KR101176462B1 - Etched sapphire substrate and fabrication method thereof, and light emitting diode and fabrication method thereof using this substrate - Google Patents

Etched sapphire substrate and fabrication method thereof, and light emitting diode and fabrication method thereof using this substrate Download PDF

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Abstract

본 발명은 식각골이 형성된 기판, 그 제조방법 및 그 기판을 사용한 발광소자와 그 제조방법에 관한 것으로서, 식각액이 식각골을 쉽게 침투하여 반도체층의 식각속도를 빠르게 할 수 있어서, 광추출효율을 높일 수 있는 기술적 구성인 에어바를 빠르게 만들 수 있으므로 공정효율을 높일 수 있다.The present invention relates to a substrate on which an etch bone is formed, a method for manufacturing the same, and a light emitting device using the substrate, and a method for manufacturing the same, wherein the etching solution easily penetrates the etch bone to speed up the etching speed of the semiconductor layer, thereby improving light extraction efficiency Air bar, which is a technical configuration that can be increased, can be made quickly, thereby increasing process efficiency.

Description

식각골이 형성된 기판, 그 제조방법 및 그 기판을 사용한 발광소자와 그 제조방법 {Etched sapphire substrate and fabrication method thereof, and light emitting diode and fabrication method thereof using this substrate}Etched sapphire substrate and fabrication method, and light emitting diode and fabrication method

본 발명은 발광소자의 기판 및 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 식각골이 형성되어 광추출 효율을 향상하기 위한 에어바(또는 에어갭)의 형성속도가 증가되어 공정효율이 상승되는 식각골이 형성된 기판, 그 제조방법 및 그 기판을 사용한 발광소자와 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a substrate and a manufacturing method of a light emitting device, and more particularly, the etching bone is formed to increase the process speed of the air bar (or air gap) to improve the light extraction efficiency is increased etching efficiency The formed substrate, its manufacturing method, and the light emitting element using this substrate, and its manufacturing method are related.

최근 발광 다이오드(light emitting diode ; LED)와 같은 발광소자의 용도가 조명영역으로 급격하게 확대됨에 따라, 발광다이오드의 광추출 효율을 상향시키기 위한 연구가 진행되고 있다.Recently, as the use of light emitting devices such as light emitting diodes (LEDs) has been rapidly expanded to lighting areas, researches for improving light extraction efficiency of light emitting diodes have been conducted.

이러한 발광소자는 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 광이 외부로 방출되지 못하고 내부에서 소실됨으로써 광추출 효율이 낮아지게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 종래에 제시된 방법은 p형층 또는 n형층 표면에 표면 거칠기를 주는 방법 또는 기판 자체에 반사 또는 산란 센터를 형성하여 전반사 되는 빛의 경로를 꺽는 방법이 제시되어 왔다.The light emitting device has a light waveguide-like structure formed between the substrate and the device surface. As a result, the light generated in the active layer is totally internally reflected at the element surface, the substrate interface, or the substrate backside interface, so that a considerable amount of light is not emitted to the outside and is lost inside, thereby lowering the light extraction efficiency. In order to solve this problem, a conventional method has been proposed to give a surface roughness on the surface of the p-type layer or the n-type layer, or to form a reflection or scattering center on the substrate itself to break the path of the totally reflected light.

이러한 방법에 더하여 에어바(또는 에어갭)를 반도체 내에 형성하여 광추출 효율을 향상시키는 다양한 방법이 본 출원인에 의해 출원되었다.In addition to this method, various methods for forming an air bar (or air gap) in a semiconductor to improve light extraction efficiency have been filed by the applicant.

이러한, 에어바(또는 에어갭)을 형성하기 위해서는 기판표면상에 에어바용 패턴을 먼저 형성한 후(패터닝), 반도체층을 증착하고, 식각용액으로 에어바용 패턴을 식각한다. 상기 식각용액과 같은 용액 또는 다른 식각용액을 사용하여 에어바용 패턴을 따라 식각된 공간을 따라 식각용액이 침투하여 반도체층을 식각한다. 이 때, 반도체결정방향에 따라 이방성식각이 진행되어 삼각프리즘형상의 에어바가 형성된다.In order to form such an air bar (or air gap), an air bar pattern is first formed on the substrate surface (patterning), and then a semiconductor layer is deposited, and the air bar pattern is etched with an etching solution. The etching solution penetrates through the space etched along the air bar pattern using the same solution as the etching solution or another etching solution to etch the semiconductor layer. At this time, anisotropic etching proceeds along the semiconductor crystal direction to form a triangular prism-shaped air bar.

그러나, 이와 같은 에어바(또는 에어갭)는 형성속도가 느려서, 생산 공정의 효율이 떨어지는 단점이 있었다.However, such an air bar (or air gap) has a disadvantage that the formation rate is low, the efficiency of the production process.

본 발명은 위와 같은 종래의 에어바 형성단계에서 발광소자가 갖는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기판내에 식각골을 형성하여, 식각속도를 증가시키는 효과를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention is to solve the problems that the light emitting device has in the conventional air bar forming step as described above, it is an object to provide an effect of increasing the etching rate by forming an etching bone in the substrate.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기판은 표면에 식각골이 형성된다.Etching bone is formed on the surface of the substrate of the present invention for achieving the above object.

또한, 상기 식각골의 단면이 삼각형일 수 있다.In addition, the cross section of the etch bone may be a triangle.

또한, 상기 삼각형의 세변의 길이가 모두 다를 수 있다.In addition, all three sides of the triangle may have different lengths.

또한, 상기 삼각형의 두변의 길이가 같을 수 있다.In addition, two sides of the triangle may have the same length.

또한, 상기 식각골의 단면이 사각형일 수 있다.In addition, the cross section of the etch bone may be square.

또한, 상기 식각골이 U자형일 수 있다.In addition, the etch bone may be U-shaped.

