JP6324706B2 - 発光素子及びそれを製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子に関するものであり、特に、電流分散性能及び光効率が向上した発光素子及びそれを製造する方法に関する。

一般的な発光素子は、サファイアのような基板上にＮ−ＧａＮ層、活性層及びＰ−ＧａＮ層が順に形成され、Ｐ−ＧａＮ層上にｐ−電極が形成され、Ｎ−ＧａＮ層上にｎ−電極が形成される。

ｎ−電極は、活性層とＰ−ＧａＮ層の一部がエッチングされて露出されたＮ−ＧａＮ層上に形成される。

また、Ｐ−ＧａＮ層上には透明電極層が形成される。透明電極層は、抵抗成分が非常に大きいＰ−ＧａＮ層に均一に電流を分散するために形成される。

発光素子は、ｐ−電極とｎ−電極に外部の電源が連結されて駆動し、このとき、活性層で光が生成される。活性層で生成された光の一部は外部に放出されるが、相当な部分の光が、サファイア基板、半導体層に吸収されて損失する。特に、ＧａＮ層は屈折率が高いため、表面で内部全反射が発生し、これによって光が外部に放出できず内部で損失される。

一方、近年では１Ａ以上の高電流駆動の発光素子が導入されている。高電流下で発光素子を駆動する場合、特に、電流集中現象が深刻に現れる。よって、電流分散性能を改善するための研究が強く要求されている。

本発明が解決しようとする課題は、改善された電流分散性能を有する発光素子及びそれを製造する方法を提供することである。

本発明が解決しようとする別の課題は、光効率を向上させることができる発光素子及びそれを製造する方法を提供することである。

本発明が解決しようとするまた別の課題は、光効率を向上させることができるだけでなく、改善された電流分散性能を有する発光素子及びそれを製造する方法を提供することである。

本発明の実施例にかかる発光素子は、基板上に位置する第１導電型半導体層と、第１導電型半導体層上に位置する活性層と、活性層上に位置する第２導電型半導体層と、活性層及び第２導電型半導体層の一部がエッチングされて露出された第１導電型半導体層の表面に位置する不規則凹凸パターンを含み、不規則凹凸パターンは凸部及び凹部を有し、凸部は不規則な高さを有し、凹部は不規則な深さを有する。

第１導電型半導体層は、少なくとも一つ以上の低濃度Ｎ−ＧａＮ層をさらに含むことができ、不規則凹凸パターンは高濃度Ｎ−ＧａＮ層上に形成され、低濃度Ｎ−ＧａＮ層まで延びるか、低濃度Ｎ−ＧａＮ層の下に位置した高濃度Ｎ−ＧａＮ層の上部領域まで延びて電流分散性能を向上させることができる。

また、不規則凹凸パターンは、活性層形成位置より下に位置し、第１導電型半導体層とオーミック接触する第１電極パッドの下部は平らな面が形成されて電気的特性をより向上させることができる。

不規則凹凸パターンの高さは、不規則凹凸パターンが形成されていない第１導電型半導体層の高さより低く設けられて電気的特性をより向上させることができる。

第２導電型半導体層上に形成された第２電極パッドと、第２導電型半導体層と第２電極パッド間に形成された透明導電層をさらに含み、第１電極パッドと透明導電層間の間隔は５μｍないし１５μｍ以上に設計されて電流分散をさらに向上させることができる。

第１電極パッドから分岐された第１電極延長部と、第２導電型半導体層上に形成された第２電極パッドと、第２電極パッドから分岐されて第１電極延長部と交互に並んで配列された第２電極延長部を含み、不規則凹凸パターンは第１電極延長部と並んで重なった第１不規則凹凸パターンと、第１不規則凹凸パターンから第２電極延長部方向に延びた第２不規則凹凸パターンと、発光素子の縁領域に形成された第３不規則凹凸パターンを含んで光抽出を極大化することができる。

第１電極パッド及び第２電極パッドは、ドームタイプからなり光抽出をさらに向上させることができる。

基板上に第１導電型半導体層、活性層及び第２導電型半導体層を順に成長させ、フォト工程及びエッチング工程で活性層及び第２導電型半導体層の一部が除去されて第１導電型半導体層が露出させ、露出した第１導電型半導体層を含んで活性層及び前記第２導電型半導体層上に保護層及びマスク金属層が形成し、マスク金属層を一定温度で加熱して粒子形態に結合された構造のマスクが形成し、マスク上に感光膜パターンを形成して、露出された第１導電型半導体層上に不透明凹凸パターンが形成し、エッチング工程を通じて保護層及びマスクが除去されることを含み、不規則凹凸パターンは凸部及び凹部を有し、凸部は不規則な高さを有し、凹部は不規則な深さを有する。

