KR100999363B1 - Substrate for semiconductor device and semiconductor device using the same - Google Patents

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Abstract

에피층 성장에 제한을 주지 않으면서 렌즈의 충진 밀도를 높여 외부광추출효율을 증가시키는 반도체 소자 제조용 기판, 그리고 그 기판을 이용함에 따라 외부광추출효율이 향상된 고출력 반도체 소자를 개시한다. 본 발명에 따른 기판은, 볼록 또는 오목 형상의 렌즈를 다수 형성한 기판으로서, 상기 기판 상에 형성할 에피층의 측면 성장이 잘되는 방향으로는 다른 방향에 비해 렌즈 사이의 공간이 좁게 렌즈가 배열된 것을 특징으로 한다.Disclosed are a substrate for manufacturing a semiconductor device which increases the filling density of a lens without increasing the epitaxial growth and increases the external light extraction efficiency, and a high output semiconductor device having improved external light extraction efficiency by using the substrate. The substrate according to the present invention is a substrate in which a plurality of convex or concave lenses are formed, and in which the side surfaces of the epi layer to be formed on the substrate are well grown, the lenses are arranged in a narrower space than the other directions. It is characterized by.

Description

반도체 소자용 기판 및 이를 이용한 반도체 소자 {Substrate for semiconductor device and semiconductor device using the same}Substrate for semiconductor device and semiconductor device using the same}

본 발명은 반도체 소자용 기판, 그리고 그 기판을 이용한 반도체 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고출력 발광다이오드(LED)와 같은 반도체 발광 소자 제조에 사용될 수 있도록 패턴이 형성된 기판, 그리고 그 기판을 이용한 반도체 소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a substrate for a semiconductor device and a semiconductor device using the substrate, and more particularly, a substrate having a pattern formed so as to be used for manufacturing a semiconductor light emitting device such as a high output light emitting diode (LED), and a semiconductor using the substrate. It relates to an element.

LED 시장은 핸드폰 등 휴대형 통신기기나 소형가전제품의 키패드, 액정 디스플레이(LCD)의 백라이트 유닛(back light unit) 등에 사용되는 저출력 LED를 기반으로 성장하였다. 최근에는 인테리어 조명, 외부 조명, 자동차 내외장, 대형 LCD의 백라이트 유닛 등에 사용되는 고출력, 고효율 광원의 필요성이 대두되면서, LED 시장 또한 고출력 제품 중심으로 옮겨 가고 있다. The LED market grew based on low-power LEDs used in portable communication devices such as mobile phones, keypads of small home appliances, and back light units of liquid crystal displays (LCDs). Recently, as the need for high-power and high-efficiency light sources for interior lighting, exterior lighting, automotive interior and exterior, and large LCD backlight units has emerged, the LED market is shifting to high-power products.

LED 개발에 있어서 가장 큰 이슈는 발광 효율을 증가시키는 것이다. 일반적으로, 발광 효율은 빛의 생성 효율(내부양자효율)과, 소자 밖으로 방출되는 효율(외부광추출효율), 및 형광체 변환 효율에 의하여 결정된다. LED의 고출력화를 위해서는 내부양자효율의 측면에서 활성층 특성을 향상시키는 방법도 중요하지만, 실 제 발생된 광의 외부광추출효율을 증가시키는 것이 매우 중요하다. The biggest issue in LED development is to increase luminous efficiency. In general, the luminous efficiency is determined by the light generation efficiency (internal quantum efficiency), the efficiency emitted outside the device (external light extraction efficiency), and the phosphor conversion efficiency. In order to increase the output power of the LED, it is important to improve the active layer characteristics in terms of internal quantum efficiency, but it is very important to increase the external light extraction efficiency of the generated light.

LED 외부로 빛이 방출되는데 있어서의 가장 큰 장애요인은 LED 각 층간의 굴절률 차에 의한 내부 전반사(internal total reflection)이다. LED 각 층간의 굴절률 차에 의하여, 계면 밖으로 빠져나가는 빛은 생성된 빛의 일부인 50% 정도에 해당된다. 더구나, 계면을 빠져나가지 못한 빛은 LED 내부를 이동하다가 열로 붕괴(decay)되어버려, 결과적으로 발광효율은 낮으면서 소자의 열 발생량을 늘려, LED의 수명을 단축시키게 된다.The biggest obstacle to the emission of light outside the LED is internal total reflection due to the difference in refractive index between each layer of the LED. Due to the difference in refractive index between the LED layers, the light exiting the interface corresponds to about 50% of the generated light. In addition, the light that has not passed through the interface moves inside the LED and decays into heat. As a result, the luminous efficiency is low and the amount of heat generated by the device is increased, thereby shortening the life of the LED.

