KR101841375B1 - 반도체 발광소자용 기판의 제조방법, 반도체 발광소자의 제조방법, 반도체 발광소자용 기판 및 반도체 발광소자 - Google Patents

반도체 발광소자용 기판의 제조방법, 반도체 발광소자의 제조방법, 반도체 발광소자용 기판 및 반도체 발광소자 Download PDF

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Abstract

반도체 발광소자에서 빛의 취출 효율을 높일 수 있는 반도체 발광소자용 기판의 제조방법, 반도체 발광소자의 제조방법, 반도체 발광소자용 기판 및 반도체 발광소자를 제공한다. 반도체 발광소자용 기판(11)은, 반도체층을 포함하는 발광 구조체가 형성되는 발광 구조체 형성면(11S)을 가지고, 발광 구조체 형성면(11S)은, 하나의 결정면을 따라 넓어지는 평탄부(14), 평탄부(14)로부터 돌출된 복수의 대경돌기부(12), 및 대경돌기부(12)보다 작은 복수의 소경돌기부(13)를 구비하며, 복수의 소경돌기부(13) 중에서 적어도 일부는, 대경돌기부(12)의 외표면으로부터 돌출된다.

Description

반도체 발광소자용 기판의 제조방법, 반도체 발광소자의 제조방법, 반도체 발광소자용 기판 및 반도체 발광소자{METHOD FOR PRODUCING SUBSTRATE FOR SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING ELEMENTS, METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING ELEMENT, SUBSTRATE FOR SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING ELEMENTS, AND SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING ELEMENT}
본 개시되는 기술은, 반도체 발광소자에 사용되는 기판의 제조방법, 반도체 발광소자의 제조방법, 반도체 발광소자용 기판 및 반도체 발광소자에 관한 것이다.
최근에, 예를 들면 발광 다이오드 등에 이용되는 반도체 발광소자의 개발이 진행되고 있다. 반도체 발광소자는, 예를 들면 특허문헌 1에 기재된 바와 같이, 기판과 기판 상에 적층되는 발광 구조체를 구비한다. 기판은, 예를 들면 사파이어나 탄화규소 등으로 형성되고, 발광 구조체는, 예를 들면 III-V족 반도체 박막의 적층체이다. 발광 구조체가 전류의 공급을 받을 때, 발광 구조체는 빛을 방출하고, 방출된 빛은 기판을 투과하여 반도체 발광소자의 외부로 취출된다.
특허문헌 1: 일본공개특허 2011-49609호 공보
반면, 발광 구조체에서 발생한 빛은 발광 구조체와 기판과의 굴절율 차이에 기인하여 발광 구조체와 기판과의 계면에서 전(全)반사를 일으킬 수 있다. 이러한 전반사가 반복되면, 발광 구조체에서 발생한 빛이 발광 구조체의 내부에서 감쇠하게 되기 때문에 반도체 발광소자에서 빛의 취출 효율이 저하된다.
본 개시되는 기술은, 반도체 발광소자에서 빛의 취출 효율을 높일 수 있는 반도체 발광소자용 기판의 제조방법, 반도체 발광소자의 제조방법, 반도체 발광소자용 기판 및 반도체 발광소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하는 반도체 발광소자용 기판의 제조방법은, 제1입경을 갖는 제1입자로 구성되는 제1단입자막을 마스크로서 사용하여 기판의 상면을 에칭하는 제1공정; 및 상기 제1입경과는 다른 제2입경을 갖는 제2입자로 구성되는 제2단입자막을 마스크로서 사용하여 상기 기판의 상기 상면을 에칭하는 제2공정;을 포함한다.
상기 반도체 발광소자용 기판의 제조방법에 있어서, 상기 제1단입자막을 상기 기판의 상기 상면에 형성하는 공정; 및 상기 제2단입자막을 상기 제1공정 후에 상기 기판의 상기 상면에 형성하는 공정;을 더 포함하며, 상기 제1공정의 에칭 후에 상기 제2공정의 에칭을 실시하는 것이 바람직하다.
상기 반도체 발광소자용 기판의 제조방법에 있어서, 상기 제1단입자막을 상기 제2단입자막에 적층하여 형성하는 공정을 더 포함하며, 상기 제1공정의 에칭과 상기 제2공정의 에칭을 동시에 실시할 수 있다.
상기 반도체 발광소자용 기판의 제조방법에 있어서, 상기 제1입경은 상기 제2입경보다 클 수 있다.
상기 반도체 발광소자용 기판의 제조방법에 있어서, 상기 제1입경은 상기 제2입경보다 작을 수 있다.
상기 반도체 발광소자용 기판의 제조방법에 있어서, 상기 제1입경은 300㎚ 이상 5㎛ 이하이고, 상기 제2입경은 100㎚ 이상 1㎛ 이하이고, 상기 제2입경은 상기 제1입경의 1/50 이상 1/3 이하인 것이 바람직하다.
상기 반도체 발광소자용 기판의 제조방법에 있어서, 상기 제1입경은 100㎚ 이상 1㎛ 이하이고, 상기 제2입경은 300㎚ 이상 5㎛ 이하이고, 상기 제1입경은 상기 제2입경의 1/10 이상 1/3 이하인 것이 바람직하다.
상기 반도체 발광소자용 기판의 제조방법에 있어서, 상기 제1공정 및 제2공정의 적어도 하나의 공정는, 상기 공정의 마스크로서 사용되는 단입자막이 소멸하기 전에 상기 단입자막을 상기 기판의 상면으로부터 제거하는 것이 바람직하다.
상기 반도체 발광소자용 기판의 제조방법에 있어서, 상기 제1입경은 상기 제2입경보다 작고, 상기 제2공정의 에칭은 상기 제2입자가 소멸하기 전에 종료할 수 있다.
상기 반도체 발광소자용 기판의 제조방법에 있어서, 상기 제1공정와 상기 제2공정에 의해 상기 기판의 상면에, 상기 기판의 하나의 결정면을 따라 넓어지는 평탄부, 상기 평탄부로부터 돌출된 복수의 대경돌기부, 및 상기 대경돌기부보다 작은 복수의 소경돌기부를 형성하고, 상기 복수의 소경돌기부는 상기 대경돌기부의 외표면으로부터 돌출된 제1소경돌기부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 반도체 발광소자용 기판의 제조방법에 있어서, 상기 복수의 소경돌기부는 상기 평탄부로부터 돌출된 제2소경돌기부를 포함할 수 있다.
상기 반도체 발광소자용 기판의 제조방법에 있어서, 상기 대경돌기부는 상기 평탄부에 접속하는 기단과 선단을 가지고, 상기 기단으로부터 상기 선단을 향하여 가늘어지는 뿔 형상을 갖는 것이 바람직하다.
상기 반도체 발광소자용 기판의 제조방법에 있어서, 상기 대경돌기부는 상기 평탄부에 접속하는 기단과 선단을 가지고, 상기 기단으로부터 상기 선단을 향하여 가늘어지고, 상기 선단에 평탄한 면을 갖는 뿔대 형상을 갖는 것이 바람직하다.
상기 반도체 발광소자용 기판의 제조방법에 있어서, 상기 복수의 소경돌기부는 상기 복수의 소경돌기부가 돌출되는 면에 접속하는 기단과 선단을 가지고, 상기 기단으로부터 상기 선단을 향하여 가늘어지는, 상기 선단에 평탄한 면을 갖는 뿔대 형상을 갖는 것이 바람직하다.
상기 반도체 발광소자용 기판의 제조방법에 있어서, 상기 제1소경돌기부는 상기 대경돌기부의 외표면의 중앙에서 상기 평탄한 면 이외의 면에 위치할 수 있다.
상기 반도체 발광소자용 기판의 제조방법에 있어서, 상기 복수의 소경돌기부는 상기 복수의 소경돌기부가 돌출된 면에 접속하는 기단과 선단을 가지고, 상기 기단으로부터 상기 선단을 향하여 가늘어지고, 상기 선단에 평탄한 면을 갖는 뿔대 형상을 갖는 것이 바람직하다.
상기 반도체 발광소자용 기판의 제조방법에 있어서, 상기 제1공정와 상기 제2공정에 의해, 상기 기판의 상면에는 상기 평탄부로부터 돌출되는 브릿지부가 더 형성되고, 상기 브릿지부는 상기 평탄부 상에서 서로 인접하는 상기 대경돌기부끼리 서로 연결하는 것이 바람직하다.
상기 과제를 해결하는 상기 반도체 발광소자의 제조방법은, 상기 반도체 발광소자용 기판의 제조방법에 의해 반도체 발광소자용 기판을 형성하는 공정으로서, 상기 기판의 상기 상면에 상기 에칭에 의한 단차가 형성되는 공정; 및 상기 상면에 반도체층을 포함하는 발광 구조체를 형성하는 공정;를 포함한다.
상기 과제를 해결하는 상기 반도체 발광소자용 기판은, 반도체 층을 포함하는 발광 구조체가 형성되는 발광 구조체 형성면을 가지고, 상기 발광 구조체 형성면은, 상기 기판의 하나의 결정면을 따라 넓어지는 평탄부, 상기 평탄부로부터 돌출된 복수의 대경돌기부, 및 상기 대경돌기부보다 작은 복수의 소경돌기부를 구비하고, 상기 복수의 소경돌기부 중 적어도 일부는 상기 대경돌기부의 외표면으로부터 돌출된 제1소경돌부이다.
상기 반도체 발광소자용 기판에 있어서, 상기 대경돌기부의 외표면에서 상기 제1소경돌기부의 위치가 상기 대경돌기부의 기단에 가까울수록 상기 제1소경돌기부의 높이가 낮은 것이 바람직하다.
상기 반도체 발광소자용 기판에 있어서, 상기 대경돌기부의 외표면에서 상기 제1소경돌기부의 위치가 상기 대경돌기부의 기단에 가까울수록 상기 대경돌기부의 외표면에서 상기 제1소경돌기부가 갖는 폭이 큰 것이 바람직하다.
상기 과제를 해결하는 반도체 발광소자는, 상기 반도체 발광소자용 기판, 및 반도체층을 포함하는 발광 구조체를 구비하며, 상기 반도체 발광소자용 기판은, 상기 발광소자를 지지한다.
본 개시되는 기술에 의하면, 반도체 발광소자에 있어서 빛의 취출 효율을 높일 수 있다. 또한, 본 개시되는 기술에 의하면, 반도체 발광소자용 기판 상의 막 형성을 용이하게 하고, 결정 결함을 저감시킬 수 있으며, 또한 반도체 발광소자에서의 빛의 취출 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 개시되는 기술에 있어서 제1실시형태의 반도체 발광소자용 기판의 단면구조를 나타낸 단면도이다.
도 2는 제1실시형태의 반도체 발광소자용 기판의 단면구조를 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 3은 제1실시형태의 반도체 발광소자용 기판에서 소경돌기부를 확대하여 나타낸 정단면도이다.
도 4는 제1실시형태의 반도체 발광소자용 기판의 평면구조를 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 개시되는 기술에 있어서 제1변형예의 반도체 발광소자용 기판의 단면구조를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 개시되는 기술에 있어서 제2변형예의 반도체 발광소자용 기판의 단면구조를 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 개시되는 기술에 있어서 제3변형예의 반도체 발광소자용 기판의 단면구조를 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 개시되는 기술에 있어서 제4변형예의 반도체 발광소자용 기판의 평면구조를 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 개시되는 기술에 있어서 제4변형예의 반도체 발광소자용 기판의 단면구조를 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 개시되는 기술에 있어서 제5변형예의 반도체 발광소자용 기판의 단면구조를 나타낸 단면도이다.
도 11은 본 개시되는 기술에 있어서 제5변형예의 반도체 발광소자용 기판의 단면구조를 나타낸 단면도이다.
도 12는 본 개시되는 기술에 있어서 제6변형예의 반도체 발광소자용 기판의 평면구조를 나타낸 평면도이다.
도 13은 본 개시되는 기술에 있어서 제6변형예의 반도체 발광소자용 기판의 단면구조를 나타낸 단면도이다.
도 14는 제2실시형태의 반도체 발광소자용 기판의 평면구조를 나타낸 평면도이다.
도 15는 본 개시되는 기술에 있어서 제7변형예의 반도체 발광소자용 기판의 단면구조를 나타낸 단면도이다.
도 16은 본 개시되는 기술에 있어서 제8변형예의 반도체 발광소자용 기판의 단면구조를 나타낸 단면도이다.
도 17은 본 개시되는 기술에 있어서 제9변형예의 반도체 발광소자용 기판의 단면구조를 나타낸 단면도이다.
도 18은 본 개시되는 기술에 있어서 제10변형예의 반도체 발광소자용 기판의 평면구조를 나타낸 평면도이다.
도 19는 본 개시되는 기술에 있어서 제10변형예의 반도체 발광소자용 기판의 단면구조를 나타낸 단면도이다.
도 20은 본 개시되는 기술에 있어서 제11변형예의 반도체 발광소자용 기판의 단면구조를 나타낸 단면도이다.
도 21은 본 개시되는 기술에 있어서 제11변형예의 반도체 발광소자용 기판의 단면구조를 나타낸 단면도이다.
도 22는 본 개시되는 기술에 있어서 제12변형예의 반도체 발광소자용 기판의 평면구조를 나타낸 평면도이다.
도 23은 본 개시되는 기술에 있어서 제12변형예의 반도체 발광소자용 기판의 평면구조를 나타낸 평면도이다.
도 24는 본 개시되는 기술에 있어서 제3실시형태의 반도체 발광소자용 기판의 제조방법의 일 공정을 모식적으로 나타낸 도면으로서, 대경입자막 형성 공정에서, 단입자막이 발광 구조체 형성면으로 이행되기 전의 단입자막의 상태를 나타낸 모식도이다.
도 25는 제3실시형태의 반도체 발광소자용 기판의 제조방법의 일 공정을 모식적으로 나타낸 도면으로서, 대경입자막 형성 공정에서, 단입자막이 발광 구조체 형성면으로 이행되는 도중의 반도체 발광소자용 기판의 상태를 나타낸 모식도이다.
도 26은 제3실시형태의 반도체 발광소자용 기판의 제조방법의 일 공정을 모식적으로 나타낸 도면으로서, 대경입자 에칭 공정에서, 단입자막이 발광 구조체 형성면으로 이행된 후의 반도체 발광소자용 기판의 상태를 나타낸 모식도이다.
도 27은 제3실시형태의 반도체 발광소자용 기판의 제조방법의 일 공정을 모식적으로 나타낸 도면으로서, 대경입자 에칭 공정에서, 단입자막 및 반도체 발광소자용 기판이 에칭되는 도중의 반도체 발광소자용 기판의 상태를 나타낸 모식도이다.
도 28은 제3실시형태의 반도체 발광소자용 기판의 제조방법의 일 공정을 모식적으로 나타낸 도면으로서, 대경입자 에칭 공정에서, 에칭된 반도체 발광소자용 기판을 나타낸 모식도이다.
도 29는 제3실시형태의 반도체 발광소자용 기판의 제조방법의 일 공정을 모식적으로 나타낸 도면으로서, 소경입자 에칭 공정에서, 단입자막이 발광 구조체 형성면으로 이행된 후의 반도체 발광소자용 기판의 상태를 나타낸 모식도이다.
도 30은 제3실시형태의 반도체 발광소자용 기판의 제조방법의 일 공정을 모식적으로 나타낸 도면으로서, 소경입자 에칭 공정에서, 에칭된 반도체 발광소자용 기판을 나타낸 모식도이다.
도 31은 본 개시되는 기술에 있어서 제4실시형태의 반도체 발광소자용 기판의 제조방법의 일 공정을 모식적으로 나타낸 도면으로서, 소경입자 에칭 공정에서, 단입자막이 발광 구조체 형성면으로 이행된 후의 반도체 발광소자용 기판의 상태를 나타낸 모식도이다.