本発明の実施例によると、光効率を向上させることができるだけでなく、電流分散性能を改善できる。

本発明の第１実施例にかかる発光素子を概略的に図示した平面図である。 図１のI−I’ラインに沿って切断した発光素子を図示した断面図である。 図１のII−II’ラインに沿って切断した発光素子を図示した断面図である。 図１の不規則凹凸パターンが形成された第１導電型半導体層の一部を詳しく図示した断面図である。 図１の不規則凹凸パターンが形成された第１導電型半導体層の一部を詳しく図示した断面図である。 本発明の第１実施例にかかる発光素子の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第１実施例にかかる発光素子の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第１実施例にかかる発光素子の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第１実施例にかかる発光素子の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第１実施例にかかる発光素子の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第１実施例にかかる発光素子の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第１実施例にかかる発光素子の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第２実施例にかかる発光素子を図示した断面図である。 図６の不規則凹凸パターンが形成された第１導電型半導体層の一部を詳しく図示した断面図である。 本発明の第１実施例にかかる発光素子及び第２実施例にかかる発光素子の電気的特性を比較したグラフである。 本発明の第３実施例にかかる発光素子を概略的に図示した平面図である。 本発明の第４実施例にかかる発光素子を図示した断面図である。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施例を詳しく説明する。次に紹介する実施例は、当業者に本発明の思想が十分に伝わるようにするために例として提供するものである。よって、本発明は以下で説明する実施例に限定されず、他の形態で具体化することもできる。そして、図面において、構成要素の幅、長さ、厚さ等は便宜のために誇張して表現する場合がある。明細書全体に亘り、同一参照番号は同一構成要素を表す。

図１は本発明の第１実施例にかかる発光素子を概略的に図示した平面図であり、図２は図１のI−I’ラインに沿って切断した発光素子を図示した断面図であり、図３は図１のII−II’ラインに沿って切断した発光素子を図示した断面図である。

図１ないし図３を参照すると、本発明の第１実施例にかかる発光素子は、基板１１０、バッファ層１２０、第１導電型半導体層１３０、活性層１４０、第２導電型半導体層１５０、透明導電層１６０、第１電極パッド１７０、第２電極パッド１８０、第１電極延長部１７１及び第２電極延長部１８１を含む。

基板１１０は、サファイア基板、スピネル基板、窒化ガリウム基板、炭化シリコン基板またはシリコン基板のように窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させるための成長基板になり得るが、必ずしもこれに限定されるのではない。

活性層１４０、第１導電型半導体層１３０及び第２導電型半導体層１５０は、窒化ガリウム系列の化合物半導体物質、つまり、（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎで形成できる。活性層１４０は、要求される波長の光、例えば、紫外線または可視光を放出するように組成元素及び組成比が決定される。活性層１４０、第１導電型半導体層１３０及び第２導電型半導体層１５０は、金属有機化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ；Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）又は分子ビーム積層成長法（ＭＢＥ；Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）技術を用いて形成できる。

第１導電型半導体層１３０は、ｎ型窒化物半導体層で、第２導電型半導体層１５０はｐ型窒化物半導体層である。第１導電型半導体層１３０及び第２導電型半導体層１５０は、単一層または多層に形成できる。

透明導電層１６０は、ＩＴＯのような透明酸化物またはＮｉ／Ａｕで形成でき、第２導電型半導体層１５０にオーミック接触される。

第１電極パッド１７０及び第１電極延長部１７１は第１導電型半導体層１３０上に形成され、第２電極パッド１８０及び第２電極延長部１８１は第２導電型半導体層１５０上に形成される。

第１電極パッド１７０及び第１電極延長部１７１は、第２導電型半導体層１５０及び活性層１４０の一部がエッチングされて露出された第１導電型半導体層１３０上に形成できる。

第１電極延長部１７１は第１電極パッド１７０から分岐され、第２電極延長部１８１は第２電極パッド１８０から分岐される。

第１電極延長部１７１及び第２電極延長部１８１は、発光素子の水平ラインを基準に交互に配列され、第１電極延長部１７１及び第２電極延長部１８１は、全体的に一定の間隔を置いて形成される。

