KR101131085B1 - 질화물계 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 내부 구조의 굴절률 차이를 증대시켜 활성층에서 생성된 빛의 산란을 최대화함으로써 광추출 효율(light extraction efficiency)을 향상시킴과 함께 양질의 박막을 형성되도록 함으로써 내부 양자 효율(internal quantum efficiency)을 높일 수 있는 질화물계 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 질화물계 발광소자의 제조방법은 기판 상에 보이드 유도 마스크를 형성하는 단계와, 상기 보이드 유도 마스크를 식각 마스크로 이용하여 상기 기판의 일부 두께를 식각하여 보이드 유도 패턴을 형성하는 단계 및 상기 보이드 유도 패턴 상에 질화물계 반도체층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며, 상기 보이드 유도 마스크는 복수의 단위 격자가 서로 연결된 형태를 이루며, 상기 질화물계 반도체층이 형성됨으로 인해 상기 기판, 보이드 유도 패턴 및 질화물계 반도체층에 의해 정의되는 3차원 구조의 보이드가 형성되는 것을 특징으로 한다.
3차원구조, 보이드, 광추출효율

Description

질화물계 발광소자 및 그 제조방법{GaN based light emitting diode and method for fabricating the same}
본 발명은 질화물계 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판 내부 구조의 굴절률 차이를 증대시켜 활성층에서 생성된 빛의 산란을 최대화함으로써 광추출 효율(light extraction efficiency)을 향상시킴과 함께 양질의 박막을 형성되도록 함으로써 내부 양자 효율(internal quantum efficiency)을 높일 수 있는 질화물계 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
발광다이오드(Light Emitting Diode, 이하 LED라 칭함)는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 소자로서, 1962년 GaAsP 화합물 반도체를 이용한 적색 LED가 상품화된 것을 시작으로 GaP:N 계열의 녹색 LED 등이 정보통신기기를 비롯한 전자장치의 표시 광원으로 이용되고 있다.
최근에는 질화물계 화합물 반도체를 이용한 발광소자가 주목받고 있다. 그 이유 중 하나는, GaN을 In, Al 등의 원소와 조합하여 녹색, 청색 및 백색광을 방출하는 반도체층들을 제조할 수 있기 때문이다. 이러한 질화물계 발광소자는 평판표 시장치, 신호등, 실내 조명, 고해상도 출력 시스템, 광통신 등 다양한 분야에 널리 이용되고 있다.
이러한 질화물계 화합물 반도체를 이용한 발광소자는 통상, 기판 상에 질화물계 반도체층이 구비된 구조를 갖으며 상기 질화물계 반도체층은 n형 클래드층, 활성층, p형 클래드층을 포함하여 구성된다. 이와 같은 구조 하에서, 상기 활성층 내에서 전자와 정공의 재결합에 의해 광자(photon)가 발생되고, 상기 광자가 발광소자의 외부로 탈출하면서 빛이 발생된다.
한편, 발광소자의 활성층에서 발생된 빛이 발광소자의 외부로 용이하게 탈출하기 위해서는 발광소자 내부에서의 전반사가 최소화되어야 한다. 활성층에서 발생된 빛이 p형 클래드층, n형 클래드층 등에 의해 전반사가 반복되면, 빛이 발광소자 내부에서 흡수되는 현상이 발생되어 광추출 효율(light extraction efficiency)이 저하되기 때문이다.
