KR100825137B1 - 반도체 구조물, 이의 제조 방법 및 반도체 발광 다이오드 - Google Patents

반도체 구조물, 이의 제조 방법 및 반도체 발광 다이오드 Download PDF

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KR100825137B1
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홍창희
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Abstract

본 발명은 반도체 구조물로서, 요철이 형성된 기판 및 상기 기판 상에 형성된 반도체층을 포함하고, 상기 요철은 수평면, 선 또는 점의 형태로 이루어진 볼록부와, 수평면, 선 또는 점의 형태로 이루어진 오목부와, 상기 볼록부와 오목부를 연결하여 소정의 기울기를 갖는 경사진 평면 또는 소정의 곡률을 갖는 곡면 형상의 측면을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 구조물, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 반도체 발광 다이오드를 제공한다. 상기 요철의 볼록부 상에 형성된 성장 마스크 패턴을 포함할 수 있다.
본 발명은 습식 식각을 통해 기판 표면에 요철을 형성하고, 식각에 의해 형성된 기판의 결정면에 반도체층을 수직 및 수평 성장시켜 반도체층의 관통 전위를 감소시킴으로써 결정성을 향상시킬 수 있다. 이로 인해 발광 다이오드의 내부 양자 효율을 향상시키고 신뢰성을 확보할 수 있다. 또한 기판의 요철 또는 성장 마스크 패턴의 다양한 각을 갖는 표면으로 인해 반도체 발광 다이오드의 적출 효율을 향상시킬 수 있다.
반도체, 에피택셜, 요철, 관통 전위, 수평 성장, 습식 식각, 발광 다이오드, LED

Description

반도체 구조물, 이의 제조 방법 및 반도체 발광 다이오드 {Semiconductor, Method of manufacturing the same and Semiconductor Light-emitting diode}
도 1은 종래 반도체 발광 다이오드를 도시한 개략 단면도.
도 2 내지 도 9c는 본 발명에 따른 반도체 구조물의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도.
도 10 내지 도 13은 본 발명에 따른 일 실시예를 나타내는 광학 현미경 사진 및 SEM 사진.
도 14 내지 도 16은 본 발명에 따른 다른 실시예를 나타내는 광학 현미경 사진 및 SEM 사진.
도 17 및 도 18은 본 발명에 따른 또다른 실시예를 나타내는 광학 현미경 사진 사진.
도 19 및 도 20은 본 발명에 따른 일 실시예의 질화갈륨 반도체층의 단면을 나타낸 TEM 사진.
도 21 및 도 22는 본 발명에 따른 반도체 발광 다이오드의 일례를 도시한 단면도.
도 23은 본 발명에 따른 반도체 발광 다이오드의 다른 예를 도시한 단면도.
도 24는 본 발명에 따른 반도체 발광 다이오드의 발광 특성을 나타내는 그래 프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 100, 1000 : 기판 25 : 식각 마스크 패턴
30, 3000 : 성장 마스크 패턴
40, 400, 4000 : 반도체층
5000 : N형 반도체층 6000 : 활성층
7000 : P형 반도체층
본 발명은 반도체 구조물, 이의 제조 방법 및 반도체 발광 다이오드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 결정 결함을 줄이고 반도체층의 결정성을 향상시킴으로써, 발광 효율을 향상시키고 신뢰성을 확보할 수 있는 반도체 구조물, 이의 제조 방법 및 반도체 발광 다이오드에 관한 것이다.
발광 다이오드(light emission diode; LED)는 반도체의 p-n 접합 구조를 이용하여 주입된 소수 캐리어(전자 또는 정공)를 만들고 이들의 재결합에 의하여 소정의 빛을 발산하는 소자를 지칭하며, GaAs, AlGaAs, GaN, InGaN 및 AlGaInP 등의 화합물 반도체(compound semiconductor) 재료의 변경을 통해 발광원을 구성함으로써 다양한 색을 구현할 수 있다.
상기 화합물 반도체 중에서 질화물 반도체 물질은 가시광선 및 UV 영역에 대 해서 우수한 발광 특성을 보이고 있으며, 고출력, 고주파 전자 소자에 있어서도 사용된다. 특히, 질화갈륨(GaN)은 상온에서 3.4 eV의 직접 천이형 밴드갭(direct bandgap)을 가지며, 질화인듐(InN), 질화알루미늄(AlN) 같은 물질과 조합하여 0.7eV(InN)에서 3.4eV(GaN), 6.2eV(AlN)까지 직접 에너지 밴드갭을 가지고 있어서 가시광에서부터 자외선 영역까지 넓은 파장 영역의 광을 방출할 수 있기 때문에 광소자의 응용 가능성이 매우 큰 물질이다.
도 1은 종래 반도체 발광 다이오드를 도시한 개략 단면도이다.
도 1을 참조하면, 발광 다이오드는 기판(1)과, 상기 기판(1) 상에 순차적으로 형성된 N형 반도체층(2), 활성층(3) 및 P형 반도체층(4)을 포함한다. 또한, 상기 P형 반도체층(4) 상에 형성된 P형 전극(5)과, 상기 P형 반도체층(4) 및 활성층(3)의 일부가 식각되어 노출된 N형 반도체층(2) 상에 형성된 N형 전극(6)을 포함한다. 상기 P형 반도체층(4)은 P형 불순물이 도핑(doping)된 반도체 화합물을 사용하고, 상기 N형 반도체층(2)은 N형 불순물이 도핑된 반도체 화합물을 사용한다.
상기 활성층(3)의 상부 및 하부에 각각 형성된 P형 및 N형 반도체층(4, 2)은 활성층(3)에 전류를 공급하여 발광하도록 한다.
발광 다이오드의 성능을 높이기 위해서는 내부에 흐르는 전류로부터 많은 양의 빛을 얻기 위해 전자와 정공을 재결합시키는 내부 양자 효율(internal quantum efficiency)이 높아야 하고, 또한 발생된 빛이 발광 다이오드의 외부로 빠져나오도록 하는 적출 효율(extraction efficiency)이 높아야 한다. 이를 위해 우선적으로 기판 상에 결정 결함이 적고 결정성이 우수한 반도체층을 성장시켜 발광 다이오드 의 내부 양자 효율을 높이고, 또한 활성층에서 발생된 빛이 발광 다이오드 내부에서만 반사되는 즉, 내부 전반사(total internal reflection)되는 비율을 줄여 발광 다이오드의 적출 효율을 높여야 한다.
그러나 종래 질화물 반도체는 격자 정합이 되는 기판이 부재하고, 사파이어 기판 상에 형성되는 질화물 반도체층은 사파이어와 질화물 반도체층의 격자 상수 및 열팽창 계수의 차이로 인해 108 내지 109/cm2 정도로 높은 밀도의 관통 전위(threading dislocation)를 포함한다.
또한, 종래 반도체 발광 다이오드의 기판과 반도체층이 이루는 각 방향의 평면들은 서로 평행 또는 수직으로 형성되어, 활성층에서 발산된 빛의 많은 양이 발광 다이오드의 외부로 잘 빠져나가지 못하고, 내부에서 전반사를 일으키며 순환하다가 흡수되어 소멸된다.
이에 결정 결함을 감소시키고 적출 효율을 높여 발광 다이오드의 성능을 향상시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 결정 결함을 감소시키기 위한 방법으로, 수평 성장에 의해 반도체층을 성장시키는 방법이 개시되어 있다.
ELO(Epitaxial Lateral Overgrowth) 기술은 반도체층이 마스크 패턴에 따라서 선택적으로 수직, 수평 성장되고, 수평 성장 영역에서 관통 전위가 차단됨으로써 표면으로의 침투를 억제할 수 있다. PE(Pendeo-Epitaxy), CE(Cantilever Epitaxy), LEPS(Lateral Epitaxy on Pattened Sapphire) 등의 기술도 모두 수평 성장을 통하여 관통 전위가 표면으로 침투하는 것을 억제하는 기술로, 상기 ELO 기술 에서 변형된 것들이다.
ELO 기술은 기판 상에 제 1 반도체층을 성장시키고, 마스크 물질을 증착하여 건식 식각에 의해 마스크 패턴을 형성한 후, 제 2 반도체층을 다시 성장시킨다. 이러한 기술은 수평 성장에 의해 결정 결함의 전파를 방지할 수 있으나, 제 1 반도체층을 성장시킨 후, 마스크 패턴의 형성을 위해 건식 식각을 수행해야 하고, 이어서 제 2 반도체층을 성장시켜야 하는 번거로움이 있다.
상기 마스크 패턴의 건식 식각시 제 1 반도체층, 기판의 일부에까지 식각한 후 반도체층을 성장시키는 PE 기술의 경우에도 동일한 문제점이 발생한다.
또한 외부 양자 효율을 높이기 위해 요철 구조가 형성된 사파이어 기판 상에 반도체층을 성장시키는 LEPS 기술의 경우에는 기판을 건식 식각해야 하는 어려움이 있고, 수평 성장하는 면적에 대한 수직 성장하는 면적의 비율이 크기 때문에 수평 성장에 의한 관통 전위의 큰 감소를 기대할 수 없다. 또한, 요철이 형성된 기판 상에 성장된 반도체층의 높은 단차를 메워 평탄한 표면을 형성하기 위해서는 기존과 다른 특정적인 성장 조건이 필요하고 성장 시간이 길어지는 문제점이 있다.