第１電極延長部１７１は、発光素子の角領域で屈曲して第１方向に形成される。

第２電極延長部１８１は、発光素子の角領域で屈曲して第１電極延長部１７１と並んで第１方向の反対方向に形成される。

第１導電型半導体層１３０の表面に、不規則凹凸パターン１９０が形成される。

不規則凹凸パターン１９０は、凸部と凹部を有し、例えば、円錐状に前記第１導電型半導体層１３０の上部方向に突出した構造を有することができる。

不規則凹凸パターン１９０は、メサ領域を形成するために第２導電型半導体層１５０及び活性層１４０の一部がエッチングされて露出される第１導電型半導体層１３０上に形成される。不規則凹凸パターン１９０は、露出された第１導電型半導体層１３０の表面に入射する光を屈折させて光抽出効率を向上させる機能を有する。

ここで、メサ領域は、一定の傾斜を有する傾斜面を含む。傾斜面は、露出された第１導電型半導体層１３０の表面を基準に２０度ないし５０度の傾斜角を有する。

また、不規則凹凸パターン１９０は、第１電極パッド１７０と活性層１４０が最も隣接した領域における電流が集中する問題を改善するための機能を有する。つまり、不規則凹凸パターン１９０は、凸部及び凹部によって第１電極パッド１７０から第１導電型半導体層１３０の表面に沿って活性層１４０にキャリア（電子）が移動することを防ぎ、よって、第１導電型半導体層１３０の広い領域に渡って電流を分散させることができる。

不規則凹凸パターン１９０は、露出された第１導電型半導体層１３０の上部面全体に形成することができる。また、不規則凹凸パターン１９０は、第１導電型半導体層１３０と第１電極パッド１７０間に形成でき、第１導電型半導体層１３０と第１電極延長部１７１間に形成することができる。

また、不規則凹凸パターン１９０は、図１に示したように、発光素子の縁領域に形成することができる。第１導電型半導体層１３０は、電子及び正孔の移動が低い発光素子の縁領域がエッチング工程によって露出される。つまり、発光素子の縁領域は光抽出のために第２導電型半導体層１５０及び活性層１４０がエッチングされて第１導電型半導体層１３０が露出される。不規則凹凸パターン１９０は、発光素子の縁領域に対応する露出された第１導電型半導体層１３０上に形成できる。

発光素子の縁領域が対応する露出された第１導電型半導体層１３０において、角領域の幅Ｗ２は、角を除いた側部領域の幅Ｗ１より広くなり得る。例えば、第２電極延長部１８１は、第１電極延長部１７１との一定の水平間隔維持のために発光素子の角領域で屈曲形状を有する。発光素子の縁領域において、発光素子の角領域は、第２電極延長部１８１の屈曲形状によって側部領域より大きいエッチングマージンを有し得る。角領域の露出された第１導電型半導体層１３０は、第２電極延長部１８１の角領域の形状と対応するように露出された構造を有する。このように、発光素子の縁領域において、本発明の発光素子は第２電極延長部１８１の構造によって角領域の幅Ｗ２を調節して光抽出を極大化することができる。

本発明のメサ領域の側面の高さａは、活性層１４０と第２導電型半導体層１５０の高さの和より大きい。

第１電極パッド１７０と透明導電層１６０間の水平間隔ｄは、電流分散性能と密接した関連を有する。本発明では、第１電極パッド１７０と透明導電層１６０間の間隔ｄは、少なくとも５μｍ以上に設計される。上限は特に限定されるのではないが、発光領域が減少することを防ぐために５０μｍ未満にすることができる。

不規則凹凸パターン１９０の高さｂは、不規則凹凸パターン１９０が形成されていない第１導電型半導体層１３０の高さｃより小さく設計される。つまり、前記第１導電型半導体層１３０の露出された領域で前記不規則凹凸パターン１９０が形成される第１導電型半導体層１３０の厚さが、前記不規則凹凸パターン１９０の下の第１導電型半導体層１３０の厚さより小さい。

不規則凹凸パターン１９０の高さｂは、光抽出のために１６０ｎｍ以上に形成することができる。なお、図４ｂのように低濃度ドーピングされた第２Ｎ−ＧａＮ層１３３まで不規則凹凸パターン１９０が形成される場合は、不規則凹凸パターン１９０の高さｂは３μｍ未満に形成することができる。

