 일정한 수평간격 유지를 위해 발광 소자의 모서리 영역에서 굴곡 형상을 가진다. 상기 발광 소자의 가장자리 영역에 있어서, 상기 발광 소자의 모서리 영역은 상기 제2 전극 연장부(181)의 굴곡 형상에 의해 측부 영역보다 큰 식각 마진을 가질 수 있다. 상기 모서리 영역의 노출된 상기 제1 도전형 반도체층(130)은 상기 제2 전극 연장부(181)의 모서리 영역의 형상과 대응되도록 노출된 구조를 가진다. 이와 같이, 상기 발광 소자의 가장자리 영역에 있어서, 본 발명의 발광 소자는 상기 제2 전극 연장부(181)의 구조에 따라 모서리 영역의 폭(W2)을 조절하여 광 추출을 극대화할 수 있다.
상기 제1 전극 패드(170)는 상기 제1 불규칙 요철 패턴(133) 상에 위치하고, 제2 불규칙 요철 패턴(173)을 포함한다. 상기 제2 불규칙 요철 패턴(173)은 볼록부들과 오목부들을 가지며, 예컨대 원뿔 형상일 수 있다. 즉, 상기 제2 불규칙 요철 패턴(173)은 돌출된 방향으로 테이퍼 형상을 갖고, 볼록부의 끝단이 둥근 구조를 갖는다. 상기 제2 불규칙 요철 패턴(173)은 상기 활성층(140)으로부터 출사되어 상기 제1 전극 패드(170)의 표면으로 진행하는 광을 다양한 방향으로 반사시킨다. 따라서, 본 발명의 제1 전극 패드(170)는 표면에 상기 제2 불규칙 요철 패턴(173)이 형성되어 발광 소자의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는 노출된 상기 제1 도전형 반도체층(130) 상에 형성된 제1 불규칙 요철 패턴(133)에 의해 노출된 상기 제1 도전형 반도체층(130) 표면으로 입사되는 광을 굴절시켜 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 발광 소자는 상기 제1 불규칙 요철 패턴(133)에 의해 상기 제1 전극 패드(170)로부터 제1 도전형 반도체층(130)의 표면을 따라 상기 활성층(140)으로 캐리어(전자)가 이동하는 것을 억제하여 제1 도전형 반도체층(130)의 넓은 영역으로 전류를 분산시킬 수 있다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4를 참조하면, 기판(110) 상에 버퍼층(120), 제1 도전형 반도체층(130), 활성층(140) 및 제2 도전형 반도체층(150)이 순차적으로 형성된다.
상기 기판(110)은 사파이어 기판, 스피넬 기판, Si 기판, SiC 기판, ZnO 기판, GaAs 기판, GaN 기판 중 어느 하나의 기판일 수 있다. 본 실시예에서는 일예로 상기 기판(120)을 사파이어 기판으로 한다.
상기 버퍼층(120), 활성층(140), 제1 및 제2 도전형 반도체층(130, 150)은 금속유기화학증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 분자 빔 적층성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물기상성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등을 포함한 다양한 증착 및 성장방법을 통해 형성된다.
상기 제1 도전형 반도체층(130)은 N형 불순물이 주입된 질화갈륨(GaN)막이 사용될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(150)은 P형 불순물이 주입된 질화갈륨막이 사용된다. 상기 N형의 불순물은 Si가 사용된다. P형의 불순물은 Mg이 사용된다. 그러나, 이에 한정되지 않고 다양한 반도체 성질의 물질층이 가능하다.