도 32는 제4실시형태의 반도체 발광소자용 기판의 제조방법의 일 공정을 모식적으로 나타낸 도면으로서, 소경입자 에칭 공정에서, 단입자막 및 반도체 발광소자용 기판이 에칭되는 도중의 반도체 발광소자용 기판의 상태를 나타낸 모식도이다.
도 33은 제4실시형태의 반도체 발광소자용 기판의 제조방법의 일 공정을 모식적으로 나타낸 도면으로서, 소경입자 에칭 공정에서, 에칭된 반도체 발광소자용 기판을 나타낸 모식도이다.
도 34는 제4실시형태의 반도체 발광소자용 기판의 제조방법의 일 공정을 모식적으로 나타낸 도면으로서, 대경입자 에칭 공정에서, 단입자막이 발광 구조체 형성면으로 이행된 후의 반도체 발광소자용 기판의 상태를 나타낸 모식도이다.
도 35는 제4실시형태의 반도체 발광소자용 기판의 제조방법의 일 공정을 모식적으로 나타낸 도면으로서, 대경입자 에칭 공정에서, 에칭된 반도체 발광소자용 기판을 나타낸 모식도이다.
도 36은 본 개시되는 기술에 있어서 제5실시형태의 반도체 발광소자용 기판의 제조방법의 일 공정을 모식적으로 나타낸 도면으로서, 단입자막이 발광 구조체 형성면으로 이행된 때의 반도체 발광소자용 기판의 상태를 나타낸 모식도이다.
도 37은 제5실시형태의 반도체 발광소자용 기판의 제조방법의 일 공정을 모식적으로 나타낸 도면으로서, 단입자막 및 반도체 발광소자용 기판이 에칭되는 도중의 반도체 발광소자용 기판의 상태를 나타낸 모식도이다.
도 38은 제5실시형태의 반도체 발광소자용 기판의 제조방법의 일 공정을 모식적으로 나타낸 도면으로서, 에칭된 반도체 발광소자용 기판을 나타낸 모식도이다.
도 39는 본 개시되는 기술에 있어서 제5실시형태의 반도체 발광소자의 단면구성을 나타낸 단면도이다.
도 40은 실시예 1의 반도체 발광소자용 기판의 주사형 전자현미경 사진으로서, 반도체 발광소자용 기판을 기판에 직교하는 방향에서 촬영한 화상이다.
도 41은 실시예 1의 반도체 발광소자용 기판의 주사형 전자현미경 사진으로서, 반도체 발광소자용 기판을 대각선 위 방향에서 촬영한 화상이다.
도 42는 실시예 2의 반도체 발광소자용 기판의 주사형 전자현미경 사진으로서, 반도체 발광소자용 기판을 기판에 직교하는 방향에서 촬영한 화상이다.
도 43은 실시예 2의 반도체 발광소자용 기판의 주사형 전자현미경 사진으로서, 반도체 발광소자용 기판을 대각선 위 방향에서 촬영한 화상이다.
도 44는 실시예 3의 반도체 발광소자용 기판의 주사형 전자현미경 사진으로서, 반도체 발광소자용 기판을 기판에 직교하는 방향에서 촬영한 화상이다.
도 45는 실시예 3의 반도체 발광소자용 기판의 주사형 전자현미경 사진으로서, 반도체 발광소자용 기판을 대각선 위 방향에서 촬영한 화상이다.
도 46은 실시예 4의 반도체 발광소자용 기판의 주사형 전자현미경 사진으로서, 반도체 발광소자용 기판을 기판에 직교하는 방향에서 촬영한 화상이다.
도 47은 실시예 4의 반도체 발광소자용 기판의 주사형 전자현미경 사진으로서, 반도체 발광소자용 기판을 대각선 위 방향에서 촬영한 화상이다.
도 48은 실시예 5의 반도체 발광소자용 기판의 주사형 전자현미경 사진으로서, 반도체 발광소자용 기판을 기판에 직교하는 방향에서 촬영한 화상이다.
도 49는 실시예 5의 반도체 발광소자용 기판의 주사형 전자현미경 사진으로서, 반도체 발광소자용 기판을 대각선 위 방향에서 촬영한 화상이다.
도 50은 실시예 6의 반도체 발광소자용 기판의 주사형 전자현미경 사진으로서, 반도체 발광소자용 기판을 기판에 직교하는 방향에서 촬영한 화상이다.
도 51은 실시예 6의 반도체 발광소자용 기판의 주사형 전자현미경 사진으로서, 반도체 발광소자용 기판을 대각선 위 방향에서 촬영한 화상이다.
도 52는 실시예 6의 반도체 발광소자용 기판의 주사형 전자현미경 사진으로서, 반도체 발광소자용 기판을 정면방향에서 촬영한 화상이다.
(제1실시형태)
도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 개시되는 기술의 제1실시형태로서, 반도체 발광소자용 기판의 실시형태에 대하여 설명한다.
[반도체 발광소자용 기판의 구성]
도 1에 나타낸 바와 같이, 반도체 발광소자용 기판인 소자용 기판(11)은, 하나의 측면인 발광 구조체 형성면(11S)을 갖는다. 반도체 발광소자의 제조공정에서, 발광 구조체 형성면(11S)에는 발광 구조체가 형성된다.
소자용 기판(11)을 형성하는 재료는, 반도체 발광소자의 제조공정에서, 열적, 기계적, 화학적, 및 광학적 내성을 갖는다. 소자용 기판(11)을 형성하는 재료는, 예를 들면 Al2O3(사파이어), SiC, Si, Ge, MgAl2O4, LiTaO3, LiNbO3, ZrB2, GaP, GaN, GaAs, InP, InSn, AlN, 및 CrB2로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종류이다. 그 중에서도, 소자용 기판(11)을 형성하는 재료는, 기계적, 열적, 화학적 및 광학적인 내성이 상대적으로 높은 점에서, 또한, 광투과성을 갖는 점에서, 사파이어인 것이 바람직하다. 발광 구조체 형성면(11S)는, 발광 구조체에 결정성을 부여함에 적합한 결정성을 스스로 갖고 있다.
발광 구조체 형성면(11S)은 다수의 미세한 요철로 구성되는 요철구조를 갖는다. 미세한 요철구조는, 발광 구조체 형성면(11S)가 넓어지는 방향을 따라 반복된다. 발광 구조체 형성면(11S)이 갖는 요철구조는 다수의 대경돌기부(12), 다수의 소경돌기부(13) 및 평탄부(14)로 구성된다.
평탄부(14)은 하나의 결정면을 따라 넓어지는 평면이다. 소자용 기판(11)의 결정계가 육방정계일 때, 평탄부(14)는, 예를 들면 c면, m면, a면 및 r면으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나가 연속하는 평면이다. 소자용 기판(11)의 결정계가 입방정계일 때, 평탄부(14)는, 예를 들면 (001)면, (111)면 및 (110)면으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나가 이어지는 평면이다. 또한, 평탄부(14)가 갖는 결정면은 상기 지수면보다도 높은 지수면일 수 있고, 발광 구조체에 결정성을 부여함에 적합한 하나의 결정면일 수 있다. 평탄부(14)가 갖는 결정면은 발광 구조체 형성면(11S) 위에서 반도체층이 결정성을 갖는 것을 촉진한다.
복수의 대경돌기부(12) 각각은 평탄부(14)로부터 돌출된다. 복수의 대경돌기부(12) 각각은 평탄부(14)에 접속하는 기단으로부터 선단을 향하여 가늘어지는 뿔 형상을 갖는다.
복수의 소경돌기부(13)의 일부는 평탄부(14)로부터 돌출되고, 복수의 소경돌기부(13)의 나머지는 대경돌기부(12)로부터 돌출된다. 소경돌기부(13) 각각은 대경돌기부(12) 혹은 평탄부(14)에 접속하는 기단으로부터 선단을 향하여 가늘어지는 뿔 형상을 갖는다. 발광 구조체 형성면(11S)와 대향하는 평면시점에서, 소경돌기부(13)에 외접하는 원의 반경은 대경돌기부(12)에 외접하는 원의 반경보다 작다.
또한, 돌기부(12, 13)의 각각이 갖는 형상은, 반구형상일 수도 있고, 원뿔 형상일수도 있고, 각뿔 형상일 수도 있다. 환언하면, 돌기부(12, 13)의 정점을 지나, 평탄부(14)와 수직한 평면에 의해 돌기부(12, 13)가 절단된 가장자리에, 그 단면인 수직단면이 나타나는 모선(母線)은, 곡선일 수도 직선일 수도 있고, 돌기부(12, 13)의 정점을 정점으로 하는 삼각형과 돌기부(12, 13)의 정점을 지나는 반원에 의해 둘러싸인 영역에 위치하면 된다. 또한, 대경돌기부(12)와 소경돌기부(13)의 형상은 서로 다를 수 있다. 그리고, 대경돌기부(12) 각각이 갖는 형상은 서로 다를 수도 있고, 소경돌기부(13) 각각이 갖는 형상은 서로 다를 수 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 서로 이웃하는 대경돌기부(12) 사이의 거리로서, 평탄부(14)와 평행한 방향에 따른 거리는 대경돌기부(12)의 피치(PL)이다. 대경돌기부(12)의 외표면이나 평탄부(14)의 표면은 소경돌기부(13)과 접속하는 면이다. 소경돌기부(13)와 접속하는 면의 법선방향에 있어서, 그 소경돌기부(13)와 접속하는 면과 그 소경돌기부(13)의 표면과의 사이 거리의 최대값은 그 소경돌기부(13)의 높이(HS)이다. 복수의 소경돌기부(13) 각각에 있어서 높이(HS)를 갖는 부위는, 그 소경돌기부(13)의 정점이고, 서로 이웃하는 소경돌기부(13)의 정점 사이의 거리로서, 평탄부(14)와 평행한 방향을 따른 거리는 소경돌기부(13)의 피치(PS)이다.
대경돌기부(12)의 피치(PL)의 최빈값은 300㎚ 이상 5.0㎛ 이하인 것이 바람직하고, 소경돌기부(13)의 피치(PS)의 최빈값은 100㎚ 이상 1.0㎛ 이하인 것이 바람직하다. 돌기부(12, 13)의 피치(PL, PS)가 상기한 범위라면, 발광 구조체 형성면(11S)에서의 빛의 전반사가 억제될 정도로, 발광 구조체 형성면(11S)에는 그에 필요한 배치 및 밀도로 돌기부(12, 13)가 형성된다.
대경돌기부(12)의 피치(PL)의 최빈값은, 예를 들면 이하에 나타내는 바와 같이, 원자간력 현미경 이미지에 기초한 화상처리에 의해 구해진다. 우선, 평탄부(14)를 따른 면에서 임의로 선택되는 장방형 영역에 대하여 원자간력 현미경 이미지가 얻어진다. 이 때, 원자간력 이미지가 얻어지는 장방형 영역에서, 장방형 영역의 일변의 길이는 피치(PL)의 최빈값의 30배~40배이다. 다음으로, 푸리에 변환을 이용한 원자간력 현미경 이미지의 파형분리에 의해, 원자간력 현미경 이미지에 기초한 고속 푸리에 변환상이 얻어진다. 다음으로, 고속 푸리에 변환상에서 0차 피크와 1차 피크 사이의 거리가 구해지고, 그 거리의 역수가 하나의 장방형 영역에 있어서의 피치(PL)로서 취급된다. 그리고, 서로 다른 25개소 이상의 장방형 영역에 대하여 피치(PL)가 계측되고, 이렇게 해서 얻어진 계측값의 평균치가 피치(PL)의 최빈값이다. 또한, 장방형 영역은 적어도 서로 1㎜ 이격된 것이 바람직하고, 5㎜~1㎝ 이격된 것이 보다 바람직하다.
마찬가지로, 소경돌기부(13)의 피치(PS)의 최빈값은 대경돌기부(12)의 외표면 혹은 평탄부(14)에서 임의로 선택된 장방형 영역에 대하여 원자간력 현미경 이미지가 얻어지고, 그 원자간력 현미경 이미지에 기초하여 상기와 마찬가지로 화상처리가 이루어짐으로써 구해진다.
대경돌기부(12)의 평탄부(14)로부터의 높이(HL)는 100㎚ 이상 4.0㎛ 이하인 것인 바람직하고, 소경돌기부(13)에 있어서 그 소경돌기부(13)가 접속하고 있는 대경돌기부(12)의 외표면 혹은 평탄부(14)로부터의 높이(HS)는 10㎚ 이상 800㎚ 이하인 것이 바람직하다. 돌기부(12, 13)의 높이(HL, HS)가 상기한 범위 내라면, 발광 구조체 형성면(11S)에서의 빛의 전반사가 억제되기 쉽다. 또한, 대경돌기부(12)의 높이(HL) 및 소경돌기부(13)의 높이(HS) 각각은 상기 수직단면에 있어서, 돌기부(12, 13)의 기단의 양단을 잇는 직선과 직교하는 방향을 따라 돌기부(12, 13)의 최대의 길이이다.
대경돌기부(12)의 높이(HL)의 최빈값은, 예를 들면 이하에 나타내는 바와 같이, 원자간력 현미경 이미지에 기초한 화상처리에 의해 구해진다. 우선, 평탄부(14)를 따른 면에서 임의로 선택된 장방형 영역에 대하여 원자간력 현미경 이미지가 얻어지고, 그 원자간력 현미경 이미지로부터 요철구조의 단면형상이 얻어진다. 다음으로, 단면형상에서 연속하는 5개 이상의 대경돌기부(12)에 대하여, 대경돌기부(12)에서의 정점의 높이와, 그 대경돌기부(12)에 접속하는 평탄부(14)의 높이와의 차가 계측된다. 다음으로, 서로 다른 5개소 이상의 장방형 영역에 대하여도 마찬가지로 대경돌기부(12)의 높이가 계측되고, 합계 25 이상의 대경돌기부(12)의 높이가 계측된다. 그리고, 2차원 푸리에 변환상을 이용한 적도방향 프로파일이 작성되고, 그 1차 피크의 역수로부터 대경돌기부(12)에서의 높이(HL)의 최빈값이 구해진다. 또한, 장방형 영역은 적어도 서로 1㎜이격된 것이 바람직하고, 5㎜~1㎝ 이격된 것이 보다 바람직하다.
마찬가지로, 소경돌기부(13)의 높이(HS)의 최빈값은, 대경돌기부(12)의 외표면 혹은 평탄부(14)에서 임의로 선택된 장방형 영역에 대하여 원자간력 현미경 이미지가 얻어지고, 그 원자간력 현미경 이미지에 기초하여 상기와 마찬가지로 화상처리가 이루어짐으로써 구해진다.
대경돌기부(12)와 접속하는 복수의 소경돌기부(13)에 있어서, 소경돌기부(13)의 높이(HS)는 대경돌기부(12)의 기단에 가까운 소경돌기부(13)일수록 작은 것이 바람직하다. 또한, 상기 수직단면에서, 대경돌기부(12)의 기단의 양단을 잇는 선분의 길이는 대경돌기부(12)의 폭(DL)이고, 소경돌기부(13)의 기단의 양단을 잇는 선분의 길이는 소경돌기부(13)의 폭(DS)이다. 대경돌기부(12)의 외표면과 접속하는 복수의 소경돌기부(13)에 있어서, 소경돌기부(13)의 폭(DS)은 대경돌기부(12)의 기단에 가까운 소경돌기부(13)일수록 큰 것이 바람직하다. 이 때, 대경돌기부(12)와 접속하는 복수의 소경돌기부(13) 중에서 소경돌기부(13)의 위치가 대경돌기부(12)의 기단에 가까운 소경돌기부(13)일수록, 소경돌기부(13)의 높이(HS)가 작고, 또한, 소경돌기부(13)의 폭(DS)이 크며, 소경돌기부(13)의 형상은 편평하다.