図４ａ及び図４ｂは、図１の不規則凹凸パターンが形成された第１導電型半導体層を図示した断面図である。

図４ａを参照すると、本発明の第１導電型半導体層１３０は上部面上に不規則凹凸パターン１９０が形成され、ドーピング濃度が相違する複数の層で形成することができる。

本実施例では、第１導電型半導体層１３０はｎ型窒化物半導体層であり、高濃度ドーピングされた第１Ｎ−ＧａＮ層１３１、低濃度ドーピングされた第２Ｎ−ＧａＮ層１３３、及び高濃度ドーピングされた第３Ｎ−ＧａＮ層１３５が成長する。ここで、高濃度ドーピングと低濃度ドーピングは第２Ｎ−ＧａＮ層１３３に対する第１Ｎ−ＧａＮ層１３１及び第３Ｎ−ＧａＮ層１３５の相対的なドーピング濃度を表し、絶対的なドーピング濃度を意図したものではない。但し、Ｎ型不純物が５Ｅ１７／ｃｍ^３以上ドーピングされたものは、一般的に高濃度ドーピングされたと見なすことができ、５Ｅ１７／ｃｍ^３以下にドーピングされたり不純物が意図的にドーピングされなかったりしたものを低濃度ドーピングと見なすことができる。

第１Ｎ−ＧａＮ層１３１は、高濃度ドーピングされた不純物を含む。

第２Ｎ−ＧａＮ層１３３は、低濃度ドーピングされた不純物を含む。

第３Ｎ−ＧａＮ層１３５は、電極パッドとのオーミック接触のために高濃度ドーピングされた不純物を含む。

つまり、第１Ｎ−ＧａＮ層１３１及び第３Ｎ−ＧａＮ層１３５は、高濃度ドーピングされた不純物を含み第２Ｎ−ＧａＮ層１３３より抵抗が低いため、電流移動が容易である。

不規則凹凸パターン１９０は、山と谷形状を有する凸部と凹部が不規則に形成された構造を有する。つまり、不規則凹凸パターン１９０は、凸部の高さと凹部の深さが不規則に形成される。

不規則凹凸パターン１９０は、第３Ｎ−ＧａＮ層１３５に形成され、凹部の深さが第２Ｎ−ＧａＮ層１３３まで延びることができる。つまり、凹部の深さが第２Ｎ−ＧａＮ層１３３まで延びることにより、第３Ｎ−ＧａＮ層１３５を通じた電流移動を抑制することができる。さらに、第２Ｎ−ＧａＮ層１３３を低濃度ドーピングされた層に形成することにより、電流が第１Ｎ−ＧａＮ層１３１を通じて移動するように誘導し電流分散を図ることができる。本発明の第１導電型半導体層１３０は、電極パッドとオーミック接触のための高濃度ドーピングされた第３Ｎ−ＧａＮ層１３５に、不規則凹凸パターン１９０が形成されて一定の角度範囲内に入射される光を拡散させて光抽出効率を向上させることができる。

また、不規則凹凸パターン１９０は、低濃度ドーピングされた第２Ｎ−ＧａＮ層１３３まで凹部が延びて第３Ｎ−ＧａＮ層１３５に集中する電流移動を抑制するため、高濃度ドーピングされた第１Ｎ−ＧａＮ層１３１に電流が分散できる。よって、本発明の発光素子は、電流分散性能を改善することができる長所を有する。

図４ｂを参照すると、本発明の第１導電型半導体層１３０は不規則凹凸パターン１９０の凹部の深さを除いて図４ａと同一な構造を有する。よって、各構成の詳細な説明は省略する。

図４ｂの第１導電型半導体層１３０は、不規則凹凸パターン１９０の凹部の深さが第３Ｎ−ＧａＮ層１３５から第１Ｎ−ＧａＮ層１３１まで延びる。不規則凹凸パターン１９０の凹部の深さは、第１Ｎ−ＧａＮ層１３１の一部までのみ延びる。つまり、不規則凹凸パターン１９０の凹部の深さが第３Ｎ−ＧａＮ層１３５から第１Ｎ−ＧａＮ層１３１まで延びる。不規則凹凸パターン１９０の凹部の深さは、効率的な電流分散のために第１Ｎ−ＧａＮ層１３１の上部領域の一部まで延びることが好ましい。