외부광추출효율 향상을 위해서는 소자 표면의 거칠기를 증가시키는 방법, 소자의 기저 부분이면서 에피층이 성장되는 기판의 표면에 굴곡이 있는 모양(이하, 오목 또는 볼록 형상의 모양 모두를 “렌즈”라고 칭하기로 한다)을 형성하는 방법 등이 제시되고 있다. 기판 위에 렌즈를 형성하면 임계각 이상의 광이 소자 내에 반사되면서 흡수되는 확률을 낮춰줌으로써 외부광추출효율 향상 효과가 있다.In order to improve the external light extraction efficiency, a method of increasing the roughness of the surface of the device, and a curved shape (hereinafter, concave or convex) in the base portion of the device and the surface of the substrate on which the epi layer is grown are referred to as "lens". And the like). Forming a lens on the substrate reduces the probability that light above the critical angle is reflected into the device, thereby improving external light extraction efficiency.

도 1a는 사파이어 기판(10)을 식각하여 형성한 렌즈(12) 위로 형성된 LED(30)의 개략적인 단면도이고, 도 1b는 사파이어 기판(10)을 식각하여 형성한 렌즈(12)의 SEM 사진이다. FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of an LED 30 formed over a lens 12 formed by etching the sapphire substrate 10, and FIG. 1B is an SEM image of the lens 12 formed by etching the sapphire substrate 10. .

이와 같은 렌즈(12)의 밀도를 높이게 되면 외부광추출효율은 높아지나 렌즈(12) 사이의 간격이 매우 좁게 되어 기판과 그 위에 성장되는 물질이 다른 이종 에피층 성장시, 에피층 성장이 매우 제한을 받게 되는 문제가 있다. 도 2a는 렌즈가 형성된 기판 위에 에피층이 깨끗이 성장된 표면의 현미경 사진이며, 도 2b는 렌즈 사이가 매우 좁은 기판 위에 에피층이 비이상적으로 성장된 표면의 사진이다. When the density of the lens 12 is increased, the external light extraction efficiency is increased, but the gap between the lenses 12 is very narrow, and the growth of the epi layer is very limited when the substrate and the heterogeneous epi layer are grown different from the material grown thereon. There is a problem that you receive. FIG. 2A is a micrograph of a surface where an epitaxial layer is neatly grown on a substrate on which a lens is formed, and FIG. 2B is a photograph of a surface where an epitaxial layer is abnormally grown on a very narrow substrate between lenses.

이와 같은 비이상적인 성장의 원인을 이해하기 위해서, 렌즈가 나열된 기판 위에 에피층 성장의 초기 단계를 보면, 도 3과 같이 물이 차오르는 듯 한 모양으로 렌즈(12)를 제외한 주변부에서 에피층(20)이 자라서 올라오는 것을 알 수 있다. 이와 같이 렌즈 형성된 기판 위에서의 바람직한 박막 성장은 렌즈(12) 위에서 타 결정방향으로 박막이 성장되지 않고 렌즈(12) 외에 평평한 부분, 예를 들면 (0002) 면 같은 곳에서 질화물 반도체 에피층이 우세하게 형성되는 것이다. 이 때 렌즈(12)가 너무 조밀하게 되면 평평한 영역이 매우 작아지게 되고 이 영역의 면적이 어느 이하가 되면 도 2b와 같이 표면이 메워지지 않은 어두운 부분이 발생하게 되는 것이다. 이것은 표면 결함으로서, 소자 제작에 있어 치명적인 수율 감소와 불량을 발생하게 한다.To understand the cause of such non-ideal growth, look at the initial stage of epilayer growth on the substrate on which the lens is listed, the epilayer 20 at the periphery except the lens 12 in a shape that looks like water filling up as shown in FIG. 3. You can see this grows up. The preferred thin film growth on the lens-formed substrate is such that the nitride semiconductor epitaxial layer predominates in a flat portion, for example, a (0002) plane, in addition to the lens 12 without the thin film growing in the other crystal direction on the lens 12. It is formed. At this time, if the lens 12 becomes too dense, the flat area becomes very small, and if the area of the area becomes less than that, a dark part with no filled surface is generated as shown in FIG. 2B. This is a surface defect, which causes fatal yield reduction and defects in device fabrication.