상기 활성층(140)은 양자우물층과 장벽층이 반복적으로 형성된 다중양자우물구조일 수 있다. 상기의 장벽층과 우물층은 2원 화합물인 GaN, InN, AlN 등을 사용할 수 있고, 3원 화합물 InxGa1 - xN(0=x=1), AlxGa1 - xN(0=x=1)등을 사용할 수 있고, 4원 화합물 AlxInyGa1 -x- yN(0=x+y=1)을 사용할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 제2 도전형 반도체층(150) 상에 오믹콘택을 위한 투명전극층을 형성하기 위한 투명도전층(161)을 형성하고, 포토레지스트 패턴(PR)을 형성한다. 상기 투명도전층(161)은 ITO일 수 있다. 상기 투명도전층(161)은 상기 포토레지스트 패턴(PR)을 마스크로 식각공정에 의해 일부가 식각된다. 여기서, 상기 식각공정은 건식 또는 습식식각을 이용할 수 있다. 상기 투명도전층(161)은 상기 식각 공정을 통해서 상기 포토레지스트 패턴(PR)으로부터 노출된 영역에 잔여 투명도전층(161a)를 갖는다. 여기서, 상기 포토레지스트 패턴(PR)은 감광막을 선택적으로 경화시켜 형성될 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 식각공정을 이용하여 상기 제2 도전형 반도체층(150), 활성층(140) 및 제1 도전형 반도체층(130)의 일부를 식각하여 메사영역을 형성한다. 여기서, 상기 식각공정은 건식 식각 공정을 이용할 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(130)은 상기 식각공정을 통해서 노출된 경사면(IR) 및 평탄면(FP)을 갖는다. 상기 평탄면(FP) 전체에는 제1 불규칙 요철 패턴(133)이 형성된다. 상기 제1 불규칙 요철 패턴(133)은 투명도전층(도5의 161)이 ITO인 경우, 플라즈마를 이용한 건식 식각 공정을 통해서 형성될 수 있다. 상기 건식 식각 공정이 완료되면, 상기 포토레지스트 패턴(PR)이 제거되어 제2 도전형 반도체층(150) 상에는 투명전극층(160)이 형성된다.
도 8을 참조하면, 상기 제1 불규칙 요철 패턴(133) 상에 제1 전극 패드(170)가 형성되고, 제2 도전형 반도체층(150) 상에 제2 전극 패드(180)가 형성된다.
상기 제1 전극 패드(170)는 표면에 제2 불규칙 요철 패턴(173)이 형성되고, 상기 제2 전극 패드(180)는 평탄한 표면을 갖는다.
도 4 내지 도 8에 도시된 발광 소자의 제조방법은 ITO을 이용한 습식과 건식 식각 공정을 이용하여 제2 도전형 반도체층(150) 및 활성층(140)으로부터 노출된 제1 도전형 반도체층(130)의 평탄면(FR) 전체에 제1 불규칙 요철 패턴(133)이 형성되어 광 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 개선된 전류 분산 성능을 가진다. 또한, 본 발명은 상기 제1 불규칙 요철 패턴(133) 상에 제1 전극 패드(170)가 형성되어 별도의 요철 형성 공정을 수행하지 않고도 상기 제1 전극 패드(170)의 표면에 제2 불규칙 요철 패턴(173)이 형성되어 광 추출을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 공정을 간소화할 수 있다.
도 9는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'라인을 따라 절단한 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 단면도이고, 도 10은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'라인을 따라 절단한 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자와 제1 및 제3 불규칙 요철 패턴(333, 333')은 제외하고 모든 구성이 동일하므로, 상기 제1 및 제3 불규칙 요철 패턴(333, 333')을 제외한 구성들은 동일한 부호를 병기하고 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 제1 및 제3 불규칙 요철 패턴(333, 333')은 불규칙한 높이를 갖는 볼록부 및 불규칙한 깊이를 갖는 오목부를 포함한다. 상기 제1 및 제3 불규칙 요철 패턴(333, 333')은 돌출된 방향으로 테이퍼 형상을 갖고, 볼록부의 끝단은 둥근 구조를 갖는다.
여기서, 제2 도전형 반도체층(150) 및 활성층(140)으로부터 노출된 제1 도전형 반도체층(130)은 경사면(IR) 및 평탄면(FR)을 포함한다.
상기 제1 불규칙 요철 패턴(333)은 상기 평탄면(FR) 전체에 형성된다.