이를 방지하기 위해, 도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이 기판 표면에 돌기를 형성함으로써 광경로의 변화를 유도하여 광추출 효율을 높이는 방법이 제시된 바 있다. 그러나, 도 1a 및 도 1b의 발광소자의 경우, 형성되는 돌기의 측벽 및 표면이 평탄하지 않으면 후속의 공정을 통해 형성되는 질화물계 반도체층의 품질에 악영향을 끼치게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 기판 내부 구조의 굴절률 차이를 증대시켜 활성층에서 생성된 빛의 산란을 최대화함으로써 광추출 효율(light extraction efficiency)을 향상시킴과 함께 양질의 박막을 형성되도록 함으로써 내부 양자 효율(internal quantum efficiency)을 높일 수 있는 질화물계 발광소자 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 질화물계 발광소자의 제조방법은 기판 상에 보이드 유도 마스크를 형성하는 단계와, 상기 보이드 유도 마스크를 식각 마스크로 이용하여 상기 기판의 일부 두께를 식각하여 보이드 유도 패턴을 형성하는 단계 및 상기 보이드 유도 패턴 상에 질화물계 반도체층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며, 상기 보이드 유도 마스크는 복수의 단위 격자가 서로 연결된 형태를 이루며, 상기 질화물계 반도체층이 형성됨으로 인해 상기 기판, 보이드 유도 패턴 및 질화물계 반도체층에 의해 정의되는 3차원 구조의 보이드가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 질화물계 발광소자의 제조방법은 기판 상에 보이드 유도 마스크를 형성하는 단계와, 상기 보이드 유도 마스크를 식각 마스크로 이용하여 상기 기판의 일부 두께를 식각하여 보이드 유도 패턴을 형성하는 단계 및 상기 보 이드 유도 마스크 상에 질화물계 반도체층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며, 상기 보이드 유도 마스크는 복수의 단위 격자가 서로 연결된 형태를 이루며, 상기 질화물계 반도체층이 형성됨으로 인해 상기 기판, 보이드 유도 패턴 및 질화물계 반도체층에 의해 정의되는 3차원 구조의 보이드가 형성되는 것을 다른 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 따른 질화물계 발광소자의 제조방법은 기판 상에 보이드 유도 패턴을 형성하는 단계 및 상기 보이드 유도 패턴 상에 질화물계 반도체층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며, 상기 보이드 유도 패턴은 복수의 단위 격자가 서로 연결된 형태를 이루며, 상기 질화물계 반도체층이 형성됨으로 인해 상기 기판, 보이드 유도 패턴 및 질화물계 반도체층에 의해 정의되는 3차원 구조의 보이드가 형성되는 것을 또 다른 특징으로 한다.
상기 보이드 유도 패턴은 복수의 단위 격자가 서로 연결된 형태를 이루어, 상기 보이드 유도 마스크에 상응하는 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 3차원 구조의 보이드는 상기 단위 격자의 내부 공간에 형성되며, 각각의 단위 격자 내부 공간의 3차원 구조의 보이드는 서로 격리된다.
상기 각각의 단위 격자는 서로 동일하거나 일부 단위 격자는 다른 형상을 이룰 수 있으며, 상기 보이드 유도 패턴의 폭과 높이는 1 : 1～10의 비율을 가질 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 질화물계 발광소자의 제조방법은 기판 상에 보이드 유도 마스크를 형성하는 단계와, 상기 보이드 유도 마스크를 식각 마스크로 이용하여 상기 기판의 일부 두께를 식각하여 보이드 유도 패턴을 형성하는 단계와, 상기 기판 전면 상에 성장 방지막을 형성하는 단계 및 상기 보이드 유도 패턴 상에 질화물계 반도체층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며, 상기 보이드 유도 마스크는 복수의 단위 격자가 서로 연결된 형태를 이루며, 상기 질화물계 반도체층이 형성됨으로 인해 상기 성장 방지막, 보이드 유도 패턴 및 질화물계 반도체층에 의해 정의되는 3차원 구조의 보이드가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 성장 방지막은 상기 각각의 단위 격자의 내부 공간에 형성될 수 있으며, 상기 각각의 단위 격자의 내부 공간에 형성되는 성장 방지막은 그 높이가 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 또한, 상기 각각의 단위 격자의 내부 공간에 형성되는 성장 방지막의 높이는 상기 보이드 유도 패턴의 높이와 같거나 작을 수 있고, 상기 각각의 단위 격자의 내부 공간에 형성되는 성장 방지막의 높이는 단위 격자의 단면적에 비례할 수 있다.
상기 보이드 유도 마스크를 식각 마스크로 이용하여 상기 기판의 일부 두께를 식각하여 보이드 유도 패턴을 형성하는 단계 이후, 상기 보이드 유도 패턴 상단의 측부를 상기 보이드 유도 패턴을 테이퍼(taper) 형태로 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 질화물계 발광소자는 기판과, 상기 기판 상에 형성되며, 복수의 단위 격자가 서로 연결된 형태로 이루어진 보이드 유도 패턴 및 상기 보이드 유도 패턴 상에 형성된 질화물계 반도체층을 포함하여 이루어지며, 상기 기판, 보이드 유도 패턴 및 질화물계 반도체층 사이에 3차원 구조의 보이드가 구비되는 것 을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 질화물계 발광소자는 기판과, 상기 기판 상에 형성되며, 복수의 단위 격자가 서로 연결된 형태로 이루어진 보이드 유도 패턴과, 상기 보이드 유도 패턴을 구성하는 각각의 단위 격자의 내부 공간에 형성된 성장 방지막 및 상기 보이드 유도 패턴 상에 형성된 질화물계 반도체층을 포함하여 이루어지며, 상기 성장 방지막, 보이드 유도 패턴 및 질화물계 반도체층 사이에 3차원 구조의 보이드가 구비되는 것을 다른 특징으로 한다.
