KR101136064B1 - 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 반도체층의 최하층부에 내부가 비어있는 돔이 일정한 곡률반경을 가지고 형성되어, 기판 표면에서의 광산란이 증가하여 광추출 효율이 향상된다.

Description

질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법{Nitride Semiconductor Light emitting device and fabrication method thereof}
본 발명은 질화물 반도체 발광소자의 구조 및 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체층의 최하부층에 다수의 돔이 형성되어 광추출 효율이 향상된 질화물 반도체 발광소자와 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 발광 다이오드(light emitting diode ; LED)와 같은 발광소자의 용도가 일반조명영역으로 확대됨에 따라, 발광소자의 광추출 효율을 향상시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
발광소자에는 기판과 소자 표면 사이에 광 도파로(light waveguide)와 같은 구조가 형성된다. 이로 인해, 활성층에서 생성된 광이 소자 표면, 기판 경계면, 혹은 기판 뒷면 경계면에서 내부 전반사됨에 따라, 상당한 광량이 외부로 방출되지 못하고 내부에서 소실됨으로써 광추출 효율이 낮아지게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 종래에 제시된 방법은 p형층 또는 n형층 표면에 표면 거칠기를 주는 방법(ex; surface roughenning) 또는 기판 자체에 요철과 같은 반사 또는 산란 센터를 형성(Patterned Sapphire Substrate)하여 전반사 되는 빛의 경로를 굴절시키는 방법이 제시되어 왔다.
그러나, 이와 같은 종래의 방법은 요철을 형성하기 위하여 기판의 표면을 식각하는 공정이 필요하고, 요철이 기판과 같은 재질로 형성되어 기판 표면에서의 광산란효과가 개선되는 데에 한계가 있는 단점이 있었다.
본 발명은 위와 같은 종래의 발광소자 및 그 제조방법이 갖는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기판 표면에서의 광산란효과가 증대되어, 광추출효율이 향상되는 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 질화물 반도체 발광소자는, 기판; 상기 기판 상에 형성된 다수의 반도체층; 및 상기 다수의 반도체층의 최하부층에 형성되며, 내부가 비어있는 다수의 볼록한 돔을 포함한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 질화물 반도체 발광소자는, 기판; 상기 기판 상에 형성된 다수의 반도체층; 및 상기 다수의 반도체층의 최하부층에 형성되며, 내부가 비어있고 단면이 돔형인 다수의 직선을 포함한다.
또한, 상기 다수의 반도체층은, 제1도전형의 반도체층; 상기 제1도전형의 화합물 반도체층 상에 형성된 활성층; 및 상기 활성층 상에 형성된 제2도전형의 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 돔이 일정한 곡률반경을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 곡률반경의 중심이 기판 상에 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 곡률반경의 중심이 볼록한 돔 내에서 기판으로부터 떨어져 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 곡률반경의 중심이 기판 내부에 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 질화물 반도체 발광소자의 제조방법은 기판을 준비하는 단계; 기판 상에 산화물층을 형성하는 단계; 상기 산화물층 상에 PR 마스크를 형성하는 단계; 상기 PR 마스크를 베이킹하는 단계; 상기 산화물층을 식각하여 산화물 패턴을 형성하는 단계; 상기 산화물 패턴 상에 반도체층을 성장시키는 단계; 상기 산화물 패턴이 완전히 덮이지 않은 상태에서 상기 반도체층의 성장을 중지시키는 단계; 상기 산화물 패턴을 식각하는 단계; 상기 반도체층을 성장시키는 단계를 포함한다.