상기 제3 불규칙 요철 패턴(333')은 상기 경사면(IR) 전체 또는 일부에 형성될 수 있다. 상기 제3 불규칙 요철 패턴(333')은 상기 제1 불규칙 요철 패턴(333)의 형성시에 동시에 형성된다. 상기 제3 불규칙 요철 패턴(333')은 상기 제1 불규칙 요철 패턴(333)으로부터 연장되고, 상기 제1 불규칙 요철 패턴(333)과 인접한 영역으로부터 상기 활성층(140)이 위치한 영역으로 갈수록 볼록부의 크기가 점점 작아질 수 있다. 또한, 상기 제3 불규칙 요철 패턴(333')은 상기 제1 불규칙 요철 패턴(333)과 인접한 영역으로부터 상기 활성층(140)이 위치한 영역으로 갈수록 밀도가 점점 낮을 수 있다.
상기 제3 불규칙 요철 패턴(333')은 에칭 용액의 종류, 식각 공정 시간 및 식각 공정의 온도 등의 공정 조건에 따라 볼록부의 크기 및 밀도가 변경될 수 있다. 예컨대 상기 제3 불규칙 요철 패턴(333')은 도 6의 투명도전층(161)의 두께에 따라 형성 영역, 볼록부의 크기 및 밀도가 변경될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자는 노출된 상기 제1 도전형 반도체층(130) 상에 형성된 제1 및 제3 불규칙 요철 패턴(333, 333')에 의해 노출된 상기 제1 도전형 반도체층(130) 표면으로 입사되는 광을 굴절시켜 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 발광 소자는 상기 제1 및 제3 불규칙 요철 패턴(333, 333')에 의해 상기 제1 전극 패드(170)로부터 제1 도전형 반도체층(130)의 표면을 따라 상기 활성층(140)으로 캐리어(전자)가 이동하는 것을 억제하여 제1 도전형 반도체층(130)의 넓은 영역으로 전류를 분산시킬 수 있다.
이상에서, 본 발명의 다양한 실시예들 및 특징들에 대해 설명하였지만, 본 발명은 위에서 설명한 실시예들 및 특징들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형될 수 있다.
130: 제1 도전형 반도체층
133, 333: 제1 불규칙 요철 패턴
173: 제2 불규칙 요철 패턴 333; 제3 불규칙 요철 패턴
173: 제2 불규칙 요철 패턴 333; 제3 불규칙 요철 패턴
Claims (21)
- 기판상에 위치하는 제1 도전형 반도체층;
상기 제1 도전형 반도체층 상에 위치하는 활성층;
상기 활성층 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층; 및
상기 활성층 및 상기 제2 도전형 반도체층의 일부가 식각되어 노출된 상기 제1 도전형 반도체층 표면에 위치하는 제1 불규칙 요철 패턴을 포함하고,
노출된 상기 제1 도전형 반도체층은 경사면 및 평탄면을 포함하고, 상기 제1 불규칙 요철 패턴은 상기 평탄면 및 상기 평탄면과 상기 경사면이 만나는 영역에 형성된 발광 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 불규칙 요철 패턴 상에 위치하고 제2 불규칙 요철 패턴을 갖는 전극 패드를 더 포함하는 발광 소자. - 청구항 2에 있어서,
상기 제2 불규칙 요철 패턴은 상기 전극 패드의 표면상에 형성된 발광 소자. - 청구항 2에 있어서,
상기 경사면에는 제3 불규칙 요철 패턴이 형성된 발광 소자. - 청구항 4에 있어서,
상기 제3 불규칙 요철 패턴은 상기 경사면 전체 또는 일부에 형성된 발광 소자. - 청구항 4에 있어서,
상기 제3 불규칙 요철 패턴은 상기 활성층이 위치한 방향으로 갈수록 볼록부의 크기가 작아지는 발광 소자. - 청구항 4에 있어서,
상기 제3 불규칙 요철 패턴은 상기 활성층이 위치한 방향으로 갈수록 밀도가 작아지는 발광 소자. - 청구항 4에 있어서,
상기 제3 불규칙 요철 패턴은 상기 제1 불규칙 요철 패턴으로부터 연장된 발광 소자. - 청구항 4에 있어서,