よって、不規則凹凸パターン１９０は、一定の角度範囲内に入射される光を拡散させて光抽出効率を向上させることができるだけでなく、凹部の深さが第１Ｎ−ＧａＮ層１３１の上部領域まで延びて第１Ｎ−ＧａＮ層１３１を通じて電流が分散され電流分散性能を極大化できる。

図５ａないし５ｇは、本発明の第１実施例にかかる発光素子の製造方法を説明するための断面図である。

図５ａを参照すると、基板１１０上にバッファ層１２０、第１導電型半導体層１３０、活性層１４０及び第２導電型半導体層１５０が順に形成される。

基板１１０は、サファイア基板、スピネル基板、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板、ＺｎＯ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＮ基板のいずれかの基板になり得る。本実施例では、一例として基板１２０をサファイア基板とする。

バッファ層１２０、活性層１４０、第１導電型半導体層１３０及び第２導電型半導体層１５０は、金属有機化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ；Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、分子ビーム積層成長法（ＭＢＥ；Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）、水素化物気相成長法（ＨＶＰＥ；Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）等を含む多様な蒸着及び成長方法により形成される。

第１導電型半導体層１３０は、Ｎ型不純物が注入された窒化ガリウム（ＧａＮ）膜を使用することができる。第２導電型半導体層１５０はＰ型不純物が注入された窒化ガリウム膜が用いられる。Ｎ型の不純物はＳｉが用いられる。Ｐ型の不純物はＭｇが用いられる。しかし、これに限定されるのではなく、多様な半導体性質の物質層が可能である。

活性層１４０は、量子井戸層と障壁層が反復的に形成された多重量子井戸構造になり得る。の障壁層と井戸層は、二元化合物であるＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ等を使用することができ、三元化合物Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＝ｘ＝１）、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＝ｘ＝１）を使用することができ、四元化合物Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０＝ｘ＋ｙ＝１）を使用することができる。

図５ｂを参照すると、マスクを用いたパターニング工程、例えば、フォト工程及びエッチング工程によって第１導電型半導体層１３０の一部が露出される。

具体的に、マスクを用いたフォト工程は、第２導電型半導体層１５０上に感光膜を塗布し、マスクを用いて感光膜を選択的に硬化させて感光膜パターンが形成される。感光膜パターンは、第１導電型半導体層１３０が露出される領域が除去されたパターン構造を有する。エッチング工程は、感光膜パターンをマスクによりエッチング工程を行い第２導電型半導体層１５０及び活性層１４０の一部がエッチングされて第１導電型半導体層１３０が露出される。ここで、エッチング工程は、ウェットエッチングまたはドライエッチングを用いることができる。

図５ｃを参照すると、の露出された第１導電型半導体層１３０を含んで第２導電型半導体層１５０上に保護層２０１が形成される。保護層２０１は、活性層１４０の側部及び第２導電型半導体層１５０の側部にも形成される。

保護層２０１は、本発明の一例としてＳｉＯ_２であり得、保護層２０１の厚さは本発明の一例として３００Åであり得る。

保護層２０１上にはマスク金属層２０２が形成される。マスク金属層２０２は本発明の一例としてＮｉであり得る。一方、マスク金属層２０２の厚さは本発明の一例として１００Åであり得る。

保護層２０１は、マスク金属層２０２のマスクパターン形成時に第２導電型半導体層１５０の表面にＮｉ拡散による第２導電型半導体層１５０の汚染を防止する機能を有する。

図５ｄを参照すると、マスク金属層２０２は一定の温度以上に加熱されて粒子形態に凝集された構造のマスク２０３が形成される。

具体的には、本発明のマスク２０３はマスク金属層（図５ｃの２０２）の表面エネルギーと下部層の界面エネルギーによる自己組織化（ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ）特性を用いて形成することができる。

例えば、マスク２０３はマスク金属層（図５ｃの２０２）がＮｉの場合、臨界点４００℃ないし９００℃に加熱することにより、自己組織化特性を得ることができる。マスク金属層（図５ｃの２０２）は、自己組織化を始める臨界点（５００℃ないし６００℃）に加熱して粒子形態に凝集された構造を形成すると、最も稠密で高い構造の凹凸を得ることができる。