또한, 상기 베이킹된 PR 마스크가 다수의 돔으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 베이킹된 PR 마스크가 단면이 돔형인 다수의 직선으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 베이킹된 PR 마스크가 단면이 돔형인 다수의 직선과 다수의 돔으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 PR마스크를 베이킹하는 단계에서 PR마스크의 모서리가 둥글게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반도체층의 성장을 중지시키는 단계에서 산화물 패턴을 덮기 직전의 미봉합 상태에서 반도체층 성장을 중지시키는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
또한, 상기 반도체층의 성장을 중지시키는 단계에서 반도체층이 산화물 패턴을 덮기 직전에 반도체층의 성장을 중지시켜 미봉합부분을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 질화물 반도체 발광소자의 제조방법은 기판을 준비하는 단계; 기판 상에 산화물층을 형성하는 단계; 상기 산화물층 상에 PR 마스크를 형성하는 단계; 상기 PR 마스크를 베이킹하는 단계; 상기 산화물을 식각하여 산화물 패턴을 형성하는 단계; 상기 산화물 패턴 상에 반도체층을 성장시키는 단계; 상기 산화물 패턴을 식각하는 단계 포함한다.
또한, 상기 베이킹된 PR 마스크가 단면이 돔형인 다수의 직선으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 다수의 돔 단면의 직경이 두 가지 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 PR마스크를 베이킹하는 단계에서 PR마스크의 모서리가 둥글게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 산화물 패턴을 식각하는 단계에서 식각용액이 산화물패턴의 노출부와 접촉하여 식각이 진행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법은 기판의 표면에 내부가 비어있는 돔을 다수 형성하여, 기판 표면을 식각하여 요철을 형성한 구조보다 기판표면에서의 광산란효과가 증대되어 광추출효율이 상승되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 질화물 반도체 발광소자를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명에 제2실시예에 의한 질화물 반도체 발광소자를 도시한 사시도.
도 3은 본 발명에 제3실시예에 의한 질화물 반도체 발광소자를 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 제4실시예에 의한 질화물 반도체 발광소자를 도시한 사시도.
도 5는 본 발명의 제5실시예에 의한 질화물 반도체 발광소자를 도시한 사시도.
도 6은 본 발명의 제6실시예에 의한 질화물 반도체 발광소자를 도시한 사시도.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 의한 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 도시한 개략도.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 의한 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 도시한 개략도.
도 9은 본 발명에 의한 질화물 반도체 발광소자의 돔을 비교한 단면도.
도 10은 온도변화에 따른 PR의 변화를 촬영한 SEM 사진.
도 11은 온도변화에 따른 PR 마스크의 변화를 촬영한 SEM 사진.
도 12는 산화물층 상에 형성된 직선형의 PR 마스크를 촬영한 SEM 사진.
도 13는 광 시뮬레이션을 이용한 광 추출효율 값.
이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명한다. 이러한 실시예는 본 발명에 대하여 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범위를 예시하기 위해 제공되는 것이다. 본 발명은 이하에서의 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 특허청구범위가 제시하는 범위 내에서 다양한 형태로 구현될 수 있다.
또한, 도면에서 각 구성 요소의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되었고, 설명과 관계없는 부분은 생략되었다.
본 발명의 실시예에서의 곡률반경이란 곡선이나 곡면의 각 점에서의 구부러진 정도를 표시하는 값을 의미하며, 평면은 무한대이고, 구나 원에서는 그 반지름과 같은 값이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 질화물 반도체 발광소자를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 제2실시예에 의한 질화물 반도체 발광소자를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명에 제3실시예에 의한 질화물 반도체 발광소자를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 제4실시예에 의한 질화물 반도체 발광소자를 도시한 사시도이고, 도 5는 본 발명의 제5실시예에 의한 질화물 반도체 발광소자를 도시한 사시도이고, 도 6은 본 발명의 제6실시예에 의한 질화물 반도체 발광소자를 도시한 사시도이고, 도 7은 본 발명의 제1실시예에 의한 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 도시한 개략도이고, 도 8은 본 발명의 제2실시예에 의한 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 도시한 개략도이고, 도 9은 본 발명에 의한 질화물 반도체 발광소자의 돔을 비교한 단면도이고, 도 10은 온도변화에 따른 PR의 변화를 촬영한 SEM 사진이고, 도 11은 온도변화에 따른 PR 마스크의 변화를 촬영한 SEM 사진이고, 도 12는 산화물층 상에 형성된 직선형의 PR 마스크를 촬영한 SEM 사진이고, 도 13는 광 시뮬레이션을 이용한 광 추출효율 값이다.