본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 에피층 성장에 제한을 주지 않으면서 렌즈의 충진 밀도를 높여 외부광추출효율을 증가시키는 반도체 소자용 기판을 제공하는 데에 있다. The present invention has been made to solve the conventional problems, the problem to be solved by the present invention provides a semiconductor device substrate for increasing the external light extraction efficiency by increasing the packing density of the lens without limiting epilayer growth. It's there.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 이러한 기판을 이용함에 따라 외부광추출효율이 향상된 고출력 반도체 소자를 제공하는 데에 있다. Another object of the present invention is to provide a high output semiconductor device having improved external light extraction efficiency by using such a substrate.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자 제조용 기판은, 볼록 또는 오목 형상의 렌즈를 다수 형성한 반도체 소자 제조용 기판에 있어서, 상기 기판 상에 형성할 에피층의 측면 성장이 잘되는 방향으로는 다른 방향에 비해 렌즈 사이의 공간이 좁게 렌즈가 배열된 것을 특징으로 한다.The semiconductor element manufacturing substrate which concerns on this subject is a semiconductor element manufacturing substrate in which many convex or concave-shaped lenses were formed, WHEREIN: The lateral growth of the epi layer to form on a said board | substrate is different It is characterized in that the lenses are arranged such that the space between the lenses is narrower than the direction.

일 실시예에 따르면, 상기 렌즈의 평면 모양의 대칭성은 유지하면서, 상기 에피층의 측면 성장이 잘되는 방향으로는 다른 방향에 비해 상기 렌즈간 간격이 가깝게 배열된다. 다른 실시예에 따르면, 상기 에피층의 측면 성장이 잘되는 방향을 따라 상기 렌즈의 평면 모양이 길쭉하게 신장된다.According to one embodiment, while maintaining the planar symmetry of the lens, the distance between the lens is arranged closer to the other direction in the direction of the side growth of the epi layer is better. According to another embodiment, the planar shape of the lens is elongated along the lateral growth of the epi layer.

본 발명에 있어서, 상기 기판은 사파이어이고 상기 에피층은 질화물 반도체이며, 상기 측면 성장이 잘되는 방향은 상기 사파이어의 <1-100> 방향이다.In the present invention, the substrate is sapphire, the epi layer is a nitride semiconductor, and the lateral growth is good in the <1-100> direction of the sapphire.

상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자는 본 발명에 따른 반도체 소자 제조용 기판, 상기 기판 상에 형성된 에피층으로서 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 적어도 포함하는 에피층, 및 상기 n형 반도체층과 p형 반도체층 상에 각각 형성된 전극을 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing substrate, an epitaxial layer including at least an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer as an epitaxial layer formed on the substrate. An electrode is formed on each of the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer.

본 발명에 따르면, 에피층의 측면 성장이 잘되는 방향으로는 렌즈 사이의 공간을 좁힘으로써 같은 충진 밀도의 렌즈 패턴에서 성장이 잘 되지 않는 방향의 공간을 확보하게 된다. 이로써, 에피층 성장을 원활하게 하여 표면 및 결정성이 우수한 에피층을 성장시킬 수 있다. 이는 반도체 발광 소자와 같은 반도체 소자 제작에 성능 향상이나 수율 증가로 직결된다. According to the present invention, the space between the lenses is narrowed in the direction in which the lateral growth of the epi layer is good, thereby securing a space in the direction in which growth is unlikely in the lens pattern of the same packing density. Thereby, the epi layer can be smoothly grown to grow an epi layer having excellent surface and crystallinity. This directly leads to an improvement in performance and an increase in yield in manufacturing a semiconductor device such as a semiconductor light emitting device.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 다음에 설명되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below may be modified in many different forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.

종래의 렌즈는 도 4와 같이 형상과 간격이 일정한 패턴으로 되어 있다. 예를 들어 렌즈(12)는 반복 정삼각형 패턴의 정점에 위치하며, 렌즈(12)의 직경(D)은 2.5㎛, 질화물 반도체, 예컨대 GaN의 <11-20> 방향을 따라 렌즈 중심간의 간격(s1)은 4㎛(즉, 렌즈 외에 평평한 부분, 즉 렌즈 사이의 공간(d)은 4-2.5=1.5㎛)이고, GaN의 <1-100> 방향을 따라 렌즈 중심간의 간격(s2)은 6.9282㎛다. 렌즈 중심간의 간격(s1)이 곧 반복 정삼각형 패턴의 한 변에 해당한다. 충진 밀도를 계산하는 방법을 예로 들면, 점선 표시된 평행사변형이 단위셀(unit cell)이며 이 안에 렌즈가 차지하는 면적율이 충진 밀도가 된다. The conventional lens has a pattern with constant shape and spacing as shown in FIG. For example, the lens 12 is located at the apex of the repeating equilateral triangle pattern, and the diameter D of the lens 12 is 2.5 μm, and the distance s1 between the lens centers along the <11-20> direction of the nitride semiconductor, for example GaN. ) Is 4 µm (i.e., the flat portion other than the lens, that is, the space d between the lenses is 4-2.5 = 1.5 µm), and the distance s2 between the lens centers along the <1-100> direction of GaN is 6.9282 µm. All. The interval s1 between the lens centers corresponds to one side of the repeating equilateral triangle pattern. As an example of a method for calculating the filling density, the parallelograms indicated by dotted lines are unit cells, and the area ratio occupied by the lens is the filling density.