또한, 소경돌기부(13)의 정점을 지나고, 평탄부(14)와 평행한 면에 의해 소경돌기부(13)가 절단된 자리에, 그 단면에 있어서 소경돌기부(13)의 기단의 양단을 잇는 선분의 길이는 대경돌기부(12)와의 접속위치에 관계없이 거의 일정한 것이 바람직하다. 이 경우, 복수의 소경돌기부(13)에서는 대경돌기부(12)의 기단에 가까운 소경돌기부(13)일수록, 소경돌기부(13)의 높이(HS)가 작고, 또한 소경돌기부(13)의 폭(DS)이 크다. 그리고, 복수의 소경돌기부(13) 중에서 소경돌기부(13)의 위치가 대경돌기부(12)의 선단에 가까운 소경돌기부(13)일수록, 소경돌기부(13)의 형상은 대략 반구 형상이고, 소경돌기부(13)의 위치가 대경돌기부(12)의 기단에 가까운 소경돌기부(13)일수록, 대경돌기부(12)의 선단으로부터 기단을 향하여 연장되는 대략 반타원체 형상이다. 환언하면, 복수의 소경돌기부(13) 중에서 대경돌기부(12)의 기단에 가까운 소경돌기부(13)에서는 대경돌기부(12)의 외표면에 소경돌기부(13)가 대경돌기부(12)의 선단으로부터 기단을 향하여 연장되는 줄기형상이나 물방울 형상으로 형성된다.
또한, 평탄부(14)의 거리(PL-DL)와 피치(PL)와의 비((PL-DL)/PL)는, 1/10 이상 1/2 이하가 바람직하고, 1/6 이상 1/3 이하가 보다 바람직하다.
대경돌기부(12)의 폭(DL)에 대한 높이(HL)의 비는 대경돌기부(12)의 아스펙트(aspect) 비이고, 소경돌기부(13)의 폭(DS)에 대한 높이(HS)의 비는 소경돌기부(13)의 아스펙트 비이다. 대경돌기부(12)의 아스펙트 비는 0.3 이상 0.9 이하인 것이 바람직하고, 0.5 이상 0.8 이하인 것이 보다 바람직하다. 대경돌기부(12)의 정상 부근의 소경돌기부(13)의 아스펙트 비는 0.3 이상 0.9 이하인 것이 바람직하고, 0.5 이상 0.8 이하인 것이 보다 바람직하다. 대경돌기부(12)의 아스펙트 비가 0.5 이상, 소경돌기부(13)의 아스펙트 비가 0.5 이상이라면, 발광 구조체 형성면(11S)에서의 빛의 전반사가 억제되기 쉽다. 또한, 대경돌기부(12)의 아스펙트 비가 0.6 이하, 소경돌기부(13)의 아스펙트 비가 0.6 이하라면, 돌기부(12, 13)의 사이에 발광 구조체를 구성하는 반도체층, 특히 버퍼층, 언도프 GaN에 의한 매입이 용이하게 이루어진다.
상술한 줄기형상이나 방울형상을 갖는 소경돌기부(13)의 형상에 대하여, 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 대경돌기부(12)의 표면과 대향하는 정면시점에 있어서, 소경돌기부(13)는 대경돌기부(12)의 표면에서 대경돌기부(12)의 선단으로부터 기단을 향하여 연장되는 장축을 갖는다. 대략 타원형상을 갖는다. 각 소경돌기부(13)의 형상은, 그 위치에 따라 다르다. 대경돌기부(12)의 선단 가까이 위치하는 소경돌기부(13)일수록 원형에 가까운 형상을 갖는다. 타원형상을 갖는 복수의 소경돌기부(13) 각각에 있어서, 대경돌기부(12)의 선단에 가장 가까운 부위는 소경돌기부(13)의 선단(13f)이고, 대경돌기부(12)의 기단에 가장 가까운 부위는 소경돌기부(13)의 기단(13b)이다. 타원형상을 갖는 소경돌기부(13)에 있어서, 선단(13f)과 기단(13b) 사이의 거리는 장축방향에서의 폭이고, 앞서 기재한 소경돌기부(13)의 폭(DS)이다.
타원형상을 갖는 소경돌기부(13)에 있어서, 선단(13f)과 기단(13b)의 사이의 중앙은 소경돌기부(13)의 중앙부위(13M)이다. 대경돌기부(12)의 둘레방향에 있어서, 타원형상을 갖는 소경돌기부(13)의 양단부 사이의 거리는 단축방향을 따른 폭이고, 소경돌기부(13)의 단경폭(WS)이다. 복수의 소경돌기부(13) 각각에 있어서, 가장 큰 단경폭(WS)을 갖는 최대폭 부위는 소경돌기부(13)의 장축방향에 있어서 중앙부위(13M)와 기단(13b)의 사이에 위치한다. 각 소경돌기부(13)의 장축방향의 폭(DS)에 있어서 최대폭 부위의 위치는 소경돌기부(13)마다 다르다. 예를 들면, 대경돌기부(12)와 접속하는 복수의 소경돌기부(13) 중에서 대경돌기부(12)의 선단에 가까운 소경돌기부(13)일수록 최대폭 부위는 중앙부위(13M)에 가깝고, 반대로, 대경돌기부(12)의 기단에 가까운 소경돌기부(13)일수록 최대폭 부위는 기단(13b)에 가깝다. 각 소경돌기부(13)의 장축방향의 폭(DS)에서 높이(HS)를 갖는 부위, 즉, 정점의 위치도 소경돌기부(13)와는 다르고, 대경돌기부(12)의 선단에 가까운 소경돌기부(13)일수록 정점의 위치는 선단(13f)에 가깝다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 발광 구조체 형성면(11S)의 평면시점에서, 대경돌기부(12)의 외주연으로부터는 소경돌기부(13)가 돌출된다. 즉, 대경돌기부(12)와 대경돌기부(12)에 접속하는 소경돌기부(13)으로 구성되는 돌기부의 외형은 요철형상으로 물결이 치는 듯한 형상이다.
대경돌기부(12)와 소경돌기부(13)는, 규칙적으로 배열될 수 있고, 불규칙적으로 배열될 수도 있다. 발광 구조체 형성면(11S)에서의 빛의 전반사를 억제하기 위하여는, 대경돌기부(12)와 소경돌기부(13) 각각이, 발광 구조체 형성면(11S)의 평면시점에서 2차원에 최밀충진되는 것이 바람직하다. 이러한 구조에 의하면, 발광 구조체 형성면(11S)에 형성되는 발광 구조체 막 스트레스가 하나의 소경돌기부(13)에 집중되는 것도 억제되기 때문에 소경돌기부(13)에 필요적인 기계적인 강도도 억제된다.
[반도체 발광소자용 기판의 작용]
제1실시형태의 소자용 기판(11)을 사용한 반도체 발광소자에서는, 발광 구조체 형성면(11S)이 평탄한 경우에 비하여 발광 구조체 형성면(11S)의 대경돌기부(12)가 형성된 부분에서는 발광 구조체에서 발생한 빛의 발광 구조체 형성면(11S)으로의 입사각은 작아진다. 그 결과, 빛의 입사각이 임계각보다 커지는 것이 억제되기 때문에 발광 구조체와 소자용 기판(11)과의 계면에서 전반사가 반복되는 것이 억제된다.
또한, 발광 구조체 형성면(11S)이 소경돌기부(13)를 가짐으로써, 상술한 바와 같은 빛의 반사각도의 변화에 더하여, 발광 구조체에서 발생한 빛은 소경돌기부(13)에 닿아 회절을 일으키기 쉬워진다. 특히, 제1실시형태에서는 평탄부(14)로부터도 소경돌기부(13)가 돌출되기 때문에, 이러한 빛의 회절이 보다 일어나기 쉽다.
이와 같이, 발광 구조체 형성면(11S)이 대경돌기부(12)와 소경돌기부(13)를 가짐으로써, 발광 구조체에서 발생한 빛이 진행하는 방향이 분산되기 때문에, 발광 구조체와 소자용 기판(11)과의 계면에서 전반사가 억제되는 결과, 빛의 취출 효율을 높일 수 있다.
또한, 소경돌기부(13)의 형상은 대경돌기부(12)의 선단으로부터 기단을 향하여 편평해지기 때문에, 대경돌기부(12)의 선단보다 기단 쪽이 대경돌기부(12)의 외표면에서 요철이 완만해진다. 따라서, 대경돌기부(12)의 선단보다 기단 쪽이, 인접하는 소경돌기부(13)의 사이에 형성되는 홈의 깊이가 얕아진다. 이 때문에, 발광 구조체 형성면(11S)에 버퍼층, 언도프 GaN을 포함하는 반도체층이 막 형성 될 때, 대경돌기부(12)의 기단 부근에서 상기 홈이 버퍼층, 언도프 GaN을 포함하는 반도체층에서 메워지기 쉬워진다. 따라서, 소경돌기부(13)의 위치에 관계없이 인접하는 소경돌기부(13)의 사이에 형성되는 홈의 깊이가 일정한 경우와 비교하여, 버퍼층, 언도프 GaN을 포함하는 반도체층의 막 형성이 균일하게 진행된다.
또한, 발광 구조체 형성면(11S)의 평면시점에서, 대경돌기부(12)와 소경돌기부(13)로 구성되는 돌기부의 외형이 요철형상으로 물결치기 때문에, 발광 구조체 형성면(11S)에 버퍼층, 언도프 GaN을 포함하는 반도체층이 막 형성될 때 결정 결함이 발생하는 것이 억제된다. 통상적으로, 결정 성장에 의해 버퍼층, 언도프 GaN을 포함하는 반도체층이 막 형성될 때, 발광 구조체 형성면(11S)의 평탄한 부분을 기점으로 하여, 그 평탄면에 평행한 방향과 수직한 방향에 결정 성장이 진행된다. 여기서, 복수의 평탄한 부분에서 발생한 결정이 평탄면에 평행한 방향에 진행되어 마주칠 때에 결정 전이가 일어나기 쉬우나, 이때, 발광 구조체 형성면(11S)의 요철구조가 장애가 되어 결정 전이가 진행하는 방향이 규제된다. 그 결과, 결정 전이가, 일어나기 쉬운 방향으로 진행하여 결정 결함이 증대되는 것이 억제된다. 특히, 제1실시형태에서는, 상기 돌기부의 외형이 요철형상으로 물결치는 복잡한 형상이기 때문에, 이러한 결정 결함의 억제에 효과가 높다.
이상, 설명한 바와 같이, 제1실시형태에 의하면, 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.
1) 발광 구조체 형성면(11S)이 대경돌기부(12)와 소경돌기부(13)를 갖기 때문에, 빛의 반사나 회절 등에 의해, 발광 구조체에서 발생한 빛이 진행하는 방향이 분산된다. 그 결과, 발광 구조체와 소자용 기판(11)과의 계면에서의 전반사가 억제되기 때문에, 빛의 취출 효과를 높일 수 있다.
2) 평탄부(14)로부터도 소경돌기부(13)가 돌출되기 때문에, 1)의 효과가 높아진다.
3) 대경돌기부(12)의 선단으로부터 기단을 향하여 소경돌기부(13)의 높이(HS)가 작아지기 때문에, 대경돌기부(12)의 외표면에서 요철이 완만하게 된다. 그 결과, 버퍼층, 언도프 GaN을 포함하는 반도체층이 막 형성되기 쉬워진다. 또한, 대경돌기부(12)의 선단으로부터 기단을 향하여 소경돌기부(13)의 폭(DS)이 커지기 때문에, 대경돌기부(12)의 외표면에서 요철은, 보다 완만하게 된다.
4) 발광 구조체 형성면(11S)의 평면시점에서, 대경돌기부(12)와 소경돌기부(13)로 구성되는 돌기부의 외형이 요철형상으로 물결치기 때문에, 발광 구조체 형성면(11S)에 버퍼층, 언도프 GaN을 포함하는 반도체층이 막 형성될 때 결정 결함이 발생하는 것이 억제된다.
(제1변형예)
도 5를 참조하여, 제1실시형태의 변형예인 제1변형예에 대하여 설명한다. 제1변형예에서는, 제1실시형태와 비교하여, 대경돌기부의 형상이 다르다. 이하에서는, 제1실시형태와의 상위점을 중심으로 설명하고, 제1실시형태와 같은 구성에 대하여는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 대경돌기부(22)는, 뿔 형상이고, 선단부분이 평탄하게 형성되며, 정점을 갖지 않는다. 대경돌기부(22)가 갖는 형상은 반구의 정점부분이 절취된 형상일 수 있고, 원뿔대 형상이나, 각뿔대 형상일 수도 있다. 환언하면, 상기 수직단면에서, 대경돌기부(22)의 측면을 구성하는 모선은 곡선일 수도, 직선일 수도 있다. 또한, 대경돌기부(22) 각각이 갖는 형상은, 서로 다를 수도 있다.
상기 구성에 있어서도, 대경돌기부(22)와 접속하는 복수의 소경돌기부(13)에 있어서는 소경돌기부(13)의 높이(HS)는 대경돌기부(22)의 기단에 가까운 소경돌기부(13)일수록 작은 것이 바람직하다. 또한, 수직단면에 있어서, 대경돌기부(22)의 외표면과 접속하는 복수의 소경돌기부(13)에 있어서는 소경돌기부(13)의 폭(DS)은 대경돌기부(22)의 기단에 가까운 소경돌기부(13)일수록 큰 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의해서도, 제1실시형태에 있어서의 1)~4)의 효과에 준하는 효과를 얻을 수 있다.
(제2변형예)
도 6을 참조하여, 제1실시형태의 변형예인 제2변형예에 대하여 설명한다. 제2변형예는, 제1실시형태와 비교하여, 소경돌기부의 형상이 다르다. 이하에서는, 제1실시형태와의 상위점을 중심으로 설명하고, 제1실시형태와 같은 구성에 대하여는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 소경돌기부(23)는 뿔대 형상이고, 선단부가 평탄하게 형성되며, 정점을 갖지 않는다. 소경돌기부(23)가 갖는 형상은, 반구의 정점부분이 절취된 형상일 수 있고, 원뿔대 형상이나, 각뿔대 형상일 수도 있다. 환언하면, 상기 수직단면에서, 소경돌기부(23)의 측면을 구성하는 모선은 곡선일 수도, 직선일 수도 있다. 또한, 소경돌기부(23) 각각이 갖는 형상은, 서로 다를 수도 있다.
상기 구성에 있어서도, 대경돌기부(12)와 접속하는 복수의 소경돌기부(23)에 있어서는 소경돌기부(23)의 높이(HS)는 대경돌기부(12)의 기단에 가까운 소경돌기부(23)일수록 작은 것이 바람직하다. 또한, 수직단면에 있어서, 대경돌기부(12)의 외표면과 접속하는 복수의 소경돌기부(23)에 있어서는 소경돌기부(23)의 폭(DS)은 대경돌기부(12)의 기단에 가까운 소경돌기부(23)일수록 큰 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의해서도, 제1실시형태에 있어서의 1)~4)의 효과에 준하는 효과를 얻을 수 있다.
(제3변형예)
도 7을 참조하여, 제1실시형태의 변형예인 제3변형예에 대하여 설명한다. 제3변형예는, 제1실시형태와 비교하여, 대경돌기부와 소경돌기부의 형상이 다르다. 이하에서는, 제1실시형태와의 상위점을 중심으로 설명하고, 제1실시형태와 같은 구성에 대하여는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 대경돌기부(22)는 뿔대 형상이고, 선단부가 평탄하게 형성되며, 정점을 갖지 않는다. 또한, 소경돌기부(23)는 뿔대 형상이고, 선단부가 평탄하게 형성되며, 정점을 갖지 않는다.
돌기부(22, 23)가 갖는 형상은, 반구의 정점부분이 절취된 형상일 수 있고, 원뿔대 형상이나, 각뿔대 형상일 수도 있다. 환언하면, 상기 수직단면에서, 돌기부(22, 23)의 측면을 구성하는 모선은 곡선일 수도, 직선일 수도 있다. 또한, 대경돌기부(22)와 소경돌기부(23)가 서로 다른 뿔대 형상을 가질수도 있다. 그리고, 대경돌기부(22) 각각이 갖는 형상은, 서로 다를 수도 있고, 소경돌기부(23) 각각이 갖는 형상은, 서로 다를 수도 있다.