먼저 발광소자의 구조에 대해 설명한 후, 상기 발광소자의 제조방법에 대해 설명한다.
본 발명의 실시예에 의한 발광소자는 발광다이오드(light emitting diode ; LED)를 예로 들어 설명하나 이에 한정하는 것은 아니다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 발광소자는 기판(10); 상기 기판(10) 상에 형성된 다수의 반도체층(40', 50, 60); 및 상기 다수의 반도체층의 최하부층에 형성되며, 내부가 비어있는 다수의 볼록한 돔(23)을 포함한다.
상기 기판(10)은 사파이어 기판(sapphire substrate), 실리콘 카바이드(SiC) 기판, 갈륨나이트라이드(GaN), 실리콘(Si) 기판 중의 어느 하나를 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 사파이어 기판을 사용하였다.
상기 반도체층은 n형층(40')과 활성층(50) 및 p형층(60)을 포함하며, Si 막, GaN 막, AlN 막, InGaN 막, AlGaN 막, AlInGaN 막 및 이들을 포함하는 반도체 박막층 중 적어도 하나를 포함하여 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 n형층(40')은 다수 캐리어가 전자인 층으로서, n형 반도체층과 n형 클래드층으로 구성될 수 있다.
상기와 같은 반도체층은 한층으로 형성할 수도 있으나, 다층의 반도체층이 적층되어 있는 구조가 될 수도 있다.
상기 반도체층을 다수의 반도체층으로 형성하는 경우에는 기판(10) 상에 제1도전형의 반도체층(40')이 형성되고, 그 위에 활성층(50), 제2도전형의 반도체층(60)이 형성된다.
이러한 제1도전형의 반도체층(40')은 다수 캐리어가 전자인 n형 반도체층으로서 전술한 반도체층에 Si, Ge, Se, Te, C 등과 같은 n형 불순물을 주입하여 형성할 수 있다.
상기 제2도전형의 반도체층(60)은 다수 캐리어가 정공인 p형 반도체층으로서, 전술한 반도체층에 Mg, Zn, Be, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 불순물을 주입하여 형성할 수 있다.
상기 활성층(50)은 n형층에서 제공된 전자와 p형층에서 제공된 정공이 재결합되면서 소정 파장의 광을 출력하는 층이다.
이러한 활성층(50)은 우물층(well layer)과 장벽층(barrier layer)을 교대로 적층하여 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물 (multiple quantum well) 구조를 갖는 다층의 반도체층으로 형성할 수 있다.
이때, 활성층(50)을 이루는 반도체 재료에 따라 출력되는 광의 파장이 변화되므로, 목표로 하는 출력 파장에 따라 적절한 반도체 재료를 선택하는 것이 바람직하다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 돔(23)은 반도체층의 최하부층에 기판(10)과 연접하여 형성된다.
상기 돔(23)은 반도체층의 최하부층 상에 일정한 거리를 두고 격자형으로 형성할 수 있으며, 불규칙적인 배열로 형성하는 것도 가능하다.
본 발명의 실시예는 2㎛ 직경의 돔(23)을 1㎛의 간격을 두고 형성하거나, 3㎛의 직경의 돔(23)을 1㎛의 간격을 두고 규칙적으로 배열하였다.
또한, 크기가 서로 다른 두 종류 이상의 돔(23)을 혼용하여 구성할 수도 있다.
예를 들어, 직경 2㎛의 돔과 직경 3㎛의 돔을 동일한 기판(10) 상에 형성할 수도 있다.
상기 돔(23)의 높이는 제조공정에서 기판(10)위에 형성되는 산화물층의 두께에 따라 달라지게 되는데, 산화물층의 두께가 두꺼워지면 돔의 높이가 높아진다.
상기 돔(23)은 일정한 곡률반경을 가지도록 형성하는 것이 바람직하며, 도 9에 도시된 바와 같이, 곡률반경의 중심(A)의 위치를 다양하게 변형시키는 것도 가능하다.
도 9(a)는 본 발명의 제1실시예에 의한 돔의 단면으로서, 상기 곡률반경의 중심(A)이 기판(10)의 표면상에 위치하도록 형성한 것으로서, 내부가 비어 있는 반구형의 돔(23)이 형성된 것이다.