이러한 렌즈의 충진 밀도가 높아지면서 에피층으로 메워지지 않는 부분을 기판의 방향과 함께 도시한 도 2b를 다시 참조하면, 에피층이 성장되지 못한 부분이 일렬로 나열되어 있으며 이 방향이 GaN의 <11-20> 방향임을 알 수 있다. 이는 에피층의 성장이 <11-20>으로는 제한이 없이 잘 되며 이 수직 방향인 <1-100>의 방향으로는 제한이 있음을 의미한다. 이 특징은 질화물 반도체 에피층의 측면 성장 속도로도 유추할 수 있다. 질화물 반도체는 <11-20> 방향으로는 측면 성장이 매우 빠르며, <1-100>으로는 성장이 매우 느리다. Referring to FIG. 2B again, in which the filling density of such a lens is not filled with the epi layer along with the direction of the substrate, the portion where the epi layer is not grown is arranged in a line, and this direction is <11 of GaN. -20> direction. This means that the growth of the epi layer is not limited to <11-20> and there is a limit in the vertical direction of <1-100>. This feature can also be inferred from the lateral growth rate of the nitride semiconductor epi layer. Nitride semiconductors grow very fast in the <11-20> direction and grow very slowly in the <1-100> direction.

이와 같은 현상과 이론을 가지고 본 발명에서는 렌즈의 높은 충진 밀도를 유 지하면서도 에피층 성장 문제점을 해결하기 위하여, 렌즈 사이의 간격을 일정하게 하지 않고 측면 성장이 잘 되는 GaN의 <11-20> 방향(사파이어 기판 위에 InGaAlN는 수직방향으로 형성되므로 사파이어의 방향은 <1-100>이다)으로는 좁은 간격의 패턴을 형성하고 다른 방향으로는 패턴을 넓게 형성하는 비대칭적인 렌즈의 나열 방법을 제시한다.With the above phenomena and theories, in the present invention, in order to solve the epilayer growth problem while maintaining the high packing density of the lens, the GaN direction of <11-20> where lateral growth is good without constant distance between lenses is maintained. (InGaAlN is formed on the sapphire substrate in the vertical direction, so the direction of the sapphire is <1-100>). A method of arranging an asymmetric lens that forms a narrowly spaced pattern and forms a wide pattern in the other direction is presented.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 패턴이다. 기판 위에 볼록 또는 오목 형상의 렌즈를 다수 형성하는 데 있어, 렌즈(112)의 평면 모양의 대칭성은 유지하면서 간격을 조절한다. 구체적으로, 그 위에 성장될 에피층의 측면 성장이 잘되는 방향으로는 다른 방향에 비해 렌즈 사이의 공간을 좁게 렌즈를 배열한다. 예를 들어, 기판은 사파이어이고 상기 에피층은 질화물 반도체, 예컨대, GaN, AlGaN, GaInN, InGaAlN 등이며, 특히 GaN인 경우 GaN의 <11-20> 방향(사파이어 기판 위에 InGaAlN는 수직방향으로 형성됨으로 사파이어의 방향은 <1-100>이다)으로는 좁은 간격의 패턴을 형성하고 다른 방향으로는 패턴을 넓게 형성한 것이다. 5 is a lens pattern according to an embodiment of the present invention. In forming a large number of convex or concave lenses on the substrate, the spacing is adjusted while maintaining the planar symmetry of the lens 112. Specifically, the lenses are arranged to have a narrower space between the lenses than the other directions in the direction in which the lateral growth of the epi layer to be grown thereon is good. For example, the substrate is sapphire and the epi layer is a nitride semiconductor, such as GaN, AlGaN, GaInN, InGaAlN, etc., in particular, in the GaN <11-20> direction (InGaAlN on the sapphire substrate is formed in a vertical direction The direction of the sapphire is <1-100>) to form a narrowly spaced pattern and the other direction to form a wide pattern.