그리고, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 발광소자는 기판; 상기 기판 표면에 형성된 식각골; 상기 기판상에 형성된 박막층; 및 상기 박막층내에 형성되며 상기 식각골과 마주보는 에어바를 포함하여 구성된다.In addition, the light emitting device of the present invention for achieving the above object is a substrate; Etching bone formed on the surface of the substrate; A thin film layer formed on the substrate; And an air bar formed in the thin film layer and facing the etch bone.

또한, 상기 에어바를 따라 서로 간격을 두고 형성된 다수의 패턴을 더 포함할 수 있다.In addition, the air bar may further include a plurality of patterns formed at intervals from each other.

그리고, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 식각골이 형성된 기판의 제조방법은 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 마스크패턴을 위한 박막을 형성하는 단계; 상기 박막을 식각하여 마스크패턴을 형성하는 단계; 및 상기 기판을 식각하여 식각골을 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.In addition, the method of manufacturing a substrate in which the etching bone of the present invention for achieving the above object comprises the steps of preparing a substrate; Forming a thin film for a mask pattern on the substrate; Etching the thin film to form a mask pattern; And forming an etch bone by etching the substrate.

또한, 상기 기판을 식각하는 단계가 습식식각단계와 건식식각단계로 이루어질 수 있다.In addition, the etching of the substrate may be performed by a wet etching step and a dry etching step.

그리고, 상기와 같은 목적을 발성하기 위한 본 발명의 발광소자의 제조방법은 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 마스크패턴을 위한 박막을 형성하는 단계; 상기 박막을 식각하여 마스크패턴을 형성하는 단계; 상기 기판을 식각하여 식각골을 형성하는 단계; 상기 마스크 패턴을 제거하는 단계: 상기 기판 상에 에어갭이 형성될 박막층을 형성하는 단계; 및 상기 식각골로 스며드는 식각액에 의해 상기 박막층에 에어바가 형성되는 단계를 포함한다.In addition, the manufacturing method of the light emitting device of the present invention for achieving the above object comprises the steps of preparing a substrate; Forming a thin film for a mask pattern on the substrate; Etching the thin film to form a mask pattern; Etching the substrate to form etch bones; Removing the mask pattern: forming a thin film layer on which an air gap is to be formed; And forming an air bar on the thin film layer by the etching solution penetrating into the etching bone.

그리고, 상기와 같은 목적을 발성하기 위한 본 발명의 발광소자의 제조방법은 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 마스크패턴을 위한 박막을 형성하는 단계; 상기 박막을 식각하여 마스크패턴을 형성하는 단계; 상기 기판을 식각하여 식각골을 형성하는 단계; 상기 식각골이 형성된 기판 상에 실리콘옥사이드 닷 패턴을 형성하는 단계; 상기 기판 상에 박막층을 형성하는 단계; 및 상기 식각골로 스며드는 식각액에 의해 상기 박막층에 에어바 등이 형성되는 단계를 포함한다.In addition, the manufacturing method of the light emitting device of the present invention for achieving the above object comprises the steps of preparing a substrate; Forming a thin film for a mask pattern on the substrate; Etching the thin film to form a mask pattern; Etching the substrate to form etch bones; Forming a silicon oxide dot pattern on the substrate on which the etch bone is formed; Forming a thin film layer on the substrate; And forming an air bar or the like in the thin film layer by the etchant penetrating into the etch bone.

또한, 본 발명의 발광소자의 제조방법은 상기 닷 패턴의 종류가 두 개 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the manufacturing method of the light emitting device of the present invention may be characterized in that two or more kinds of the dot pattern.

그리고, 상기와 같은 목적을 발성하기 위한 본 발명의 발광소자의 제조방법은 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 마스크패턴을 위한 박막을 형성하는 단계; 상기 박막을 식각하여 에어바, 에어갭, 에어아일랜드를 만들기 위한 마스크패턴을 형성하는 단계; 상기 기판을 식각하여 식각골을 형성하는 단계; 상기 마스크패턴을 제거하는 단계; 상기 기판 상에 박막층을 형성하는 단계; 및 상기 식각골로 스며드는 식각액에 의해 상기 박막층에 에어바, 에어갭, 에어아일랜드가 형성되는 단계를 포함한다.In addition, the manufacturing method of the light emitting device of the present invention for achieving the above object comprises the steps of preparing a substrate; Forming a thin film for a mask pattern on the substrate; Etching the thin film to form a mask pattern for making an air bar, an air gap, and an air island; Etching the substrate to form etch bones; Removing the mask pattern; Forming a thin film layer on the substrate; And forming an air bar, an air gap, and an air island in the thin film layer by the etching solution penetrating into the etching bone.

본 발명의 식각골이 형성된 기판, 그 제조방법 및 그 기판을 사용한 발광소자와 그 제조방법은 식각액이 비어 있는 식각골을 따라 쉽게 침투하여 반도체층 내에 광추출효율을 높일 수 있는 기술적 구성인 에어바를 빠르게 만들 수 있다. 따라서 공정효율을 높일 수 있다.The substrate, the method of manufacturing the etched bone of the present invention, and the light emitting device using the substrate and the method of manufacturing the same have an air bar which is a technical configuration that can easily penetrate along the etched etched liquid to increase the light extraction efficiency in the semiconductor layer. You can make it fast. Therefore, process efficiency can be improved.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 발광소자의 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 발광소자가 형성되는 과정을 도시한 개략도.
도 3는 본 발명의 다른 실시예에 의한 발광소자가 형성되는 과정을 도시한 개략도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 발광소자의 에어아일랜드가 형성되는 과정을 도시한 개략도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 에어바등을 도시한 발광소자 평면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 기판의 식각골의 형태를 도시한 단면도.
도 7은 기판상에 반도체층이 형성된 단계를 도시한 단면도.
도 8은 반도체층에 에어갭이 형성된 모습을 도시한 단면도.
도 9는 도 5의 사시도.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 발광소자가 형성되는 과정을 도시한 개략도.
도 11은 기판의 방향성을 도시한 개략도.1 is a perspective view of a light emitting device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram showing a process of forming a light emitting device according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a schematic diagram showing a process of forming a light emitting device according to another embodiment of the present invention.
Figure 4 is a schematic diagram showing a process of forming an air island of a light emitting device according to another embodiment of the present invention.
5 is a plan view showing a light emitting device showing an air bar according to another embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view showing the shape of the etch bone of the substrate according to an embodiment of the present invention.
7 is a sectional view showing a step in which a semiconductor layer is formed on a substrate.
8 is a cross-sectional view showing an air gap formed in a semiconductor layer.
9 is a perspective view of FIG. 5;
10 is a schematic view showing a process of forming a light emitting device according to another embodiment of the present invention.
11 is a schematic diagram showing the orientation of a substrate.