본 발명에 따른 질화물계 발광소자 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
기판과 질화물계 반도체층 사이에 기판보다 굴절율이 작은 3차원 구조의 보이드 또는 3차원 구조의 산란유도패턴이 구비됨에 따라, 발광층에서 발생되는 빛을 효과적으로 산란시킬 수 있게 되어 광추출 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 기판 상에 복수의 단위 격자로 이루어지는 보이드 유도 패턴이 구비되고, 상기 보이드 유도 패턴 상에서만 질화물계 반도체층이 성장됨에 따라, 질화물계 반도체층 내의 결함을 최소화할 수 있어 질화물계 발광소자의 내부 양자 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물계 발광소자 및 그 제조방법을 상세히 설명하기로 한다. 도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물계 발광소자의 분리 사시도이고, 도 2b, 도 3 및 도 4는 각각 도 2a의 A-A`선에 따른 단면도이다.
도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물계 발광소자는 기판(201) 상에 질화물계 반도체층(203)이 적층된 구조를 이루며, 상기 기판(201)과 질화물계 반도체층(203) 사이에는 3차원 구조의 보이드(204)가 개재된다. 상기 3차원 구조의 보이드(204)는 빈 공간으로서 공기 등의 기체가 충전될 수 있으며, 상기 3차원 구조의 보이드(204)의 굴절률은 상기 기판(201)의 굴절률보다 작다. 여기서, 상기 기판(201)은 실리콘(Si) 기판, GaAs 기판, MgO 기판, 사파이어(Al2O3) 기판, SiC 기판, ZnO 기판, GaN 기판, AlN 기판, AlGaN 기판 중 어느 하나 또는 이들 기판 중 어느 하나 상에 GaN, InGaN, AlGaN, AlInGaN 중 어느 하나가 적층된 템플릿 기판이 이용될 수 있다.
한편, 상기 기판(201)은 표면에 복수의 돌기부를 구비하는데, 상기 돌기부를 보이드 유도 패턴(201a)이라 명명하기로 한다. 상기 보이드 유도 패턴(201a)은 복수의 단위 격자(S)가 서로 연결된 형태로 이루어지며, 상기 각각의 단위 격자(S)에 의해 상기 3차원 구조의 보이드(204)가 정의된다. 이 때, 상기 단위 격자(S)는 사각형, 원형 등의 형상으로 이루어질 수 있으며, 상기 각각의 단위 격자(S)는 서로 동일한 형상을 이루거나 서로 다른 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 보이드 유도 패턴(201a)의 상단 모서리는 도 3에 도시한 바와 같이 테이퍼 형태로 가공될 수 있다. 여기서, 상기 3차원 구조의 보이드 내에 질화물계 반도체층이 구비되지 않도록 하기 위해 상기 보이드 유도 패턴(201a)은 그 폭과 높이가 1 : 1～10의 비율을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 4에 도시한 바와 같이 상기 3차원 구조의 보이드(204)의 하단에 성장 방지막(205)이 구비될 수 있다. 상기 성장 방지막(205)은 상기 질화물계 반도체층(203)의 성장시 상기 보이드 하부에서 질화물계 반도체층(203)이 성장되는 것을 방지하는 역할을 하는 것으로서, 상기 성장 방지막(205)은 보이드 유도 패턴(201a)의 일부 높이까지 형성되거나 상기 보이드 유도 패턴(201a)에 상응하는 높이로 형성되어 상기 보이드 공간을 모두 채울 수도 있다.
이와 같은 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물계 발광소자에 있어서, 기판(201)과 질화물계 반도체층(203) 사이에 3차원 구조의 보이드(204)가 구비되고 상기 보이드의 하단에 성장 방지막(205)이 선택적으로 구비됨에 따라 광경로를 다양하게 변화시킬 수 있으며, 이를 통해 활성층의 광추출 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 질화물계 발광소자의 특성을 종래 기술의 질화물계 발광소자에 대비하면, 아래의 표 1과 같다. 아래의 표 1에 있어서, 종래 기술의 질화물계 발광소자는 평평한 기판 상에 undoped GaN을 성장시킨 것이며, 본 발명의 질화물계 발광소자는 3차원 구조의 보이드가 구비된 기판 상에 undoped GaN을 성장시킨 것이다.