도 9(b)는 본 발명의 제2실시예에 의한 돔의 단면으로서, 곡률반경의 중심(A)이 기판(10) 표면의 상부에 위치하도록 형성한 것으로서, 원통형의 측벽과 반구형의 상부로 구성된 돔(24)이 형성된 것이다.
도 9(c)는 본 발명의 제3실시예에 의한 돔의 단면으로서, 곡률반경의 중심(A)이 기판(10)의 내부에 위치하도록 형성하는 것으로서, 원반형의 돔(25)이 형성된 것이다.
상기 곡률반경의 중심의 위치(A)는 발광소자의 배광특성에 따른다.
이러한 곡률 반경의 중심의 위치(A)는 그 돔의 높이를 결정하게 되는데 이러한 돔의 높이에 따라 광추출 효율이 달라지게 된다.
도 13에 도시된 바와 같이, 돔의 높이(Height)에 따라 발광소자의 광 특성의 차이가 나타나게 된다.
상기 돔(23)은 내부가 빈 공간으로 형성되어, 요철이 형성된 기판에 비해 기판(10) 표면에서의 광산란 효과가 상승된다.
발광소자의 광추출효율을 향상시키기 위하여는 활성층(50)에서 발생한 광을 상부로 더 많이 방출되게 하여야하는데, 활성층(50)에서 발생한 광의 일부는 기판(10)의 표면에서 반사되지 못하고 굴절되어 기판(10) 내부로 입사되게 된다.
이렇게 기판(10)의 내부로 입사되는 광의 양을 감소시키기 위해서는 기판(10) 표면에서 반사되는 광의 양을 증가시켜야되는데, 종래에는 기판(10)의 표면에 요철을 형성하여 광을 반사시켰다.
본 발명은 기판(10)의 표면에 내부가 비어있는 돔(23)이 형성되어 종래의 요철기판에 비해 광 추출효율이 향상된다.
빛이 밀한 매질에서 소한 매질로 입사하게 될 때 굴절각이 임계각보다 더 커지게 되면, 빛이 굴절되지 않고 반사되어 진행되게 되는 전반사가 된다.
굴절률이 n1인 밀한 매질에서 굴절률이 n2인 소한 매질로 입사할 경우에 전반사가 발생하는 입사각인 임계각(θ)은 아래와 같은 식으로 표현된다.
sinθ = n2/n1
진공(n2=1.00)과 공기(n2=1.00029)의 굴절률은 사파이어 요철기판의 굴절률인 1.77보다 작으므로, 더 작은 입사각에도 전반사가 발생하게 된다.
상기와 같이, 종래의 요철기판에 비해 기판면의 전반사가 증가되기 때문에 발광소자에서 방출되는 빛의 광추출효율이 증가한다.
도 13는 이러한 차이를 나타낸 광 시뮬레이션 결과로서, 종래의 요철기판상에 형성한 LED(PSS LED)나 일반적인 기판상에 형성한 LED(Conventional LED)와 비교하여 본 발명에 따른 일반기판 상에 형성한 에어돔(Air dome)의 광 추출 효율이 에어돔 또는 PSS패턴의 높이(Height)에서 상승하는 것을 볼 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 반도체층의 상단에는 전류를 인가하기 위한 전극 패드(80, 90)가 마련된다.
상기 전극 패드(80, 90)는 제1도전형의 반도체층(n형 반도체층)에 접하는 n형 전극 패드(90) 및 제2도전형의 반도체층(p형 반도체층)에 접하는 p형 전극 패드(80)를 포함한다.
여기서 n형 전극 패드(90) 및 p형 전극 패드(80) 각각은 Pb, Sn, Au, Ge, Cu, Bi, Cd, Zn, Ag, Ni, Ti 및 이들을 포함하는 합금 중 적어도 어느 하나의 금속으로 이루어진 단일막 또는 다층막으로 형성하는 것이 바람직하다.