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.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. These examples are provided to illustrate the scope of the invention to those skilled in the art with respect to the present invention. The present invention is not limited to the following embodiments, but may be implemented in various forms within the scope of the claims of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 발광소자의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 발광소자가 형성되는 과정을 도시한 개략도이고, 도 3는 본 발명의 다른 실시예에 의한 발광소자가 형성되는 과정을 도시한 개략도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 발광소자의 에어아일랜드가 형성되는 과정을 도시한 개략도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 에어바등을 도시한 발광소자 평면도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 의한 기판의 식각골을 도시한 단면도이고, 도 9는 도 5의 사시도이고, 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 발광소자가 형성되는 과정을 도시한 개략도이고, 도 11은 기판의 방향성을 도시한 개략도이다.1 is a perspective view of a light emitting device according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a schematic diagram showing a process of forming a light emitting device according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a light emission according to another embodiment of the present invention Figure 4 is a schematic diagram showing a process of forming an element, Figure 4 is a schematic diagram showing a process of forming an air island of a light emitting device according to another embodiment of the present invention, Figure 5 is an air bar according to another embodiment of the present invention 6 is a plan view showing an etching bone of a substrate according to an embodiment of the present invention, FIG. 9 is a perspective view of FIG. 5, and FIG. 10 is a view showing another embodiment of the present invention. FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a process of forming a light emitting device, and FIG. 11 is a schematic diagram illustrating the orientation of a substrate.

먼저 식각골(101)이 형성된 기판(100)의 구조와 그 제조방법에 대해 설명한 후, 상기 기판(100)을 사용한 발광소자와 그 제조방법에 대해 설명한다.First, the structure of the substrate 100 on which the etch bone 101 is formed and a manufacturing method thereof will be described. Next, a light emitting device using the substrate 100 and a manufacturing method thereof will be described.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 기판(100)은 표면에 식각골(101)이 형성되어 있다.As shown in Figure 2, the substrate 100 according to the embodiment of the present invention is formed with an etching bone 101 on the surface.

상기 기판(100)은 사파이어 기판, 실리콘 카바이드(SiC) 기판, 실리콘(Si) 기판, 아연 산화물(ZnO) 기판, 갈륨 비소화물(GaAs) 기판 및 갈륨 인화물(gallium phophide;GaP) 기판 중의 어느 하나를 사용할 수 있으며, 본 실시예에서는 사파이어 기판을 사용한다.The substrate 100 may include any one of a sapphire substrate, a silicon carbide (SiC) substrate, a silicon (Si) substrate, a zinc oxide (ZnO) substrate, a gallium arsenide (GaAs) substrate, and a gallium phosphide (GaP) substrate. In this embodiment, a sapphire substrate is used.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 기판(100)의 표면에 형성된 식각골(101)의 형상은 삼각형, 사다리꼴, 직사각형, 정사각형 등 다양한 형태일 수 있다.As shown in FIG. 6, the etch bones 101 formed on the surface of the substrate 100 may have various shapes such as triangles, trapezoids, rectangles, and squares.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 기판의 제조 공정을 설명하면 다음과 같다.Referring to the manufacturing process of the substrate according to an embodiment of the present invention having such a configuration as follows.

도 2를 참조 하여, 본 발명의 실시예에 따른 발광소자의 제조 방법을 설명한다.2, a method of manufacturing a light emitting device according to an embodiment of the present invention will be described.

본 발명의 실시예에 따른 기판(100)의 제조공정은 기판(100)을 준비하는 단계; 상기 기판(100) 상에 마스크패턴(300)을 위한 박막을 형성하는 단계; 상기 박막을 식각하여 마스크패턴을 형성하는 단계; 및 상기 기판(100)을 식각하여 식각골(101)을 형성하는 단계를 포함한다.Manufacturing process of the substrate 100 according to an embodiment of the present invention comprises the steps of preparing a substrate 100; Forming a thin film for a mask pattern (300) on the substrate (100); Etching the thin film to form a mask pattern; And etching the substrate 100 to form an etch bone 101.

도 2에 도시된 바와 같이, 기판(100)을 준비하고, 상기 준비된 기판(100) 상에 소정 두께를 갖는 패터닝용 박막(102)을 형성한다. 이때 기판(100) 상에는 다른 박막이 존재할 수도 있다.As shown in FIG. 2, a substrate 100 is prepared, and a patterning thin film 102 having a predetermined thickness is formed on the prepared substrate 100. In this case, another thin film may be present on the substrate 100.

여기서, 또한 이러한 상기 패터닝용 박막은 600도 이상의 온도를 견딜 수 있는 것이 바람직하다.Here, the patterning thin film is also preferably able to withstand temperatures of 600 degrees or more.

