KR101106258B1

KR101106258B1 - Substrate for semiconductor device

Info

Publication number: KR101106258B1
Application number: KR1020090062203A
Authority: KR
Inventors: 임채록
Original assignee: (주)더리즈
Priority date: 2009-07-08
Filing date: 2009-07-08
Publication date: 2012-01-18
Also published as: KR20110004656A

Abstract

렌즈 형상 변화를 통해 외부광추출 효율을 더욱 증가시킬 수 있는 반도체 소자용 기판을 제공한다. 본 발명에 따른 반도체 소자용 기판은, 기판 표면 상에 다수의 렌즈가 형성되어 있고, 상기 렌즈는 그 옆면에 요철이 있어 상기 기판 표면에 평행하게 자른 상기 렌즈의 단면 모양에 오목한 부분과 볼록한 부분을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 렌즈의 옆면에 요철을 줌으로써 한 방향으로 움직이는 빛의 다발의 수를 줄이고 여러 각도로의 굴절 또는 반사를 유도한다. 이러한 작용에 의해 외부광추출 효율을 높일 수 있다. It provides a substrate for a semiconductor device that can further increase the external light extraction efficiency through the lens shape change. In the substrate for a semiconductor device according to the present invention, a plurality of lenses are formed on the surface of the substrate, and the lens has concave and convex portions on the side thereof, and concave and convex portions are formed in the cross-sectional shape of the lens cut parallel to the substrate surface. It is characterized by including. According to the present invention, the irregularities on the side of the lens reduce the number of bundles of light moving in one direction and induce refraction or reflection at various angles. By this action, the external light extraction efficiency can be increased.

Description

Substrate for semiconductor device

본 발명은 반도체 소자용 기판 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고출력 발광다이오드(LED)와 같은 반도체 발광 소자 제조에 사용될 수 있도록 표면 상에 패턴이 형성된 기판과 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a substrate for a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a substrate having a pattern formed on a surface thereof so as to be used for manufacturing a semiconductor light emitting device such as a high power light emitting diode (LED) and a method of manufacturing the same.

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(외부광추출 효율), 및 형광체 변환 효율에 의하여 결정된다. LED의 고출력화를 위해서는 내부양자효율의 측면에서 활성층 특성을 향상시키는 방법도 중요하지만, 실제 발생된 광의 외부광추출 효율을 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 light actually generated.

LED 외부로 빛이 방출되는 데 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 out of the LED is the 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.

외부광추출 효율 향상을 위한 노력은 계속되어 왔다. 초기 평면 기판보다는 표면에 요철을 준 기판의 경우에 빛의 추출 효율이 높은 것은 익히 알려져 있다. 표면에 요철을 주는 방법으로는 텍스쳐링, 식각을 이용한 패턴 형성 방법이 있으며, 기판 표면에 수직인 단면 모양(cross sectional view)에서 이 요철을 렌즈라고 부른다. 주변의 편평한 면에 대해 위로 솟은 것은 볼록렌즈, 반대로 편평한 면에 대해 아래로 꺼져 있는 것은 오목렌즈라 하겠다. Efforts have been made to improve external light extraction efficiency. It is well known that the extraction efficiency of light is high in the case of a substrate having irregularities on its surface rather than an initial planar substrate. As a method of providing irregularities on the surface, there is a method of forming a pattern using texturing and etching, and the irregularities are called lenses in a cross sectional view perpendicular to the substrate surface. Convex lenses that rise above the surrounding flat surface are convex lenses that are turned off downward against the flat surface.

렌즈가 형성된 기판을 사용하면 LED 내에서 발생된 빛의 내부 반사 경로에 변화를 주므로 전반사에 의해 LED 내부에 갇히는 빛의 양을 줄일 수 있다. 말하자면 난반사를 유도하며 외부광추출 효율을 높이는 것이다. Using a substrate with a lens changes the internal reflection path of the light generated within the LED, reducing the amount of light trapped inside the LED by total reflection. In other words, it induces diffuse reflection and increases the efficiency of external light extraction.

도 1은 사파이어 기판(10)을 식각하여 형성한 볼록렌즈(12)의 SEM 사진이며 도 2는 도 1 사진에 보이는 구조의 개략적인 상면도이다. FIG. 1 is a SEM photograph of the convex lens 12 formed by etching the sapphire substrate 10. FIG. 2 is a schematic top view of the structure shown in FIG.