상기한 구성에 있어서도, 대경돌기부(22)와 접속하는 복수의 소경돌기부(23)에 있어서는, 소경돌기부(23)의 높이(HS)는 대경돌기부(22)의 기단에 가까운 소경돌기부(23)일수록 작은 것이 바람직하다. 또한, 수직단면에 있어서, 대경돌기부(22)의 외표면과 접속하는 복수의 소경돌기부(23)에 있어서는 소경돌기부(23)의 폭(DS)은 대경돌기부(22)의 기단에 가까운 소경돌기부(23)일수록 큰 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의해서도, 제1실시형태에 있어서의 1)~4)의 효과에 준하는 효과를 얻을 수 있다.
(제4변형예)
도 8 및 도 9를 참조하여, 제1실시형태의 변형예인 제4변형예에 대하여 설명한다. 제4변형예는, 제1실시형태와 비교하여, 대경돌기부의 형상이 다르다. 이하에서는, 제1실시형태와의 상위점을 중심으로 설명하고, 제1실시형태와 같은 구성에 대하여는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 대경돌기부(22)는, 뿔대 형상이고, 선단부분에 평탄한 면(22S)을 갖는다. 대경돌기부(22)가 갖는 형상은 반구의 정점부분이 절취된 형상일 수 있고, 원뿔대 형상이나, 각뿔대 형상일 수도 있다. 환언하면, 상기 수직단면에서, 대경돌기부(22)의 측면을 구성하는 모선은 곡선일 수도, 직선일 수도 있다. 또한, 대경돌기부(22) 각각이 갖는 형상은, 서로 다를 수도 있다.
대경돌기부(22)가 갖는 평탄한 면(22S)은, 하나의 결정면을 따라 넓어지는 평면이다. 소자용 기판(11)의 결정계가 육방정계일 때, 평탄한 면(22S)은, 예를 들면, c면, m면, a면 및 r면으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나가 연속하는 평면이다. 소자용 기판(11)의 결정계가 입방정계일 때, 평탄한 면(22S)은, 예를 들면 (001)면, (111)면 및 (110)면으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나가 연속하는 평면이다. 또한, 평탄한 면(22S)이 갖는 결정면은, 상기 지수면보다도 높은 지수면일 수도 있고, 발광 구조체에 결정성을 부여하는 데에 적합한 하나의 결정면이면 된다.
대경돌기부(22)의 외표면에 위치하는 복수의 소경돌기부(13)는, 대경돌기부(22)의 둘레방향을 따라 나란히 배열된다. 대경돌기부(22)에 있어서 평탄부(14)에 접속하는 기단(22E)에는, 1단째의 소경돌기부(13)가 대경돌기부(22)의 둘레방향을 따라 배열된다. 또한, 대경돌기부(22)의 외표면에 있어서, 1단째의 소경돌기부(13)보다 대경돌기부(22)의 선단에 가까운 부위에는, 2단째의 소경돌기부(13)가 마찬가지로 대경돌기부(22)의 둘레방향을 따라 나란히 배열된다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 대경돌기부(22)의 외표면에 위치하는 복수의 소경돌기부(13)는 대경돌기부(22)의 외표면 중에서 평탄한 면(22S) 이외로부터 돌출된다. 복수의 소경돌기부(13) 각각은 대경돌기부(22)의 외표면에 접속하는 기단으로부터 선단을 향하여 가늘어지는 뿔 형상을 갖는다. 또한 대경돌기부(22)의 외표면에 있어서, 복수의 소경돌기부(13)는, 1단째의 소경돌기부(13) 만으로 구성될 수 있고, 3단째 이상의 소경돌기부(13)로 구성될 수도 있다.
상기한 구성에 있어서도, 대경돌기부(22)와 접속하는 복수의 소경돌기부(13)에 있어서는, 소경돌기부(13)의 높이(HS)는 대경돌기부(22)의 기단에 가까운 소경돌기부(13)일수록 작은 것이 바람직하다. 또한, 수직단면에 있어서, 대경돌기부(22)의 외표면과 접속하는 복수의 소경돌기부(13)에 있어서는 소경돌기부(13)의 폭(DS)은 대경돌기부(22)의 기단에 가까운 소경돌기부(13)일수록 큰 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의해서도, 제1실시형태에 있어서의 1)~4)의 효과에 준하는 효과를 얻을 수 있다. 그 밖에도, 대경돌기부(22)의 선단이 평탄한 면(22S)을 갖기 때문에, 대경돌기부(22)의 선단에 있어서, 반도체층이 결정성을 갖는 것을 촉진할 수 있다.
(제5변형예)
도 10 및 도 11을 참조하여, 제1실시형태의 변형예인 제5변형예에 대하여 설명한다. 제5변형예는, 제1실시형태와 비교하여, 대경돌기부 및 소경돌기부의 형상이 다르다. 이하에서는, 제1실시형태와의 상위점을 중심으로 설명하고, 제1실시형태와 같은 구성에 대하여는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 대경돌기부(22)는, 뿔대 형상으로서, 선단부분에 평탄한 면(22S)을 갖는다. 또한, 소경돌기부(23)는, 뿔대 형상으로서, 선단부분에 평탄한 면을 갖는다.
대경돌기부(22) 및 소경돌기부(23)가 갖는 형상은, 반구의 정점부분이 절취된 형상일 수 있고, 원뿔대 형상이나, 각뿔대 형상일 수도 있다. 환언하면, 상기 수직단면에서, 대경돌기부(22) 및 소경돌기부(23)의 측면을 구성하는 모선은 곡선일 수도, 직선일 수도 있다. 또한, 대경돌기부(22)와 소경돌기부(23)가 서로 다른 뿔대 형상을 가질수도 있다. 그리고, 대경돌기부(22) 각각이 갖는 형상은, 서로 다를 수도 있고, 소경돌기부(23) 각각이 갖는 형상은, 서로 다를 수도 있다.
상기한 구성에 있어서도, 대경돌기부(22)와 접속하는 복수의 소경돌기부(23)에 있어서는, 소경돌기부(23)의 높이(HS)는 대경돌기부(22)의 기단에 가까운 소경돌기부(23)일수록 작은 것이 바람직하다. 또한, 수직단면에 있어서, 대경돌기부(22)의 외표면과 접속하는 복수의 소경돌기부(13)에 있어서는 소경돌기부(23)의 폭(DS)은 대경돌기부(22)의 기단에 가까운 소경돌기부(23)일수록 큰 것이 바람직하다.
또한, 도 11에 나타낸 바와 같이, 소경돌기부(23) 중에서 2단째의 소경돌기부(23)는 뿔대 형상으로서, 선단부분에 평탄한 면을 가지는 반면, 소경돌기부(23) 중에서 평탄부(14)로부터 돌출되는 소경돌기부(23) 및 1단째의 소경돌기부(23)는 소경돌기부(23)를 형성하기 위한 조건을 간편하게 설정할 수 있는 관점에서, 뿔 형상인 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의해서도, 제1실시형태에 있어서의 1)~4)의 효과에 준하는 효과를 얻을 수 있다. 그 밖에, 대경돌기부(22)의 선단이 평탄한 면(22S)을 갖기 때문에, 대경돌기부(22)의 선단에 있어서, 반도체층이 결정성을 갖는 것을 촉진할 수 있다. 또한, 소경돌기부(23)의 선단이 평탄한 면을 갖기 때문에, 소경돌기부(23)의 선단에 있어서도, 반도체층이 결정성을 갖는 것을 촉진할 수 있다.
(제6변형예)
도 12를 참조하여, 제1실시형태의 변형예인 제6변형예에 대하여 설명한다. 제6변형예는, 제1실시형태와 비교하여, 발광 구조체 형성면(11S)이 브릿지부를 구비하는 점이 다르다. 이하에서는, 제1실시형태와의 상위점을 중심으로 설명하고, 제1실시형태와 같은 구성에 대하여는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
도 12에 나타낸 바와 같이, 발광 구조체 형성면(11S)이 갖는 요철구조에는, 대경돌기부(12), 소경돌기부(13), 평탄부(14)에 추가로, 다수의 브릿지부(15)가 포함된다.
복수의 브릿지부(15) 각각은, 평탄부(14)로부터 돌출되고, 서로 이웃하는 대경돌기부(12) 사이를 연결한다. 브릿지부(15)는, 뿔 형상을 갖는 대경돌기부(12)의 중심을 서로 잇는 돌기형상을 가지고, 브릿지부(15)의 높이는 대경돌기부(12)의 높이보다 낮다. 또한, 브릿지부(15)가 갖는 형상은 직선 형상에 한정되지 않고, 곡선 형상일 수도 있고, 절선 형상일 수도 있다. 브릿지부(15) 각각이 갖는 형상은, 서로 다를 수도 있다.
이러한 구성에 의해서도, 제1실시형태에 있어서 1)~4)의 효과에 준하는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 브릿지부(15)가 형성됨으로써, 발광 구조체에서 발생한 빛이 브릿지부(15)의 위치에서도 반사 등에 의해 진행하는 방향을 바꾸기 때문에, 빛의 취출 효율이 보다 높아진다. 또한, 브릿지부(15)가 형성됨으로써 발광 구조체 형성면(11S)의 요철구조가 보다 복잡하게 되기 때문에, 대경돌기부(12)와 소경돌기부(13)으로 구성되는 돌기부의 외형이 요철 형상임에 따른 효과와 마찬가지로, 결정 결함의 억제효과가 높아진다.
또한, 제1실시형태 및 제1~제6변형예가 조합될 수 있다. 예를 들면, 제1~제5변형예의 반도체 발광소자용 기판에, 제6변형예의 브릿지부(15)가 설치될 수도 있다. 재차 예를 들면, 하나의 반도체 발광소자용 기판에, 제1실시형태의 대경돌기부(12)와 소경돌기부(13)로 이루어지는 돌기부와, 제1~제5변형예 각각에서의 대경돌기부와 소경돌기부로 이루어지는 돌기부가 혼재할 수도 있다.
(제2실시형태)
도 13 및 도 14를 참조하여, 본 개시되는 기술의 제2실시형태로서, 반도체 발광소자용 기판의 실시형태에 대하여 설명한다. 제2실시형태는, 제1실시형태와 비교하여, 소경돌기부의 배치가 다르다. 이하에서는, 제1실시형태와의 상위점을 중심으로 설명하고, 제1실시형태와 같은 구성에 대하여는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
[반도체 발광소자용 기판의 구성]
도 13에 나타낸 바와 같이, 소자용 기판(11)이 갖는 모든 소경돌기부(13)는 대경돌기부(12)로부터 돌출되고, 평탄부(14)로부터는 소경돌기부(13)가 돌출되지 않는다.
대경돌기부(12)의 형상이나 배치에 관한 조건은, 제1실시형태의 대경돌기부(12)의 형상이나 배치와 동일하다. 또한, 소경돌기부(13)의 형상이나 배치에 관한 조건은, 제1실시형태에 있어서 대경돌기부(12)와 접속하는 소경돌기부(13)의 형상이나 배치와 마찬가지이다.
즉, 제2실시형태에 있어서도, 대경돌기부(12)와 접속하는 복수의 소경돌기부(13)에서는, 소경돌기부(13)의 높이(HS)는 대경돌기부(12)의 기단에 가까운 소경돌기부(13)일수록 작은 것이 바람직하다. 또한, 상기 수직단면에 있어서, 대경돌기부(12)의 외표면과 접속하는 복수의 소경돌기부(13)에서는, 소경돌기부(13)의 폭(DS)은 대경돌기부(12)의 기단에 가까운 소경돌기부(13)일수록 큰 것이 바람직하다.
도 14에 나타낸 바와 같이, 발광 구조체 형성면(11S)의 평면시점에서, 평탄부(14)에는 소경돌기부(13)가 형성되지 않는다. 대경돌기부(12)의 외주연으로부터는 소경돌기부(13)가 돌출되고, 대경돌기부(12)와, 그 대경돌기부(12)에 접속하는 소경돌기부(13)으로 구성되는 돌기부의 외형은 요철형상으로 물결친다.
[반도체 발광소자용 기판의 작용]
제2실시형태에서는, 평탄부(14)에 소경돌기부(13)가 형성되지 않기 때문에, 발광 구조체 형성면(11S)에 있어서, 평탄한 부분의 면적이 늘어난다. 상술한 바와 같이, 발광 구조체 형성면(11S)에 버퍼층, 언도프 GaN을 포함하는 반도체층이 막 형성될 때, 발광 구조체 형성면(11S)의 평탄한 부분을 기점으로 하여 결정 성장이 진행된다. 이러한 점에서, 제2실시형태는 제1실시형태보다도 발광 구조체 형성면(11S)에서 평탄한 부분이 많기 때문에, 버퍼층, 언도프 GaN을 포함하는 반도체층의 막 형성이 이루어지기 쉽다.
이상, 설명한 바와 같이, 제2실시형태에 의하면, 제1실시형태에 있어서 1), 3), 4)의 효과에, 추가로 이하의 효과를 얻을 수 있다.
5) 평탄부(14)에 소경돌기부(13)가 형성되지 않기 때문에, 발광 구조체 형성면(11S)에서 평탄한 부분의 면적이 늘어나는 결과, 버퍼층, 언도프 GaN을 포함하는 반도체층의 막 형성이 이루어지기 쉽다.
(제7변형예)
도 15를 참조하여, 제2실시형태의 변형예인 제7변형예에 대하여 설명한다. 제7변형예는, 제2실시형태와 비교하여, 대경돌기부의 형상이 다르다. 이하에서는, 제2실시형태와의 상위점을 중심으로 설명하고, 제2실시형태와 같은 구성에 대하여는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
도 15에 나타낸 바와 같이, 대경돌기부(22)는, 뿔대 형상이고, 선단부분이 평탄하게 형성되고, 정점을 갖지 않는다. 대경돌기부(22)가 갖는 형상은 반구의 정점부분이 절취된 형상일 수 있고, 원뿔대 형상이나, 각뿔대 형상일 수도 있다. 환언하면, 상기 수직단면에서, 대경돌기부(22)의 측면을 구성하는 모선은 곡선일 수도, 직선일 수도 있다. 또한, 대경돌기부(22) 각각이 갖는 형상은, 서로 다를 수도 있다.
상기한 구성에 있어서도, 대경돌기부(22)와 접속하는 복수의 소경돌기부(13)에 있어서는, 소경돌기부(13)의 높이(HS)는 대경돌기부(22)의 기단에 가까운 소경돌기부(13)일수록 작은 것이 바람직하다. 또한, 수직단면에 있어서, 대경돌기부(22)의 외표면과 접속하는 복수의 소경돌기부(13)에 있어서는 소경돌기부(13)의 폭(DS)는 대경돌기부(22)의 기단에 가까운 소경돌기부(13)일수록 큰 것이 바람직하다.
즉, 제7변형예는, 제1변형예에서 평탄부(14)에 소경돌기부(13)가 형성되지 않는 구성을 갖는다.
이러한 구성에 의해서도, 제1실시형태에 있어서 1), 3), 4)의 효과와, 제2실시형태에서의 5)의 효과에 준하는 효과를 얻을 수 있다.
(제8변형예)
도 16을 참조하여, 제2실시형태의 변형예인 제8변형예에 대하여 설명한다. 제8변형예는, 제2실시형태와 비교하여, 소경돌기부의 형상이 다르다. 이하에서는, 제2실시형태와의 상위점을 중심으로 설명하고, 제2실시형태와 같은 구성에 대하여는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
도 16에 나타낸 바와 같이, 소경돌기부(23)는 뿔대 형상이고, 선단부가 평탄하게 형성되며, 정점을 갖지 않는다. 소경돌기부(23)가 갖는 형상은, 반구의 정점부분이 절취된 형상일 수 있고, 원뿔대 형상이나, 각뿔대 형상일 수도 있다. 환언하면, 상기 수직단면에서, 소경돌기부(23)의 측면을 구성하는 모선은 곡선일 수도, 직선일 수도 있다. 또한, 소경돌기부(23) 각각이 갖는 형상은, 서로 다를 수도 있다.