실제 기판 제작에 있어서는, 도 5와 같은 패턴으로 기판(사파이어, GaAs, InP, Si, SiC, 스피넬, GaN 등) 위에 식각 마스크를 형성한다. 이 때 식각 마스크는 포토레지스트나 산화막, 금속막 등을 선택할 수 있다. 식각 마스크를 사용하여 건식 또는 습식 식각하고 식각 마스크를 제거한다. 기판 위에 형성되는 렌즈는 이러한 기판 자체의 물질이거나 기판 위에 SiO2, SiON, SiN 등의 물질을 증착한 후에 이를 식각한 것일 수 있다. 렌즈는 도 5와 같은 모양, 간격으로 형성되며 양각 또 는 음각으로 형성되어 볼록 또는 오목 형상일 수 있다. 렌즈의 평면 모양은 원형이나 각종 다각형(정육각형, 정삼각형, 정방형 등)이 모두 가능하며, 단면 모양은 식각 마스크의 종류, 모양이나 식각의 선택비에 따라 사각형, 사다리꼴, 삼각형 등의 여러 모양이 가능하다. In actual substrate fabrication, an etching mask is formed on a substrate (sapphire, GaAs, InP, Si, SiC, spinel, GaN, etc.) in a pattern as shown in FIG. In this case, the etching mask may be a photoresist, an oxide film, a metal film, or the like. Etch masks are used to dry or wet etch and remove the etch mask. The lens formed on the substrate may be a material of the substrate itself or an etching thereof after depositing a material such as SiO 2 , SiON, SiN on the substrate. The lens is formed in the shape, intervals as shown in FIG. 5 and may be embossed or concave to have a convex or concave shape. The flat shape of the lens can be circular or various polygons (square hexagon, equilateral triangle, square, etc.), and the cross-sectional shape can be various shapes such as square, trapezoid, triangle, etc., depending on the type of etching mask, shape or selection ratio of etching. .

도 5에서 점선 표시된 평행사변형이 단위 셀이며 이 안에 렌즈가 차지하는 면적율이 충진 밀도가 되는데, 도 5의 충진 밀도는 도 4의 충진 밀도와 동일하다. 이렇게 충진 밀도를 유지하기 위하여, 렌즈(112)는 반복 이등변삼각형 패턴의 정점에 위치하며, 이등변삼각형 패턴의 아랫변 길이는 렌즈 중심간의 간격(s1’)이고, 등변의 길이(s3)는 4.1942㎛이다. 렌즈의 직경(D’)은 도 4의 렌즈 직경(D)과 동일하게 2.5㎛, GaN의 <11-20> 방향을 따라 렌즈 중심간의 간격(s1’)은 도 4의 그 간격(s1)보다 작아 3.7㎛(이에 따라, 렌즈 외에 평평한 부분, 즉 렌즈 사이의 공간(d’)은 3.7-2.5=1.2㎛로, 도 4의 그 부분(d)보다 좁아짐)이고, GaN의 <1-100> 방향을 따라 렌즈 중심간의 간격(s2’)은 도 4의 그 간격(s2)보다 커서 7.5282㎛이다. 그러나, 여기에 예로 든 수치는 그 경향성 및 서로간의 대소 관계를 유지하면서 얼마든지 변화 가능하다. In FIG. 5, the parallelograms indicated by dotted lines are unit cells, and the area ratio occupied by the lens is the filling density. The filling density of FIG. 5 is the same as the filling density of FIG. 4. In order to maintain the filling density in this way, the lens 112 is located at the apex of the repeating isosceles triangle pattern, and the length of the lower side of the isosceles triangle pattern is the distance between the lens centers (s1 '), and the length of the isosceles (s3) is 4.1942 µm. to be. The diameter D 'of the lens is 2.5 μm, the same as the lens diameter D of FIG. 4, and the distance s1 ′ between the lens centers in the <11-20> direction of GaN is greater than the distance s1 of FIG. 4. 3.7 μm (there is a flat portion other than the lens, i.e., the space d 'between the lenses is 3.7-2.5 = 1.2 μm, which is narrower than the portion d of FIG. 4), and <1-100> of GaN. The distance s2 'between the lens centers along the direction is larger than that distance s2 in FIG. 4 and is 7.5282 mu m. However, the numerical values exemplified herein can be changed as many as possible while maintaining their tendency and magnitude.