도 2에서 보는 볼록렌즈(12)와 같이 일반적으로 렌즈를 위에서 내려다 본 모습은 둥글거나, 삼각형, 육각형 등으로, 모두 렌즈 내부에서 두 점을 찍어 선을 그었을 때 그 선과 렌즈의 테두리 선이 서로 교차하지 않는다. 그것은 렌즈 옆면에 입사한 빛의 다발이 어느 정도 비슷한 방향으로 진행을 하는 것을 말한다. 그러한 특성 때문에 렌즈를 형성하더라도 내부 반사에 의한 빛의 경로에 변화를 주는 데에 부족한 면이 있으며, 이는 외부광추출 효율을 높이는 데에도 문제가 된다. Like the convex lens 12 shown in FIG. 2, the top view of the lens is generally rounded, triangular, hexagonal, etc., and when the two points are drawn inside the lens, the line and the edge of the lens cross each other. I never do that. It refers to a bundle of light incident on the side of the lens traveling in a somewhat similar direction. Due to such characteristics, even if a lens is formed, there is a lack in changing the path of light due to internal reflection, which is also a problem in increasing the external light extraction efficiency.

본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 렌즈 형상 변화를 통해 외부광추출 효율을 더욱 증가시킬 수 있는 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 is to provide a substrate for a semiconductor device that can further increase the external light extraction efficiency through a change in the lens shape.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자용 기판은, 기판 표면 상에 다수의 렌즈가 형성되어 있고, 상기 렌즈는 그 옆면에 요철이 있어 상기 기판 표면에 평행하게 자른 상기 렌즈의 단면 모양에 오목한 부분과 볼록한 부분을 포함하는 것을 특징으로 한다.In the semiconductor device substrate according to the present invention for solving the above problems, a plurality of lenses are formed on the surface of the substrate, and the lens has irregularities on its side surface, so that the lens has a cross-sectional shape of the lens cut parallel to the substrate surface. It characterized in that it comprises a concave portion and a convex portion.

상기 다수의 렌즈는 요철의 방향이 동일하도록 배치되어 있거나 일부는 요철의 방향이 달라지도록 회전 각도를 달리하여 배치되어 있는 것일 수 있다. The plurality of lenses may be arranged to have the same direction of unevenness, or some of them may be disposed at different rotation angles so that the direction of unevenness is different.

상기 다수의 렌즈는 어느 한 렌즈의 오목한 부분에 다른 렌즈의 볼록한 부분이 인접하도록 배치되어 있거나 어느 한 렌즈의 오목한 부분에 다른 렌즈의 오목한 부분이 인접하도록 배치되어 있는 것일 수 있다. The plurality of lenses may be arranged such that convex portions of other lenses are adjacent to concave portions of one lens, or concave portions of other lenses are adjacent to concave portions of one lens.

상기 다수의 렌즈는 상기 기판 표면에 수직인 단면이 상기 기판 표면에 대해 볼록하거나 오목한 것일 수 있으며, 오목한 경우 렌즈의 바닥면은 오목한 형태이거나 편평한 형태 또는 요철이 있는 형태일 수 있다.The plurality of lenses may have a cross section perpendicular to the surface of the substrate, convex or concave with respect to the surface of the substrate, and in the case of concave, the bottom surface of the lens may be concave, flat, or irregular.

상기 다수의 렌즈는 상기 기판을 식각한 것이거나 상기 기판에 형성한 층을 식각한 것이거나 이러한 식각을 위해 형성한 식각 마스크층의 일부까지 포함하는 것일 수 있다. The plurality of lenses may be an etched substrate, an etched layer formed on the substrate, or even a portion of an etch mask layer formed for such etching.

본 발명에 따르면, 렌즈의 옆면에 요철을 줌으로써 한 방향으로 움직이는 빛의 다발의 수를 줄이고 여러 각도로의 굴절 또는 반사를 유도한다. 이러한 작용에 의해 외부광추출 효율을 높일 수 있다.According to the present invention, the irregularities on the side of the lens reduce the number of bundles of light moving in one direction and induce refraction or reflection at various angles. By this action, the external light extraction efficiency can be increased.