상기 제1 내지 제3 불규칙 요철 패턴은 불규칙한 높이를 갖는 볼록부 및 불규칙한 깊이를 갖는 오목부를 갖는 발광 소자. - 청구항 4에 있어서,
상기 제1 내지 제3 불규칙 요철 패턴은 돌출된 방향으로 테이퍼(Taper) 형상을 갖고, 볼록부의 끝단이 둥근 구조를 갖는 발광 소자. - 기판상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 성장시키는 단계;
포토 공정 및 식각 공정으로 상기 활성층 및 상기 제2 도전형 반도체층의 일부가 제거되어 상기 제1 도전형 반도체층이 노출되는 단계;
노출된 상기 제1 도전형 반도체층 상에 제1 불규칙 요철 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 제1 불규칙 요철 패턴 상에 제1 전극 패드를 형성하는 단계를 포함하고,
노출된 상기 제1 도전형 반도체층은 경사면 및 평탄면을 포함하고, 상기 제1 불규칙 요철 패턴은 상기 평탄면 전체에 형성된 발광 소자의 제조 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 제1 불규칙 요철 패턴을 형성하는 단계는,
상기 제2 도전형 반도체층을 덮는 투명도전층을 형성하는 단계;
상기 투명도전층 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
습식 또는 건식식각으로 상기 포토레지스트 패턴으로부터 노출된 상기 투명도전층을 식각하여 잔여 투명도전층을 형성하는 단계; 및
플라즈마를 이용한 건식 식각으로 상기 잔여 투명도전층과 대응되는 영역을 식각하여 메사영역을 형성하고, 상기 제1 불규칙 요철 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 발광 소자의 제조 방법. - 청구항 12에 있어서,
상기 투명도전층은 ITO인 발광 소자의 제조 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 제1 불규칙 요철 패턴 상에 제1 전극 패드를 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 전극 패드의 표면에는 제2 불규칙 요철 패턴이 형성된 발광 소자의 제조 방법. - 청구항 14에 있어서,
상기 경사면에는 제3 불규칙 요철 패턴이 형성되고, 상기 제3 불규칙 요철 패턴은 상기 제1 불규칙 요철 패턴을 형성시에 동시에 형성된 발광 소자의 제조 방법. - 청구항 15에 있어서,
상기 제3 불규칙 요철 패턴은 상기 경사면 전체 또는 일부에 형성된 발광 소자의 제조 방법. - 청구항 15에 있어서,
상기 제3 불규칙 요철 패턴은 상기 활성층이 위치한 방향으로 갈수록 볼록부의 크기가 작아지는 발광 소자의 제조 방법. - 청구항 15에 있어서,
상기 제3 불규칙 요철 패턴은 상기 활성층이 위치한 방향으로 갈수록 밀도가 작아지는 발광 소자의 제조 방법. - 청구항 15에 있어서,
상기 제3 불규칙 요철 패턴은 상기 제1 불규칙 요철 패턴으로부터 연장된 발광 소자의 제조 방법. - 청구항 15에 있어서,
상기 제1 내지 제3 불규칙 요철 패턴은 불규칙한 높이를 갖는 볼록부 및 불규칙한 깊이를 갖는 오목부를 갖는 발광 소자의 제조 방법. - 청구항 15에 있어서,
상기 제1 내지 제3 불규칙 요철 패턴은 돌출된 방향으로 테이퍼(Taper) 형상을 갖고, 볼록부의 끝단이 둥근 구조를 갖는 발광 소자의 제조 방법.
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2014
- 2014-04-22 KR KR1020140048255A patent/KR20150121968A/ko not_active Application Discontinuation
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