이와 같이, 높은 충진 밀도를 유지하면서 에피층의 측면 성장이 잘되는 한 방향의 렌즈 간격을 줄이게 되면 에피층 측면 성장이 잘 되지 않는 다른 방향의 렌즈 간격이 늘어나므로 에피층이 정상적으로 성장될 수 있다. As such, if the lens gap in one direction where the lateral growth of the epi layer is well maintained while maintaining a high filling density, the epitaxial layer may be normally grown because the lens interval in the other direction where the epi layer lateral growth is not increased.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 렌즈 패턴이다. 기판 위에 음각이나 양각의 렌즈를 형성하는 데 있어, 렌즈(212)의 평면 모양을 한 방향으로 늘여 간격 을 조절한다. 구체적으로, 그 위에 성장될 에피층의 측면 성장이 잘되는 방향으로 렌즈의 평면 모양을 늘여 다른 방향에 비해 공간을 좁게 렌즈 패턴을 형성한다. 6 is a lens pattern according to another embodiment of the present invention. In forming an intaglio or embossed lens on the substrate, the planar shape of the lens 212 is extended in one direction to adjust the gap. Specifically, the lens pattern is formed to have a narrower space than other directions by extending the planar shape of the lens in a direction in which the lateral growth of the epitaxial layer to be grown thereon is good.

도 6의 렌즈는 도 4의 렌즈와 동일한 위치(즉, 반복 정삼각형 패턴의 정점에 위치)에 배열되어 있되, 렌즈는 GaN의 <11-20> 방향을 따라 장축의 길이(r1)이 3㎛이고 GaN의 <1-100> 방향을 따라 단축의 길이(r2)는 2㎛인 타원형이고, GaN의 <11-20> 방향을 따라 렌즈 중심간의 간격(s1”)은 도 4의 그 간격(s1)과 동일하게 4㎛(이에 따라, 렌즈 외에 평평한 부분, 즉 렌즈 사이의 공간(d”)은 4-3=1㎛로, 도 4의 그 부분(d)보다 좁아짐)이고, GaN의 <1-100> 방향을 따라 렌즈 중심간의 간격(s2”)은 도 4의 그 간격(s2)과 동일하게 6.9282㎛이다. 렌즈 중심간의 간격(s1”)이 곧 반복 정삼각형 패턴의 한 변에 해당한다. 그러나, 여기에 예로 든 수치는 그 경향성 및 서로간의 대소 관계를 유지하면서 얼마든지 변화 가능하다. The lens of FIG. 6 is arranged at the same position as the lens of FIG. 4 (i.e., at the vertex of the repeating equilateral triangle pattern), wherein the lens has a length r1 of 3 m along the <11-20> direction of GaN. The length r2 of the short axis along the <1-100> direction of GaN is an ellipsoid of 2 μm, and the distance s1 ″ between the lens centers along the <11-20> direction of GaN is the distance s1 of FIG. 4. 4 μm (therefore, a flat portion other than the lens, that is, the space d ″ between the lenses is 4-3 = 1 μm, which is narrower than the portion d of FIG. 4), and <1- of GaN. The interval s2 ″ between the lens centers along the 100> direction is 6.9282 μm, which is the same as the interval s2 in FIG. 4. The distance s1 ″ between the lens centers corresponds to one side of the repeating equilateral triangle pattern. However, the numerical values exemplified herein can be changed as many as possible while maintaining their tendency and magnitude.

한편, 실시예들에서는 기판이 사파이어인 경우를 예로 들어 설명하였으나, 질화물 반도체 에피층을 성장시킬 수 있는 기판으로는 GaAs, InP, Si, SiC, 스피넬, GaN 등과 같은 물질이 가능하며, 기판의 종류에 따라 여기에 성장되는 에피층의 측면 성장이 보다 우세한 방향이 달라질 수 있으므로 그에 따라 렌즈 사이의 공간을 좁힐 방향을 선택하여 렌즈를 배열하면 된다. Meanwhile, in the embodiments, the substrate is sapphire as an example, but as the substrate on which the nitride semiconductor epitaxial layer can be grown, materials such as GaAs, InP, Si, SiC, spinel, GaN, and the like may be used. According to this, since the direction in which the lateral growth of the epitaxial layer grown therein may vary, the lens may be arranged by selecting a direction to narrow the space between the lenses.

도 7은 본 발명에 따른 반도체 소자의 단면도이다. 7 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to the present invention.