<표 1>
Carrier
concentration (cm-3) 		Mobility
(cm2/Vs)
상온 77k 상온 77k
종래기술의 발광소자 7.6E16 2.6E16 204 169
본 발명의 발광소자 1.4E17 5.2E16 258 215
표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 발광소자가 캐리어 농도(carrier concentration)가 종래 기술의 발광소자보다 높음에도 불구하고 높은 이동도를 나타냄을 알 수 있으며, 이를 통해 질화물계 반도체층의 특성이 우수함이 확인된다. 또한, 광발광(PL, photo luminescence) 측정 결과의 경우, 표 2에 나타낸 바와 같이 본 발명의 발광소자가 GaN 피크 파장에서의 강도(intensity)가 종래 기술의 발광소자에 대비하여 월등히 큰 것을 확인할 수 있으며, 이는 본 발명에 따른 발광소자의 광추출 효율이 향상됨을 의미한다.
<표 2>
Vf(V) P out (mW) PL
종래기술의 발광소자 3.25 5.20 9.37
본 발명의 발광소자 3.33 5.74 11.13
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물계 발광소자에 대해 설명하였으며, 이하에서는 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 질화물계 발광소자의 제조방법에 대해 설명하기로 한다. 도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화물계 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도이며, 도 2a의 A-A` 선에 따른 단면에 상응하다.
먼저, 도 5a에 도시한 바와 같이 기판(201)을 준비한다. 상기 기판(201)은 실리콘(Si) 기판, GaAs 기판, MgO 기판, 사파이어(Al2O3) 기판, SiC 기판, ZnO 기판, GaN 기판, AlN 기판, AlGaN 기판 중 어느 하나 또는 이들 기판 중 어느 하나 상에 GaN, InGaN, AlGaN, AlInGaN 중 어느 하나가 적층된 템플릿 기판이 이용될 수 있다.
그런 다음, 상기 기판(201) 상에 보이드 유도 마스크(202)를 형성한다. 상기 보이드 유도 마스크(202)는 후속의 공정을 통해 기판(201) 상에 형성되는 질화물계 반도체층(203)과 상기 기판(201) 사이에 3차원 구조의 보이드(204)가 형성되는 것을 유도하는 역할을 하는 것으로서, 상기 보이드 유도 마스크(202)는 포토리소그래피 공정 또는 포토리소그래피 공정 및 식각 공정을 통해 형성할 수 있다.
구체적으로, 상기 기판(201) 전면 상에 보이드 유도 마스크(202)를 형성하기 위한 물질을 적층한다. 이 때, 상기 물질로는 감광막(photo resist) 등의 유기 물질, 유전체, 금속 중 어느 하나 또는 이들의 조합이 이용될 수 있다. 그런 다음, 상기 물질을 포토리소그래피 공정 또는 포토리소그래피 공정 및 식각 공정을 통해 선택적으로 패터닝하여 보이드 유도 마스크(202)를 형성한다.
상기 기판(201) 상에 형성된 보이드 유도 마스크(202)는 격자 형태로 서로 연결되며, 각각의 단위 격자(S)에 의해 내부 공간이 정의되며, 이 때 정의되는 공간은 보이드 형성 공간에 해당된다. 상기 보이드 유도 마스크(202)는 달리 표현하 여, 복수의 단위 격자(S)가 상하좌우로 연결된 형태라 할 수 있으며 상기 각각의 단위 격자(S)는 서로 동일한 형태를 갖거나 동일하지 않는 형태로 형성할 수 있다. 상기 각각의 단위 격자(S)의 형태를 다르게 하는 것은 상기 단위 격자(S)의 폭 및 길이를 조절하는 것을 통해 가능하다. 참고로, 도 6a는 사파이어 기판 상에 감광막을 이용하여 보이드 유도 마스크를 형성한 예를 나타낸 SEM(scanning electron microscope) 사진이며, 도 6a에서 복수의 단위 격자가 서로 연결된 보이드 유도 마스크가 형성된 것을 확인할 수 있다.
이와 같이 각각의 단위 격자(S)를 부분적으로 그 형태를 달리 설계하는 이유는, 상기 각각의 단위 격자(S)에 의해 정의되어 후속의 공정을 통해 형성되는 3차원 구조의 보이드(204)가 부분적으로 서로 다른 형태를 갖도록 함으로써 굴절률 차이가 극대화되도록 하고 이를 통해 광추출 효율을 향상시키기 위함이다.