또한 요철이 형성된 기판을 사용하여 요철의 볼록부에서 성장한 반도체층이 오목부에서 성장한 반도체층 위로 수평 성장하여 봉합함으로써 형성하는 CE 기술의 경우도, 마찬가지로 기판을 건식 식각해야 하는 어려움이 있다. 또한, 기판의 요철표면이 반도체층의 표면과 평행 또는 직각으로 형성되기 때문에 활성층에서 발산된 빛의 많은 양이 내부에서 전반사를 일으키며 발광 다이오드의 외부로 빠져나가지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 습식 식각을 통해 기판 표면에 요철을 형성한 후 반도체층을 수직 및 수평 성장시켜 반도체층의 관통 전위를 감소시킴으로써, 보다 단순한 공정을 거쳐 성장시키고, 발광 다이오드의 성능과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 구조물, 이의 제조 방법 및 반도체 발광 다이오드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, 요철이 형성된 기판과, 상기 요철의 볼록부 상에 형성된 성장 마스크 패턴 및 상기 성장 마스크 패턴이 형성된 기판 상에 형성된 반도체층을 포함하고, 상기 요철은 수평면, 선 또는 점의 형태로 이루어진 볼록부와, 수평면, 선 또는 점의 형태로 이루어진 오목부와, 상기 볼록부와 오목부를 연결하여 소정의 기울기를 갖는 경사진 평면 또는 소정의 곡률을 갖는 곡면 형상의 측면을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 구조물을 제공한다.
상기 성장 마스크 패턴은 SiO2, SiOx, SiN2, SiNx, SiOxNy 또는 금속 물질로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 요철은 습식 식각에 의해 형성될 수 있으며, 상기 요철은 피라미드 또는 절두된 피라미드 형태의 요철을 포함할 수 있다.
상기 반도체층은 상기 오목부로부터 수직 방향과, 상기 볼록부를 가로질러 수평 방향으로 성장된 에피택셜층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 반도체층은 불연속적이거나 표면에 요철 구조가 형성될 수 있다.
상기 기판은 사파이어(Al2O3), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP 또는 GaAs으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 상기 반도체층은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN 또는 InAlGaN으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
본 발명은 요철이 형성된 기판을 마련하는 단계와, 상기 요철의 볼록부 상에 성장 마스크 패턴을 형성하는 단계 및 상기 기판 상에 반도체층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 요철은 수평면, 선 또는 점의 형태로 이루어진 볼록부와, 수평면, 선 또는 점의 형태로 이루어진 오목부와, 상기 볼록부와 오목부를 연결하여 소정의 기울기를 갖는 경사진 평면 또는 소정의 곡률을 갖는 곡면 형상의 측면을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 구조물의 제조 방법을 제공한다.
상기 요철이 형성된 기판을 마련하는 단계는, 평면 기판 상에 식각 마스크 패턴을 형성하는 단계 및 상기 식각 마스크 패턴을 통한 습식 식각을 실시하여 요철을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
삭제
상기 습식 식각은 H2SO4, H3PO4, BOE(buffered-oxide etch), HF, HNO3, KOH, NaCl, NaOH, KBrO3 용액, 이들의 혼합 용액 또는 이들의 희석 용액으로 이루어진 군에서 선택되는 식각 용액을 사용할 수 있다.
상기 반도체층을 형성하는 단계는, 상기 오목부로부터 수직 방향과, 상기 볼 록부를 가로질러 수평 방향으로 에피택셜층을 성장시키는 단계를 포함할 수 있으며, 이는 400 내지 800℃의 온도에서 저온 핵형성층 또는 저온 버퍼층을 형성하는 단계, 900 내지 1150℃의 온도에서 에피텍셜층을 수직 성장시키는 단계 및 1050 내지 1200℃의 온도에서 에피텍셜층을 수평 성장시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 요철이 형성된 기판과, 상기 요철의 볼록부 상에 형성된 성장 마스크 패턴과, 상기 성장 마스크 패턴이 형성된 기판 상에 형성된 반도체층 및 상기 반도체층 상에 형성된 N형 반도체층, 활성층 및 P형 반도체층을 포함하고, 상기 요철은 수평면, 선 또는 점의 형태로 이루어진 볼록부와, 수평면, 선 또는 점의 형태로 이루어진 오목부와, 상기 볼록부와 오목부를 연결하여 소정의 기울기를 갖는 경사진 평면 또는 소정의 곡률을 갖는 곡면 형상의 측면을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 다이오드를 제공한다.
상기 성장 마스크 패턴은 SiO2, SiOx, SiN2, SiNx, SiOxNy 또는 금속 물질로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 반도체층, N형 반도체층, 활성층 또는 P형 반도체층은 불연속적이거나 표면에 요철 구조가 형성될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반도체 구조물 및 이의 제조 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2 내지 도 9c는 본 발명에 따른 반도체 구조물의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도들이다.
하기 설명되는 물질층의 증착 및 성장 방법으로는 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 강화 화학 증착법(PECVD; Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy)등을 포함한 다양한 방법을 사용할 수 있다.
먼저, 표면에 소정의 요철이 형성된 기판을 마련한다. 여기서, 상기 요철은 수평면, 선 또는 점의 형태로 이루어진 볼록부와, 수평면, 선 또는 점의 형태로 이루어진 오목부와, 상기 볼록부와 오목부를 연결하여 소정의 기울기를 갖는 경사진 평면 또는 곡면 형상의 측면을 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 2를 참조하면 평면 기판(10) 상에 층상의 식각 마스크(20)를 증착한다. 상기 기판(10)으로는 사파이어(Al2O3), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP, GaAs 등을 사용하고, 상기 식각 마스크(20)의 재료로는 SiO2, SiOx, SiN2, SiNx, SiOxNy 등을 사용한다. 물론 이에 한정되지 않고 다양한 재료를 사용할 수 있다. 상기 식각 마스크(20)의 두께는 100 내지 2000Å이 바람직하며, 기판(10)의 식각 깊이, 식각 마스크(20)의 재료, 식각 마스크(20)의 증착 방법 및 증착 조건에 따라 달라질 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 식각 마스크(20)를 습식 또는 건식 식각하여 식각 마 스크 패턴(25)을 형성한다. 이를 위해, 상기 식각 마스크(20) 상에 층상의 포토레지스트(photoresist)를 코팅한 후, 소정의 포토 마스크를 이용한 사진 식각 공정을 통해 포토레지스트 패턴을 형성한다. 또한, BOE(buffered-oxide etch), 불산(HF) 또는 이들의 희석 용액을 사용하여 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하는 습식 식각 공정을 실시하여 상기 식각 마스크(20)의 일부를 제거함으로써 식각 마스크 패턴(25)을 형성할 수 있다.
이러한 식각 마스크 패턴(25)은 기판(10)에 형성될 요철의 형상, 구조 및 배치 패턴에 따라 다양하게 형성된다. 도 4a에 도시한 바와 같이 스트라이프형 구조(25)로 형성하거나, 도 4b에 도시한 바와 같이 다수의 스프라이프가 모두 연결된 격자형 구조(26)로 형성할 수도 있다. 또한, 도 4c에 도시한 바와 같이 정사각형을 포함한 구조(27)로 형성하거나, 도 4d에 도시한 바와 같이 마름모 또는 평행사변형을 포함한 구조(28)로 형성하거나, 도 4e에 도시한 바와 같이 육각형을 포함한 구조(29)로 형성할 수도 있다. 또한, 이러한 다각형을 포함한 구조의 배치 패턴은 도 4c 및 도 4e와 같이 다수의 다각형이 수평선 및 수직선과 같은 서로 직각으로 이루어진 직선 상에 배치될 수 있고, 도 4d와 같이 다수의 다각형이 서로 수직이 아닌 소정의 기울기를 갖는 직선 상에 배치될 수도 있다.
상술한 식각 마스크 패턴은 이에 한정되지 않고, 다각형, 원형, 타원형 등을 포함하는 다양한 구조로 형성할 수 있으며, 볼록부 또는 오목부를 포함한 요철을 형성할 수 있는 형상으로 매우 다양하게 형성할 수 있다. 또한, 그의 배치 패턴도 다양하게 형성할 수 있다.
이후, 상기 식각 마스크 패턴(25)을 이용한 기판(10) 식각을 실시하여 기판(10) 표면에 요철을 형성한다.
기판(10)의 습식 식각을 위한 식각 용액으로, 사파이어(Al2O3) 또는 GaN 기판인 경우에 H2SO4 또는 H3PO4 용액을 사용할 수 있고, SiC 기판인 경우에 BOE(buffered-oxide etch) 또는 HF 용액을 사용할 수 있고, Si 기판인 경우에 BOE(buffered-oxide etch), HF, HNO3 또는 KOH 용액을 사용할 수 있고, ZnO 기판인 경우에 NaCl 용액을 사용할 수 있고, GaAs 기판인 경우에 H2SO4, NaOH 또는 HNO3 용액을 사용할 수 있고, GaP 또는 InP 기판인 경우에 H2SO4와 KBrO3 혼합 용액을 사용할 수 있다. 물론, 상술한 식각 용액에 한정되지 않고 기타 다양한 식각 용액을 사용할 수 있다.