図５ｅ及び図５ｆを参照すると、マスク２０３上には感光膜が塗布され、第２導電型半導体層１５０及び活性層１４０の一部がエッチングされて露出された第１導電型半導体層１３０の上部領域ｒを露出する感光膜パターン（ＰＲ）が形成される。

感光膜パターン(ＰＲ)は、露出された第１導電型半導体層１３０の上部領域ｒを開放する。本発明ではウェットエッチングまたはドライエッチングを用いたエッチング工程を通じて前記上部領域ｒのマスク２０３及び保護層２０１がエッチングされ、第１導電型半導体層１３０上に不規則凹凸パターン１９０が形成される。ここで、不規則凹凸パターン１９０の凸部の高さ及び凹部の深さは、エッチング工程の設計値を可変して制限なく変更することができる。

図５ｇを参照すると、第２導電型半導体層１５０上に透明導電層１６０が形成される。透明導電層１６０は、透明金属または透明伝導酸化物で形成できる。また、透明導電層１６０及び不規則凹凸パターン１９０上には、それぞれ第１電極パッド１７０及び第２電極パッド１８０が形成される。ここで、図面には示されていないが、第１電極パッド１７０及び第２電極パッド１８０の形成時に図１に示したように、第１電極延長部（図１の１７１）及び第２電極延長部（図１の１８１）を同時に形成することができる。

図６は本発明の第２実施例にかかる発光素子を図示した断面図であり、図７は図６の不規則凹凸パターンが形成された第１導電型半導体層の一部を詳しく図示した断面図である。

図６及び図７を参照すると、本発明の第２実施例にかかる発光素子は本発明の第１実施例にかかる発光素子と不規則凹凸パターン２９０の形成位置を除いて全ての構成が同一であるので、不規則凹凸パターン２９０を除いた構成は同一符号を併記し、詳しい説明は省略する。

不規則凹凸パターン２９０は、第２導電型半導体層１５０及び活性層１４０の一部がエッチングされて露出された第１導電型半導体層１３０上に形成される。不規則凹凸パターン２９０が形成された領域を第１領域ｒ１と定義する。

露出された第１導電型半導体層１３０上には、第１領域ｒ１以外に、第１電極パッド１７０が形成される第２領域ｒ２をさらに含む。第３領域ｒ３は、不規則凹凸パターン２９０を形成するための感光膜パターンを形成するための工程上のマージンである。

第２領域ｒ２は、第１電極パッド１７０が形成される領域であり、第２領域ｒ２と対応する第１導電型半導体層１３０は平らな面１３０ａを有する。

不規則凹凸パターン２９０の凸部の端部は活性層１４０より下に形成され、平らな面１３０ａと同一かそれより下に形成される。

これに限定されず、不規則凹凸パターン２９０の凸部の端部は、工程順序の変更時に活性層１４０より下に形成され、平らな面１３０ａより高い高さに形成することもできる。

本発明の第２実施例にかかる発光素子は、不規則凹凸パターン２９０をメサ領域と第１電極パッド１７０間にのみ形成して電気的特性をさらに向上させることができる長所を有する。

第２実施例にかかる発光素子の電気的特性の向上について、図８を参照して説明する。

図８は、本発明の第１実施例にかかる発光素子及び第２実施例にかかる発光素子の電気的特性を比較したグラフである。

図８に示したように、本発明の第２実施例にかかる発光素子の場合、第１実施例にかかる発光素子に比べて同一な電流で低い電圧を見せる。これは、第２実施例にかかる発光素子において、第１電極パッド１７０と第１導電型半導体層１３０の表面抵抗が第１実施例の場合に比べてより低いことを表す。

本発明の第２実施例にかかる発光素子は、第１実施例にかかる発光素子と対比して同一な電流量を基準に低い駆動電圧が要求されるため電気的特性に優れるという長所を有する。

つまり、本発明の第２実施例にかかる発光素子は、第１電極パッド１７０が平らな面１３０ａ上に形成され、界面間に気孔が発生することと粗い界面であることによる表面抵抗及び熱発生を減少するので、第１実施例にかかる発光素子と対比して電気的特性及び信頼度を向上させることができる。

図９は、本発明の第３実施例にかかる発光素子を概略的に図示した平面図である。

図９を参照すると、本発明の第３実施例にかかる発光素子は、本発明の第１実施例にかかる発光素子と不規則凹凸パターン３９０の形成位置を除いて全ての構成が同一であるため、不規則凹凸パターン３９０を除いた構成は同一な符号を併記し、詳しい説明は省略する。