상기 기판(201) 상에 보이드 유도 마스크(202)가 형성된 상태에서, 도 5b에 도시한 바와 같이 상기 보이드 유도 마스크(202)를 식각 마스크로 이용하여 기판(201)의 노출된 영역을 일정 두께만큼 식각한다. 이로 인해, 상기 기판(201) 상에는 돌출된 형상을 갖는 보이드 유도 패턴(201a)이 형성된다. 상기 보이드 유도 패턴(201a)은 상기 보이드 유도 마스크(202) 하부에 위치함으로 인해 상기 식각시 식각되지 않은 기판(201) 영역을 일컫는 것이며, 상기 보이드 유도 마스크(202)와 마찬가지로 복수의 단위 격자(S)가 서로 연결된 형태를 갖는다. 참고로, 도 6b는 도 6a의 상태에서 보이드 유도 마스크를 이용하여 기판의 일부 두께를 식각한 예를 나타낸 사진으로서, 보이드 유도 마스크에 상응한 형상으로 기판이 식각됨을 확인 할 수 있다.
한편, 상기 보이드 유도 패턴(201a)의 폭, 길이 및 높이는 보이드 형성 가능 조건을 충족하는 범위 내에서 결정되어야 한다. 상기 보이드 유도 패턴(201a) 상에 후속의 공정을 통해 질화물계 반도체층(203)이 적층되고, 이를 통해 상기 질화물계 반도체층(203), 보이드 유도 패턴(201a), 기판(201)에 의해 둘러 쌓인 3차원 구조의 보이드(204)가 형성되는데, 상기 보이드 유도 패턴(201a)을 구성하는 단위 격자(S)의 내부 공간이 넓게 되면 상술한 3차원 구조의 보이드(204)가 형성되지 않을 수도 있다. 따라서, 3차원 구조의 보이드(204)를 안정적으로 형성하기 위해서는 상기 보이드 유도 패턴(201a)의 기하학적 크기가 적절히 설정되어야 하며, 세부적으로 다음과 같은 조건을 충족하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 3차원 구조의 보이드 내에 질화물계 반도체층이 구비되지 않도록 하기 위해 상기 보이드 유도 패턴(201a)은 그 폭과 높이가 1 : 1～10의 비율을 갖는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 보이드 유도 패턴(201a)의 폭 및 길이는 상기 보이드 유도 마스크(202) 형성시 그 조건을 적용할 수 있다.
이와 같은 상태에서, 도 5c에 도시한 바와 같이 상기 보이드 유도 패턴(201a) 상의 보이드 유도 마스크(202)를 식각, 제거한 다음 금속유기화학증착법(MOCVD : Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 또는 분자빔에피택셜법(MBE : Molecular Beam Epitaxy)을 이용하여 질화물계 반도체층(203)을 적층한다.
이 때, 상기 질화물계 반도체층(203)은 상기 보이드 유도 패턴(201a) 상에 적층되며, 이에 따라, 질화물계 반도체층(203), 보이드 유도 패턴(201a) 및 기 판(201)에 의해 정의된 3차원 구조의 보이드(204)가 형성된다. 상기 질화물계 반도체층(203)이 보이드 유도 패턴(201a) 사이의 기판(201) 상에 형성되지 않는 이유는 상기 보이드 유도 패턴(201a)이 전술한 바와 같은 조건 하에서 형성되었기 때문이다. 또한, 상기 질화물계 반도체층(203)이 보이드 유도 패턴(201a) 상부에서만 성장하고 보이드 유도 패턴(201a)의 측벽 상에서는 성장되지 않음에 따라, 질화물계 반도체층(203) 내의 결함 발생을 최소화할 수 있게 된다. 참고로, 도 6c는 도 6b의 상태에서 보이드 유도 마스크를 제거한 다음, 보이드 유도 패턴 상에 질화물계 반도체층을 적층한 예를 나타낸 사진이며, 질화물계 반도체층(203), 보이드 유도 패턴(201a), 기판(201)에 의해 둘러 쌓인 3차원 구조의 보이드(204)가 형성됨을 확인할 수 있다.
한편, 상기 질화물계 반도체층(203)은 버퍼층, n형 클래드층, 활성층, p형 클래드층 등을 포함하며, 상기 질화물계 반도체층(203)의 적층 후 도면에 도시하지 않았지만 상기 질화물계 반도체층(203)의 전면 또는 전면 및 후면 상에 투명전극, n형 전극, p형 전극을 형성하면 본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화물계 발광소자의 제조공정은 완료된다.
이상, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화물계 발광소자의 제조방법을 설명하였다. 상기 제 1 실시예의 전체 공정 흐름을 정리하면, 1) 기판 상에 보이드 유도 마스크 형성, 2) 기판 식각하여 보이드 유도 패턴 형성, 3) 보이드 유도 마스크 제거 후, 보이드 유도 패턴 상에 질화물계 반도체층 형성의 과정으로 정리할 수 있 다.