기판(10)의 습식 식각은 기판(10)의 결정 방향, 식각 마스크 패턴, 식각 용액의 혼합비, 식각 온도, 식각 시간 등의 식각 변수에 따라 식각 단면의 형상을 다양하게 형성할 수 있다.
도 5a를 참조하면, 상기 식각 마스크 패턴(25)을 식각 마스크로 하여 습식 식각을 실시하여 기판(10) 표면에 요철(11a, 11b, 11c)을 형성한다. 상기 요철(11a, 11b, 11c)은 수평면으로 이루어진 볼록부(11a)와, 수평면으로 이루어진 오목부(11b)와, 상기 볼록부(11a)와 오목부(11b)를 연결하여 소정의 기울기를 갖는 경사진 평면으로 이루어진 측면(11c)을 포함한다.
상기 요철의 볼록부는 도 5a에 도시한 볼록부(11a)와 같이 수평면으로 이루어질 수 있으며, 도 5b에 도시한 볼록부(12a)와 같이 선 또는 점의 형태로 이루어질 수 있다. 또한 상기 요철의 오목부는 마찬가지로 도 5a 및 도 5b에 도시한 오목부(11b, 12b)와 같이 수평면으로 이루어질 수 있으며, 도 5c에 도시한 오목부(13b)와 같이 선 또는 점의 형태로 이루어질 수 있다. 또한, 도 5d에 도시한 바와 같이 요철의 볼록부(14a) 및 오목부(14b)가 동시에 선 또는 점의 형태로 이루어질 수 있다. 물론 상술한 바에 한정되지 않고, 요철의 볼록부 및 오목부는 수평면, 선 또는 점의 다양한 형태가 조합된 구조로 이루어질 수 있다.
상기 요철의 측면(11c)은 반도체층의 수평한 표면과 수직으로 형성되는 경우, 반도체층에서 발생되는 빛의 상당량이 수직으로 형성된 요철의 측면과 반도체층의 표면 또는 요철의 임의의 수평면을 통해 계속적으로 내부 전반사되어 외부로 투과하지 못하고, 결국 발광 다이오드의 적출 효율을 감소시킨다. 따라서 발광 다이오드의 적출 효율을 높이기 위해서는 상기 요철의 측면이 반도체층의 표면과 수직이 아닌 소정의 기울기를 갖는 경사진 평면 또는 소정의 곡률을 갖는 곡면인 것이 바람직하다.
이러한 요철의 측면 형상은 도 5a에 도시한 바와 같이 오목부(11b)를 기준으로 서로 마주보는 양 측면(11c)이 동일한 기울기를 갖는 대칭적인 단면 형상으로 이루어지거나, 도 5e에 도시한 바와 같이 오목부(15b)를 기준으로 서로 마주보는 양 측면(15c)이 서로 다른 기울기를 갖는 비대칭적인 단면 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 도 5f에 도시한 바와 같이 다양한 기울기를 갖는 측면이 연결된 단면 형상(16c)으로 이루어지거나, 도 5g에 도시한 바와 같이 소정의 곡률을 갖는 곡면(17c)으로 이루어질 수 있다. 이와 같이 상술한 요철의 측면 형상은 반도체층의 표면과 수직인 면을 포함하지 않는 다양한 형상으로 형성할 수 있다.
종래 건식 식각보다 보다 단순한 습식 식각 공정을 통해 요철을 형성할 수 있으며, 식각 마스크 패턴, 식각 용액의 혼합비, 식각 용액의 온도, 식각 시간 등의 식각 변수에 따라 식각 단면의 형상을 다양하게 형성할 수 있다.
또한, 상기 언급한 바와 같이 다양하게 형성된 식각 마스크 패턴(25)의 형상에 따라, 기판(10) 식각으로 형성된 요철 구조의 형상도 다양하게 형성할 수 있다. 즉, 도 4a 내지 도 4e에 도시한 바와 같은 다양한 식각 마스크 패턴의 형상에 따라 요철의 구조를 스트라이프형 구조로 형성하거나, 다수의 스프라이프가 모두 연결된 격자형 구조로 형성할 수도 있으며, 다각형, 원형, 타원형 등을 포함하는 구조로 형성할 수도 있다.
다음으로, 상기와 같이 요철(11a, 11b, 11c)이 형성된 기판(10)의 소정 영역 상에 반도체층을 선택 성장시키기 위한 성장 마스크 패턴(30)을 마련한다. 이는 상기 식각 마스크 패턴(25)을 제거하지 않고 그대로 성장 마스크 패턴(30)으로 이용할 수 있으며, 또는 상기 식각 마스크 패턴(25)을 제거한 후 성장 마스크 패턴(30)을 별도로 형성할 수도 있다. 또한, 성장 마스크 패턴(30)을 형성하지 않고 다음 공정으로 진행할 수도 있다. 즉, 성장 마스크 패턴(30) 없이 요철(11a, 11b, 11c)이 형성된 기판(10) 상에 바로 반도체층을 성장시킬 수도 있다.
상기 식각 마스크 패턴(25)을 그대로 성장 마스크 패턴(30)으로 이용하는 경 우에 상기 성장 마스크 패턴(30)은 상기 볼록부 상에 수평한 층상 구조일 수 있고, 또는 성장 마스크 패턴(30)의 수평 면적이 볼록부의 면적보다 클 수 있다. 즉, 상기의 기판(10)을 식각하는 단계에서 볼록부의 면적이 수평 방향으로의 식각에 의해 도 5b에 도시한 바와 같이 식각 마스크 패턴, 즉 성장 마스크 패턴(30)의 수평 면적보다 작아질 수 있다.
상기 식각 마스크 패턴(25)은 습식 및 건식 식각을 통해 제거할 수 있다. 예를 들어, 상기 식각 마스크 패턴(25)은 BOE(buffered-oxide etch), HF(Hydrofluoric acid), 또는 이들의 희석 용액을 이용한 습식 식각을 통해 제거할 수 있다.
상기 성장 마스크 패턴(30)은 상술한 식각 마스크 패턴(25)의 형성과 동일한 공정을 통해 형성할 수 있다. 이 때, 성장 마스크 패턴(30)은 상기 식각 마스크 패턴(25)과 동일한 물질을 사용할 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다.
상기 기판에 형성된 요철의 볼록부가 수평면인 경우에, 상기 성장 마스크 패턴은 볼록부 수평면 면적의 90% 이상을 덮는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않고 이보다 작은 면적을 덮을 수도 있다. 즉, 도 6a에 도시한 바와 같이 성장 마스크 패턴(30)이 요철 볼록부(11a)의 전체 수평면 상에 형성되거나, 도 6b에 도시한 바와 같이 성장 마스크 패턴(31)이 요철 볼록부(11a)의 면적보다 작게 형성될 수도 있다. 또한, 도 6c에 도시한 바와 같이 성장 마스크 패턴(32)이 요철 볼록부(11a)의 전체 수평면 및 요철 측면(11c)의 일부 상에 형성될 수 있다. 또한, 도 6d에 도시한 바와 같이 성장 마스크 패턴(33)이 요철 볼록부(11a)의 전체 수평면, 요철 측 면(11c) 및 요철 오목부(11b)의 일부 상에 형성될 수도 있다.
또한, 상기 기판에 형성된 요철 볼록부가 선 또는 점인 경우, 또는 요철 볼록부가 요철 측면 및 요철 오목부에 비해 상대적으로 작은 면적을 갖는 경우에, 도 6e에 도시한 바와 같이 성장 마스크 패턴(34)이 요철 볼록부(12a) 및 요철 측면(12c) 상에 형성될 수 있으며, 또는 도 6f에 도시한 바와 같이 성장 마스크 패턴은 생략될 수도 있다.
이는 상기 식각에 의해 형성된 기판의 결정면, 즉 요철의 오목부 또는 측면에서 반도체층이 주도적으로 성장하도록 하기 위함이다. 따라서 상기 기판에 형성된 요철의 볼록부가 수평면인 경우에, 성장 마스크 패턴은 상기와 같이 적어도 볼록부 수평면 면적의 90% 이상을 덮는 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
성장 마스크 패턴의 형태 및 위치는 상술한 바에 한정되지 않고, 식각에 의해 형성된 기판의 결정면에서 반도체층이 주도적으로 성장될 수 있도록 적절하게 조절될 수 있다. 또한, 상기 성장 마스크 패턴의 단면은 다양한 형태일 수 있으며, 그 두께도 공정에 따라 다양하게 형성될 수 있다.
이러한 성장 마스크 패턴은 식각에 의해 형성된 기판의 결정면, 즉 요철의 오목부 또는 측면에서 수직 성장된 반도체층이 볼록부 상에서 수평 성장되도록 하여 반도체층 표면까지의 관통 전위의 전파를 상당수 감소시킬 수 있다. 이에 따라 기판 상에 성장되는 발광 다이오드의 내부 양자 효율, 성능 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한 이러한 성장 마스크 패턴을 기판보다 굴절률이 작은 물질로 형성하는 경우에, 반도체층과 성장 마스크의 계면에서 빛의 반사율을 높일 수 있으며, 반도체층에서 발생되는 빛을 분산시켜 반도체층 내부에서 전반사하는 횟수를 줄임으로써 발광 다이오드의 적출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 언급한 바와 같이 상기 기판에 형성된 요철 볼록부가 선 또는 점인 경우, 또는 요철 볼록부가 요철 측면 및 요철 오목부에 비해 상대적으로 작은 면적을 갖는 경우에, 성장 마스크 패턴이 생략될 수도 있다.