그리고, 이러한 전극 패드 중 p형 전극 패드(80)는, 먼저 p형 반도체층(60) 상에 전류 확산층(70)을 형성한 다음 그 위에 형성할 수 있다.
상기 전극 패드(80, 90)를 통해 외부 전류를 인가하면 반도체층 내의 활성층(50)이 발광 영역의 기능을 수행한다.
도 2 및 도 9(b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 의한 발광소자는 곡률반경의 중심(A)이 기판(10) 표면의 상부에 위치하도록 형성한 것으로서, 원통형의 측벽과 반구형의 상부로 구성된 돔(24)이 기판(10)상에 형성된다.
돔(24)의 형상을 제외한 부분은 제1실시예와 크게 다르지 않으므로 자세한 설명은 생략한다.
도 3 및 도 9(c)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 의한 발광소자는 곡률반경의 중심(A)이 기판(10)의 내부에 위치하도록 형성하는 것으로서, 원반형의 돔(25)이 형성된다.
돔(25)의 형상을 제외한 부분은 제1실시예와 크게 다르지 않으므로 자세한 설명은 생략한다.
도 4 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4실시예에 따른 발광소자는 기판(10); 상기 기판(10) 상에 형성된 다수의 반도체층; 및 상기 다수의 반도체층의 최하부층에 형성되며, 내부가 비어있고 단면이 돔인 다수의 직선(26)을 포함한다.
상기 내부가 비어있고 단면이 돔인 직선(26)은 내부가 비어 있는 터널 형상이며, 터널 상부의 곡률반경의 중심이 제1실시예와 같이 기판(10)의 표면상에 위치한다.
또한, 상기 직선(26)의 크기, 곡률반경, 높이를 다양하게 변형하여 사용하는 것도 가능하며, 서로 다른 종류의 터널을 혼용하여 사용하는 것도 가능하다.
단면이 돔인 직선(26)을 제외한 부분은 제1실시예와 크게 다르지 않으므로 자세한 설명은 생략한다.
도 5 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5실시예에 의한 발광소자는 내부가 비어 있고 단면이 돔인 직선(27)의 곡률반경의 중심(A)이 기판(10) 표면의 상부에 위치하도록 형성한 것으로서, 원통형의 측벽과 반구형의 상부로 구성된 돔(27)이 형성된다.
상기 내부가 비어있고 단면이 측벽과 반구형의 상부로 구성된 직선(27)은 터널 상부의 곡률반경의 중심이 제2실시예와 같이 기판(10)의 상부에 위치한다.
단면이 돔인 직선(27)을 제외한 부분은 제2실시예와 크게 다르지 않으므로 자세한 설명은 생략한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제6실시예에 의한 발광소자는 내부가 비어 있고 단면이 돔인 직선(28)의 곡률반경의 중심(A)이 기판(10)의 내부에 위치하도록 형성하는 것으로서, 원반형의 낮은 돔이 형성된다.
상기 내부가 비어있고 단면이 낮은 돔인 직선(27)은 터널 상부의 곡률반경의 중심이 제3실시예와 같이 기판(10)의 내부에 위치한다.
단면이 돔인 직선(28)을 제외한 부분은 제3실시예와 크게 다르지 않으므로 자세한 설명은 생략한다.
다음으로 본 발명 실시예의한 발광소자의 제조방법을 설명한다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 제1실시예에 따른 발광소자의 제조 방법은 기판(10)을 준비하는 단계; 기판(10) 상에 산화물층(20)을 형성하는 단계; 상기 산화물층 상에 PR 마스크(31)를 형성하는 단계; 상기 PR 마스크(31)를 베이킹하는 단계; 상기 산화물층(20) 을 식각하여 산화물 패턴(21)을 형성하는 단계; 상기 산화물 패턴 상에 반도체층(40)을 성장시키는 단계; 상기 반도체층(40)의 성장을 중지시키는 단계; 상기 산화물 패턴(21)을 식각하는 단계; 상기 반도체층(40)을 성장시키는 단계를 포함하는 이루어진다.
도 7(a)에 도시된 바와 같이, 먼저 기판(10)을 준비하고, 상기 기판(10) 상에 산화물층(20)을 형성한다.