상기 패터닝용 박막(102)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 하나 이고 Y는 0<y≤9 )인 물질, 또는 질화물 계열인 물질(예: SiNx), 또는 W 또는 Pt 중 적어도 어느 하나의 물질을 플라즈마 CVD(Chemical Vapor Deposition) 방식, E-Beam 또는 스퍼터링(Sputtering) 방식으로 증착시켜 형성할 수 있다.The patterning thin film 102 is an oxide-based (eg XOy or X 2 Oy form, X is Ba, Be, Ce, Cr, Er, Ga, In, Mg, Ni, Si, Sc, Ta, Ti, Zn) , Zr and Y is 0 <y≤9), or a nitride-based material (eg, SiNx), or at least one of W or Pt, and the plasma chemical vapor deposition (CVD) method, E- It may be formed by deposition by a beam or sputtering method.

이때, 상기 패터닝용 박막(102)은 약 300 나노미터 이하의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.In this case, the patterning thin film 102 is preferably formed to a thickness of about 300 nanometers or less.

그 다음으로, 상기 기판(100)을 식각하여 식각골(101)을 형성한다.Next, the substrate 100 is etched to form an etch bone 101.

상기 기판(100)에 대하여 식각을 진행하면, 패턴이 없는 부분은 식각이 진행된다. 이때 식각용액 속에 놓여지는 기판(100)의 방향에 따라 파여지는 식각골(101)의 단면형상이 다양한 삼각형 모양이 된다.When the substrate 100 is etched, the portion without the pattern is etched. At this time, the cross-sectional shape of the etch bone 101 that is dug along the direction of the substrate 100 placed in the etching solution becomes various triangular shapes.

또한, 상기 삼각형의 세변의 길이는 모두 다를 수 있다. In addition, all three sides of the triangle may have different lengths.

도 11에 도시된 바와 같이, 사파이어 기판(100) 상에 식각골(101)을 형성할 때 사파이어기판의 flat zone과 수직하게([-1-120] 방향) 식각골(101)을 형성할 경우, 상기 식각골(101)의 단면은 세변의 길이가 다른 삼각형 모양으로 형성되며 이러한 형상을 얻을 수 있다.As shown in FIG. 11, when the etching bone 101 is formed on the sapphire substrate 100, the etching bone 101 is formed perpendicularly to the flat zone of the sapphire substrate ([-1-120] direction). The cross section of the etch bone 101 is formed in a triangular shape with three lengths different from each other to obtain such a shape.

또한, 상기 삼각형의 두변의 길이가 같은 형태는 즉 사파이어 기판(100) 상에 식각골(101)을 형성할 때 사파이어기판(100)의 flat zone과 평행하게([1-100] 방향) 식각골(101)을 형성할 경우, 상기 식각골(101)의 단면은 대칭으로 형성되며 두변의 길이가 같은 이등변 삼각형의 형상을 얻을 수 있다.In addition, when the two sides of the triangle have the same length, that is, when forming the etched bone 101 on the sapphire substrate 100, the etched bone parallel to the flat zone of the sapphire substrate 100 ([1-100] direction) When forming 101, the cross-section of the etch bone 101 is formed symmetrically to obtain the shape of an isosceles triangle having the same length of the two sides.

또한, 상기 기판(100)의 식각은 습식식각과 건식식각을 순차 적용할 수 있다.In addition, the etching of the substrate 100 may sequentially apply wet etching and dry etching.

이방성식각에 의해 상기 식각골(101)의 단면을 사각형인 형태로 만들 수 있다. 사각형은 사다리꼴, 직사각형, 정사각형을 포함한다. 또한, 상기 식각골(101)은 U자형으로 형성할 수 도 있다. 식각속도를 높이는 한편, 이방성식각을 수행하기 위하여 습식식각과 건식식각을 혼용할 수 있다. By anisotropic etching, the cross section of the etch bone 101 can be made into a rectangular shape. Squares include trapezoids, rectangles, and squares. In addition, the etch bone 101 may be formed in a U-shape. While increasing the etching rate, wet etching and dry etching may be used to perform anisotropic etching.

여기서, 상기 습식 식각 용액은 수산화 나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 알루에치(4H8PO4+4CH8COOH+ HNO8+H2O), 불산 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.Here, the wet etching solution is sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), phosphoric acid (H 3 PO 4 ), aloe etch (4H 8 PO 4 + 4CH 8 COOH + HNO 8 + H 2 O), hydrofluoric acid may be included.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 발광소자는 상기 기판(100); 상기 기판(100) 표면에 형성된 식각골(101); 상기 기판(100)상에 형성된 박막층(200); 및 상기 박막층(200) 내에 형성되며 상기 식각골(101)과 마주보는 에어바(201)를 포함하는 구성된다.As shown in FIG. 1, the light emitting device according to the embodiment of the present invention includes the substrate 100; Etching bones 101 formed on the surface of the substrate 100; A thin film layer 200 formed on the substrate 100; And an air bar 201 formed in the thin film layer 200 and facing the etch bone 101.

상기 기판(100)과 식각골(101)은 앞서 설명하였으므로, 이에 대한 구조의 설명은 생략한다.Since the substrate 100 and the etch bone 101 have been described above, description of the structure thereof will be omitted.

상기 박막층(200)은 n형층과 활성층 및 p형층을 포함하며, Si 막, GaN 막, AlN 막, InGaN 막, AlGaN 막, AlInGaN 막 및 이들을 포함하는 반도체 박막층(200) 중 적어도 하나를 포함하여 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 n형층은 다수 캐리어가 전자인 층으로서, n형 반도체층과 n형 클래드층으로 구성될 수 있다.The thin film layer 200 includes an n-type layer, an active layer, and a p-type layer, and includes at least one of a Si film, a GaN film, an AlN film, an InGaN film, an AlGaN film, an AlInGaN film, and a semiconductor thin film layer 200 including the same. It is desirable to be. Here, the n-type layer is a layer in which many carriers are electrons, and may be composed of an n-type semiconductor layer and an n-type cladding layer.