요철의 볼록부가 선 또는 점으로 이루어지고 상기 볼록부 상에 성장 마스크 패턴이 없는 경우, 요철의 오목부 뿐만 아니라 측면 및 볼록부에서도 반도체층의 수직 성장이 이루어질 수 있다. 이 때, 요철 구조를 이루는 면, 선 또는 점 상에 성장되는 반도체층은 성장 조건에 따라 각각 다른 성장률로 성장된다. 따라서, 요철 구조의 임의의 부분, 즉 면, 선 또는 점으로부터 주도적인 수직 성장이 이루어질 수 있으며, 주도적인 수직 성장이 이루어진 부분으로부터 성장률이 상대적으로 작은 부분으로 수평 성장이 일어날 수 있다.
또한, 요철의 볼록부가 수평면으로 이루어지고 상기 볼록부 상에 성장 마스크 패턴이 없는 경우, 볼록부에서의 주도적인 수직 성장이 이루어지지 않도록 하기 위해서는 볼록부 면적이 상대적으로 작은 것이 바람직하다. 예를 들어, 요철의 패턴이 스트라이프 구조, 또는 다수의 스트라이프가 모두 연결된 격자형 구조로 형성되는 경우, 볼록부를 이루는 수평면의 너비는 1㎛보다 작은 것이 바람직하다. 또한, 요철이 패턴이 다각형을 포함하는 구조이거나, 폐곡선 또는 직선 등이 이루는 임의의 도형을 포함하는 구조인 경우, 볼록부를 이루는 수평면의 면적은 1㎛2보다 작은 것이 바람직하다.
이후, 도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 상기 요철(11a, 11b, 11c) 및 성장 마스크 패턴(30)이 형성된 기판(10) 상에 반도체층(40)을 형성한다.
반도체로는 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN 등이 있으며, 이 때 제조되는 반도체층에 따라 MOCVD 장비에 주입되는 분위기(캐리어) 가스, 원료 가스들을 다양하게 변화시킬 수 있다. 즉, 반도체층(40)으로 GaN 반도체층을 형성할 경우, 분위기 가스로 질소, 수소 또는 질소와 수소의 혼합가스를 이용하며, Ga 소스로 트리메틸갈륨(Trimethygallium)과 N 소스로 암모니아(NH3)를 이용하여 성장한다. 여기서, Ga 소스로 상기 트리메틸갈륨 대신 트리에틸갈륨(Triethygallium)을 사용할 수도 있고, 또한 N 소스로 암모니아에 N2H4를 첨가하여 사용할 수 있고 디메틸히드라진(Dimethylhyrazine)을 사용할 수도 있다.
상기 반도체층(40)으로 InN 반도체층을 형성할 경우, 분위기 가스로 질소를 이용하며, In 소스로 트리메틸인듐(Trimethyindium)과 N 소스로 암모니아(NH3)를 이용하여 성장한다. 여기서, 분위기 가스와 In 소스 및 N 소스 가스가 다양하게 변경될 수 있음은 물론이다.
상기 반도체층(40)으로 AlN 단결정 박막을 형성할 경우, 분위기 가스로 수소를 이용하며, Al 소스로 트리메틸알루미늄(Trimethyalumium)과 N 소스로 암모니 아(NH3)를 이용하여 성장한다. 여기서, 분위기 가스와 Al 소스 및 N 소스 가스가 다양하게 변경될 수 있음은 물론이다.
상기 반도체층(40)으로 InGaN 단결정 박막을 형성할 경우, 분위기 가스로 질소를 이용하며, In 소스로 트리메틸인듐(Trimethyindium)과 Ga 소스로 트리메틸갈륨(Trimethygallium)과 N 소스로 암모니아(NH3)를 이용하여 성장한다. 여기서, 분위기 가스와 In 소스, Ga 소스 및 N 소스 가스가 다양하게 변경될 수 있음은 물론이다.
상기 반도체층(40)으로 AlGaN 단결정 박막을 형성할 경우, 분위기 가스로 수소를 이용하며, Al 소스로 트리메틸알루미늄(Trimethyalumium)과 Ga 소스로 트리메틸갈륨(Trimethygallium)과 N 소스로 암모니아(NH3)를 이용하여 성장한다. 여기서, 분위기 가스와 In 소스, Al 소스, Ga 소스 및 N 소스 가스가 다양하게 변경될 수 있음은 물론이다.
또한, 상기 반도체층(40)으로 InAlGaN 단결정 박막을 형성할 경우, 분위기 가스로 수소 또는 질소를 이용하며, In 소스로 트리메틸인듐(Trimethyindium)과, Al 소스로 트리메틸알루미늄(Trimethyalumium)과 Ga 소스로 트리메틸갈륨(Trimethygallium)과 N 소스로 암모니아(NH3)를 이용하여 성장한다. 여기서, 분위기 가스와 In 소스, Al 소스, Ga 소스 및 N 소스 가스가 다양하게 변경될 수 있음은 물론이다.
상기 반도체층(40)의 성장은 저온 핵형성 층(low-temperature nucleation layer) 또는 저온 버퍼층(low-temperature buffer layer)을 형성하는 제 1 단계, 에피택셜층이 수직 성장하는 제 2 단계 및 에피택셜층이 수평 성장하는 제 3 단계를 포함한다. 이러한 기본 단계 이외에 다른 단계가 더 추가되거나, 상기 단계의 일부가 생략될 수도 있다.
상기 반도체층(40)을 제조하는 각 단계는 여러 가지 박막 성장 조건을 제어하여 달성되며, 예를 들면 성장 온도를 제어하여 달성될 수 있다. 즉, 저압 MOCVD 장비를 이용하는 경우에, 400 내지 800℃의 상대적으로 낮은 온도에서 에피택셜층의 성장을 위한 저온 핵형성층 또는 저온 버퍼층을 형성한 후, 900 내지 1150℃의 온도에서 에피택셜층의 수직 성장을 촉진시키고, 보다 높은 1050 내지 1200℃의 온도에서 에피택셜층의 수평 성장을 촉진시켜 형성한다. 이러한 성장 단계는 상기 에피택셜층의 수직 및 수평 성장으로 인해 평탄하고 연속적인 반도체층을 형성할 때까지 지속될 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고 원하는 목적에 따라 다양하게 형성할 수 있으며, 예를 들어 반도체층이 봉합되지 않아 불연속적인 반도체층을 형성할 수도 있고, 연속적인 반도체층의 표면에 요철 구조가 형성될 수도 있다.
이러한 온도 조건 외에도 공급되는 원료의 비율, 분위기 가스, 압력, 시간 등을 조절하여 에피택셜층의 수직 성장 및 수평 성장을 제어할 수 있다. 에피택셜층의 성장을 위한 장비에 따라 차이가 있을 수 있으나, 일반적으로 수평형 반응로를 갖는 MOCVD 장비의 경우, (Ⅴ족 소스 유량/Ⅲ족 소스 유량)의 비율을 높이거나, 성장 압력을 줄이거나, 성장 온도를 높임으로써, 수직 성장률에 대한 수평 성장률의 상대적 비율을 높일 수 있다.
도 7a에서 볼 수 있듯이, 기판 식각에 의해 형성된 요철의 오목부(11b)와 측면(11c) 상에 에피택셜층이 성장하고, 수평면으로 이루어진 볼록부(11a) 상에는 성장 마스크 패턴(30)으로 인해 에피택셜층이 성장하지 않는다. 상기 요철의 오목부(11b)와 측면(11c) 에서 성장한 에피택셜층은 그 상부가 삼각형 또는 사다리꼴의 단면 형상으로 수직 성장될 수 있으며, 이는 반도체층(40)에 존재하는 관통 전위를 감소시키기 위해 바람직하다. 즉, 반도체층(40)의 삼각형 또는 사다리꼴의 기울어진 측면으로 인해 관통 전위를 수평 성장 단계에서 수평 방향으로 꺽음으로써, 관통 전위를 현저하게 감소시킬 수 있다. 또한, 도 7b에서 볼 수 있듯이 요철의 오목부(11b)와 측면(11c)으로부터 수직 성장한 에피택셜층이 볼록부(11a) 상에 형성된 성장 마스크 패턴(30)을 가로질러 수평 성장하여 덮게 된다. 이러한 수직 및 수평 성장이 진행되며 오목부(11b)와 측면(11c)으로부터 수평 성장된 에피택셜층은 인접한 오목부(11b)와 측면(11c)으로부터 수평 성장된 에피택셜층과 봉합되어 도 7c에 도시한 바와 같은 연속적인 저결함 반도체층(40)을 형성한다.
이와 같이 수직 및 수평 성장에 의해 형성된 반도체층은 관통 전위가 표면으로 전달되는 것을 감소시키고, 반도체층의 결정성을 향상시켜 내부 양자 효율을 증가시킬 수 있다.