不規則凹凸パターン３９０は、第１電極延長部１７１と並んで重なった第１不規則凹凸パターン３９１と、第１不規則凹凸パターン３９１から第２電極延長部１８１方向に延びた第２不規則凹凸パターン３９２と、発光素子の縁領域に形成された第３不規則凹凸パターン３９３を含む。

第２不規則凹凸パターン３９２は、第１方向に並んで交互に形成された第１電極延長部１７１及び第２電極延長部１８１から平面を基準に第１方向に垂直な第２方向に延長形成される。

第２不規則凹凸パターン３９２は、第１電極延長部１７１及び第２電極延長部１８１間に多数個形成されて光抽出を極大化する機能を有する。

本発明の第３実施例にかかる発光素子は、第１電極延長部１７１と並んで形成された第１不規則凹凸パターン３９１から平面を基準に垂直な方向に第２不規則凹凸パターン３９２が形成され、光抽出をさらに向上させることができる。

図１０は、本発明の第４実施例にかかる発光素子を図示した断面図である。

図１０を参照すると、本発明の第４実施例にかかる発光素子は、本発明の第２実施例にかかる発光素子と第１電極パッド２７０及び第２電極パッド２８０を除いて全ての構成が同一であるため、第１電極パッド２７０及び第２電極パッド２８０を除いた構成は同一符号を併記し、詳しい説明は省略する。

第１電極パッド２７０及び第２電極パッド２８０は、ドームタイプの構造を有する。

第１電極パッド２７０及び第２電極パッド２８０は、ドームタイプからなり、メサ領域の外側方向に進行する光が電極パッド２７０，２８０に反射することを最小化し、さらに、電極パッド２７０，２８０で反射して再度半導体層内部に入射して損失することを最小化することができる。これにより、光抽出をさらに向上させることができる。

以上において、本発明の多様な実施例及び特徴について説明したが、本発明は上で説明した実施例及び特徴に限定されるのではなく、本発明の思想から外れない範囲内で多様に変形することができる。

１９０，２９０，３９０：不規則凹凸パターン

Claims (24)