상기 구성에 있어서도, 대경돌기부(12)와 접속하는 복수의 소경돌기부(23)에 있어서는 소경돌기부(23)의 높이(HS)는 대경돌기부(12)의 기단에 가까운 소경돌기부(23)일수록 작은 것이 바람직하다. 또한, 수직단면에 있어서, 대경돌기부(12)의 외표면과 접속하는 복수의 소경돌기부(13)에 있어서는 소경돌기부(23)의 폭(DS)은 대경돌기부(12)의 기단에 가까운 소경돌기부(23)일수록 큰 것이 바람직하다.
즉, 제8변형예는, 제2변형예에서 평탄부(14)에 소경돌기부(23)가 형성되지 않는 구성을 갖는다.
이러한 구성에 의해서도, 제1실시형태에 있어서 1), 3), 4)의 효과와, 제2실시형태에서의 5)의 효과에 준하는 효과를 얻을 수 있다.
(제9변형예)
도 17을 참조하여, 제2실시형태의 변형예인 제9변형예에 대하여 설명한다. 제9변형예는, 제2실시형태와 비교하여, 대경돌기부 및 소경돌기부의 형상이 다르다. 이하에서는, 제2실시형태와의 상위점을 중심으로 설명하고, 제2실시형태와 같은 구성에 대하여는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
도 17에 나타낸 바와 같이, 대경돌기부(22)는 뿔대 형상이고, 선단부가 평탄하게 형성되며, 정점을 갖지 않는다. 또한, 소경돌기부(23)는 뿔대 형상이고, 선단부가 평탄하게 형성되며, 정점을 갖지 않는다.
대경돌기부(22) 및 소경돌기부(23)가 갖는 형상은, 반구의 정점부분이 절취된 형상일 수 있고, 원뿔대 형상이나, 각뿔대 형상일 수도 있다. 환언하면, 상기 수직단면에서, 대경돌기부(22) 및 소경돌기부(23)의 측면을 구성하는 모선은 곡선일 수도, 직선일 수도 있다. 또한, 대경돌기부(22)와 소경돌기부(23)가 서로 다른 뿔대 형상을 가질 수도 있다. 그리고, 대경돌기부(22) 각각이 갖는 형상은, 서로 다를 수도 있고, 소경돌기부(23) 각각이 갖는 형상은, 서로 다를 수도 있다.
상기한 구성에 있어서도, 대경돌기부(22)와 접속하는 복수의 소경돌기부(23)에 있어서는, 소경돌기부(23)의 높이(HS)는 대경돌기부(22)의 기단에 가까운 소경돌기부(23)일수록 작은 것이 바람직하다. 또한, 수직단면에 있어서, 대경돌기부(22)의 외표면과 접속하는 복수의 소경돌기부(13)에 있어서는 소경돌기부(23)의 폭(DS)은 대경돌기부(22)의 기단에 가까운 소경돌기부(23)일수록 큰 것이 바람직하다.
즉, 제9변형예는, 제9변형예에서 평탄부(14)에 소경돌기부(23)가 형성되지 않는 구성을 갖는다.
이러한 구성에 의해서도, 제1실시형태에 있어서 1), 3), 4)의 효과와, 제2실시형태에서의 5)의 효과에 준하는 효과를 얻을 수 있다.
(제10변형예)
도 18 및 도 19를 참조하여, 제2실시형태의 변형예인 제10변형예에 대하여 설명한다. 제10변형예는, 제2실시형태와 비교하여, 대경돌기부의 형상이 다르다. 이하에서는, 제2실시형태와의 상위점을 중심으로 설명하고, 제2실시형태와 같은 구성에 대하여는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
도 18에 나타낸 바와 같이, 대경돌기부(22)는, 뿔대 형상이고, 선단부분에 평탄한 면(22S)을 갖는다. 대경돌기부(22)가 갖는 형상은 반구의 정점부분이 절취된 형상일 수 있고, 원뿔대 형상이나, 각뿔대 형상일 수도 있다. 환언하면, 상기 수직단면에서, 대경돌기부(22)의 측면을 구성하는 모선은 곡선일 수도, 직선일 수도 있다. 또한, 대경돌기부(22) 각각이 갖는 형상은, 서로 다를 수도 있다.
대경돌기부(22)가 갖는 평탄한 면(22S)은, 하나의 결정면을 따라 넓어지는 평면이다. 소자용 기판(11)의 결정계가 육방정계일 때, 평탄한 면(22S)은, 예를 들면, c면, m면, a면 및 r면으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나가 연속하는 평면이다. 소자용 기판(11)의 결정계가 입방정계일 때, 평탄한 면(22S)은, 예를 들면 (001)면, (111)면 및 (110)면으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나가 연속하는 평면이다. 또한, 평탄한 면(22S)이 갖는 결정면은, 상기 지수면보다도 높은 지수면일 수도 있고, 발광 구조체에 결정성을 부여하는 데에 적합한 하나의 결정면이면 된다.
대경돌기부(22)의 외표면에 위치하는 복수의 소경돌기부(13)는, 대경돌기부(22)의 둘레방향을 따라 배열된다. 대경돌기부(22)에 있어서 평탄부(14)에 접속하는 기단(22E)에는, 1단째의 소경돌기부(13)가 대경돌기부(22)의 둘레방향을 따라 배열된다. 또한, 대경돌기부(22)의 외표면에 있어서, 1단째의 소경돌기부(13)보다 대경돌기부(22)의 선단에 가까운 부위에는, 2단째의 소경돌기부(13)이 마찬가지로 대경돌기부(22)의 둘레방향을 따라 배열된다.
도 19에 나타낸 바와 같이, 대경돌기부(22)의 외표면에 위치하는 복수의 소경돌기부(13)는 대경돌기부(22)의 외표면 중에서 평탄한 면(22S) 이외로부터 돌출된다. 복수의 소경돌기부(13) 각각은 대경돌기부(22)의 외표면에 접속하는 기단으로부터 선단을 향하여 가늘어지는 뿔 형상을 갖는다. 또한 대경돌기부(22)의 외표면에 있어서, 복수의 소경돌기부(13)는, 1단째의 소경돌기부(13) 만으로 구성될 수 있고, 3단째 이상의 소경돌기부(13)으로 구성될 수도 있다.
상기한 구성에 있어서도, 대경돌기부(22)와 접속하는 복수의 소경돌기부(13)에 있어서는, 소경돌기부(13)의 높이(HS)는 대경돌기부(22)의 기단에 가까운 소경돌기부(13)일수록 작은 것이 바람직하다. 또한, 수직단면에 있어서, 대경돌기부(22)의 외표면과 접속하는 복수의 소경돌기부(13)에 있어서는 소경돌기부(13)의 폭(DS)는 대경돌기부(22)의 기단에 가까운 소경돌기부(13)일수록 큰 것이 바람직하다.
즉, 제10변형예는, 제4변형예에서 평탄부(14)에 소경돌기부(13)가 형성되지 않는 구성을 갖는다.
이러한 구성에 의해서도, 제2실시형태에서의 5)의 효과에 준하는 효과를 얻을 수 있다. 그 밖에도, 반도체층의 결정 성장에 있어서, 평탄부(14)가 갖는 기능과 마찬가지의 기능을 평탄한 면(22S)이 갖는다. 이 때문에, 대경돌기부(22)의 선단 상의 반도체층에 대하여, 평탄부(14) 상의 반도체층에 요구되는 결정성과 마찬가지의 결정성을 부여할 수 있다.
(제11변형예)
도 20 및 도 21을 참조하여, 제2실시형태의 변형예인 제11변형예에 대하여 설명한다. 제11변형예는, 제2실시형태와 비교하여, 대경돌기부 및 소경돌기부의 형상이 다르다. 이하에서는, 제2실시형태와의 상위점을 중심으로 설명하고, 제2실시형태와 같은 구성에 대하여는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
도 20에 나타낸 바와 같이, 대경돌기부(22)는, 뿔대 형상으로서, 선단부분에 평탄한 면(22S)을 갖는다. 또한, 소경돌기부(23)는, 뿔대 형상으로서, 선단부분에 평탄한 면을 갖는다.
대경돌기부(22) 및 소경돌기부(23)가 갖는 형상은, 반구의 정점부분이 절취된 형상일 수 있고, 원뿔대 형상이나, 각뿔대 형상일 수도 있다. 환언하면, 상기 수직단면에서, 대경돌기부(22) 및 소경돌기부(23)의 측면을 구성하는 모선은 곡선일 수도, 직선일 수도 있다. 또한, 대경돌기부(22)와 소경돌기부(23)가 서로 다른 뿔대 형상을 가질수도 있다. 그리고, 대경돌기부(22) 각각이 갖는 형상은 서로 다를 수도 있고, 소경돌기부(23) 각각이 갖는 형상은 서로 다를 수도 있다.
상기한 구성에 있어서도, 대경돌기부(22)와 접속하는 복수의 소경돌기부(13)에 있어서는, 소경돌기부(23)의 높이(HS)는 대경돌기부(22)의 기단에 가까운 소경돌기부(13)일수록 작은 것이 바람직하다. 또한, 수직단면에 있어서, 대경돌기부(22)의 외표면과 접속하는 복수의 소경돌기부(13)에 있어서는 소경돌기부(23)의 폭(DS)은 대경돌기부(22)의 기단에 가까운 소경돌기부(13)일수록 큰 것이 바람직하다.
또한, 도 21에 나타낸 바와 같이, 소경돌기부(23) 중에서 2단째의 소경돌기부(23)는 뿔대 형상으로서, 선단부분에 평탄한 면을 가지는 반면, 소경돌기부(23) 중에서 평탄부(14)로부터 돌출되는 소경돌기부(23) 및 1단째의 소경돌기부(23)는 소경돌기부(23)를 형성하기 위한 조건을 간편하게 설정할 수 있는 관점에서, 뿔 형상인 것이 바람직하다.
즉, 제11변형예는, 제5변형예에서 평탄부(14)에 소경돌기부(23)가 형성되지 않는 구성을 갖는다.
이러한 구성에 의해서도, 제2실시형태에 있어서의 5)의 효과에 준하는 효과를 얻을 수 있다. 그 밖에도, 반도체층의 결정 성장에 있어서, 평탄부(14)가 갖는 기능과 같은 기능을 평탄한 면(22S)과 소경돌기부(23)의 선단이 갖는다. 이 때문에, 대경돌기부(22)의 선단 상의 반도체층과 소경돌기부(23)의 선단 상의 반도체층에 대하여, 평탄부(14) 상의 반도체층에 요구되는 결정성과 마찬가지의 결정성을 부여할 수 있다.
(제12변형예)
도 22 및 도 23을 참조하여, 제2실시형태의 변형예인 제12변형예에 대하여 설명한다. 제12변형예는, 제2실시형태와 비교하여, 발광 구조체 형성면(11S)가 브릿지부를 구비하는 점이 다르다. 이하에서는, 제2실시형태와의 상위점을 중심으로 설명하고, 제2실시형태와 같은 구성에 대하여는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
도 22에 나타낸 바와 같이, 발광 구조체 형성면(11S)이 갖는 요철구조에는, 대경돌기부(12), 소경돌기부(13), 평탄부(14)에 추가로, 다수의 브릿지부(15)가 포함된다.
복수의 브릿지부(15) 각각은, 평탄부(14)로부터 돌출되고, 서로 이웃하는 대경돌기부(12) 사이를 연결한다. 브릿지부(15)는, 뿔 형상을 갖는 대경돌기부(12)의 중심을 서로 잇는 돌기형상을 가지고, 브릿지부(15)의 높이는 대경돌기부(12)의 높이보다 낮다. 또한, 브릿지부(15)가 갖는 형상은 직선 형상에 한정되지 않고, 곡선 형상일 수도 있고, 절선 형상일 수도 있다. 브릿지부(15) 각각이 갖는 형상은, 서로 다를 수도 있다.
또한, 도 23에 나타낸 바와 같이, 발광 구조체 형성면(11S)이 갖는 요철구조에는 뿔대 형상을 갖는 대경돌기부(22)와 뿔 형상을 갖는 소경돌기부(23)와 평탄부(14)에 추가로, 상술한 브릿지부(15)가 포함될 수 있다. 브릿지부(15)는 뿔대 형상을 갖는 대경돌기부(22)의 중심을 서로 잇는 돌기형상을 가지고, 브릿지부(15)의 높이는 대경돌기부(22)의 높이보다 낮다. 뿔대 형상을 갖는 대경돌기부(22)와 브릿지부(15)를 갖는 구성은, 대경돌기부(22)의 선단에 평탄한 면을 형성하기 위한 조건을 간편하게 설정할 수 있는 관점에서 바람직하다.
즉, 제12변형예는, 제6변형예에서 평탄부(14)에 소경돌기부(23)가 형성되지 않는 구성을 갖는다.
이러한 구성에 의해서도, 제1실시형태에 있어서 1), 3), 4)의 효과와, 제2실시형태에서의 5)의 효과에 준하는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 브릿지부(15)가 형성됨으로써, 발광 구조체에서 발생한 빛이 브릿지부(15)의 위치에서도 반사 등에 의해 진행하는 방향을 바꾸기 때문에, 빛의 취출 효율이 보다 높아진다. 또한, 브릿지부(15)가 형성됨으로써 발광 구조체 형성면(11S)의 요철구조가 보다 복잡하게 되기 때문에, 대경돌기부(12)와 소경돌기부(13)으로 구성되는 돌기부의 외형이 요철 형상임에 따른 효과와 마찬가지로, 결정 결함의 억제효과가 높아진다.
또한, 제2실시형태 및 제7~제12변형예가 조합될 수 있다. 예를 들면, 제7~11변형예의 반도체 발광소자용 기판에, 제12변형예의 브릿지부(15)가 설치될 수도 있다. 재차 예를 들면, 하나의 반도체 발광소자용 기판에, 제2실시형태의 대경돌기부(12)와 소경돌기부(13)으로 이루어지는 돌기부와, 제7~제11변형예 각각에서의 대경돌기부와 소경돌기부로 이루어지는 돌기부가 혼재할 수도 있다.
(제3실시형태)
도 24~도 30을 참조하여, 본 개시되는 기술의 제3실시형태로서, 반도체 발광소자용 기판의 제조방법의 실시형태에 대하여 설명한다.
[반도체 소자용 기판의 제조방법]
반도체 발광소자용 기판의 제조방법은, 서로 다른 크기의 2종류 입자를 사용하여 기판을 에칭하는 대경입자 공정과 소경입자 공정을 포함한다.
대경입자 공정은, 대경입자 막 형성 공정과 제1공정의 일례인 대경입자 에칭 공정을 포함하고, 소경입자 공정은, 소경입자 막 형성 공정과 제2공정의 일례인 소경입자 에칭 공정을 포함한다.
대경입자 막 형성 공정에서는, 발광 구조체 형성면(11S)에 큰 직경의 입자로 구성되는 단입자막이 형성되고, 대경입자 에칭 공정에서는, 단입자막을 마스크로 하여 발광 구조체 형성면(11S)이 에칭된다. 소경입자 막 형성 공정에서는, 대경입자 에칭 공정에서 에칭된 발광 구조체 형성면(11S)에 작은 입자로 구성되는 단입자막이 형성되고, 소경입자 에칭 공정에서는, 단입자막을 마스크로 하여 발광 구조체 형성면(11S)이 추가로 에칭된다. 이하, 반도체 발광소자용 기판의 제조방법에 포함되는 각 공정을 처리순서대로 설명한다.
[대경입자 막 형성 공정]
대경입자 공정에서 사용되는 단입자막을 구성하는 대경입자(SL)는, 유기입자, 유기무기 복합입자, 무기입자로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종류 이상의 입자이다. 유기입자를 형성하는 재료는, 예를 들면 폴리스틸렌, PMMA 등의 열가소성수지와, 페놀 수지, 에폭시 수지 등의 열경화성 수지와, 다이아몬드, 그라파이트, 플러렌 류로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종류이다. 유기무기 복합입자를 형성하는 재료는, 예를 들면 SiC, 탄화붕소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종류이다.