뿐만 아니라 다양한 각을 갖는 기판의 요철면(11a, 11b, 11c)과 성장 마스크 패턴(30)이 발광 빛의 진행 방향을 다양한 각도로 변화시켜 보다 용이하게 광을 추출할 수 있게 돕는다. 따라서 활성층에서 발생한 광이 전반사되는 수가 감소하고 외부로 방출될 확률이 높아져 외부 양자 효율이 현저하게 향상된다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명에 따라 제조된 반도체층의 다른 예를 설명하기 위한 것으로, 도 8a에 도시한 바와 같이 수직 및 수평 방향으로 성장된 에피택셜층이 상기 요철 볼록부(15a) 상에서 봉합되지 않아 불연속적인 반도체층(41)을 형성할 수 있고, 도 8b에 도시한 바와 같이 수직 및 수평 방향으로 성장된 에피택셜층이 봉합되어 형성된 연속적인 반도체층(42)의 표면에 요철 구조(47)를 형성할 수 있고, 또한 도 8b 및 도 8c에 도시한 바와 같이 에피택셜층이 봉합되어 형성된 연속적인 반도체층(42, 43) 내부에 봉합부 공동(void, 45)를 형성할 수도 있다.
상기 도 8a 또는 도 8b의 경우와 같이 반도체층(41, 42)의 표면이 연속적인 수평면이 아닌 경우에, 상기 반도체층(41, 42) 상에 성장되는 발광 다이오드의 활성층 표면은 연속적인 수평면이 아닐 수 있으며, 발광 다이오드의 표면 역시 연속적인 수평면이 아닐 수 있다. 즉, 불연속적이거나 요철 구조가 형성된 반도체층(41, 42) 상에 성장되는 발광 다이오드의 활성층 또는 발광 다이오드의 표면을 불연속적인 구조 및 요철 구조로 형성할 수 있다. 이러한 경우 발광 다이오드의 활성층에서 발광된 빛이 발광 다이오드의 내부에서 내부 전반사하는 횟수를 줄임으로써 발광 다이오드의 적출 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 발광 다이오드의 활성층이 요철 구조로 형성되는 경우에, 평탄한 표면의 활성층과 비교하여 그 부피가 증가하기 때문에 빛의 발광 영역을 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 도 8c의 경우와 같이 반도체층(43)의 내부에 형성된 공동(45)은 빛을 반사, 산란 또는 분산시켜 내부에서 전반사되는 비율을 감소시키고, 발광 다이오드의 적출 효율을 증가시킬 수 있다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명에 따라 제조된 반도체층의 또다른 예를 설명하기 위한 것으로, 요철(12a, 12b, 12c)이 형성된 기판(10) 상에 성장 마스크 패턴 없이 반도체층(44)을 형성할 수도 있다. 도 9a에서 볼 수 있듯이 기판(10) 식각에 의해 형성된 요철의 오목부(12b)로부터 에피택셜층이 그 상부가 삼각형 또는 사다리꽁의 단면 형상으로 수직 성장하고, 도 9b에서 볼 수 있듯이 요철의 오목부(12b)로부터 수직 성장한 에피택셜층이 요철의 측면(12c)과 볼록부(12a)를 가로질러 수평 성장하여 덮게 된다. 이러한 수직 및 수평 성장이 진행되며 오목부(12b)로부터 수평 성장된 에피택셜층은 인접한 오목부(12b)로부터 수평 성장된 에피택셜층과 봉합되어 도 9c에 도시한 바와 같은 연속적인 저결함 반도체층(44)을 형성한다. 여기서, 요철의 오목부(12b)로부터 수직 성장하는 것에 한정되지 않고, 측면(12c) 및 볼록부(12a)에서도 에피택셜층의 수직 성장이 이루어질 수 있다. 이 때, 요철을 이루는 볼록부(12a), 오목부(12b) 및 측면(12c) 상에 성장되는 에피택셜층은 성장 조건에 따라 각각 다른 성장률로 성장되며, 즉 요철(12a, 12b, 12c)의 임의의 부분으로부터 주도적인 수직 성장이 이루어지고, 주도적인 수직 성장이 이루어진 부분으로부터 성장률이 상대적으로 작은 부분으로 수평 성장이 일어날 수 있다. 또한, 반도체층(44)의 표면을 불연속적이거나 요철 구조를 포함하도록 형성할 수도 있다.
본 발명의 반도체층의 제조 방법은 상술한 바에 한정되지 않고, 다양한 수정과 변경이 가능하다. 예를 들어, 상술한 바는 수직 성장시 요철의 오목부와 측면으로부터 성장되는 에피택셜층이 삼각형 또는 사다리꼴의 단면 형상으로 형성되었으나, 이에 한정되지 않고, 에피택셜층이 사각형의 단면 형상으로 형성될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 10 내지 도 13은 본 발명에 따른 일 실시예를 나타내는 광학 현미경 사진 및 SEM 사진이다.
먼저, 사파이어(Al2O3) 기판 상에 SiO2 식각 마스크를 PECVD 방법을 통해 증착한다. 상기 식각 마스크의 두께는 100 내지 2000Å이 바람직하며, 기판의 식각 깊이, 식각 마스크의 재료, 식각 마스크의 증착 방법 및 증착 조건에 따라 달라질 수 있다. 또한 상기 식각 마스크가 추후 반도체층의 선택 성장을 위한 성장 마스크 패턴으로 이용될 경우, 이보다 더 두껍게 증착할 수도 있다.
다음으로, 상기 식각 마스크 상에 포토레지스트를 1㎛ 이상의 두께로 코팅한 후, 사진 식각 공정을 통해 포토레지스트 패턴을 형성한다. 또한, BOE(buffered-oxide etch), 불산(HF) 또는 이들의 희석 용액을 사용하여 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하는 습식 식각 공정을 실시하여 상기 SiO2 식각 마스크 패턴을 형성한다.
이후, 상기 SiO2 식각 마스크 패턴을 이용한 기판 식각을 실시하여 기판 표면에 요철을 형성한다. 본 실시예에 따른 사파이어 기판 표면의 요철은 습식 식각에 의해 형성되고, 식각 용액은 황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 황산과 인산의 혼합 용액 또는 이들의 희석 용액으로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.
본 실시예는 상기 SiO2 식각 마스크 패턴을 도 4a에 도시한 바와 같이 스트 라이프형 구조로 형성하고, 상기 스트라이프형 구조의 길이 방향이 사파이어 기판 결정의 <11-20> 방향에 평행하도록 형성한다. 또한, 식각 용액은 황산 : 인산의 부피 비율이 3:1인 황산과 인산의 혼합 용액을 사용하고, 275℃의 식각 온도에서 5분 동안 습식 식각을 진행하였다.
도 10은 이러한 습식 식각을 실시하여 기판(100) 표면에 요철(110a, 110b, 110c)이 형성된 경우의 단면을 나타낸 광학 현미경 사진이다. 도면에서 볼 수 있듯이, 기판(100) 표면에 형성된 요철(110a, 110b, 110c)은 수평면으로 이루어진 볼록부(110a) 및 오목부(110b)를 포함하고, 상기 오목부(110b)를 기준으로 서로 다른 기울기를 갖는 비대칭적인 단면 형상의 측면(110c)을 포함한다.
동일한 식각 마스크 패턴을 사용하더라도, 식각 마스크의 패턴, 식각 용액의 물질, 식각 용액의 혼합비, 식각 온도, 식각 시간 등의 조건을 다르게 하여, 다양한 형상의 식각 단면 형상을 얻을 수 있다. 예를 들어, 상술한 바와 동일한 스트라이프형 구조의 식각 마스크 패턴을 이용하는 경우에, 상기 스트라이프형 구조의 길이 방향이 사파이어 기판 결정의 <11-00> 방향에 평행하도록 형성하고 상기와 동일한 식각 조건 하에 식각을 진행하여, 도 11a에 도시한 바와 같은 단면 형상의 요철(111a, 111b, 111c)을 형성할 수 있다. 즉, 기판 표면에 형성된 요철(111a, 111b, 111c)은 수평면으로 이루어진 볼록부(111a) 및 오목부(111b)를 포함하고, 상기 오목부(111b)를 기준으로 동일한 기울기를 갖는 대칭적인 단면 형상의 측면(111c)을 포함한다. 또한, 동일한 스트라이프형 식각 마스크 패턴을 이용하여 상기와 동일한 식각 조건 하에 볼록부의 수평면이 사라질 때까지 식각을 진행하는 경 우에, 도 11b의 SEM 사진에서 볼 수 있듯이, 상기 요철(112a, 112b, 112c)의 볼록부(112a)를 선의 형태로 형성할 수도 있다. 이와 같이 식각 조건에 따라 요철의 볼록부 또는 오목부를 수평면, 선 또는 점의 형태로 형성할 수 있고, 상기 볼록부와 오목부를 연결하는 측면을 일정한 기울기 또는 곡률을 갖는 면으로 형성하거나, 다양한 기울기 또는 곡률을 갖는 다수개의 면으로 형성할 수 있다. 또는 식각 깊이 및 너비를 다양하게 형성할 수 있다.