상기 산화물층(20)은 기판(10) 상의 돔을 형성하기 위한 식각 마스크로 사용된다.
상기 산화물층(20)은 산화물 계열 (예: XOy 또는 X2Oy의 형태, X는 Ba,Be,Ce,Cr,Er,Ga,In,Mg,Ni,Si,Sc,Ta,Ti,Zn,Zr중 어느 하나이고 Y는 0<y≤9 )인 물질, 또는 질화물 계열인 물질(예: SiNx), 또는 W 또는 Pt 중 적어도 어느 하나의 물질을 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 산화물로 실리콘옥사이드(SiO₂)를 사용하였다.
이러한 산화물층(20)은 플라즈마 CVD(Chemical Vapor Deposition) 방식, E-Beam 또는 스퍼터링(Sputtering) 방식으로 기판(10) 상에 증착시켜 형성할 수 있다.
상기 산화물층(20)의 두께가 두꺼워지면, 형성되는 돔(23)의 높이도 대응하여 높아지므로 최종적으로 형성하고자 하는 돔(23)의 크기에 적합한 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
그 다음으로, 도 7(a) 및 도 7(b)에 도시된 바와 같이, 상기 산화물층(20)을 식각하여 돔 형상의 산화물 패턴(21)을 형성하기 위하여 산화물층(20) 상에 PR(Photoresist ; 포토레지스트)(30)를 도포하고, 사진식각공정에 의해 PR(30)을 식각하여 PR 마스크(31)를 형성한다.
그 다음으로, 도 7(c)에 도시된 바와 같이, 일정한 온도로 PR 마스크(31)를 베이킹(Baking)하여 모서리가 함몰된 PR 마스크(32)를 형성한다.
도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 PR 마스크를 가열함에 따라 마스크의 모서리가 함몰되어 둥글게 변형되는데, 가열시간과 가열 온도가 증가함에 따라 반구형의 돔이 형성된다.
상기 PR 마스크(31)의 베이킹은 100℃ 내지 140℃의 온도로 1분 내지 5분 간 가열하는 것이 바람직하다
상기 베이킹된 PR 마스크(32)의 돔형 패턴은 산화물층(20) 상에 다수개가 형성된다.
그 다음으로, 도 7(d)에 도시된 바와 같이, 상기 베이킹된 PR 마스크(32)가 형성된 기판(10)을 식각하면 PR 마스크에 형성된 돔형 패턴이 산화물층(20)에 형성된다.
상기 식각은 건식식각을 사용하며 PR 마스크 상에 ICP(Inductive Coupled Plasma)장비를 이용하여 수행한다.
이렇게 건식식각을 사용하여 이방성 식각(anisotropic etch)을 하면 측면식각이나 언더컷의 발생을 줄일 수 있으므로 PR마스크 상의 돔형 패턴(32)이 산화물층(20)에 정밀하게 전사되어 산화물패턴(21)이 형성된다.
그 다음으로, 도 7(e)에 도시된 바와 같이, 상기 기판(10) 상에 반도체 층(40)을 형성한다.
상기 반도체층(40)은 금속유기물 증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition ; MOCVD)법을 이용하여 성장시키는 것이 바람직하다.
그 다음으로, 상기 반도체층(40)이 돔형 산화물 패턴을 완전히 덮기 직전에 반도체층의 성장을 중지시켜 미봉합부분(41)을 형성한다.
상기 미봉합부분(41)은 다음 단계에서 식각용액을 주입하여 돔형 산화물 패턴(21)을 식각하기 위한 주입구로 사용된다.
그 다음으로, 도 7(f)에 도시된 바와 같이, 상기 반도체층의 미봉합부분(41)에 식각용액을 접촉하여 돔형 산화물 패턴(21)을 식각하여 제거한다.
상기 식각은 습식식각을 수행하며, 상기 습식식각 용액은 수산화 나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 알루에치(4H8PO4+4CH8COOH+ HNO8+H2O), 불산 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
식각을 원활히 진행하기 위해서 버퍼산화 식각용액(Buffer oxide etchant ; BOE), HF, KOH를 사용할 수 있으며, KOH는 온도를 높일 수 있으나 반도체층(40)의 손상을 주지 않는 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.