대경입자(SL)는, 무기입자인 것이 바람직하다. 대경입자(SL)가 무기입자라면, 대경입자(SL)로 이루어지는 단입자막이 선택적으로 에칭되는 공정에서 단입자막과 발광 구조체 형성면(11S)의 사이에서 에칭의 선택비가 얻어지기 쉽다. 무기입자를 형성하는 재료는, 예를 들면 무기산화물, 무기질화물, 무기붕화물, 무기황화물, 무기셀렌화물, 금속화합물, 금속으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종류이다.
무기산화물은, 예를 들면, 실리카, 알루미나, 지르코니아, 티타니아, 세리아, 산화아연, 산화주석, 이트륨 알루미늄 가넷(YAG)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종류이다. 무기질화물은, 예를 들면 질화규소, 질화알루미늄, 질화붕소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종류이다. 무기붕화물은, 예를 들면 ZrB2, CrB2로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종류이다. 무기황화물은, 예를 들면 황화아연, 황화칼슘, 황화카드뮴, 황화스트론튬으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종류이다. 무기셀렌화물은, 예를 들면 셀렌화아연, 셀렌화카드뮴으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종류이다. 금속입자는, Si, Ni, W, Ta, Cr, Ti, Mg, Ca, Al, Au, Ag 및 Zn으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종류의 입자이다.
또한, 대경입자(SL)를 형성하는 재료는, 구성원소의 일부가 그와 다른 타원소에 의해 치환될 수 있다. 예를 들면, 대경입자(SL)를 형성하는 재료는, 실리콘과 알루미늄과 산소와 질소로 이루어지는 사이알론일 수 있다. 또한, 대경입자(SL)는 서로 다른 재료로 이루어지는 2종류 이상의 입자의 혼합물일 수도 있다. 또한, 대경입자(SL)는 서로 다른 재료로 이루어지는 적층체일 수도 있고, 예를 들면 무기질화물로 이루어지는 무기입자가 무기산화물에 의해 피복된 입자일 수도 있다. 또한, 대경입자(SL)는 무기입자 중에 셀륨이나 유로피움 등의 부활제(활성화제)가 도입된 형광체입자 일 수 있다. 또한, 상술한 재료 중에서도 대경입자(SL)의 형상이 안정한 점에서, 대경입자(SL)를 형성하는 재료는 무기산화물인 것이 바람직하다.
대경입자(SL)의 입경은, 상술한 각 실시형태 및 변형예에서 예시한 크기의 대경돌기부(12)를 형성하기 위하여는 300㎚ 이상 5㎛ 이하인 것이 바람직하다.
대경입자 막 형성 공정에는, 하기 3개의 방법 중 어느 하나가 사용된다.
ㆍ 랭뮤어-블로젯법(Langmuir-Blodgett, LB법)
ㆍ 입자흡착법
ㆍ 바인더층 고정법
LB법에서는, 물보다 비중이 낮은 용제 내에 입자가 분산된 분산액이 사용되고, 우선, 물의 액면에 분산액이 적하된다. 다음으로, 분산액으로부터 용제가 휘발함으로써 입자로 이루어지는 단입자막이 수면에 형성된다. 그리고, 수면에 형성된 단입자막이 발광 구조체 형성면(11S)에 옮겨짐으로써 발광 구조체 형성면(11S)에 단입자막이 형성된다.
입자흡착법에서는, 우선, 콜로이드 입자의 현탁액 내에 소자용 기판(11)이 침지된다. 다음으로, 발광 구조체 형성면(11S)과 정전기적으로 결합한 제1층째의 입자층만이 남도록 제2층째 이상의 입자가 제거된다. 이로써, 발광 구조체 형성면(11S)에 단입자막이 형성된다.
바인더층 고정법에서는, 우선, 발광 구조체 형성면(11S)에 바인더층이 형성되고, 바인더층 상에 입자의 분산액이 도포된다. 다음으로, 바인더층이 가열에 의해 연화하고, 제1층째의 입자층만이 바인더층 내에서 매입되며, 2층째 이상의 입자가 씻겨 떨어진다. 이로써, 발광 구조체 형성면(11S)에 단입자막이 형성된다.
대경입자 막 형성 공정에 사용되는 막 형성 방법은, 하기 식 (1)에 나타내는 충진정도 D(%)를 15% 이하로 하는 방법이 좋다. 그 중에서도, 단층화의 정밀도, 막 형성에 요구되는 조작의 간편성, 대경입자막의 면적 확장성, 대경입자막이 갖는 특성의 재현성 등의 점에서, LB법이 바람직하다.
충진정도
Figure 112017034418596-pct00057
...(1)
식 (1)에 있어서, A는 입자의 평균입경이고, B는 서로 이웃하는 입자간의 피치에서의 최빈값이며,
Figure 112017034418596-pct00058
는 A와 B와의 차의 절대값이다.
충진정도 D는, 단입자막에 있어서, 입자가 최밀충진되는 정도를 나타내는 지표이다. 충진정도 D가 작을수록 입자가 최밀충진되는 정도는 높고, 입자의 간격이 조정된 상태로서, 단입자막에 있어서 입자 배열의 정밀도가 높다. 단입자막에서 입자의 밀도를 높이는 점에서, 충진밀도 D는 10% 이하인 것이 바람직하고, 1.0% 이상 3.0% 이하인 것이 보다 바람직하다.
입자의 평균입경 A는, 단입자막을 구성하는 입자의 평균 일차 입경이다. 입자의 평균 일차 입경은 입도분포의 피크로부터 구해진다. 입도분포는 입자 동적 광산란법에 의해 구해지는 입도분포의 근사로부터 얻어진다. 또한, 충진정도 D를 15% 이하로 하기 위하여, 입자에서 입경의 변동계수(표준편차를 평균값으로 나눈 값)는 20% 이하인 것이 바람직하고, 10% 이하인 것이 보다 바람직하며, 5% 이하인 것이 더욱 바람직하다.
입자간의 피치에 있어서 최빈값은, 서로 이웃하는 2개의 입자끼리의 정점과 정점 사이의 거리의 최빈값이다. 또한, 입자가 구형이고, 입자 사이가 간극없이 서로 접할 때, 서로 이웃하는 입자 서로의 정점과 정점 사이의 거리는 서로 이웃하는 입자끼리의 중심과 중심 사이의 거리이다. 또한, 입자간의 피치에 있어서 최빈값은, 대경돌기부(12)의 피치(PL)와 마찬가지로 단입자막의 원자간력 현미경 이미지에 기초하여 얻어진다.
다음으로, 단입자막을 형성하는 방법의 일례로서 LB법을 사용한 방법에 대하여 설명한다.
우선, 물이 담긴 수조와 분산액이 준비된다. 분산액은 물보다 비중이 낮은 용제 내에 대경입자(SL)가 분산된다. 대경입자(SL)의 표면은 소수성을 갖는 것이 바람직하고, 분산매에서 용제도 소수성을 갖는 것이 바람직하다. 대경입자(SL) 및 용제가 소수성을 갖는 구성이라면, 대경입자(SL)의 자기조직화가 수면에서 진행하여 2차원적으로 최밀충진된 단입자막이 형성되기 쉬워진다. 분산매에서 용제는 높은 휘발성을 갖는 것이 바람직하다. 휘발성이 높고, 소수성인 용제는, 클로로포름, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 아세톤, 메틸에틸케톤, 에틸에틸케톤, 톨루엔, 헥산, 시클로헥산, 초산에틸, 초산부틸로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종류 이상의 휘발성 유기용제가 사용된다.
대경입자(SL)가 무기입자일 때, 대경입자(SL)의 표면은 통상적으로, 친수성이다. 이 때문에, 대경입자(SL)가 무기입자일 때, 대경입자(SL)의 표면은 소수화제에 의해 소수화되는 것이 바람직하다. 대경입자(SL)의 소수화에 사용되는 소수화제로는, 예를 들면 계면활성제나 금속 알콕시실란 등이 사용된다.
분산액은, 멤브레인 필터 등에 의해 정밀여과되고, 분산액 내에 포함되는 응집입자, 즉, 복수의 1차 입자의 집합인 2차 입자가 제거되는 것이 바람직하다. 정밀여과된 분산액이라면, 입자가 2층 이상 겹치는 개소나, 입자가 존재하지 않는 개소가 단입자막에서 생성되기 어려워져 정밀도가 높은 단입자막을 얻기 쉬워진다.
도 24에 나타낸 바와 같이, 수면(L)에 분산액이 적하되고, 분산액 내의 용제가 휘발하면, 대경입자(SL)가 수면(L)을 따라 단층으로 전개된다. 이 때, 수면에 분산한 대경입자(SL)가 결합할 때, 서로 이웃하는 대경입자(SL) 사이에는, 그 사이에 개재되는 용제에 기인하여 표면장력이 작용한다. 그 결과, 서로 이웃하는 대경입자(SL)끼리는 랜덤하게 존재하는 것이 아니라 2차원적인 자기조직화에 의해 최밀충진구조를 형성한다. 이로 인해, 2차원적으로 최밀충진된 단입자막(FL)이 형성된다.
또한, 분산액에서 대경입자(SL)의 농도는, 1질량% 이상 40질량% 이하인 것이 바람직하고, 분산액이 적하되는 속도는 0.001ml/초 이상 10ml/초 이하인 것이 바람직하다. 분산액에서 대경입자(SL)의 농도 및 분산액의 적하되는 속도가 상기 범위 내라면, 대경입자(SL)가 클러스터 상으로 응집하여 2층 이상으로 겹쳐지는 것이 억제된다. 또한, 대경입자(SL)가 존재하지 않는 결함 개소가 발생하는 것이 억제되어, 2차원으로 최밀충진된 단입자막을 얻기 쉽다.
또한, 대경입자 막 형성 공정은, 수면(L)에 초음파가 조사되는 조건에서 실시되는 것이 바람직하다. 수면(L)에 초음파가 조사되면서 분산액의 용제가 휘발하면, 대경입자(SL)의 최밀충진이 진행된다. 또한, 수면(L)에 초음파가 조사되면서 분산액의 용제가 휘발하면, 대경입자(SL)의 연응집체가 파괴되고, 한번 생성된 점결함, 선결함, 또는 결정전이 등이 수복되기도 한다.
수면(L)에 형성된 단입자막(FL)은, 단층상태를 유지하면서 소자용 기판(11)에 옮겨진다. 단입자막(FL)을 소자용 기판(11)에 옮겨지게 하는 방법은, 예를 들면 소수성을 갖는 발광 구조체 형성면(11S)과 단입자막(FL)의 주면이 대략 평행하게 유지되고, 단입자막(FL)의 상측으로부터 발광 구조체 형성면(11S)이 단입자막(FL)과 접촉한다. 그리고, 소수성을 갖는 단입자막(FL)과, 마찬가지로 소수성을 갖는 발광 구조체 형성면(11S)의 친화력에 의해 단입자막(FL)이 소자용 기판(11)에 옮겨진다. 혹은, 단입자막(FL)이 형성되기 전에, 미리 수중에 배치된 발광 구조체 형성면(11S)과 수면(L)이 대략 평행하게 배치되고, 단입자막(FL)이 수면(L)에 형성된 후에 수면(L)이 점점 내려가서, 발광 구조체 형성면(11S)에 단입자막(FL)이 옮겨진다.
이들 방법이라면, 특별한 장치가 사용되지 않고도 단입자막(FL)이 발광 구조체 형성면(11S)에 옮겨진다. 한편, 큰 면적의 단입자막(FL)이, 그 최밀충진상태를 유지하면서 발광 구조체 형성면(11S)에 옮겨질 수 있는 점에서, 이하에 나타내는 LB 트로프(LB trough) 법이 바람직하다.
도 25에 나타낸 바와 같이, LB 트로프 법에서는, 우선, 소자용 기판(11)이 세워진 상태에서 미리 수면(L) 아래에 소자용 기판(11)이 침지되고, 수면(L)에 단입자막(FL)이 형성된다. 그리고, 소자용 기판(11)이 세워진 상태에서 소자용 기판(11)이 점점 상측으로 끌어올려짐으로써 단입자막(FL)이 소자용 기판(11)에 옮겨진다. 이 때, 발광 구조체 형성면(11S)에 옮겨진 단입자막(FL)은, 그 전체에서 완전한 최밀충진구조를 갖는 경우는 적다. 이 때문에, 발광 구조체 형성면(11S)에 옮겨진 단입자막(FL)은 서로 구획된 복수의 막요소로 구성되어, 복수의 막요소 각각에서, 대경입자(SL)의 육방충진구조가 연속하게 된다.
또한, 도 25에서는, 소자용 기판(11)의 양면에 단입자막(FL)이 옮겨지는 상태가 도시되나, 적어도 발광 구조체 형성면(11S)에 단입자막(FL)이 옮겨지면 된다. EH한, 단입자막(FL)은 수면(L)에서 단층으로 형성되기 때문에, 소자용 기판(11)이 끌어올려지는 속도 등이 다소 변동하여도 단입자막(FL)이 붕괴하여 다층화할 우려는 없다.
발광 구조체 형성면(11S)에 옮겨진 단입자막(FL)에 대하여는, 단입자막(FL)을 발광 구조체 형성면(11S)에 고정하는 고정처리가 이루어질 수 있다. 단입자막(FL)을 발광 구조체 형성면(11S)에 고정하는 방법에는, 바인더에 의해 대경입자(SL)와 발광 구조체 형성면(11S)이 접합되는 방법이나, 대경입자(SL)가 발광 구조체 형성면(11S)과 융착하는 소결법이 사용된다.
바인더를 사용한 고정방법에서는, 단입자막(FL)이 옮겨진 발광 구조체 형성면(11S)에 바인더 용액이 공급되고, 단입자막(FL)을 구성하는 대경입자(SL)와 발광 구조체 형성면(11S)의 사이에 바인더 용액이 침투한다. 이 때, 바인더의 사용량은, 단입자막(FL)의 질량에 대하여 0.001배 이상 0.02 이하인 것이 바람직하다. 이러한 사용량의 범위라면, 바인더가 너무 많아서 서로 이웃하는 대경입자(SL)의 사이에 바인더가 막혀버리는 것이 억제되고, 대경입자(SL)를 발광 구조체 형성면(11S)에 고정할 수 있다. 바인더에는 금속 알콕시실란이나 일반적인 유기 바인더, 무기 바인더 등이 사용된다.
소결법에서는, 단입자막(FL)을 옮긴 소자용 기판(11)이 가열되고, 단입자막(FL)을 구성하는 대경입자(SL)가 발광 구조체 형성면(11S)에 융착한다. 이 때, 소자용 기판(11)의 가열온도는, 대경입자(SL)를 형성하는 재료와 소자용 기판(11)을 형성하는 재료에 따라 적절하게 결정된다. 또한, 소자용 기판(11)이 공기중에서 가열될 때, 소자용 기판(11)이나 대경입자(SL)가 산화할 가능성이 있다. 이 때문에, 소결법이 사용될 때는 불활성가스 분위기에서 소자용 기판(11)을 가열하는 것이 바람직하다.
[대경입자 에칭 공정]
도 26에 나타낸 바와 같이, 단층의 대경입자(SL)로 구성되는 단입자막(FL)은 발광 구조체 형성면(11S)에 형성된다. 단입자막(FL)은 발광 구조체 형성면(11S)의 평면시점에서, 대경입자(SL)가 2차원으로 최밀충진된 육방충진구조를 갖는다.
대경입자 에칭 공정에서는, 대경입자(SL)와 소자용 기판(11)이 함께 에칭되는 조건에서 에칭을 행할 수도 있으나, 바람직하게는, 소자용 기판(11)이 실질적으로 에칭되지 않는 에칭 조건에서 단입자막(FL)을 구성하는 대경입자(SL)가 에칭된다. 이 때, 단입자막(FL)을 구성하는 대경입자(SL)의 입경은 선택적인 에칭에 의해 축소되고, 서로 이웃하는 대경입자(SL)의 사이에는 새로운 간극이 형성된다.