다음으로, 상기와 같이 요철이 형성된 기판의 소정 영역 상에 반도체층을 선택 성장시키기 위한 성장 마스크 패턴을 마련한다. 이는 상기 식각 마스크 패턴을 제거하지 않고 그대로 성장 마스크 패턴으로 이용할 수 있으며, 또는 상기 식각 마스크 패턴을 제거한 후 성장 마스크 패턴을 별도로 형성할 수도 있다. 본 실시예는 상기 식각 마스크 패턴을 그대로 성장 마스크 패턴으로 이용하였다. 물론 이에 한정되지 않고, 요철의 볼록부가 선 또는 점인 경우에 성장 마스크 패턴 없이 진행할 수도 있다.
이후, 상기 요철 및 성장 마스크 패턴이 형성된 기판 상에 반도체층을 형성한다. 상기 언급한 바와 같이, 반도체층의 성장은 3단계의 성장 단계를 포함한다. 즉, 제 1 단계에서는 초기의 비교적 저온에서 에피택셜층의 성장을 위한 저온 핵형성층 또는 저온 버퍼층을 증착하고, 제 2 단계에서는 에피택셜층의 상부를 삼각형 또는 사다리꼴의 단면 형상으로 수직 성장시키고, 제 3 단계는 에피택셜층을 수평 성장시킨다. 이러한 에피택셜층의 수직 및 수평 성장은 평탄하고 연속적인 반도체층을 형성할 때까지 지속될 수 있다.
이를 위해, 본 실시예는 요철이 형성된 사파이어 기판 상에 560℃의 저온에서 1분 45초 동안 질화갈륨(GaN)의 저온 핵형성층을 성장시킨다. 상기 저온 핵형성층 상에 1020℃의 수직 성장이 활발한 온도에서 60분동안 질화갈륨 에피택셜층을 성장시킨다. 그 다음에, 1160℃의 수평 성장이 활발한 온도에서 120분동안 질화갈륨 에피택셜층을 성장시킨다.
도 12는 본 실시예의 수직 성장된 질화갈륨 반도체층을 나타낸 단면 사진으로, 질화갈륨 에피택셜층은 요철의 오목부(110b) 및 측면(110c)으로부터 수직 성장된다. 도 13은 본 실시예의 수직 및 수평 성장된 질화갈륨 반도체층을 나타낸 사진으로, 성장이 진행됨에 따라 볼록부(110a)를 가로질러 수평 성장된 질화갈륨 에피택셜층은 볼록부(110a) 상의 성장 마스크 패턴을 덮고, 인접한 오목부(110b) 및 측면(110c)으로부터 수평 성장된 질화갈륨 에피택셜층과 봉합하여 저결함 질화갈륨 반도체층(400)을 형성하는 것을 볼 수 있다. 또한 볼록부(110a) 상의 질화갈륨 반도체층(400) 내부에 봉합부 공동(450)을 포함할 수 있다.
도 14 내지 도 16은 본 발명에 따른 다른 실시예를 나타내는 광학 현미경 사진 및 SEM 사진이다. 이는 상기 실시예의 경우와 거의 동일한 공정을 통해 진행되며, 단지 다른 구조의 식각 마스크 패턴을 이용하여 기판에 형성되는 요철의 형상이 상이하다. 이에 대해 상기와 중복되는 구체적인 설명은 생략한다.
먼저, 사파이어(Al2O3) 기판 상에 SiO2 식각 마스크 패턴을 형성한 후, 이를 이용한 기판 식각을 실시하여 기판 표면에 요철을 형성한다.
본 실시예는 상기 SiO2 식각 마스크 패턴을 다각형을 포함하는 구조, 즉 도 4d에 도시한 바와 같이 두각이 60도이고 다른 두각은 120도인 마름모 패턴이 배열되도록 형성한다. 또한, 식각 용액은 황산 : 인산의 부피 비율이 3:1인 황산과 인산의 혼합 용액을 사용하고, 275℃의 식각 온도에서 5분 동안 습식 식각을 진행하였다.
도 14는 이러한 습식 식각을 실시하여 기판 표면에 요철(113a, 113b, 113c)이 형성된 경우의 단면을 나타낸 SEM 사진이다. 도면에서 볼 수 있듯이, 수평면으로 이루어진 볼록부(113a)와 경사진 측면(113c)으로 구성되어 절두된 피라미드 형태의 요철을 형성할 수 있다.
상기 언급한 바와 같이, 식각 마스크 패턴, 식각 용액의 물질, 식각 용액의 혼합비, 식각 온도, 식각 시간 등의 조건을 다르게 하여, 다양한 형상의 식각 형상을 얻을 수 있다. 예를 들어, 도 4c에 도시한 바와 같이 정사각형을 포함하는 구조의 식각 마스크 패턴을 이용하여 상기와 동일한 식각 조건 하에 식각을 진행하는 경우에, 도 15a의 SEM 사진에서 볼 수 있듯이 수평면으로 이루어진 볼록부(114a)와 경사진 측면(114c)으로 구성되어 절두된 피라미드 형태의 요철을 형성할 수 있다. 또한, 본 실시예와 동일한 식각 마스크 패턴, 즉 마름모형을 포함한 구조의 식각 마스크 패턴을 이용하여 상기와 동일한 식각 조건 하에 볼록부의 수평면이 사라질 때까지 식각을 진행하는 경우에, 도 15b의 광학 현미경 사진에서 볼 수 있듯이, 볼록부(115a)가 점으로 이루어진 피라미드 형태의 요철을 형성할 수 있다. 또한, 도 15c의 SEM 사진에서 볼 수 있듯이, 소정의 기울기 또는 곡률을 갖는 다수개의 면으로 형성된 측면(116c)을 포함하는 요철(116a, 116b, 116c)을 형성할 수도 있다. 이와 같이 식각 조건에 따라 요철의 배열 구조, 패턴 또는 단면 형상 등을 다양하게 형성할 수 있다.
다음으로, 상기 식각 마스크 패턴을 그대로 성장 마스크 패턴으로 이용하여 상기 요철 및 성장 마스크 패턴이 형성된 기판 상에 반도체층을 형성한다. 즉, 요철이 형성된 사파이어 기판 상에 560℃의 저온에서 1분 45초 동안 질화갈륨(GaN)의 저온 핵형성층을 성장시킨다. 상기 저온 핵형성층 상에 1020℃의 수직 성장이 활발한 온도에서 60분동안 질화갈륨 에피택셜층을 성장시킨다. 그 다음에, 1160℃의 수평 성장이 활발한 온도에서 120분동안 질화갈륨 에피택셜층을 성장시킨다.
상기의 도 14에 도시한 바와 같이 절두된 피라미드 형태의 요철(114a, 114b, 114c)이 형성된 기판 상에 질화갈륨 반도체층을 형성한 경우, 수직 성장된 질화갈륨 반도체층을 나타낸 SEM 사진인 도 16에서 볼 수 있듯이, 질화갈륨 에피택셜층은 요철의 오목부로부터 주도적으로 성장되어 벌집 형태의 질화갈륨 반도체층(410)이 형성될 수 있다. 물론 요철(114a, 114b, 114c)이 형성된 기판 상에 질화갈륨 반도체층을 지속적으로 수직 및 수평 성장시키는 경우에, 수평 성장된 에피택셜층은 인접한 기판 영역에서 수직 및 수평 성장된 에피택셜층과 봉합되어 평탄하고 연속적인 저결함 반도체층을 형성할 수 있다.
도 17 및 도 18은 본 발명에 따른 또다른 실시예를 나타내는 광학 현미경 사진이다. 이는 상기 실시예의 경우와 거의 동일한 공정을 통해 진행되며, 단지 식각 조건을 달리 하여 기판에 형성되는 요철의 형상이 상이하다. 이에 대해 상기와 중복되는 구체적인 설명은 생략한다.
먼저, 사파이어(Al2O3) 기판 상에 SiO2 식각 마스크 패턴을 형성한 후, 이를 이용한 기판 식각을 실시하여 기판 표면에 요철을 형성한다.
본 실시예는 상기 SiO2 식각 마스크 패턴을 다각형을 포함하는 구조, 즉 두각이 60도이고 다른 두각은 120도인 마름모 패턴이 배열되도록 형성한다. 또한, 식각 용액은 황산 : 인산의 부피 비율이 3:1인 황산과 인산의 혼합 용액을 사용하고, 275℃의 식각 온도에서 상대적으로 장시간동안, 즉 15분 이상 습식 식각을 진행하였다.
도 17은 이러한 습식 식각을 실시하여 기판 표면에 요철(117a, 117b, 117c)이 형성된 경우의 단면을 나타낸 광학 현미경 사진이다. 도면에서 볼 수 있듯이, 볼록부(117a)와 오목부(117b)가 모두 점으로 이루어진 피라미드 형태의 요철(117a, 117b, 117c)을 형성할 수 있다.