한 렌즈의 오목한 부분에 다른 렌즈의 볼록한 부분을 배치함으로써 렌즈의 밀도를 높이면 외부광추출 효율을 더욱 높일 수 있으며, 각 렌즈들의 오목한 부분들만을 서로 가까이 하도록 하거나 볼록한 부분들만을 서로 가까이 하도록 하는 경우에는 에피층 성장을 위한 충분한 평면을 확보하도록 해 에피층의 품질을 높여 광소자 자체의 빛 발생 성능을 높이며, 발생된 빛은 렌즈의 요철에 의해 외부광추출 효율이 높아질 수 있다. Increasing the density of the lens by arranging the convex portions of the other lens in the concave portion of one lens can further increase the efficiency of external light extraction, and in the case where only the concave portions of each lens are brought closer to each other, Ensuring a sufficient plane for epi layer growth increases the quality of the epi layer to increase the light generating performance of the optical device itself, and the generated light may have high external light extraction efficiency due to unevenness of the lens.

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.

도 3은 본 발명에 따른 반도체 소자용 기판의 개략적인 사시도이고 도 4는 개략적인 상면도, 도 5는 도 3에서 기판 표면에 평행하게 V-V를 따라 자른 단면도이다. 3 is a schematic perspective view of a substrate for a semiconductor device according to the present invention, FIG. 4 is a schematic top view, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along V-V parallel to the substrate surface in FIG. 3.

먼저 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 소자용 기판(100)은 기판(110) 표면 상에 다수의 렌즈(112a, 112b)가 형성되어 있고, 각 렌즈(112, 112b)는 그 옆면에 요철이 있다. 요철의 모양은 상면도인 도 4를 보면 상세히 알 수 있으며, 이 요철은 렌즈(112a, 112b)의 정점에서부터 기판(110)과 만나는 곳까지 연속적으로 형성되어 있어 도 5에서 보는 바와 같이 기판(110) 표면에 평행하게 자른 렌즈(112a, 112b)의 단면 모양에 오목한 부분(114a, 114b)과 볼록한 부분(116a, 116b)을 포함하게 된다. First, referring to FIG. 3, in the semiconductor device substrate 100 according to the present invention, a plurality of lenses 112a and 112b are formed on a surface of the substrate 110, and each lens 112 and 112b is disposed on its side surface. There is irregularities. The shape of the unevenness can be seen in detail with reference to FIG. 4, which is a top view, and the unevenness is continuously formed from the apex of the lenses 112a and 112b to where the substrate 110 meets the substrate 110, as shown in FIG. 5. The concave portions 114a and 114b and the convex portions 116a and 116b are included in the cross-sectional shapes of the lenses 112a and 112b cut parallel to the surface.

이와 같이 본 발명에 따른 반도체 소자용 기판(100)은 종래와는 차별화된 형상의 렌즈(112a, 112b)가 형성된 것이 특징인데, 기판 표면에 평행한 단면에서의 기존 렌즈 모양이 원형이나 다각형(정육각형, 정삼각형, 정방형 등)이던 것에 변화를 주어 요철면을 가지도록 형성한 것이다. 여기서 렌즈(112a, 112b)에 요철이 있다는 것이 중요하며 렌즈(112a, 112b)의 크기나 렌즈(112a, 112b) 사이의 간격, 그리고 요철의 정도는 반도체 소자용 기판(100) 위에 성장시키는 에피층의 성장 조건에 맞게 변화될 수 있다. As such, the semiconductor device substrate 100 according to the present invention is characterized in that the lenses 112a and 112b having different shapes from those of the prior art are formed, and the existing lens shape in a cross section parallel to the substrate surface is circular or polygonal (regular hexagonal). , Equilateral triangles, squares, etc.) to change to have a concave-convex surface. Here, it is important that the lenses 112a and 112b have irregularities, and the size of the lenses 112a and 112b, the distance between the lenses 112a and 112b, and the degree of the irregularities are epitaxial layers grown on the semiconductor device substrate 100. It can be changed to suit the growth conditions of.