1. 基板上に位置する第１導電型半導体層と、
   前記第１導電型半導体層上に位置する活性層と、
   前記活性層上に位置する第２導電型半導体層と、
   前記活性層及び前記第２導電型半導体層の一部がエッチングされて露出された前記第１導電型半導体層の表面に位置する不規則凹凸パターンと、
   露出された前記第１導電型半導体層上に形成された第１電極パッドと、
   前記第１電極パッドから分岐された第１電極延長部と、
   前記第２導電型半導体層上に形成された第２電極パッドと、
   前記第２電極パッドから分岐されて前記第１電極延長部と交互に並んで配列された第２電極延長部と、
   を含み、
   前記不規則凹凸パターンは凸部及び凹部を有し、前記凸部は不規則な高さを有し、前記凹部は不規則な深さを有し、
   前記不規則凹凸パターンは、
   前記第１電極延長部と並んで重なった第１不規則凹凸パターンと、
   前記第１不規則凹凸パターンから前記第１電極延長部と交互に並んで配列された第２電極延長部に対して特定の方向に延びた第２不規則凹凸パターンと、
   を含む発光素子。
2. 前記特定の方向は、前記第１電極延長部と前記第２電極延長部が交互に並ぶ第１方向に垂直な方向であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
3. 前記不規則凹凸パターンは少なくとも前記第１電極パッドと前記第１導電型半導体層間に位置する請求項１に記載の発光素子。
4. 前記第１導電型半導体層は、第１ないし第３Ｎ−ＧａＮ層を含み、前記第１Ｎ−ＧａＮ層及び前記第３Ｎ−ＧａＮ層は前記第２Ｎ−ＧａＮ層よりｎ型不純物が高濃度ドーピングされ、前記第３Ｎ−ＧａＮ層は前記第１電極パッドとオーミック接触され、前記不規則凹凸パターンは前記第３Ｎ−ＧａＮ層に形成された請求項３に記載の発光素子。
5. 前記不規則凹凸パターンの凹部の少なくとも一部は、前記第２Ｎ−ＧａＮ層の一部または全領域まで延びるか、前記第１Ｎ−ＧａＮ層の上部領域まで延びた請求項４に記載の発光素子。
6. 前記不規則凹凸パターンは、前記活性層の下に位置する請求項１に記載の発光素子。
7. 前記不規則凹凸パターンは前記第１電極パッドの下部及び前記第１電極延長部の下部に形成された請求項１に記載の発光素子。
8. 前記第１電極パッドと接触する前記第１導電型半導体層の上部は平らな面を有する請求項１に記載の発光素子。
9. 前記不規則凹凸パターンは、前記凸部の端部は前記平らな面と同じ高さに位置するか、或いは前記平らな面より低い高さに位置する請求項８に記載の発光素子。
10. 前記不規則凹凸パターンは、前記凸部の端部は前記平らな面と同じ高さに位置するか、或いは前記平らな面より高い高さに位置する請求項８に記載の発光素子。
11. 前記第２導電型半導体層と前記第２電極パッド間に形成された透明導電層をさらに含み、前記第１電極パッドと前記透明導電層間の水平間隔は５μｍないし５０μｍである請求項８に記載の発光素子。
12. 前記不規則凹凸パターンは、前記発光素子の縁領域に形成された第３不規則凹凸パターンをさらに含む請求項１に記載の発光素子。
13. 前記第１電極パッド及び前記第２電極パッドはドームタイプである請求項８に記載の発光素子。
14. 前記第１導電型半導体層は、前記発光素子の縁領域に従って前記活性層及び前記第２導電型半導体層の一部がエッチングされて露出され、前記縁領域の露出された前記第１導電型半導体層上に不規則凹凸パターンが形成された請求項１に記載の発光素子。
15. 前記縁領域は、角領域と側部領域を含み、前記角領域は前記側部領域の幅より広い請求項１３に記載の発光素子。
16. 前記第１導電型半導体層内の前記不規則凹凸パターンの高さは、前記不規則凹凸パターンの下の前記第１導電型半導体層の高さより小さい請求項１に記載の発光素子。
17. 前記不規則凹凸パターンは、１６０ｎｍないし３μｍの高さを有する請求項１に記載の発光素子。
18. 基板上に第１導電型半導体層、活性層及び第２導電型半導体層を成長させ、
    前記活性層及び前記第２導電型半導体層をパターニングして前記第１導電型半導体層の一部を露出させ、
    露出された前記第１導電型半導体層上に保護層及びマスク金属層を形成し、
    前記マスク金属層を一定温度で加熱して粒子形態に凝集された構造のマスクを形成し、
    前記マスクをエッチングマスクとして使用して、露出された第１導電型半導体層をエッチングして不規則凹凸パターンを形成し、
    前記保護層及び前記マスクを除去し、
    露出された前記第１導電型半導体層上に第１電極パッド、前記第１電極パッドから分岐された第１電極延長部、前記第２導電型半導体層上に第２電極パッド、前記第２電極パッドから分岐されて前記第１電極延長部と交互に並ぶように第２電極延長部をそれぞれ形成し、
    前記不規則凹凸パターンは凸部及び凹部を有し、前記凸部は不規則な高さを有し、前記凹部は不規則な深さを有し、
    前記不規則凹凸パターンは、
    前記第１電極延長部と並んで重なった第１不規則凹凸パターンと、
    前記第１不規則凹凸パターンから前記第１電極延長部と交互に並んで配列された第２電極延長部に対して特定の方向に延びた第２不規則凹凸パターンと、を含む、
    発光素子の製造方法。
19. 前記保護層及びマスク金属層は、前記の露出された第１導電型半導体層と共に前記第２導電型半導体層を覆うように形成される請求項１８に記載の発光素子の製造方法。
20. 前記不規則凹凸パターンを形成する前に、前記第１導電型半導体層上のマスクを覆い、前記第１導電型半導体層上のマスクを露出させる感光膜パターンを形成する段階を更に含む請求項１８に記載の発光素子の製造方法。
21. 前記保護層は、ＳｉＯ２である請求項１８に記載の発光素子の製造方法。
22. 前記マスク金属層は、Ｎｉである請求項１８に記載の発光素子の製造方法。
23. 前記のマスク形成段階は、前記マスク金属層が４００℃ないし９００℃に加熱される請求項２２に記載の発光素子の製造方法。
24. 前記不規則凹凸パターンは、１６０ｎｍないし３μｍの高さを有する請求項１８に記載の発光素子の製造方法。