이와 같은 제 1 실시예의 구성에서 다음과 같은 사항을 변형한 실시예 또한 가능하다. 첫 번째 변형 실시예로, 제 1 실시예에서는 보이드 유도 패턴(201a) 형성 후에 보이드 유도 패턴(201a) 상의 보이드 유도 마스크(202)를 제거한 다음 보이드 유도 패턴(201a) 상에 질화물계 반도체층(203)을 적층하는 기술을 제시하는데, 상기 보이드 유도 마스크(202)를 제거하지 않은 상태에서 상기 보이드 유도 마스크(202) 상에 질화물계 반도체층(203)을 적층하는 것도 가능하다. 첫 번째 변형 실시예의 경우 보이드 유도 마스크(202) 역시 보이드 유도 패턴(201a)의 역할을 하는 것이다.
전술한 바에 있어서 상기 3차원 구조의 보이드 내에 질화물계 반도체층이 구비되지 않도록 하기 위해 상기 보이드 유도 패턴의 폭과 높이가 1 : 1～10의 비율을 갖는 것이 기술하였는데, 상기 제 1 실시예의 첫 번째 변형 실시예의 경우 보이드 유도 패턴의 높이라 함은 보이드 유도 마스크와 보이드 유도 패턴의 합을 일컫는다.
두 번째 변형 실시예로, 제 1 실시예에서는 보이드 유도 마스크(202)를 식각 마스크로 하여 기판(201)의 일부 두께를 식각하여 보이드 유도 패턴(201a)을 형성하는 기술을 제시하고 있는데, 보이드 유도 마스크(202) 형성 후 기판(201)을 식각하지 않고 보이드 유도 마스크(202) 상에 질화물계 반도체층(203)을 곧바로 적층하는 것도 가능하다. 즉, 두 번째 변형 실시예의 경우 보이드 유도 마스크(202)가 보이드 유도 패턴(201a)의 역할을 하는 것이다.
다음으로, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 질화물계 발광소자의 제조방법을 설명하기로 한다. 도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 질화물계 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 질화물계 발광소자의 제조방법은 제 1 실시예에 대비하여, 제 1 실시예의 경우 3차원 구조의 보이드(204)가 안정적으로 형성되도록 함과 함께 보이드 유도 패턴(201a)들 사이의 기판(201) 상에서 질화물계 반도체층(203)이 형성되는 것을 방지하기 위해 보이드 유도 패턴(201a)의 폭, 길이 및 높이를 특정 조건을 만족하도록 하는 것을 특징으로 하고 있는데, 제 2 실시예의 경우 보이드 유도 패턴(201a)의 형성시 상기 특정 조건보다 다소 완화된 조건을 적용하되 상기 보이드 유도 패턴(201a)들 사이의 기판(201) 상에 성장 방지막(205)을 적층시킴으로써 보이드 유도 패턴(201a)들 사이의 기판(201) 상에서 질화물계 반도체층(203)이 성장되는 것을 방지함을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 먼저 도 7a에 도시한 바와 같이 기판(201)을 준비하고 상기 기판(201) 상에 보이드 유도 마스크(202)를 형성한다. 상기 기판(201)의 종류 및 상기 보이드 유도 마스크(202)를 형성하기 위한 물질은 제 1 실시예에 상응하며, 상기 보이드 유도 마스크(202)는 제 1 실시예의 보이드 유도 마스크(202)와 마찬가지로 복수의 단위 격자(S)가 서로 연결된 형태로 이루어진다.
그런 다음, 도 7b에 도시한 바와 같이 상기 보이드 유도 마스크(202)를 식각 마스크로 이용하여 상기 기판(201)을 일정 두께만큼 식각하여 제거한다. 이를 통해 보이드 유도 패턴(201a)을 형성한다. 이상의 도 7a 및 도 7b의 공정은 제 1 실시예의 도 5a 및 도 5b의 공정에 상응하다 할 수 있다.
다만, 상기 보이드 유도 패턴(201a)은 상기 제 1 실시예와 마찬가지로 복수의 단위 격자(S)가 서로 연결된 형태를 갖고 상기 각각의 단위 격자(S)는 서로 다른 형태 즉, 서로 다른 단면적을 갖도록 형성되는데, 제 1 실시예에 대비하여 제 2 실시예의 보이드 유도 패턴(201a)을 구성하는 단위 격자(S)의 단면적은 상대적으로 크며 정확히는, 후속의 성장 방지막(205)의 적층시 해당 성장 방지막(205)이 각각의 단위 격자(S) 내부에 적층될 수 있는 정도의 크기를 갖는다.