기판(110)은 사파이어, GaAs, InP, Si, SiC, 스피넬, GaN 등과 같은 물질 중 어느 하나일 수 있으며, 기판(110)의 종류가 사파이어일 경우 렌즈(112a, 112b)가 형성되는 표면은 사파이어 기판의 <1-100> 방향을 말한다. 그리고 사파이어 결정 격자의 규칙을 따라 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이 렌즈(112a, 112b)는 반복 정 삼각형 패턴의 정점에 위치하며 형상과 간격이 일정한 패턴으로 되어 있다. The substrate 110 may be any one of materials such as sapphire, GaAs, InP, Si, SiC, spinel, GaN, and the like. When the type of the substrate 110 is sapphire, the surface on which the lenses 112a and 112b are formed is sapphire. Refers to the <1-100> direction of the substrate. 4 and 5, the lenses 112a and 112b are positioned at the apex of the repeating triangular pattern and have a constant shape and spacing according to the rules of the sapphire crystal lattice.

도 6은 도 3에서 설명한 반도체 소자용 기판(100)에서 요철을 가진 렌즈(112a)에 빛이 입사한 후의 진행 경로를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 6을 참조하면, 본 발명에 따라 렌즈(112a)의 옆면에 요철을 줌으로써 한 방향으로 움직이는 빛의 다발의 수를 줄이고 여러 각도로의 굴절 또는 반사를 유도한다. 이러한 작용에 의해 외부광추출 효율을 높일 수 있다.FIG. 6 is a view schematically illustrating a traveling path after light is incident on the lens 112a having irregularities in the semiconductor device substrate 100 described with reference to FIG. 3. Referring to FIG. 6, in accordance with the present invention, irregularities are applied to the side surfaces of the lens 112a to reduce the number of bundles of light moving in one direction and to induce refraction or reflection at various angles. By this action, the external light extraction efficiency can be increased.

렌즈(112a, 112b)는 기판(110)을 식각하여 형성함으로써 기판(110) 자체의 물질로 이루어진 것이거나, 기판(110)에 SiO₂, SiON, SiN 등의 물질을 증착한 후에 이를 식각한 것일 수 있다. 이러한 렌즈 형성 방법은 공지의 방법을 이용할 수 있으며, 보다 상세히 설명하자면 다음과 같다. The lenses 112a and 112b may be formed by etching the substrate 110 to be made of a material of the substrate 110 itself, or may be etched after deposition of SiO ₂ , SiON, SiN, or the like on the substrate 110. Can be. The lens forming method may use a known method, which will be described in more detail as follows.

우선 기판(110) 위에 또는 기판(110) 위에 증착한 SiO₂, SiON, SiN 등의 물질 위에 식각 마스크층을 형성한다. 식각 마스크층은 포토레지스트, 산화막, 금속막, 유기막 등으로 형성할 수 있으며 이러한 물질을 단독으로 사용하거나 둘 이상 조합하여 사용할 수 있다. 식각 마스크층의 윗부분은 편평하거나, 중심부가 뾰족하거나, 모서리가 부드럽게 만들어지거나 뾰족할 수도 있다. 식각 마스크층은 개구부가 요철을 가진 것이어야 한다. First, an etching mask layer is formed on a substrate 110 or on a material such as SiO ₂ , SiON, SiN, or the like deposited on the substrate 110. The etching mask layer may be formed of a photoresist, an oxide film, a metal film, an organic film, or the like, and may be used alone or in combination of two or more thereof. The top of the etch mask layer may be flat, pointed at the center, smoothed at the edges, or pointed. The etching mask layer should have an uneven opening.

다음에 식각 마스크층의 개구부를 통해 하부에 있는 SiO₂, SiON, SiN 등의 물질 혹은 기판(110)을 식각하여 요철이 있는 렌즈(112a, 112b)를 형성한다. 그 후 남아 있는 식각 마스크층을 제거하는 과정을 거치게 된다. 경우에 따라서는 식각 마스크층을 제거하지 않은 채로 남겨 렌즈 식각을 위해 형성한 식각 마스크층의 일부까지도 렌즈로 포함하게 할 수 있다. Subsequently, the substrate 110 is etched by etching a material such as SiO ₂ , SiON, SiN, or the like through the opening of the etching mask layer, thereby forming lenses 112a and 112b having irregularities. After that, the remaining etching mask layer is removed. In some cases, the etching mask layer may be left without being removed, so that a part of the etching mask layer formed for lens etching may be included as a lens.