이러한 n형 반도체층과 n형 클래드층은 전술한 반도체 박막에 n형 불순물 예를 들어, Si, Ge, Se, Te, C 등을 주입하여 형성할 수 있다.The n-type semiconductor layer and the n-type cladding layer may be formed by injecting n-type impurities, for example, Si, Ge, Se, Te, C, or the like into the aforementioned semiconductor thin film.

그리고, p형층은 다수 캐리어가 정공인 층으로서, p형 반도체층과 p형 클래드층으로 구성될 수 있다.The p-type layer is a layer in which a plurality of carriers are holes, and may be composed of a p-type semiconductor layer and a p-type cladding layer.

이러한 p형 반도체층과 p형 클래드층은 전술한 반도체 박막층(200)에 p형 불순물 예를 들어, Mg, Zn, Be, Ca, Sr, Ba 등을 주입하여 형성한다.The p-type semiconductor layer and the p-type cladding layer are formed by injecting p-type impurities such as Mg, Zn, Be, Ca, Sr, and Ba into the semiconductor thin film layer 200 described above.

활성층은 n형층에서 제공된 전자와 p형층에서 제공된 정공이 재결합되면서 소정 파장의 광을 출력하는 층이다.The active layer is a layer that outputs light having a predetermined wavelength while recombining electrons provided in the n-type layer and holes provided in the p-type layer.

이러한 활성층은 우물층(well layer)과 장벽층(barrier layer)을 교대로 적층하여 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물 (multiple quantum well) 구조를 갖는 다층의 반도체 박막층으로 형성할 수 있다.The active layer may be formed as a multilayer semiconductor thin film layer having a single quantum well structure or a multiple quantum well structure by alternately stacking a well layer and a barrier layer.

이때, 활성층을 이루는 반도체 재료에 따라 출력되는 광의 파장이 변화되므로, 목표로 하는 출력 파장에 따라 적절한 반도체 재료를 선택하는 것이 바람직하다.At this time, since the wavelength of light to be output changes according to the semiconductor material constituting the active layer, it is preferable to select an appropriate semiconductor material according to the target output wavelength.

또한, 상기 박막층(200)의 상단에는 전류를 인가하기 위한 전극 패드(미도시)가 마련된다.In addition, an electrode pad (not shown) for applying a current is provided at an upper end of the thin film layer 200.

상기 전극 패드를 통해 외부 전류를 인가하면 박막층(200) 내의 반도체층을 구성하는 활성층이 발광 면적 또는 발광 영역의 기능을 수행한다.When an external current is applied through the electrode pad, the active layer constituting the semiconductor layer in the thin film layer 200 functions as a light emitting area or a light emitting area.

상기 에어바(201)는 상기 박막층(200) 내에 형성되며, 상기 박막층(200)에서 생성된 광 중에서 사파이어 기판 방향으로 진행하는 광을 산란시킴으로써 광 추출 효과를 향상시키는 역할을 한다.The air bar 201 is formed in the thin film layer 200, and serves to improve the light extraction effect by scattering the light traveling toward the sapphire substrate from the light generated in the thin film layer 200.

본 실시예에서는 에어바(201)의 단면이 삼각형 형태인 것을 예로 하였으나, 본 발명에 따르는 에어바(201)는 이에 한정되지 않고, 사각형 및 오각형의 단면을 갖는 등의 다양한 형상을 갖도록 제작될 수 있다.In this embodiment, the cross-section of the air bar 201 is taken as an example, but the air bar 201 according to the present invention is not limited thereto, and may be manufactured to have various shapes such as a cross section of a square and a pentagon. have.

상기 에어바(201)는 사다리꼴 형태의 에어바로 변형이 가능하며, 반도체층별로 다층으로 적층하는 경우에 동일한 패턴을 반복적으로 형성할 수 있으나, 동일한 반도체층에 형성된 에어바와 에어바 사이의 공간을 감소시켜 광 추출 효과를 향상시키기 위하여 층간에 서로 다른 패턴을 사용하는 것도 가능하며, 패턴과 패턴이 서로 엇갈리도록 형성하는 것도 가능하다.The air bar 201 may be deformed into a trapezoidal air bar, and the same pattern may be repeatedly formed when the semiconductor layers are stacked in multiple layers, but the space between the air bars and the air bars formed on the same semiconductor layer is reduced. In order to improve the light extraction effect, it is also possible to use different patterns between the layers, and it is also possible to form the patterns and the patterns alternate with each other.

또한, 에어바(201)의 크기를 다양하게 변형시키는 것도 가능하며, 상기 에어바(201)의 배열을 변형시키는 것도 가능하다.In addition, the size of the air bar 201 may be variously modified, and the arrangement of the air bar 201 may be modified.

상기 에어바(201)는 다층으로 형성할 수도 있으며, 다층의 에어바(201)가 서로 엇갈리도록 형성하는 것도 가능하다.The air bar 201 may be formed in a multilayer, or may be formed so that the multilayer air bars 201 are crossed with each other.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 의한 발광소자는 상기 박막층(200) 상에 에어갭(202)를 형성하는 것도 가능하다.In addition, as shown in FIG. 1, the light emitting device according to another embodiment of the present invention may form an air gap 202 on the thin film layer 200.

상기 에어갭(202)은 상기 에어바(201)의 중간에 간헐적으로 설치될 수 있으며, 피라미드 형상으로 형성할 수도 있다.The air gap 202 may be intermittently installed in the middle of the air bar 201, and may be formed in a pyramid shape.

도 1은 육각 피라미드형상의 에어갭(202)이 형성된 것이다.1 shows an air gap 202 having a hexagonal pyramid shape.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 의한 발광소자는 상기 박막층(200) 상에 에어아일랜드(203)를 형성하는 것도 가능하다.In addition, the light emitting device according to another embodiment of the present invention may also form an air island 203 on the thin film layer 200.

상기 에어아일랜드(203)는 식각액이 흘러들어 가는 입구로 사용할 수 있으며. 사각형, 오각형, 육각형 등의 다각형으로 형성하는 것도 가능하다.The air island 203 may be used as an inlet through which the etchant flows. It is also possible to form a polygon such as a quadrangle, a pentagon, and a hexagon.