그 다음으로 도 7(g)에 도시된 바와 같이, 반도체층을 다시 성장시켜 상기 미봉합부분을 봉합한다.
이와 같은 단계를 거치게 되면 반도체층(40') 내에 돔(23)이 형성된 질화물계 반도체 발광소자가 형성된다.
다음으로 본 발명의 발광소자의 제조 방법의 제2실시예에 대해 설명한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 발광소자의 제조방법은 기판(10)을 준비하는 단계; 기판(10) 상에 산화물층(20)을 형성하는 단계; 상기 산화물층(20) 상에 PR 마스크(31')를 형성하는 단계; 상기 PR 마스크(31')를 베이킹하는 단계; 상기 산화물층(20)을 식각하여 산화물 패턴(21)을 형성하는 단계; 상기 산화물 패턴(21') 상에 반도체층(40')을 성장시키는 단계; 상기 산화물 패턴을 식각(21)하는 단계를 포함하여 이루어진다.
기판(10)을 준비하는 단계; 기판(10) 상에 산화물층(20)을 형성하는 단계; 상기 산화물층(20) 상에 PR 마스크(31')를 형성하는 단계; 상기 PR 마스크(31')를 베이킹하는 단계; 상기 산화물층(20)을 식각하여 산화물 패턴(21')을 형성하는 단계; 상기 산화물 패턴(21') 상에 반도체층(40')을 성장시키는 단계;는 PR 마스크(31')와 산화물 패턴(21')이 직선인 것을 제외하고는 제조방법의 제1실시예와 크게 다르지 않으므로 자세한 설명은 생략한다.
제조방법의 제2실시예는 제1실시예가 반도체층의 성장을 도중에 중지시켜서 미봉합부분(41)을 형성하는데 반해, 반도체층의 성장을 중지시키지 않는다.
도 8(e) 및 도 8(f)에 도시된 바와 같이, 상기 반도체층(40')의 측단면에 노출된 산화물패턴(21')의 노출부를 통해 식각용액을 주입하여 산화물 패턴을 제거하여 내부가 비어있고 단면이 돔인 직선(26)을 형성한다.
상기 산화물패턴(21')은 직선형이므로 반도체층의 측단면에서 식각용액을 주입하면, 식각용액이 유입되며 산화물 패턴(21')이 제거되어 단면이 돔형이고 내부가 비어있는 직선(26)이 형성된다.
이와 같은 단계를 거치게 되면 반도체층(40') 내에 돔형 직선(26)이 형성된 질화물계 반도체 발광소자가 형성된다.
이와 같이 본 발명은 특정실시예를 들어 설명하였지만 반드시 이에 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범주내에서는 얼마든지 수정 및 변형이 가능하다.
10 ; 기판 20 ; 산화물층
21, 21' ; 산화물 패턴 22 ; 미봉합부가 형성된 돔
23, 24, 25 ; 돔 26, 27, 28 ; 직선
30 ; PR 31, 31' ; PR 마스크
32, 32' ; 베이킹된 PR 마스크 40, 40' ; N형 반도체층
41 ; 미봉합부 50 ; 활성층
60 ; P형 반도체층 70 ; 전류확산층
80 ; P형 전극패드 90 ; N형 전극패드
A ; 곡률반경의 중심

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  16. 기판을 준비하는 단계;
    기판 상에 산화물층을 형성하는 단계;
    상기 산화물층 상에 PR 마스크를 형성하는 단계;
    상기 PR 마스크를 베이킹하는 단계;
    상기 산화물을 식각하여 산화물 패턴을 형성하는 단계;
    상기 산화물 패턴 상에 반도체층을 성장시키는 단계;
    상기 산화물 패턴을 식각하는 단계;를 포함하며,
    상기 베이킹된 PR 마스크가 단면이 돔형인 다수의 직선으로 이루어진 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 다수의 돔 단면의 직경이 두 가지 이상인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
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