도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 다른 반도체 소자용 기판을 보여주기 위한 도면들로서 도 3의 기판(110) 표면에 수직인 단면에 해당한다. 먼저, 도 7은 기판(110)을 식각하는 과정에서 한 종류의 식각 마스크층(118) 일부가 남아 기판 물질(110a)과 함께 렌즈(112c)를 구성하는 예를 보여주고, 도 8은 기판(110)을 식각하는 과정에서 두 종류의 식각 마스크층(118, 120) 일부가 남아 기판 물질(110b)과 함께 렌즈(112d)를 구성하는 예를 보여준다. 이렇게 여러 물질로 구성된 렌즈(112c, 112d)는 한 방향으로 움직이는 빛의 다발의 수를 더욱 줄이고 여러 각도로의 굴절 또는 반사를 유도하여 외부광추출 효율을 더욱 높일 수 있다.7 and 8 are views for showing another substrate for semiconductor devices according to the present invention and correspond to a cross section perpendicular to the surface of the substrate 110 of FIG. 3. First, FIG. 7 shows an example in which a part of one kind of etching mask layer 118 remains in the process of etching the substrate 110 to form the lens 112c together with the substrate material 110a. In the process of etching 110, some of the two types of etching mask layers 118 and 120 remain to form an example of the lens 112d together with the substrate material 110b. The lenses 112c and 112d made of various materials may further reduce the number of bundles of light moving in one direction and further increase the external light extraction efficiency by inducing refraction or reflection at various angles.

이 때 기판(110) 표면에 수직한 렌즈의 단면 모습은 식각 마스크층의 종류, 모양이나 식각의 선택비에 따라 달라질 수 있는데 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같은 삼각형 이외에 사각형(사다리꼴 포함), 오각형과 같은 다각형 또는 모서리가 둥근 모양 등 어떤 형태이든 가능하다. In this case, the cross-sectional view of the lens perpendicular to the surface of the substrate 110 may vary depending on the type, shape, or selectivity of etching of the etching mask layer. In addition to the triangles as illustrated in FIGS. 7 and 8, a rectangle (including a trapezoid), It can be any shape, such as a polygon like a pentagon or a rounded corner.

이렇게 형성한 렌즈(112a, 112b)를 포함하는 반도체 소자용 기판(100) 위에 산화막, 금속막, 유기막 등을 입혀서 바로 LED와 같은 소자 제작에 사용하거나, 입힌 막을 다시 습식 또는 건식 식각하여 렌즈(112a, 112b) 상에만 존재하도록 하여 사용할 수도 있다.The oxide film, the metal film, the organic film, etc. are coated on the semiconductor device substrate 100 including the lenses 112a and 112b thus formed, and used directly to fabricate an element such as an LED, or the coated film is wet or dry etched again. It can also be used so that it exists only on 112a, 112b.

한편 도 3 내지 도 5에서 보는 바와 같이 다수의 렌즈(112a, 112b)는 요철의 방향이 동일하도록 배치되어 있다. 대신에 본 발명에 따른 또 다른 반도체 소자용 기판을 보여주기 위한 도면이며 기판의 상면도에 해당하는 도 9에서 보는 바와 같이, 일부 렌즈(112a)는 요철 방향이 달라지도록 다른 렌즈(112b)와 회전 각도를 달리하여 배치되어 있을 수 있다. 이와 같이 렌즈(112a, 112b)의 배치는 도 4에서 보이는 바와 같이 요철의 방향이 동일하도록 배치하는 것을 기본으로 하며, 도 9에서와 같이 렌즈(112a, 112b)마다 회전 각도를 달리하는 것도 외부광추출 효율을 높이는 방법이 된다.Meanwhile, as shown in FIGS. 3 to 5, the plurality of lenses 112a and 112b are arranged to have the same direction of unevenness. Instead, as shown in FIG. 9, which illustrates another substrate for a semiconductor device according to the present invention and corresponds to a top view of the substrate, some lenses 112a are rotated with other lenses 112b so that the uneven direction is different. It may be arranged at different angles. As described above, the arrangement of the lenses 112a and 112b is based on the arrangement of the unevenness as shown in FIG. 4, and as shown in FIG. 9, the rotation angles of the lenses 112a and 112b vary as shown in FIG. 9. It is a method of increasing the extraction efficiency.