또한, 이와 같이 볼록부(117a)와 오목부(117b)가 모두 점으로 이루어진 피라미드 형태의 요철(117a, 117b, 117c)이 형성된 기판 상에 성장 마스크 패턴 없이 질화갈륨 반도체층을 형성할 경우, 수직 성장된 질화갈륨 반도체층을 나타낸 광학 현미경 사진인 도 18에서 볼 수 있듯이, 질화갈륨 에피택셜층은 식각에 의해 형성된 기판의 임의의 부분, 즉 면, 선 또는 점으로부터 주도적으로 수직 성장되어 절두된 삼각 피라미드 형태의 질화갈륨 반도체층(420)이 형성될 수 있다. 여기서, 요 철(117a, 117b, 117c) 구조를 이루는 면, 선 또는 점 상에 성장되는 반도체층은 성장 조건에 따라 각각 다른 성장률로 성장되며, 요철(117a, 117b, 117c) 구조의 임의의 부분, 즉 면, 선 또는 점으로부터 주도적인 수직 성장이 이루어지고, 주도적인 수직 성장이 이루어진 부분으로부터 성장률이 상대적으로 작은 부분으로 수평 성장이 일어날 수 있다. 물론 요철(117a, 117b, 117c)이 형성된 기판 상에 질화갈륨 반도체층을 지속적으로 수직 및 수평 성장시키는 경우에, 수평 성장된 에피택셜층은 인접한 기판 영역에서 수직 및 수평 성장된 에피택셜층과 봉합되어 평탄하고 연속적인 저결함 반도체층을 형성할 수 있다.
도 19 및 도 20은 본 발명에 따른 상기 일 실시예로서 사파이어 기판 결정의 <11-20> 방향과 평행한 스트라이프형 요철 구조가 형성된 기판 상에 성장된 질화갈륨 반도체층의 부분 단면을 나타낸 TEM(Transmission Electron Microscopy) 사진이다.
요철의 오목부와 질화갈륨 반도체층을 나타낸 도 19를 참조하면, 요철의 오목부(110b)와 질화갈륨 반도체층(400)의 경계면에서부터 관통 전위(500)가 전파되는 것을 볼 수 있다. 또한, 관통 전위(430)가 삼각형 단면 형태로 성장된 질화갈륨 반도체층(400)의 기울어진 측면(440)으로 꺾이는 것을 볼 수 있다. 이로 인해 오목부(110b) 상에 수직 성장하는 질화갈륨 반도체층의 표면부에서 관통 전위의 밀도가 감소될 수 있다.
또한, 요철의 볼록부 상으로 수평 성장하여 형성된 질화갈륨 반도체층(400) 표면의 단면을 나타낸 도 20을 참조하면, 질화갈륨 반도체층(400)의 수평성장으로 인해 수직 방향으로 전파되는 관통 전위가 관찰되지 않음을 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 구조물의 제조 방법은 상술한 바에 한정되지 않고, 다양한 수정과 변경이 가능하다. 예를 들어, 반도체층의 성장을 위한 각 단계에서 반도체층의 수직 및 수평 성장을 위해 성장 온도를 제어하였으나, 이에 한정되지 않고, 공급되는 원료의 비율, 분위기 가스, 압력, 시간 등을 제어할 수도 있다. 또한, 상기의 실시예에서는 질화갈륨 반도체층을 제조하는 것에 관하여 예시하였으나, 이에 한정되지 않고 본 발명은 상기 설명한 바와 같은 질화갈륨 반도체 외에도 원료 물질을 변경하여 다양한 화합물 반도체의 단결정 박막을 제조할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 수평면, 선 또는 점의 형태로 이루어진 볼록부와, 수평면, 선 또는 점의 형태로 이루어진 오목부와, 상기 볼록부와 오목부를 연결하여 소정의 기울기를 갖는 경사진 평면 또는 곡면 형상의 측면을 포함한 요철이 형성된 기판 상에 수직 및 수평 성장에 의해 저결함 반도체층을 형성함으로써, 상기 반도체층 위에 성장되는 반도체 발광 다이오드의 결정 결함을 감소시켜 발광 다이오드의 신뢰성을 높이고, 내부 양자 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 기판 또는 성장 마스크 패턴의 요철 구조에서 반도체층의 표면과 수직이 아닌 다양한 각을 갖는 평면 및 곡면 형상으로 인해 외부 양자 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 반도체 발광 다이오드 및 이의 제조 방법에 대하여 설명한다.
본 발명은 상술한 공정에 따라 제조되어 결정 결함이 감소되고 결정성이 향 상된 반도체층을 성장시켜 반도체 발광 다이오드를 형성하는 것을 특징으로 한다.
도 21 및 도 22는 본 발명에 따른 반도체 발광 다이오드의 일례를 도시한 단면도이다.
도 21을 참조하면, 발광 다이오드는 요철(1100a, 1100b, 1100c) 및 성장 마스크 패턴(3000)이 형성된 기판(1000)과, 상기 기판(1000) 상에 형성된 저결함 반도체층(4000), 상기 반도체층(4000) 상에 순차적으로 형성된 N형 반도체층(5000), 활성층(6000) 및 P형 반도체층(7000)을 포함한다.
이러한 반도체 발광 다이오드의 제조 공정에 대해 설명한다.
먼저, 기판(1000) 상에 상술한 바와 같은 저결함 반도체층(4000)을 형성한다. 즉, 습식 식각을 통해 기판(1000) 표면에 수평면, 선 또는 점의 형태로 이루어진 볼록부(1100a)와, 수평면, 선 또는 점의 형태로 이루어진 오목부(1100b)와, 상기 볼록부(1100a)와 오목부(1100b)를 연결하여 소정의 기울기를 갖는 경사진 평면 또는 곡면 형상의 측면(1100c)을 포함한 요철을 형성한 후, 그 상부에 수직 및 수평 성장에 의해 평탄하고 연속적인 저결함 반도체층(4000)을 형성한다. 여기서, 상기 요철의 오목부(1100b)로부터의 주도적 성장을 위해, 상기 요철의 볼록부(1100a) 상에 성장 마스크 패턴(3000)을 형성한 후 반도체층을 성장시켰으나, 이에 한정되지 않고 다양한 수단을 이용할 수 있으며, 상기 성장 마스크 패턴(3000)은 생략될 수도 있다. 상기 저결함 반도체층(4000) 상에 순차적으로 N형 반도체층(5000), 활성층(6000) 및 P형 반도체층(7000)을 형성한다.
상기 N형 반도체층(5000)은 전자가 생성되는 층으로, N형 불순물이 도핑된 화합물 반도체층을 사용한다.
상기 활성층(6000)은 소정의 밴드 갭으로 양자 우물이 만들어져 전자 및 정공이 재결합되는 영역으로, InGaN을 포함하여 형성할 수 있다. 또한, 활성층(6000)을 이루는 물질의 종류에 따라 전자 및 전공이 결합하여 발생하는 발광 파장이 변화된다. 따라서, 목표로 하는 파장에 따라 활성층(6000)에 포함되는 반도체 재료를 조절하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 P형 반도체층(7000)은 정공이 생성되는 층으로, P형 불순물이 도핑된 화합물 반도체층을 사용한다.
상술한 물질층들은 유기금속 화학 증착법(MOCVD), 화학 증착법(CVD), 플라즈마 화학 증착법(PCVD), 분자선 성장법(MBE), 수소화물 기상 성장법(HVPE) 등을 포함한 다양한 증착 및 성장 방법을 통해 형성된다.
다음으로, 도 22에 도시한 바와 같이 소정의 식각 공정을 통해 상기 P형 반도체층(7000) 및 활성층(6000)의 일부를 제거하여 상기 N형 반도체층(5000)의 일부를 노출시킨 후, P형 반도체층(7000)과 노출된 N형 반도체층(5000) 상에 P형 전극(8000) 및 N형 전극(9000)을 형성한다.
상기 P형 반도체층(7000) 및 반도체 발광 다이오드의 전 영역에 균일한 전류를 낮은 저항으로 주입하고 광의 투과율을 향상시킬 수 있도록, 상기 P형 반도체층(7000)과 상기 P형 전극(8000) 사이에 투명 전극층을 더 형성할 수 있다. 상기 투명 전극층으로는 ITO(Indium Tin Oxide), ZnO 또는 전도성을 갖는 투명 금속을 사용할 수 있다. 또한, 상기 P형 전극(8000) 및 N형 전극(9000)을 형성하기 전에 P 형 반도체층(7000) 또는 노출된 N형 반도체층(5000) 상부에 전류의 공급을 원활히 하기 위한 별도의 오믹 금속층을 더 형성할 수도 있다. 상기 오믹 금속층으로는 Cr, Au를 사용할 수 있다.
상술한 발광 다이오드는 요철이 형성된 기판 상에 평탄하고 연속적인 저결함 반도체층을 형성한 후 N형 반도체층, 활성층 및 P형 반도체층을 형성하였으나, 이에 한정되지 않고 요철이 형성된 기판 상에 불연속적이거나 요철 구조가 형성된 저결함 반도체층을 형성한 후 N형 반도체층, 활성층 및 P형 반도체층을 형성할 수도 있다.
도 23을 참조하면, 발광 다이오드는 요철(2100a, 2100b, 2100c) 및 성장 마스크 패턴(3100)이 형성된 기판(2000)과, 상기 기판(2000) 상에 형성되어 요철 구조(4150)를 포함하는 저결함 반도체층(4100), 상기 반도체층(4100) 상에 순차적으로 형성된 N형 반도체층(5100), 활성층(6100) 및 P형 반도체층(7100)을 포함한다.