도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 소자 제조용 기판(110) 상에 에피층(130)이 형성되어 있다. 기판(110)은 도 5 내지 도 6과 같은 형상과 간격을 지닌 렌즈가 형성되어 있으며, 여기서는 도 5와 같은 렌즈(112)가 형성되어 있는 것 을 예로 든다. Referring to FIG. 7, an epitaxial layer 130 is formed on a substrate 110 for manufacturing a semiconductor device according to the present invention. The substrate 110 has a lens having a shape and an interval as shown in FIGS. 5 to 6, and the lens 112 as shown in FIG. 5 is formed here.

에피층(130)은 n형 반도체층(120), 활성층(122) 및 p형 반도체층(124)을 적어도 포함한다. 필요한 경우에 n형 반도체층(120) 아래에 렌즈(112) 위로 반도체 단결정막을 먼저 성장시킬 수도 있다. 렌즈(112)는 에피층(130)의 측면 성장이 잘되는 방향으로는 렌즈 사이의 공간을 좁힘으로써 같은 충진 밀도의 렌즈 패턴에서 성장이 잘 되지 않는 방향의 공간을 확보하게 된다. 이로써, 에피층(130) 성장을 원활하게 하여 표면 및 결정성이 우수한 에피층(130)을 성장시킬 수 있다. 이는 반도체 소자 제작에 성능 향상이나 수율 증가로 직결된다. The epi layer 130 includes at least an n-type semiconductor layer 120, an active layer 122, and a p-type semiconductor layer 124. If necessary, a semiconductor single crystal film may be first grown on the lens 112 under the n-type semiconductor layer 120. The lens 112 secures a space in a direction in which growth is poor in a lens pattern having the same filling density by narrowing the space between the lenses in a direction in which the lateral growth of the epi layer 130 is well. As a result, the epi layer 130 may be smoothly grown to grow the epi layer 130 having excellent surface and crystallinity. This leads directly to improved performance and increased yield in the fabrication of semiconductor devices.

n형 반도체층(120)은 GaN, AlGaN, GaInN, InGaAlN 등의 물질에 Si, Ge, Se, Te 등의 불순물을 도핑하여 형성하는데, MOCVD, MBE 또는 HVPE와 같은 증착공정을 통해 형성된다. 활성층(122)은 빛을 발광하기 위한 층으로, 통상 InGaN층을 우물로 하고 GaN층을 벽층으로 하여 다중양자우물을 형성함으로써 이루어진다. p형 반도체층(124)은 GaN, AlGaN, GaInN, InGaAlN 등의 물질에 Mg, Zn, Be 등의 불순물을 도핑하여 형성한다. 상기 n형 반도체층(120)과 p형 반도체층(124) 상에 각각 전극(140, 142)이 형성되어 있다. The n-type semiconductor layer 120 is formed by doping impurities such as Si, Ge, Se, Te, and the like to GaN, AlGaN, GaInN, InGaAlN, and the like, and are formed through a deposition process such as MOCVD, MBE, or HVPE. The active layer 122 is a layer for emitting light, and is usually formed by forming a multi-quantum well using an InGaN layer as a well and a GaN layer as a wall layer. The p-type semiconductor layer 124 is formed by doping impurities such as GaN, AlGaN, GaInN, InGaAlN, and the like with Mg, Zn, and Be. Electrodes 140 and 142 are formed on the n-type semiconductor layer 120 and the p-type semiconductor layer 124, respectively.

이와 같이, 본 발명에 따른 반도체 소자는 비대칭적으로 나열된 렌즈(112)가 형성된 기판(110)을 이용함에 따라, 외부광추출효율이 향상된 고출력 LED와 같은 발광 소자로 구현될 수 있다. As such, the semiconductor device according to the present invention may be implemented as a light emitting device such as a high output LED having improved external light extraction efficiency by using the substrate 110 on which the lenses 112 are arranged asymmetrically.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통 상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다. 본 발명의 실시예들은 예시적이고 비한정적으로 모든 관점에서 고려되었으며, 이는 그 안에 상세한 설명보다는 첨부된 청구범위와, 그 청구범위의 균등 범위와 수단내의 모든 변형예에 의해 나타난 본 발명의 범주를 포함시키려는 것이다. As mentioned above, the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the technical idea of the present invention. It is obvious. Embodiments of the invention have been considered in all respects as illustrative and not restrictive, including the scope of the invention as indicated by the appended claims rather than the detailed description therein, the equivalents of the claims and all modifications within the means. I want to.

도 1a는 렌즈가 형성된 기판 위에 형성된 LED의 단면도이다.1A is a cross-sectional view of an LED formed on a substrate on which a lens is formed.