이어, 도 7c에 도시한 바와 같이 상기 보이드 유도 마스크(202)를 포함한 기판(201) 전면 상에 성장 방지막(205)을 적층한다. 상기 성장 방지막(205)은 보이드 유도 패턴(201a) 사이의 기판(201) 상에 적층되는데, 달리 표현하여 보이드 유도 패턴(201a)을 구성하는 각각의 단위 격자(S) 내부 공간의 기판(201) 상에 적층된다. 여기서, 상기 성장 박지막의 물질로는 SiO2, SiNx 등의 유전체 물질이 이용될 수 있다.
이 때, 전술한 바와 같이 보이드 유도 패턴(201a)을 구성하는 복수의 단위 격자(S)의 단면적 크기가 다양함에 따라, 상대적으로 작은 단면적을 갖는 단위 격자(S)의 경우 증착 물질이 증착될 확률이 상대적으로 작아 상대적으로 작은 두께의 성장 방지막(205)이 적층되며, 상대적으로 큰 단면적을 갖는 단위 격자(S)의 경우 증착 물질이 증착될 확률이 상대적으로 높아 상대적으로 큰 두께의 성장 방지 막(205)이 적층된다. 또한, 상기 단위 격자(S)의 단면적이 일정 크기 이상이면 보이드 유도 패턴(201a)에 상응하는 높이로 상기 성장 방지막(205)이 적층될 수도 있다.
상기 성장 방지막(205)의 적층 후, 상기 보이드 유도 패턴(201a) 상의 보이드 유도 마스크(202) 및 상기 보이드 유도 마스크(202) 상에 적층된 성장 방지막(205)을 제거한 다음, 도 5d에 도시한 바와 같이 금속유기화학증착법(MOCVD : Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 또는 분자빔에피택셜법(MBE : Molecular Beam Epitaxy)을 이용하여 질화물계 반도체층(203)을 적층한다.
이 때, 상기 보이드 유도 패턴(201a) 사이의 기판(201) 상에는 성장 방지막(205)이 형성되어 있어 상기 질화물계 반도체층(203)은 상기 보이드 유도 패턴(201a) 상에서만 성장되며, 이에 따라 질화물계 반도체층(203), 보이드 유도 패턴(201a) 및 성장 방지막(205)에 의해 정의된 3차원 구조의 보이드(204)가 형성된다.
또한, 상기 성장 방지막(205)이 상기 보이드 유도 패턴(201a)에 상응하는 높이로 형성되는 경우, 상기 질화물계 반도체층(203)의 하부에 성장 방지막(205)이 존재하게 되어 질화물계 반도체층(203)과 성장 방지막(205) 사이에는 3차원 구조의 보이드(204)가 형성되지 않으며, 이 경우 성장 방지막(205) 자체가 기판(201)과 다른 굴절률을 갖는 3차원 구조의 산란유도패턴이 된다.
한편, 상기 질화물계 반도체층(203)은 버퍼층, n형 클래드층, 활성층, p형 클래드층 등을 포함하며, 상기 질화물계 반도체층(203)의 적층 후 도면에 도시하지 않았지만 상기 질화물계 반도체층(203)의 전면 또는 전면 및 후면 상에 투명전극, n형 전극, p형 전극을 형성하면 본 발명의 제 2 실시예에 따른 질화물계 발광소자의 제조공정은 완료된다.
이상, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 질화물계 반도체층(203)의 제조방법을 설명하였는데, 다음과 같은 제 2 실시예의 변형 실시예가 가능하다.
제 2 실시예에 있어서, 상기 보이드 유도 마스크(202)를 식각 마스크로 이용하여 기판(201)의 일부 두께를 식각, 제거하여 보이드 유도 패턴(201a)을 형성하는 기술이 제시되었는데, 이에 대한 변형 실시예로, 상기 보이드 유도 패턴(201a)을 형성한 다음 상기 보이드 유도 패턴(201a)을 측부를 식각하여 상기 보이드 유도 패턴(201a)을 테이퍼(taper) 형태로 가공할 수 있다.
상기 보이드 유도 패턴(201a)의 측부를 식각하는 방법은, 건식 식각시 수직 방향에서 수평 방향으로 기울인 상태에서 진행하는 것을 통해 가능하며, 이와 같은 테이퍼 형상의 보이드 유도 패턴(201a)을 구현함으로써 광경로의 다양한 변화를 도모할 수 있으며, 이를 통해 궁극적으로 광추출 효율의 개선을 담보할 수 있게 된다.
도 1a 및 도 1b는 각각 종래 기술에 따른 질화물계 발광소자의 단면도.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물계 발광소자의 분리 사시도.