발광 구조체 형성면(11S)이 실질적으로 에칭되지 않는 에칭 조건에서는, 대경입자(SL)의 에칭 속도에 대한 발광 구조체 형성면(11S)의 에칭 속도의 비율이 25% 이하인 것이 바람직하다. 대경입자(SL)의 에칭 속도에 대한 발광 구조체 형성면(11S)의 에칭 속도의 비율은 15% 이하인 것이 보다 바람직하고, 10% 이하인 것이 특히 바람직하다. 또한, 이러한 에칭 조건은, 반응성 에칭에 사용되는 에칭 가스를 적절히 선택할 수 있다. 예를 들면, 소자용 기판(11)이 사파이어이고, 대경입자(SL)가 실리카일 경우에는 CF4, SF6, CHF3, C2F6, C3F8, CH2F2, NF3로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종류 이상의 가스를 에칭 가스로서 사용할 수 있다. 또한, 소자용 기판(11)을 에칭하는 필요에 따라 Ar 등의 희가스나 O2 등의 첨가 가스를 가스에 추가하는 것이 바람직하다. 또한, 에칭 가스는, 이들에 한정되는 것은 아니고, 단입자막(FL)을 구성하는 입자의 재질에 따라 적절하게 선택된다.
도 27에 나타낸 바와 같이, 다음으로, 직경이 줄어든 대경입자(SL)를 마스크로 하여 발광 구조체 형성면(11S)이 에칭된다. 이 때, 발광 구조체 형성면(11S)은 서로 이웃하는 대경입자(SL) 사이의 공극을 통하여 에찬트인 에칭 가스에 쐬이고, 단입자막(FL)를 구성하는 대경입자(SL) 또한 에찬트인 에칭 가스에 쐬인다.
여기서, 발광 구조체 형성면(11S)에서는, 발광 구조체 형성면(11S)과 대향하는 대경입자(SL)의 부위가 대경입자(SL)의 중심으로부터 먼 부위일수록 먼저 에칭이 진행된다. 그리고, 대경입자(SL)의 소멸에 따라 대경입자(SL)의 중심과 대향하는 영역에서도 에칭이 진행된다.
도 28에 나타낸 바와 같이, 결과로서, 발광 구조체 형성면(11S)에서는 대경입자(SL)의 중심과 대향하던 부분을 정점으로 한 반구형상을 갖는 원형돌기부(16)가 형성된다. 원형돌기부(16)는 대경돌기부(12)의 원형(原型)이 된다. 원형돌기부(16)의 피치(PL)는 단입자막(FL)에서 서로 이웃하는 대경입자(SL) 사이의 간격과 동등하고, 원형돌기부(16)의 배치 또한 대경입자(SL)의 배치와 마찬가지이다. 또한, 대경입자(SL)가 직경이 줄기 전의 상태에서 서로 이룻하는 대경입자(SL)의 간극과 대향하던 영역 및 대경입자(SL)의 외표면 부근과 대향하던 영역은 에칭 가스에 쐬이는 시간이 특히 길기 때문에, 에칭의 진행정도가 커지는 결과 평탄하게 된다.
대경입자 에칭 공정에서는, 발광 구조체 형성면(11S)의 에칭 속도가 대경입자(SL)의 에칭 속도보다 높은 것이 바람직하다. 대경입자(SL)의 에칭 속도에 대한 발광 구조체 형성면(11S)의 에칭 속도의 비율은 200% 이상인 것이 바람직하고, 300% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 이러한 에칭 조건은, 반응성 에칭에 사용되는 에칭 가스를 적절하게 선택할 수 있다. 예를 들면 소자용 기판(11)이 사파이어이고, 대경입자(SL)이 실리카일 경우, Cl2, BCl3, SiCl4, HBr, Hl, HCl, Ar으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종류 이상의 가스를 에칭 가스로서 사용할 수 있다. 또한, 발광 구조체 형성면(11S)의 에칭에 사용되는 에칭 가스는, 이들에 한정되지 않고 소자용 기판(11)을 형성하는 재료에 따라 적절하게 선택할 수 있다.
[소경입자 막 형성 공정]
소경입자 공정에서 사용되는 단입자막을 구성하는 소경입자(SS)는 대경입자(SL)와 입경이 다르다. 반면, 소경입자(SS)의 재료는 상술한 대경입자 막 형성 공정에서 예시한 각종의 재료가 사용된다.
소경입자(SS)의 입경은, 상술한 각 실시형태 및 변형예에서 예시한 크기의 소경돌기부(13)를 형성하기 위하여는, 100㎚ 이상 1㎛ 이하인 것이 바람직하다. 그리고, 소경입자(SS)의 입경은 대경입자(SL)의 입경의 1/50 이상 1/3 이하인 것이 바람직하다. 소경입자(SS)의 입경이 대경입자(SL) 입경의 1/50 이상이라면, 소경입자(SS)의 크기가 적당한 정도로 확보되기 때문에, 소경입자(SS)로 구성되는 단입자막이 마스크로서 기능하기 쉽다. 또한, 소경입자(SS)의 입경이 대경입자(SL) 입경의 1/3 이하라면, 형성되는 대경돌기부(12)에 대하여 소경돌기부(13)가 너무 커지지 않기 때문에, 제1실시형태에서 설명한 대경돌기부(12)에 의한 빛의 반사각도를 조정하는 효과나, 소경돌기부(13)에 의한 빛의 회절을 일으키는 효과가 돌기부(12, 13)에서 얻어지기 쉽다.
소경입자 막 형성 공정에서는, 대경입자 막 형성 공정에서 예시한 단입자막 형성 방법의 어느 하나를 사용하여 원형돌기부(16)가 형성된 발광 구조체 형성면(11S)에 소경입자(SS)로 구성되는 단입자막(FS)이 형성된다. 발광 구조체 형성면(11S)에 단입자막(FS)을 형성하는 방법으로는, 대경입자 막 형성 공정과 마찬가지로 LB 트로프 법이 바람직하다. 이러한 단입자막(FS)의 형성방법에 있어서 각종 조건은, 대경입자 막 형성 공정에서 예시한 조건과 같은 조건이 적용된다.
[소경입자 에칭 공정]
도 29에 나타낸 바와 같이, 단층의 소경입자(SS)로 구성되는 단입자막(FS)은 대경입자 에칭 공정에 의해 원형돌기부(16)가 형성된 발광 구조체 형성면(11S)에 형성된다. 단입자막(FS)은 발광 구조체 형성면(11S)의 평면시점에서 소경입자(SS)가 2차원으로 최밀충진된 육방충진구조를 갖는다. 소경입자(SS)는 원형돌기부(16)의 외표면 상과, 서로 이웃하는 원형돌기부(16) 사이의 평탄한 부분에 배열된다.
소경입자 에칭 공정에서는, 대경입자 에칭 공정과 마찬가지의 흐름에 따라, 소경입자(SS)를 마스크로 하여 발광 구조체 형성면(11S)이 에칭된다.
우선, 바람직하게는 소자용 기판(11)이 실질적으로 에칭되지 않는 에칭 조건에서 단입자막(FS)을 구성하는 소경입자(SS)가 에칭된다. 이 때, 단입자막(FS)을 구성하는 소경입자(SS)의 입경은 선택적인 에칭에 의해 축소되고, 서로 이웃하는 소경입자(SS) 사이에는 새로운 간극이 형성된다. 또한, 발광 구조체 형성면(11S)이 실질적으로 에칭되지 않는 에칭 조건은 대경입자 에칭 공정에서 예시한 조건과 마찬가지 조건이 적용된다.
다음으로, 직경이 축소된 소경입자(SS)를 마스크로 하여 발광 구조체 형성면(11S)이 에칭된다. 이 때, 발광 구조체 형성면(11S)는, 서로 이웃하는 소경입자(SS) 사이의 공극을 통하여 에찬트인 에칭 가스에 쐬이고, 단입자막(FS)을 구성하는 소경입자(SS) 또한 에찬트인 에칭 가스에 쐬인다.
발광 구조체 형성면(11S)에서는, 발광 구조체 형성면(11S)과 대향하는 소경입자(SS)의 부위가 소경입자(SS)의 중심으로부터 먼 부위일수록 먼저 에칭이 진행된다. 그리고, 소경입자(SS)의 소멸에 따라 소경입자(SS)의 중심과 대향하는 영역에서도 에칭이 진행된다.
도 30에 나타낸 바와 같이, 결과로서, 발광 구조체 형성면(11S)에서는, 원형돌기부(16)의 형상에 따른 형상을 갖는 대경돌기부(12)와 소경입자(SS)와 대향하던 부분에 위치하고, 뿔 형상을 갖는 소경돌기부(13)와, 서로 인접하는 원형돌기부(16) 사이의 평탄한 부분에 대향하는 위치에 위치하는 평탄부(14)가 형성된다. 상술한 바와 같이, 발광 구조체 형성면(11S)에 단입자막(FS)이 형성된 상태에서 소경입자(SS)는 원형돌기부(16)의 외표면 상과, 서로 인접하는 원형돌기부(16) 사이의 평탄한 부분에 배열되기 때문에, 소경돌기부(13)는 대경돌기부(12)의 외표면 상과, 평탄부(14) 상에 형성된다.
여기서, 발광 구조체 형성면(11S)에 단입자막(FS)이 형성된 상태에서 소경입자(SS)는 반구 형상의 원형돌기부(16)의 외표면을 따라 나란히 배열되기 때문에, 원형돌기부(16)의 기단 부근에서는 발광 구조체 형성면(11S)에 수직한 방향에 1개 보다 많은 소경입자(SS)가 겹쳐 배치된다. 원형돌기부(16)의 선단으로부터 기단을 향하여 수직방향에서 소경입자(SS)의 겹침은 많아지기 때문에, 원형돌기부(16)의 선단으로부터 기단을 향함에 따라, 발광 구조체 형성면(11S)이에칭 가스에 쐬이는 시간은 짧아진다. 그 결과, 원형돌기부(16)의 선단으로부터 기단을 향함에 따라 에칭의 진행이 느려지기 때문에, 원형돌기부(16)의 선단으로부터 기단을 향하여 소경돌기부(13)의 높이가 작아진다. 또한, 수직방향에 소경입자(SS)가 겹침으로써 소경입자(SS)에 의해 덮여 에칭의 진행이 느려지는 영역이 확대된다. 그 결과, 원형돌기부(16)의 선단으로부터 기단을 향하여 소경돌기부(13)의 폭은 커진다.
또한, 발광 구조체 형성면(11S)이 에칭될 때의 에칭 조건은, 대경입자 에칭 공정에서 예시한 조건과 같은 조건이 적용된다.
이상, 설명한 바와 같이, 제3실시형태의 제조방법에 의해 제1실시형태의 반도체 발광소자용 기판이 제조된다.
또한, 대경입자 에칭 공정에서, 발광 구조체 형성면(11S)의 에칭이 개시된 후, 단입자막(FL)을 구성하는 대경입자(SL)가 에칭에 의해 소멸하기 전에, 발광 구조체 형성면(11S)의 에칭을 정지하고, 이어서 단입자막(FL)을 발광 구조체 형성면(11S)으로부터 제거하고 나서, 소경입자 막 형성 공정이 진행될 수 있다.
구체적으로는, 단입자막(FL)의 제거 공정에서는, 30㎑ 이상 1.5㎒ 이하, 바람직하게는 40㎑ 이상 900㎑ 이하의 초음파 세정, 1㎫ 이상 15㎫ 이하, 바람직하게는 5㎫ 이상 15㎫ 이하의 고압세정, 또는 와이핑, 구체적으로는 코튼제의 천이나 PVA제의 브러쉬에 의한 접촉세정 등의 방법을 사용하여 단입자막(FL)을 물리적으로 제거할 수 있고, CF4 등의 가스를 사용한 드라이 에칭이나 HF 등을 사용한 웨트 에칭 등의 방법을 사용하여 화학적으로 단입자막(FL)만을 선택적으로 제거할 수도 있다. 이 경우, 발광 구조체 형성면(11S)에 있어서, 단입자막(FL)이 제거되는 직전까지 대경입자(SL)와 대향하던 영역은 에칭되지 않기 때문에, 평탄하게 된다. 따라서, 선단부분이 평탄한 대경돌기부(22)가 형성된다. 이러한 제조방법에 의하면, 제1변형예의 반도체 발광소자용 기판이 제조된다.
또한, 소경입자 에칭 공정에 있어서, 발광 구조체 형성면(11S)의 에칭이 개시된 후, 단입자막(FS)을 구성하는 소경입자(SS)가 에칭에 의해 소멸하기 전에, 발광 구조체 형성면(11S)의 에칭을 정지하고, 이어서 단입자막(FS)을 발광 구조체 형성면(11S)으로부터 제거할 수 있다. 이 경우, 발광 구조체 형성면(11S)에 있어서, 단입자막(FS)이 제거되는 직전까지 소경입자(SS)와 대향하던 영역의 중앙은 에칭되지 않기 때문에, 평탄하게 된다. 따라서, 선단부분이 평탄한 소경돌기부(23)가 형성된다. 이러한 제조방법에 의하면, 제2변형예의 반도체 발광소자용 기판이 제조된다.
또한, 대경입자 에칭 공정과 소경입자 에칭 공정 양쪽에 있어서, 입자의 소멸 전에 에칭을 정지할 수 있다. 즉, 대경입자 에칭 공정에서는 발광 구조체 형성면(11S)의 에칭이 개시된 후, 단입자막(FL)을 구성하는 대경입자(SL)가 예칭에 의해 소멸하기 전에, 발광 구조체 형성면(11S)의 에칭을 정지하고, 이어서 단입자막(FL)을 발광 구조체 형성면(11S)으로부터 제거하고 나서, 소경입자 막 형성 공정을 진행한다. 그리고, 소경입자 에칭 공정에서는, 발광 구조체 형성면(11S)의 에칭이 개시된 후, 단입자막(FS)을 구성하는 소경입자(SS)가 에칭에 의해 소멸하기 전에, 발광 구조체 형성면(11S)의 에칭을 정지하고, 이어서 단입자막(FS)을 발광 구조체 형성면(11S)로부터 제거한다. 이 경우, 선단 부분이 평탄한 대경돌기부(22)와 선단부분이 평탄한 소경돌기부(13)가 형성된다. 이러한 제조방법에 의하면, 제3변형예의 반도체 발광소자용 기판이 제조된다.
또한, 상술한 제조방법에서는, 대경입자 에칭 공정에 있어서, 발광 구조체 형성면(11S)이 포함하는 영역 중, 대경입자(SL)가 직경이 줄어들기 전의 상태에서, 서로 이웃하는 대경입자(SL)의 간극과 대향하던 제1영역, 및 대경입자(SL)의 외표면 부근과 대향하던 제2영역이 평탄하게 되기까지 에칭을 행하는 예를 설명하였다. 이 대신에, 이들 영역의 에칭의 진행 정도의 차이를 이용하면, 브릿지부(15)가 형성된다. 구체적으로, 대경입자(SL)가 직경이 줄어들기 전에 상태에서, 서로 이웃하는 대경입자(SL)의 간극과 대향하던 제1영역은 대경입자(SL)에 의해 마스크 되지 않기 때문에, 대경입자(SL)의 외표면 부근과 대향하던 제2영역보다도 에칭의 진행 정도가 약간 커진다. 특히, 상기한 간극이 클 경우일수록 에칭의 진행 정도의 차이가 커진다. 또한, 에칭 가스의 변경에 의해서도, 이 에칭의 진행 정도의 차이는 변한다. 따라서, 대경입자(SL)의 입경이나 에칭 가스의 종류 등의 에칭 조건을 조정함으로써, 발광 구조체 형성면(11S)에 있어서, 대경입자(SL)의 외표면 부근과 대향하던 제2영역중, 서로 이웃하는 대경입자(SL)가 접하는 부분과 대향하던 영역은, 서로 이웃하는 대경입자(SL)의 간극과 대향하던 제1영역보다도 홈이 얕아진다. 이로써, 브릿지부(15)가 형성된다. 이러한 제조방법에 의하면, 제6변형예의 반도체 발광소자용 기판이 제조된다.