도 1은 육각형의 에어아일랜드(203)가 형성된 것이다.1 is a hexagonal air island 203 is formed.

여기서, 이러한 에어갭(202)을 형성하기 위해 사용되는 실리콘옥사이드 닷 패턴은 산화물, 질화물, W 및 Pt 중 어느 하나의 물질로 이루어지며, 에어아일랜드(203)는 상기 패턴 영역위에서 박막층(200)이 봉합되지 않을 것이 요구된다. 에어갭용 패턴은 에어아일랜드 만큼 크지 않기 때문에 상기 패턴영역위에서 박막층(200)이 봉합되어진다.Here, the silicon oxide dot pattern used to form the air gap 202 is made of one of oxide, nitride, W, and Pt, and the air island 203 is formed by the thin film layer 200 on the pattern region. It is required not to be sealed. Since the air gap pattern is not as large as the air island, the thin film layer 200 is sealed on the pattern area.

한편, 산화물, 질화물, W 및 Pt 중 어느 하나의 물질로 이루어진 실리콘옥사이드 닷 패턴 위에서는 반도체층이 성장하지 않으므로, 반도체층의 성장과 함께 반도체층의 상면을 향해 상기 패턴이 노출되어 입구가 형성된다. 이 입구를 통하여 침투하는 습식식각액이 사파이어 기판(100) 위에 놓인 실리콘옥사이드 닷 패턴을 제거한다. 상기 패턴이 제거 되면, 상기 패턴이 있는 공간 위로 노출된 질화물 반도체의 N-면을 습식식각 할 수 있게 되어 단면이 삼각형 형태인 에어바(201)가 형성될 수 있다. 여기서, 박막층(200) 상부의 패터닝(식각) 입구는 실리콘옥사이드 닷 패턴의 형상에 따라 원형 또는 다각형의 형태로 제작될 수 있다. On the other hand, since the semiconductor layer does not grow on the silicon oxide dot pattern made of any one of oxide, nitride, W, and Pt, the pattern is exposed toward the upper surface of the semiconductor layer as the semiconductor layer grows, thereby forming an inlet. . The wet etching solution penetrating through the inlet removes the silicon oxide dot pattern on the sapphire substrate 100. When the pattern is removed, the N-plane of the nitride semiconductor exposed over the space in which the pattern is removed may be wet-etched to form an air bar 201 having a triangular cross section. Here, the patterning (etching) inlet on the thin film layer 200 may be manufactured in a circular or polygonal shape according to the shape of the silicon oxide dot pattern.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 발광소자의 제조 공정을 설명하면 다음과 같다.Referring to the manufacturing process of the light emitting device according to the embodiment of the present invention having such a configuration as follows.

본 발명의 실시예로서의 제조공정은 기판(100)을 준비하는 단계; 상기 기판(100) 상에 마스크패턴을 위한 박막을 형성하는 단계; 상기 박막을 식각하여 마스크패턴을 형성하는 단계; 상기 기판(100)을 식각하여 식각골(101)을 형성하는 단계; 상기 마스크 패턴을 제거하는 단계; 상기 기판(100) 상에 에어갭(202)이 형성될 박막층(200)을 형성하는 단계; 및 상기 식각골(101)로 스며드는 식각액에 의해 상기 박막층(200)에 에어갭(202)이 형성되는 단계를 포함한다.Manufacturing process as an embodiment of the present invention comprises the steps of preparing a substrate (100); Forming a thin film for a mask pattern on the substrate (100); Etching the thin film to form a mask pattern; Etching the substrate 100 to form an etch bone 101; Removing the mask pattern; Forming a thin film layer (200) on which an air gap (202) is to be formed on the substrate (100); And forming an air gap 202 in the thin film layer 200 by the etching liquid penetrating into the etching bone 101.

상기 제조공정 중 기판(100)을 준비하는 단계; 상기 기판(100) 상에 마스크패턴을 위한 박막을 형성하는 단계; 상기 박막을 식각하여 마스크패턴을 형성하는 단계; 상기 기판(100)을 식각하여 식각골(101)을 형성하는 단계는 기판(100)을 제조하는 공정과 동일한 단계이므로 반복되는 설명을 방지하기 위해 생략한다.Preparing a substrate 100 during the manufacturing process; Forming a thin film for a mask pattern on the substrate (100); Etching the thin film to form a mask pattern; Since the etching of the substrate 100 to form the etch bone 101 is the same step as the process of manufacturing the substrate 100, it is omitted to avoid repeated description.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 발광소자를 제조하기 위해서, 먼저 앞서 설명한 식각골(101)이 형성된 기판(100)상에 반도체층을 형성한다(도7참조).As shown in FIG. 2, in order to manufacture the light emitting device according to the embodiment of the present invention, a semiconductor layer is first formed on the substrate 100 on which the etch bone 101 described above is formed (see FIG. 7).

상기 기판(100)의 식각골(101)을 따라 식각이 진행되면 에어바(201)가 형성되며, 에어갭용 패턴상에는 육각뿔 형상의 에어갭(202)이 형성될 수 있다. 삼각프리즘형상 또는 프리즘형상이 아닌 다른 형상을 갖는 에어바(201)와 함께 사용될 수도 있다.When the etching is performed along the etch bone 101 of the substrate 100, an air bar 201 is formed, and an air gap 202 having a hexagonal pyramid shape may be formed on the air gap pattern. It may be used with the air bar 201 having a shape other than a triangular prism shape or a prism shape.