또한, 도 3 내지 도 5에서 보는 바와 같이 어느 한 렌즈(112a)의 오목한 부분(114a)에 다른 렌즈(112b)의 오목한 부분(114b)이 인접하도록 배치되어 있지만, 배치 형태는 바뀔 수 있다. 도 10은 본 발명에 따른 또 다른 반도체 소자용 기판을 보여주기 위한 도면이며 기판의 상면도이다. 도 10을 참조하면, 어느 한 렌즈(112b)의 오목한 부분(114b)에 다른 렌즈(112a)의 볼록한 부분(116a)이 인접하도록 배치되어 있다. 3 to 5, although the concave portion 114b of the other lens 112b is disposed adjacent to the concave portion 114a of the one lens 112a, the arrangement can be changed. 10 is a view showing another substrate for a semiconductor device according to the present invention and a top view of the substrate. Referring to FIG. 10, the convex portion 116a of the other lens 112a is disposed adjacent to the concave portion 114b of the lens 112b.

이와 같이 도 3 내지 도 5에서처럼 한 렌즈의 오목한 부분에 다른 렌즈의 볼록한 부분을 배치하면 렌즈의 밀도를 높여 외부광추출 효율을 높일 수 있으며, 도 10에서처럼 각 렌즈들의 오목한 부분들만을 서로 가까이 하도록 하거나 볼록한 부분들만을 서로 가까이 하도록 하는 경우에는 에피층 성장을 위한 충분한 평면을 확보하도록 해 에피층의 품질을 높여 광소자 자체의 빛 발생 성능을 높이며, 발생된 빛은 렌즈의 요철에 의해 외부광추출 효율이 높아질 수 있다. As such, when the convex portions of the other lens are disposed in the concave portion of one lens as shown in FIGS. 3 to 5, the density of the lens can be increased to increase the external light extraction efficiency, and as shown in FIG. When only convex parts are brought close to each other, sufficient surface for epi layer growth is secured to increase the quality of the epi layer, thereby improving the light generating performance of the optical device itself. This can be high.

한편 렌즈의 요철 수는 렌즈 내부의 두 점을 찍고 그 두 점을 직선으로 그어서 렌즈의 테두리 선과 만나는 교차점의 개수로 알 수 있다. 이 때 교차점의 개수 가 둘 이상일 경우에 평면 모양에 요철이 있다고 할 수 있으며, 이 요철의 수는 제한이 없다. 도 5에서 렌즈(112a, 112b)는 단면 모양에 오목한 부분(114a, 114b)을 3개, 볼록한 부분(116a, 116b)을 3개 포함하는 예를 보여 주고 있지만, 본 발명에 따른 또 다른 반도체 소자용 기판을 보여주기 위한 도면이며 기판 표면에 평행하게 자른 단면도에 해당하는 도 11에 도시한 바와 같이 렌즈(112e)는 단면 모양에 오목한 부분(114e)을 6개, 볼록한 부분(116e)을 6개 포함하는 것도 가능하다. On the other hand, the number of irregularities of the lens can be determined by taking two points inside the lens and drawing the two points in a straight line to meet the number of intersection points that meet the edge of the lens. In this case, when the number of intersections is two or more, it can be said that there is an unevenness in the plane shape, and the number of unevennesses is not limited. In FIG. 5, the lenses 112a and 112b show an example including three concave portions 114a and 114b and three convex portions 116a and 116b in the cross-sectional shape. As shown in FIG. 11, which is a view showing a substrate for cutting and which is a cross-sectional view cut parallel to the surface of the substrate, the lens 112e has six concave portions 114e and six convex portions 116e having a cross-sectional shape. It is also possible to include.