도 2b, 도 3 및 도 4는 각각 도 2a의 A-A`선에 따른 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화물계 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도.
도 6a는 사파이어 기판 상에 감광막을 이용하여 보이드 유도 마스크를 형성하고, 상기 보이드 유도 마스크를 식각 마스크로 이용하여 기판을 식각한 예를 단계별로 나타낸 SEM(scanning electron microscope) 사진.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 질화물계 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
201 : 기판 201 : 보이드 유도 패턴
202 : 보이드 유도 마스크 203 : 질화물계 반도체층
204 : 3차원 구조의 보이드 205 : 성장 방지막

Claims (23)

  1. 기판 상에 보이드 유도 마스크를 형성하는 단계;
    상기 보이드 유도 마스크를 식각 마스크로 이용하여 상기 기판의 일부 두께를 식각하여 보이드 유도 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 보이드 유도 마스크 상에 질화물계 반도체층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며,
    상기 보이드 유도 마스크는 복수의 단위 격자가 서로 연결된 형태를 이루며,
    상기 질화물계 반도체층이 형성됨으로 인해 상기 기판, 보이드 유도 마스크, 보이드 유도 패턴 및 질화물계 반도체층에 의해 정의되는 3차원 구조의 보이드가 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광소자의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 보이드 유도 패턴은 복수의 단위 격자가 서로 연결된 형태를 이루어, 상기 보이드 유도 마스크에 상응하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광소자의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 3차원 구조의 보이드는 상기 단위 격자의 내부 공간에 형성되며, 각각의 단위 격자 내부 공간의 3차원 구조의 보이드는 서로 격리된 것을 특징으로 하는 질화물계 발광소자의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 각각의 단위 격자는 서로 동일한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광소자의 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 단위 격자에 있어서 일부 단위 격자는 다른 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광소자의 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 보이드 유도 패턴의 폭과 상기 보이드 유도 마스크 및 보이드 유도 패턴의 높이의 합은 1 : 1～10의 비율을 갖는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광소자의 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 보이드 유도 패턴은 복수의 단위 격자가 서로 연결된 형태를 이루어, 상기 보이드 유도 마스크에 상응하는 형상을 가지며, 상기 질화물 반도체층을 형성하기 이전에 상기 보이드 유도 패턴을 구성하는 각각의 단위 격자의 내부 공간에 성장 방지막을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광소자의 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 보이드 유도 마스크를 식각 마스크로 이용하여 상기 기판의 일부 두께를 식각하여 보이드 유도 패턴을 형성하는 단계 이후, 상기 질화물 반도체층을 형성하는 단계 이전에, 상기 보이드 유도 패턴 상단의 측부를 상기 보이드 유도 패턴이 테이퍼(taper) 형태를 가지도록 가공하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광소자의 제조방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 보이드 유도 마스크는 질화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광소자의 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 보이드 유도 마스크 및 상기 보이드 유도 마스크 상에 형성된 질화물계 반도체층은 Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)으로 표현되는 3족 질화물 반도체로 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광소자의 제조방법.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101034085B1 (ko) * 2009-12-10 2011-05-13 엘지이노텍 주식회사 발광소자 및 그 제조방법
KR20130128745A (ko) * 2012-05-17 2013-11-27 서울바이오시스 주식회사 기판 내에 보이드를 갖는 발광다이오드 및 그의 제조방법
KR101655178B1 (ko) * 2015-10-27 2016-09-08 주식회사 루미스타 발광 소자 및 그 제조 방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001176813A (ja) 1999-12-15 2001-06-29 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体基板の作製方法
JP2006278477A (ja) 2005-03-28 2006-10-12 Kyocera Corp 半導体成長用基板、エピタキシャル基板とそれを用いた半導体装置、および、エピタキシャル基板の製造方法
JP2007214500A (ja) 2006-02-13 2007-08-23 Mitsubishi Chemicals Corp 半導体部材及びその製造方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002185037A (ja) * 2000-12-19 2002-06-28 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 発光装置
KR20070009854A (ko) * 2005-07-14 2007-01-19 에피밸리 주식회사 화합물 반도체 발광소자

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001176813A (ja) 1999-12-15 2001-06-29 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体基板の作製方法
JP2006278477A (ja) 2005-03-28 2006-10-12 Kyocera Corp 半導体成長用基板、エピタキシャル基板とそれを用いた半導体装置、および、エピタキシャル基板の製造方法
JP2007214500A (ja) 2006-02-13 2007-08-23 Mitsubishi Chemicals Corp 半導体部材及びその製造方法

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