그 다음으로, 반도체층의 하부에는 이미 기판(100)의 식각골(101)이 형성되어 있는 상태이므로 별도의 패터닝없이 식각용액에 넣으면, 기판(100)의 식각골(101)을 따라 식각용액이 침투하여 반도체 층을 식각하고 에어바(201)를 형성하게 된다(도8참조).Next, since the etching bone 101 of the substrate 100 is already formed in the lower portion of the semiconductor layer, when the etching solution 101 is placed in the etching solution without additional patterning, the etching solution is formed along the etching bone 101 of the substrate 100. It penetrates to etch the semiconductor layer and form the air bar 201 (see FIG. 8).

이와 동시에 또는 순차적으로, 상기 식각골(101)로 스며드는 식각액에 의해 상기 박막층(200)에 에어갭(202)이 형성된다.Simultaneously or sequentially, an air gap 202 is formed in the thin film layer 200 by the etchant that penetrates into the etch bone 101.

이렇게 하면 상기 기술적 배경에서 설명한 평면 기판 위에 패터닝을 실시한 후 패턴을 식각하고 다시 반도체층을 식각하는 방법보다 식각액이 쉽게 침투하여 식각속도를 빠르게 함으로써, 공정효율을 높일 수 있다.In this case, after the patterning is performed on the planar substrate described in the above technical background, the etching solution penetrates easily and the etching rate is faster than the method of etching the pattern and etching the semiconductor layer again, thereby increasing process efficiency.

또한, 도 5, 도 9, 도 10에 도시된 바와 같이, 에어바(301), 에어갭(302), 에어아일랜드(303) 패턴이 형성된 마스크패턴(300‘)을 상기 기판(100) 상에 형성하고, 패턴이 형성되지 않은 부분인 기판(100)을 습식식각하거나 건식식각하면 상기 에어바(201), 에어갭(202), 에어아일랜드(203)가 기판(100) 상에 식각된다.5, 9, and 10, a mask pattern 300 ′ on which an air bar 301, an air gap 302, and an air island 303 pattern is formed is formed on the substrate 100. The air bar 201, the air gap 202, and the air island 203 are etched on the substrate 100 when the substrate 100, which is a portion where the pattern is not formed, is wet etched or dry etched.

그 다음으로, 기판상의 마스크 패턴(300)을 제거하고 반도체층을 형성시키면 사파이어 기판(100)의 식각된 부분이 큰 에어아일랜드(203)는 반도체 층이 성장하지 않고, 식각된 부분이 작은 경우는 식각골(101)을 따라 반도체 층이 수평성장되어 봉합된다. 이러한 식각골(101)을 따라 식각 용액이 원활하게 공급되고 봉합되어진 면의 질화물 반도체의 N-face 가 식각되어 육각기둥이나 육각뿔 혹은 원기둥이나 원뿔형의 모양을 가질 수 있다. 또한 이렇게 형성된 에어갭(202)은 광 추출에도 기여하게 된다.Next, when the mask pattern 300 on the substrate is removed and the semiconductor layer is formed, the air island 203 in which the etched portion of the sapphire substrate 100 is large does not grow in the semiconductor layer, and in the case where the etched portion is small The semiconductor layer is horizontally grown along the etch bone 101 to be sealed. The n-face of the nitride semiconductor of the surface in which the etching solution is smoothly supplied and sealed along the etching bone 101 may be etched to have a hexagonal column, a hexagonal pyramid, a cylinder, or a conical shape. In addition, the air gap 202 thus formed contributes to light extraction.

또한, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 반도체층의 에어바(201) 형성속도를 더 높이기 위해서 실리콘옥사이드 닷 패턴을 기판(100)의 식각골(101) 주변에 배치한 후 반도체층을 성장시키면, 실리콘옥사이드 닷 패턴의 크기가 큰 경우(204‘)는 실리콘옥사이드 닷 패턴 위로 반도체 층이 성장하지 않아 식각골(101)과 관통되며, 실리콘옥사이드 닷 패턴 의 크기가 작은 경우(204)는 식각골(101)을 따라 마디와 같은 형태를 형성하게 되어 식각용액이 좀 더 원활하게 식각골(101)을 따라 에어갭 모양을 포함하는 에어바(201)를 형성할 수 있도록 돕는다. 또한, 이렇게 형성된 에어갭(202)은 광추출효율에도 기여하게 된다.3 and 4, in order to further increase the formation speed of the air bar 201 of the semiconductor layer, a silicon oxide dot pattern is disposed around the etch bone 101 of the substrate 100 and then the semiconductor layer is removed. When growing, when the size of the silicon oxide dot pattern is large (204 '), the semiconductor layer does not grow over the silicon oxide dot pattern and penetrates the etch bone 101, and when the size of the silicon oxide dot pattern is small (204) Forming a shape like a node along the etch bone 101 helps the etching solution to form an air bar 201 including an air gap shape along the etch bone 101 more smoothly. In addition, the air gap 202 thus formed contributes to the light extraction efficiency.

즉, 상기 닷 패턴의 종류가 두 개인 경우가 에어갭과 에어아일랜드를 형성하게 되면 구체적인 공정은 다음과 같이,That is, when two kinds of dot patterns form an air gap and an air island, a specific process is as follows.

기판을 준비하는 단계;Preparing a substrate;

상기 기판 상에 마스크패턴을 위한 박막을 형성하는 단계;Forming a thin film for a mask pattern on the substrate;

상기 박막을 식각하여 에어바, 에어갭, 에어아일랜드를 만들기 위한 마스크패턴을 형성하는 단계; Etching the thin film to form a mask pattern for making an air bar, an air gap, and an air island;

상기 기판을 식각하여 식각골을 형성하는 단계;Etching the substrate to form etch bones;

상기 마스크패턴을 제거하는 단계;Removing the mask pattern;

상기 기판 상에 박막층을 형성하는 단계; 및Forming a thin film layer on the substrate; And

상기 식각골로 스며드는 식각액에 의해 상기 박막층에 에어바, 에어갭, 에어아일랜드가 형성되는 단계를 포함한다. And forming an air bar, an air gap, and an air island in the thin film layer by the etching solution penetrating into the etching bone.