도 1b는 사파이어 기판을 식각하여 형성한 렌즈의 SEM 사진이다. 1B is an SEM image of a lens formed by etching a sapphire substrate.

도 2a는 렌즈가 형성된 기판 위에 에피층이 깨끗이 성장된 표면의 현미경 사진이다.FIG. 2A is a micrograph of a surface in which an epitaxial layer is neatly grown on a substrate on which a lens is formed.

도 2b는 렌즈 사이가 매우 좁은 기판 위에 에피층이 비이상적으로 성장된 표면의 사진이다. FIG. 2B is a photograph of a surface in which an epitaxial layer is grown non-ideally on a very narrow substrate between lenses.

도 3은 렌즈가 나열된 기판 위에 에피층이 성장되는 초기 단계의 SEM 사진이다.3 is an SEM image of an initial stage in which an epitaxial layer is grown on a substrate on which lenses are listed.

도 4는 형상과 간격이 일정한 패턴을 가진 종래 렌즈 배열도이다. 4 is a conventional lens arrangement with a pattern having a constant shape and spacing.

도 5는 형상은 일정하되 간격이 다른 패턴을 가진 본 발명의 제1 실시예에 따른 렌즈 배열도이다. 5 is a lens arrangement diagram according to the first embodiment of the present invention having a pattern having a constant shape but different intervals.

도 6은 형상이 한쪽 방향으로 길게 변형됨에 따라 렌즈 사이의 간격이 방향에 따라 다른 패턴을 가진 본 발명의 제2 실시예에 따른 렌즈 배열도이다. 6 is a lens arrangement diagram according to a second exemplary embodiment of the present invention in which the distance between lenses has a different pattern according to a direction as the shape is deformed in one direction.

도 7은 본 발명에 따른 반도체 소자의 단면도이다. 7 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

110...기판 112, 212...렌즈 120...n형 반도체층110 ... substrate 112, 212 ... lens 120 ... n-type semiconductor layer

122...활성층 124...p형 반도체층 130...에피층122 ... active layer 124 ... p-type semiconductor layer 130 ... epi layer

140, 142...전극140, 142 ... electrode

Claims (5)

볼록 또는 오목 형상의 렌즈가 복수 개 형성되어 있는 반도체 소자 제조용 기판에 있어서,In a substrate for manufacturing a semiconductor element, in which a plurality of convex or concave lenses are formed, 렌즈 사이의 간격이 동일할 때의 충진밀도는 유지하면서While maintaining the filling density when the distance between the lenses is the same 상기 기판 상에 형성할 에피층의 측면 성장이 잘되는 방향으로는 다른 방향에 비해 렌즈 사이의 공간이 좁게 되도록, 상기 복수 개의 렌즈가 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 기판.A substrate for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the plurality of lenses is formed so that the space between the lenses is narrower than the other direction in the direction of the lateral growth of the epi layer to be formed on the substrate. 제1항에 있어서, 상기 렌즈의 평면 모양의 대칭성은 유지하면서, 상기 에피층의 측면 성장이 잘되는 방향으로는 다른 방향에 비해 상기 렌즈간 간격이 가깝게 배열된 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 기판.The semiconductor device manufacturing substrate of claim 1, wherein the distance between the lenses is arranged closer to each other in a direction in which the lateral growth of the epi layer is better while maintaining the plane symmetry of the lens. 제1항에 있어서, 상기 에피층의 측면 성장이 잘되는 방향을 따라 상기 렌즈의 평면 모양이 길쭉하게 신장된 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 기판. The substrate for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the planar shape of the lens is elongated along a direction in which the lateral growth of the epi layer is well performed. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 기판은 사파이어이고 상기 에피층은 질화물 반도체이며, 상기 측면 성장이 잘되는 방향은 상기 사파이어의 <1-100> 방향인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 기판. The semiconductor according to any one of claims 1 to 3, wherein the substrate is sapphire, the epi layer is a nitride semiconductor, and the lateral growth direction is a <1-100> direction of the sapphire. Substrate for device manufacturing. 제4항 기재의 반도체 소자 제조용 기판;A substrate for manufacturing a semiconductor device according to claim 4; 상기 기판 상에 형성된 에피층으로서 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 적어도 포함하는 에피층; 및An epitaxial layer including at least an n-type semiconductor layer, an active layer and a p-type semiconductor layer as an epitaxial layer formed on the substrate; And 상기 n형 반도체층과 p형 반도체층 상에 각각 형성된 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자. And an electrode formed on each of the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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