도면에서 볼 수 있듯이, 요철 구조(4150)가 형성된 반도체층(4100) 상에 성장시킴에 따라 발광 다이오드의 활성층(6100) 또는 발광 다이오드의 표면을 요철 구조로 형성할 수 있다. 이러한 경우 발광 다이오드의 활성층(6100)에서 발광된 빛이 발광 다이오드의 내부에서 내부 전반사되는 횟수를 줄임으로써 발광 다이오드의 적출 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 발광 다이오드의 활성층(6100)이 요철 구조로 형성되는 경우에, 평탄한 표면의 활성층과 비교하여 그 부피가 증가하기 때문에 빛의 발광 영역을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 발광 다이오드는 상술한 설명에 한정되지 않고, 소자의 특성 및 공정의 편의에 따라 다양한 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 저결함 반도체층 상에 N형 반도체층, 활성층 및 P형 반도체층을 형성하지 않고, 상기 저결함 반도체층에 N형 또는 P형 불순물을 도핑하여 형성할 수도 있다. 즉, 저결함 반도체층의 성장 초기부터, 또는 성장 도중에 N형 또는 P형 불순물을 도핑하여 형성할 수 있다. 또한 플립칩(flip chip) 구조의 소자를 제조할 수 있다. 또한, N형 전극을 형성하기 위해 상술한 바와 같이 P형 반도체층 및 활성층을 식각하지 않고, 레이저 리프트 오프(laser lift-off) 공정을 통해 기판을 제거한 후, N형 전극을 N형 반도체층의 하면에 형성함으로써 P형 전극과 수직한 구조의 소자를 제조할 수 있다.
도 24는 본 발명에 따른 반도체 발광 다이오드의 발광 특성을 나타내는 그래프로, 전극이 형성되지 않는 박막 상태에서 PL(photoluminescence)을 측정한 결과를 나타내었다. 비교예1은 평면 기판 상에 반도체층을 형성하고, N형 반도체층, 활성층 및 P형 반도체층을 형성한 경우를 나타낸 것이고, 실시예1은 상술한 요철이 형성된 기판 상에 반도체층을 형성하고, N형 반도체층, 활성층 및 P형 반도체층을 형성한 경우를 나타낸 것이다. 도면에서 볼 수 있듯이, 요철이 형성된 기판 상에 반도체층을 성장시킨 실시예1은 비교예1에 비해 발광 강도가 현저하게 높은 것을 볼 수 있다.
하기 표 1은 본 발명에 따른 반도체 발광 다이오드의 발광 특성을 나타내는 것으로, N형 및 P형 반도체층 상에 전극을 형성한 구조에 대해 EL(electroluminescence) 출력비를 측정한 결과를 나타내었다. 비교예2는 평면 기판 상에 반도체층을 형성하고, N형 반도체층, 활성층 및 P형 반도체층을 형성한 경 우를 나타낸 것이고, 실시예2, 3, 4는 상술한 요철이 형성된 기판 상에 반도체층을 형성하고, N형 반도체층, 활성층 및 P형 반도체층을 형성한 경우를 나타낸 것이다. 상기 비교예2와 실시예2, 3, 4는 기판 표면의 형상 및 반도체층의 성장 조건을 제외하고, 모든 조건이 동일하며, 발광 파장은 405㎚이다. 비교예2의 발광 다이오드의 발광 출력을 1로 하여 비교한 값을 나타내었다.
Figure 112006049591345-pat00001
상기 표 1에서 볼 수 있듯이, 요철이 형성된 기판 상에 반도체층을 성장시킨 실시예 2 내지 5는 평면 기판 상에 반도체층을 성장시킨 비교예 2에 비해 발광 출력이 높은 것을 볼 수 있다. 또한, 스트라이프형 구조로 배치된 요철이 형성된 기판 상에 반도체층을 성장시킨 실시예2와 3의 경우에 요철의 볼록부의 너비가 넓을수록 발광 다이오드의 광출력이 높은 것을 볼 수 있다. 이는 요철의 볼록부 상에 수평 성장되는 영역이 넓어짐에 따라, 저결함 영역이 증가하여 내부 양자 효율을 증가시키기 때문이다. 또한, 절두된 피라미드 형태의 요철이 형성된 기판 상에 반도체층을 성장시킨 실시예 4는 스트라이프형 요철이 형성된 기판 상에 반도체층을 성장시킨 실시예2 및 실시예3의 경우에 비해 발광 출력이 높은 것을 볼 수 있다. 이는 절두된 피라미드 형태의 요철 구조에서 다양한 각을 갖는 측면으로 인해 빛의 분산 효과가 더 크거나, 또는 절두된 피라미드 형태의 요철이 형성된 기판 상에 결정성이 보다 우수한 반도체층이 성장되기 때문이다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허 청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술 분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
본 발명은 습식 식각을 통해 기판 표면에 요철을 형성하고, 식각에 의해 형성된 기판의 결정면에 반도체층을 수직 및 수평 성장시켜 반도체층의 관통 전위를 감소시킴으로써 결정성을 향상시킬 수 있다. 이로 인해 발광 다이오드의 내부 양자 효율을 향상시키고 신뢰성을 확보할 수 있다. 또한 기판의 요철 또는 성장 마스크 패턴의 다양한 각을 갖는 표면으로 인해 반도체 발광 다이오드의 적출 효율을 향상시킬 수 있다.

Claims (19)

  1. 요철이 형성된 기판;
    상기 요철의 볼록부 상에 형성된 성장 마스크 패턴;
    상기 성장 마스크 패턴이 형성된 기판 상에 형성된 반도체층; 을 포함하고,
    상기 요철은 수평면, 선 또는 점의 형태로 이루어진 볼록부와, 수평면, 선 또는 점의 형태로 이루어진 오목부와, 상기 볼록부와 오목부를 연결하여 소정의 기울기를 갖는 경사진 평면 또는 소정의 곡률을 갖는 곡면 형상의 측면을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 구조물.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 성장 마스크 패턴은 SiO2, SiOx, SiN2, SiNx, SiOxNy 또는 금속 물질로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 반도체 구조물.
  4. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 요철은 습식 식각에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 구조물.
  5. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 요철은 피라미드 또는 절두된 피라미드 형태의 요철을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 구조물.
  6. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 반도체층은 상기 오목부로부터 수직 방향과, 상기 볼록부를 가로질러 수평 방향으로 성장된 에피택셜층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 구조물.
  7. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 반도체층은 불연속적이거나 표면에 요철 구조가 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 구조물.
  8. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 기판은 사파이어(Al2O3), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP 또는 GaAs으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 반도체 구조물.
  9. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 반도체층은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN 또는 InAlGaN으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 반도체 구조물.
  10. 요철이 형성된 기판을 마련하는 단계;
    상기 요철의 볼록부 상에 성장 마스크 패턴을 형성하는 단계;
    상기 기판 상에 반도체층을 형성하는 단계; 를 포함하고,
    상기 요철은 수평면, 선 또는 점의 형태로 이루어진 볼록부와, 수평면, 선 또는 점의 형태로 이루어진 오목부와, 상기 볼록부와 오목부를 연결하여 소정의 기울기를 갖는 경사진 평면 또는 소정의 곡률을 갖는 곡면 형상의 측면을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 구조물의 제조 방법.
  11. 삭제
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 요철이 형성된 기판을 마련하는 단계는,
    평면 기판 상에 식각 마스크 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 식각 마스크 패턴을 통한 습식 식각을 실시하여 요철을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 구조물의 제조 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 습식 식각은 H2SO4, H3PO4, BOE(buffered-oxide etch), HF, HNO3, KOH, NaCl, NaOH, KBrO3 용액, 이들의 혼합 용액 또는 이들의 희석 용액으로 이루어진 군에서 선택되는 식각 용액을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 구조물의 제조 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 반도체층을 형성하는 단계는,
    상기 오목부로부터 수직 방향과, 상기 볼록부를 가로질러 수평 방향으로 에피택셜층을 성장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 구조물의 제조 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 반도체층을 형성하는 단계는,
    400 내지 800℃의 온도에서 저온 핵형성층 또는 저온 버퍼층을 형성하는 단계;
    900 내지 1150℃의 온도에서 에피텍셜층을 수직 성장시키는 단계; 및
    1050 내지 1200℃의 온도에서 에피텍셜층을 수평 성장시키는 단계를 포함하 는 것을 특징으로 하는 반도체 구조물의 제조 방법.
  16. 요철이 형성된 기판;
    상기 요철의 볼록부 상에 형성된 성장 마스크 패턴;
    상기 성장 마스크 패턴이 형성된 기판 상에 형성된 반도체층;
    상기 반도체층 상에 형성된 N형 반도체층, 활성층 및 P형 반도체층을 포함하고,
    상기 요철은 수평면, 선 또는 점의 형태로 이루어진 볼록부와, 수평면, 선 또는 점의 형태로 이루어진 오목부와, 상기 볼록부와 오목부를 연결하여 소정의 기울기를 갖는 경사진 평면 또는 소정의 곡률을 갖는 곡면 형상의 측면을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 다이오드.
  17. 삭제
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 성장 마스크 패턴은 SiO2, SiOx, SiN2, SiNx, SiOxNy 또는 금속 물질로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 다이오드.
  19. 청구항 16 또는 청구항 18에 있어서,
    상기 반도체층, N형 반도체층, 활성층 또는 P형 반도체층은 불연속적이거나 표면에 요철 구조가 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 다이오드.
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