앞에서는 전부 렌즈에서 기판 표면에 수직인 단면이 기판 표면에 대해 볼록한 볼록렌즈를 예로 들었는데, 본 발명에 따른 또 다른 반도체 소자용 기판을 보여주기 위한 사시도인 도 12와 도 12의 XIII-XIII 단면에 해당하는 도 13에서 보는 바와 같이 렌즈(112f)는 기판(110) 표면에 수직인 단면이 기판(110) 표면에 대해 오목한 것일 수 있으며, 렌즈의 바닥면은 도시한 바와 같이 오목한 형태 이외에도 편평한 형태 또는 요철이 있는 형태일 수 있다. 렌즈 바닥면에 굴곡이 있는 경우에는 한 방향으로 움직이는 빛의 다발의 수를 더욱 줄이고 여러 각도로의 굴절 또는 반사를 유도하여 외부광추출 효율을 더욱 높일 수 있다.In the previous example, a convex lens in which all cross sections perpendicular to the substrate surface in the lens are convex with respect to the substrate surface is exemplified. In the XIII-XIII cross sections of FIGS. As shown in FIG. 13, the lens 112f may have a cross section perpendicular to the surface of the substrate 110, and may be concave with respect to the surface of the substrate 110. The bottom surface of the lens may have a flat shape in addition to the concave shape as shown. It may be in the form of unevenness. If the bottom surface of the lens is curved, it is possible to further reduce the number of bundles of light moving in one direction and induce refraction or reflection at various angles to further increase the external light extraction efficiency.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다. 본 발명의 실시예들은 예시적이고 비한정적으로 모든 관점에서 고려되었으며, 이는 그 안에 상세한 설명 보다는 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 spirit of the present invention. It is obvious. Embodiments of the invention have been considered in all respects as illustrative and not restrictive, which include 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 1은 사파이어 기판을 식각하여 형성한 볼록렌즈의 SEM 사진이다. 1 is a SEM photograph of a convex lens formed by etching a sapphire substrate.

도 2는 도 1에 보인 구조의 개략적인 상면도이다. FIG. 2 is a schematic top view of the structure shown in FIG. 1.

도 3은 본 발명에 따른 반도체 소자용 기판의 개략적인 사시도이다.3 is a schematic perspective view of a substrate for a semiconductor device according to the present invention.

도 4는 도 3에 도시한 구조의 개략적인 상면도이다.4 is a schematic top view of the structure shown in FIG. 3.

도 5는 도 3에서 기판 표면에 평행하게 V-V를 따라 자른 단면도이다. 5 is a cross-sectional view taken along V-V parallel to the substrate surface in FIG. 3.

도 6은 본 발명에 따른 반도체 소자용 기판에서 요철을 가진 렌즈에 빛이 입사한 후의 진행 경로를 보여주는 도면이다.FIG. 6 is a view showing a path after light is incident on a lens having irregularities in a semiconductor device substrate according to the present invention. FIG.

도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 다른 반도체 소자용 기판을 보여주기 위한 단면도들이다.7 and 8 are cross-sectional views illustrating another substrate for semiconductor devices according to the present invention.

도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 또 다른 반도체 소자용 기판을 보여주기 위한 상면도들이다.9 and 10 are top views illustrating another substrate for a semiconductor device according to the present invention.

도 11은 본 발명에 따른 또 다른 반도체 소자용 기판을 보여주기 위한 단면도이다.11 is a cross-sectional view showing another substrate for a semiconductor device according to the present invention.

도 12는 본 발명에 따른 또 다른 반도체 소자용 기판을 보여주기 위한 사시도이고, 도 13은 도 12의 XIII-XIII 단면에 해당하는 도면이다. 12 is a perspective view illustrating another substrate for a semiconductor device according to the present invention, and FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line XIII-XIII of FIG. 12.

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

100...반도체 소자용 기판 110...기판100 ... semiconductor element 110 ... substrate

112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f...렌즈112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f ... lens

118, 120...식각 마스크층118, 120 ... etch mask layer

Claims

A plurality of lenses are formed on the substrate surface,

The lens includes concave and convex portions having a concave-convex surface on the side thereof, the concave and convex portions of the cross-sectional shape of the lens cut parallel to the substrate surface,

The concave portion and the convex portion are formed continuously from the apex of the lens to the place where it meets the substrate.

The substrate for semiconductor elements according to claim 1, wherein the plurality of lenses are arranged so that the direction of unevenness is the same.

The semiconductor device substrate of claim 1, wherein some of the plurality of lenses are arranged at different rotation angles so that the direction of irregularities is different.

The semiconductor element substrate according to claim 1, wherein the plurality of lenses are arranged such that convex portions of other lenses are adjacent to concave portions of one lens.

The semiconductor element substrate according to claim 1, wherein the plurality of lenses are arranged such that the concave portions of the other lenses are adjacent to the concave portions of one lens.

The substrate of claim 1, wherein the plurality of lenses have a cross section perpendicular to the surface of the substrate, and the bottom surface of the lens is concave, flat, or irregular.

The semiconductor device of claim 1, wherein the plurality of lenses include an etching of the substrate, an etching of a layer formed on the substrate, or a portion of an etching mask layer formed for such etching. Board.