상기 닷패턴은 필요에 의해 크기 모양 형태등의 등의 측면에서 두 개 이상일 수도 있다.The dot pattern may be two or more in terms of size, shape, and the like as necessary.

상기 실리콘옥사이드 닷 패턴은 산화물 계열 (예: XOy 또는 X2Oy의 형태, X는 Ba,Be,Ce,Cr,Er,Ga,In,Mg,Ni,Si,Sc,Ta,Ti,Zn,Zr중 어느 하나 이고 Y는 0<y≤9 )인 물질, 또는 질화물 계열인 물질(예: SiNx), 또는 W 또는 Pt 중 적어도 어느 하나의 물질을 플라즈마 CVD(Chemical Vapor Deposition) 방식, E-Beam 또는 스퍼터링(Sputtering) 방식으로 증착시켜 형성할 수 있다.The silicon oxide dot pattern is an oxide-based (eg XOy or X 2 Oy form, X is Ba, Be, Ce, Cr, Er, Ga, In, Mg, Ni, Si, Sc, Ta, Ti, Zn, Zr Either one of the material and Y is 0 <y ≤ 9), or a nitride-based material (e.g. SiNx), or at least one of W or Pt, the plasma chemical vapor deposition (CVD) method, E-Beam or It may be formed by depositing by a sputtering method.

100 ; 기판
101 ; 식각골
102 ; 박막
200 ; 박막층
201 ; 에어바
202 ; 에어갭
203 ; 에어아일랜드
204, 204' ; 실리콘옥사이드 닷 패턴
300, 300' ; 마스크 패턴
301 ; 에어바 패턴
302 ; 에어갭 패턴
303 ; 에어아일랜드 패턴100; Board
101; Etch bone
102; pellicle
200; Thin film layer
201; Air bar
202; Air gap
203; Air Island
204, 204 '; Silicon oxide dot pattern
300, 300 '; Mask pattern
301; Airbar pattern
302; Air gap pattern
303; Air Island Pattern

Claims (14)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 기판;
상기 기판 표면에 형성된 식각골;
상기 기판상에 형성된 박막층; 및
상기 박막층 내에 형성되며 상기 식각골과 마주보는 에어바, 상기 에어바를 따라 서로 간격을 두고 형성된 에어갭과 에어아일랜드를 포함하는 발광소자.Board;
Etching bone formed on the surface of the substrate;
A thin film layer formed on the substrate; And
The light emitting device includes an air bar formed in the thin film layer and facing the etch bone, the air gap and the air island spaced apart from each other along the air bar. 삭제delete 삭제delete 기판을 준비하는 단계;
상기 기판 상에 마스크패턴을 위한 박막을 형성하는 단계;
상기 박막을 식각하여 마스크패턴을 형성하는 단계;
상기 기판을 식각하여 식각골을 형성하는 단계;
상기 마스크 패턴을 제거하는 단계:
상기 기판 상에 박막층을 형성하는 단계; 및
상기 식각골로 스며드는 식각액에 의해 상기 박막층에 에어바가 형성되는 단계를 포함하는 발광소자의 제조방법.Preparing a substrate;
Forming a thin film for a mask pattern on the substrate;
Etching the thin film to form a mask pattern;
Etching the substrate to form etch bones;
Removing the mask pattern:
Forming a thin film layer on the substrate; And
Method of manufacturing a light emitting device comprising the step of forming an air bar in the thin film layer by the etching solution to the etch bone. 기판을 준비하는 단계;
상기 기판 상에 마스크용 박막을 형성하는 단계;
상기 박막을 식각하여 마스크를 형성하는 단계;
상기 기판을 식각하여 식각골을 형성하는 단계;
상기 식각골이 형성된 기판 상에, 상기 식각골을 따라 닷 패턴을 형성하는 단계;
상기 기판 상에 박막층을 형성하는 단계; 및
상기 식각골로 스며드는 식각액에 의해 상기 박막층에 에어바가 형성되며, 닷 패턴이 제거되어 에어갭과 에어아일랜드가 형성되는 단계를 포함하는 발광소자의 제조방법.Preparing a substrate;
Forming a mask thin film on the substrate;
Etching the thin film to form a mask;
Etching the substrate to form etch bones;
Forming a dot pattern along the etch bone on the substrate on which the etch bone is formed;
Forming a thin film layer on the substrate; And
Air bar is formed in the thin film layer by the etching solution to the etch bone, the dot pattern is removed, the air gap and the air island manufacturing method comprising the step of forming an air island. 기판을 준비하는 단계;
상기 기판 상에 마스크용 박막을 형성하는 단계;
상기 마스크용 박막을 식각하여 에어바, 상기 에어바를 따라 형성되며 산란센터가 되는 에어갭, 상기 에어바가 하나 이상 연결되며 식각액 주입구가 되는 에어아일랜드를 만들기 위한 마스크패턴을 형성하는 단계;
상기 기판을 식각하여 상기 마스크패턴 사이로 식각골을 형성하는 단계;
상기 마스크패턴을 제거하는 단계;
상기 기판 상에 박막층을 형성하는 단계; 및
상기 식각골로 스며드는 식각액에 의해 상기 박막층이 식각되어 에어바가 형성되는 단계를 포함하는 발광소자의 제조방법.Preparing a substrate;
Forming a mask thin film on the substrate;
Forming a mask pattern for etching the mask thin film to form an air bar, an air gap formed along the air bar, the air gap being a scattering center, and the air island being connected to at least one air inlet;
Etching the substrate to form etch bones between the mask patterns;
Removing the mask pattern;
Forming a thin film layer on the substrate; And
And forming an air bar by etching the thin film layer by the etching solution penetrating into the etching bone. 제12항에 있어서,
상기 닷 패턴의 종류가 두 개 이상인 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조방법.The method of claim 12,
The method of manufacturing a light emitting device, characterized in that two or more kinds of the dot pattern.
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