또한, 상술한 제조방법 및 그 변형예에 있어서, 서로 이웃하는 원형돌기부(16) 사이의 평탄한 부분에 에칭 가스에 의해 에칭되지 않는 마스크를 형성한 후에, 소경입자 막 형성 공정 및 소경입자 에칭 공정을 실시할 수 있다. 이러한 제조방법에 의하면, 평탄부(14)에 소경돌기부(13)가 형성되지 않은 제2실시형태 및 제7~제9변형예의 반도체 발광소자용 기판이 제조된다.
또한, 제3실시형태에서는, 대경입자 막 형성 공정이 제1입자 막 형성 공정이고, 대경입자 에칭 공정이 제1입자 에칭 공정이고, 소경입자 막 형성 공정이 제2입자 막 형성 공정이며, 소경입자 에칭 공정이 제2입자 에칭 공정이다.
이상, 설명한 바와 같이, 제3실시형태에 의하면, 이하의 효과가 얻어진다.
6) 서로 다른 크기의 2종류 입자를 사용하여 기판을 에칭함으로써, 상기 1), 3), 4)의 효과가 얻어지는 반도체 발광소자용 기판을 제조할 수 있다.
7) 대경입자(SL)을 사용한 에칭 공정 후에, 소경입자(SS)를 사용한 에칭 공정이 이루어진다. 이러한 제조방법은, 평탄부(14)에도 소경돌기부(13)가 형성된 반도체 발광소자용 기판, 즉, 상기 2)의 효과가 얻어지는 반도체 발광소자용 기판의 제조에 적합하다.
8) 대경입자(SL)의 입경은 300㎚ 이상 5㎛ 이하이고, 소경입자(SS)의 입경은 100㎚ 이상 1㎛ 이하이며, 소경입자(SS)의 입경은 대경입자(SL)의 입경의 1/50 이상 1/3 이하이다. 이러한 구성에 의하면, 상기 1)의 효과가 발휘되기 쉬운 형상의 돌기부(12, 13)가 형성될 수 있다.
9) 대경입자 에칭 공정 및 소경입자 에칭 공정의 적어도 한 쪽에 있어서, 단입자막이 소멸하기 전에, 발광 구조체 형성면(11S)의 에칭을 정지하고, 이어서, 단입자막을 발광 구조체 형성면(11S)로부터 제거하면, 뿔 형상의 돌기부(22, 23)가 형성된다. 이러한 제조방법에 의하면, 단입자막이 소멸하기까지 에칭을 행하는 경우와 비교하여, 짧은 시간에 상기 1), 3), 4)에 준하는 효과를 얻을 수 있는, 반도체 발광소자용 기판을 제조할 수 있다.
(제4실시형태)
도 31~도 35를 참조하여, 본 개시되는 기술의 제4실시형태로서, 반도체 발광소자용 기판의 제조방법의 실시형태에 대하여 설명한다. 제4실시형태는, 제3실시형태와 비교하여, 대경입자 공정과 소경입자 공정의 순서가 다르다. 이하에서는, 제3실시형태와의 상위점을 중심으로 설명하고, 제3실시형태와 마찬가지인 구성에 대하여는 동일 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
[반도체 소자용 기판의 제조방법]
제4실시형태의 반도체 발광소자용 기판의 제조방법에서는, 대경입자 공정보다 먼저 소경입자 공정이 이루어진다.
소경입자 공정은, 소경입자 막 형성 공정과 소경입자 에칭 공정을 포함하고, 대경입자 공정은, 대경입자 막 형성 공정과 대경입자 에칭 공정을 포함한다.
소경입자 막 형성 공정에서는, 발광 구조체 형성면(11S)에 소경입자(SS)로 구성되는 단입자막(FS)이 형성되고, 소경입자 에칭 공정에서는, 단입자막(FS)을 마스크로 하여 발광 구조체 형성면(11S)이 에칭된다. 대경입자 막 형성 공정에서는, 소경입자 에칭 공정에서 에칭된 발광 구조체 형성면(11S)에 대경입자(SL)로 구성되는 단입자막(FL)이 형성되고, 단입자막(FL)를 마스크로 하여 발광 구조체 형성면(11S)이 추가로 에칭된다. 이하, 반도체 발광소자용 기판의 제조방법에 포함되는 각 공정을 처리 순서대로 설명한다.
[소경입자 막 형성 공정]
소경입자 공정에서 사용되는 단입자막(FS)을 구성하는 소경입자(SS)의 입경이나 재료는, 제3실시형태에서 예시한 입경이나 재료와 같다, 단, 제4실시형태에서는, 소경입자(SS)의 입경은, 대경입자(SL)의 입경의 1/10 이상 1/3 이하인 것이 바람직하다. 제4실시형태에서는, 소경입자(SS)로 구성되는 단입자막(FS)을 마스크로 한 에칭이 먼저 이루어지기 때문에, 발광 구조체 형성면(11S)에 형성되는 원형돌기부의 크기는 제3실시형태의 원형돌기부의 크기보다 작다. 그리고, 이 작은 원형돌기부가 대경입자(SL)로 구성되는 단입자막(FL)을 마스크로 한 에칭이 이루어지는 사이에, 에칭 가스에 쐬인다. 소경입자(SS)의 입경이 대경입자(SL)의 입경의 1/10 이상이라면, 대경입자 에칭 공정을 거쳐도 원형돌기부가 소멸하지 않고 소경돌기부(13)로서 충분한 크기의 돌기부가 형성된다.
소경입자 막 형성 공정에서는, 제3실시형태에서 예시한 단입자막 형성 방법과 같은 방법에 의해, 발광 구조체 형성면(11S)에 소경입자(SS)로 구성되는 단입자막(FS)이 형성된다.
[소경입자 에칭 공정]
도 31에 나타낸 바와 같이, 단층의 소경입자(SS)로 구성되는 단입자막(FS)은 발광 구조체 형성면(11S)에 형성된다. 단입자막(FS)은 발광 구조체 형성면(11S)의 평면시점에서, 소경입자(SS)가 2차원으로 최밀충진된 육방충진구조를 갖는다.
소경입자 에칭 공정에서는, 우선, 바람직하게는 소자용 기판(11)이 실질적으로 에칭되지 않는 에칭 조건에서 단입자막(FS)을 형성하는 소경입자(SS)가 에칭된다. 이 때, 단입자막(FS)을 구성하는 소경입자(SS)의 입경은 선택적인 에칭에 의해 축소되고, 서로 이웃하는 소경입자(SS) 사이에는 새로운 간극이 형성된다. 또한, 발광 구조체 형성면(11S)이 실질적으로 에칭되지 않는 에칭 조건은, 제3실시형태에서 예시한 조건과 같은 조건이 적용된다.
도 32에 나타낸 바와 같이, 다음으로, 직경이 줄어든 소경입자(SS)를 마스크로 하여 발광 구조체 형성면(11S)이 에칭된다. 이 때, 발광 구조체 형성면(11S)은, 서로 이웃하는 소경입자(SS) 사이의 공극을 통하여 에찬트인 에칭 가스에 쐬이고, 단입자막(FS)을 구성하는 소경입자(SS) 또한 에찬트인 에칭 가스에 쐬인다. 발광 구조체 형성면(11S)에서는, 발광 구조체 형성면(11S)과 대향하는 소경입자(SS)의 부위가 소경입자(SS)의 중심으로부터 먼 부위일 수록 먼저 에칭이 진행된다. 그리고, 소경입자(SS)의 소멸에 따라 소경입자(SS)의 중심과 대향하는 영역에서도 에칭이 진행된다.
도 33에 나타낸 바와 같이, 결과로서, 발광 구조체 형성면(11S)에서는 소경입자(SS)의 중심과 대향하던 부분을 정점으로 한 반구 형상을 갖는 원형돌기부(17)가 형성된다. 원형돌기부(17)의 피치(PS)는, 단입자막(FS)에서 서로 이웃하는 소경입자(SS) 사이의 간격과 동등하고, 원형돌기부(17)의 배치 또한 소경입자(SS)의 배치와 같다. 또한, 소경입자(SS)가 직경이 줄어들기 전의 상태에서 서로 이웃하는 소경입자(SS)의 간극과 대향하던 영역 및 소경입자(SS)의 외표면 부근과 대향하던 영역은 에칭 가스에 쐬이는 시간이 특히 길기 때문에, 에칭의 진행 정도가 커지는 결과 평탄하게 된다.
또한, 발광 구조체 형성면(11S)이 에칭될 때의 에칭 조건은 제3실시형태에서 예시한 조건과 같은 조건이 적용된다.
[대경입자 막 형성 공정]
대경입자 공정에서 사용되는 단입자막을 구성하는 대경입자(SL)의 입경이나 재료는, 제3실시형태에서 예시한 입경이나 재료와 같다.
대경입자 막 형성 공정에서는, 제3실시형태에서 예시한 단입자막 형성 방법과 같은 방법에 의해, 원형돌기부(17)가 형성된 발광 구조체 형성면(11S)에 대경입자(SL)로 구성되는 단입자막(FL)이 형성된다. 여기서, 제3실시형태에서는, 원형돌기부(16)의 크기에 대하여, 그 위에 배치되는 소경입자(SS)의 크기는 작으나, 제4실시형태에서는, 원형돌기부(17)의 크기에 대하여, 그 위에 배치되는 대경입자(SL)의 크기는 크다. 따라서, 제3실시형태보다도 제4실시형태 쪽이, 원형돌기부의 형성 후에 발광 구조체 형성면(11S)에 형성되는 단입자막이 평탄해지기 쉽고, 발광 구조체 형성면(11S)에 입자가 규칙적으로 배열되기 쉽다. 결과로서, 제3실시형태보도 제4실시형태 쪽이, 발광 구조체 형성면(11S)에 있어서 돌기부(12, 13)의 배치의 균일성이 높아진다.
[대경입자 에칭 공정]
도 34에 나타낸 바와 같이, 단층의 대경입자(SL)로 구성되는 단입자막(FL)은, 소경입자 에칭 공정에 의해 원형돌기부(17)가 형성된 발광 구조체 형성면(11S)에 형성된다. 단입자막(FL)은, 발광 구조체 형성면(11S)의 평면시점에서 대경입자(SL)가 2차원으로 최밀충진된 육방충진구조를 갖는다.
대경입자 에칭 공정에서는, 우선, 바람직하게는 소자용 기판(11)이 실질적으로 에칭되지 않는 조건에서 단입자막(FL)을 구성하는 대경입자(SL)가 에칭된다. 이 때, 단입자막(FL)을 구성하는 대경입자(SL)의 입경은, 선택적인 에칭에 의해 축소되고, 서로 이웃하는 대경입자(SL) 사이에는 새로운 간극이 형성된다. 또한, 발광 구조체 형성면(11S)이 실질적으로 에칭되지 않는 에칭조건은, 제3실시형태에서 예시한 조건과 같은 조건이 적용된다.
다음으로, 직경이 줄어든 대경입자(SL)를 마스크로 하여, 발광 구조체 형성면(11S)이 에칭된다. 이 때, 발광 구조체 형성면(11S)는 서로 이웃하는 대경입자(SL) 사이의 공극을 통하여 에찬트인 에칭 가스에 쐬이고, 단입자막(FL)을 구성하는 대경입자(SL) 또한, 에찬트인 에칭 가스에 쐬인다.
발광 구조체 형성면(11S)에서는, 발광 구조체 형성면(11S)과 대향하는 대경입자(SL)의 부위가, 대경입자(SL)의 중심으로부터 먼 부위일수록 먼저 에칭이 진행된다. 그리고, 대경입자(SL)의 소멸에 따라, 대경입자(SL)의 중심과 대향하는 영역에서도 에칭이 진행된다.
도 35에 나타낸 바와 같이, 결과로서, 발광 구조체 형성면(11S)에서는, 대경입자(SL)의 중심과 대향하던 부분을 정점으로 한 뿔 형상을 갖는 대경돌기부(12)와, 원형돌기부(17)의 위치에 대응하는 부위에 위치하는 소경돌기부(13)가 형성된다. 대경돌기부(12)의 피치(PL)는 단입자막(FL)에서 서로 이웃하는 대경입자(SL) 사이의 간격과 동등하고, 대경돌기부(12)의 배치 또한 대경입자(SL)의 배치와 같다.
여기서, 대경돌기부(12)의 중심으로부터 발광 구조체 형성면(11S)에 평행한 방향의 외측을 향하여 발광 구조체 형성면(11S)이 에칭 가스에 쐬이는 시간은 길어진다. 그 결과, 대경돌기부(12)의 선단으로부터 기단을 향하여 원형돌기부(17)에 대한 에칭의 진행 정도가 커지기 때문에, 대경돌기부(12)의 선단으로부터 기단을 향하여 소경돌기부(13)의 높이는 작아진다. 또한, 에칭의 진행 정도의 차이에 기인하여, 대경돌기부(12)의 외표면이 경사지게 되기 때문에, 경사를 따라 소경돌기부(13)의 형상이 연장된다. 그 결과, 대경돌기부(12)의 선단으로부터 기단을 향하여 소경돌기부(13)의 폭은 커진다.
또한, 대경입자(SL)가 직경이 줄어들기 전의 상태에 있어서, 서로 이웃하는 대경입자(SL)의 간극과 대향하던 영역, 및 대경입자(SL)의 외표면 부근과 대향하던 영역은, 에칭 가스에 쐬이는 시간이 특히 길다. 원형돌기부(17)와 대경입자(SL)의 크기 차이가 크면, 이들의 영역은 대경입자(SL)의 에칭이 진행되는 사이에, 원형돌기부(17)가 소멸하기까지 에칭이 진행되어 평탄하게 된다. 그 결과, 평탄부(14)에는 소경돌기부(13)가 형성되지 않는다.
또한, 발광 구조체 형성면(11S)이 에칭될 때의 에칭 조건은, 제3실시형태에서 예시한 조건과 같은 조건이 적용된다.
이상, 설명한 바와 같이, 제4실시형태의 제조방법에 의해, 제2실시형태의 반도체 발광소자용 기판이 제조된다.
또한, 대경입자 에칭 공정에 있어서, 발광 구조체 형성면(11S)의 에칭이 개시된 후, 단입자막(FL)을 구성하는 대경입자(SL)가 에칭에 의해 소멸하기 전에, 발광 구조체 형성면(11S)의 에칭을 정지하고, 이어서 단입자막(FL)을 발광 구조체 형성면(11S)로부터 제거할 수 있다. 이 경우, 발광 구조체 형성면(11S)에 있어서, 단입자막(FL)이 제거되기 직전까지 대경입자(SL)와 대향하던 영역은 에칭되지 않기 때문에, 평탄한 부분에 형성된 원형돌기부(17)가 남는다. 따라서, 선단 부분이 평탄한 대경돌기부(22)가 형성된다. 이러한 제조방법에 의하면, 제7변형예의 반도체 발광소자용 기판이 제조된다.
또한, 소경입자 에칭 공정에 있어서, 발광 구조체 형성면(11S)의 에칭이 개시된 후, 단입자막(FS)을 구성하는 소경입자(SS)가 에칭에 의해 소멸하기 전에, 발광 구조체 형성면(11S)의 에칭을 정지하고, 이어서 단입자막(FS)을 발광 구조체 형성면(11S)로부터 제거하고 나서, 대경입자 막 형성 공정을 진행할 수 있다. 이 경우, 발광 구조체 형성면(11S)에 있어서, 단입자막(FS)이 제거되기 직전까지 소경입자(SS)와 대향하던 영역은 에칭되지 않기 때문에, 평탄하게 된다. 따라서, 선단 부분이 평탄한 소경돌기부(23)가 형성된다. 이러한 제조방법에 의하면, 제8변형예의 반도체 발광소자용 기판이 제조된다.
또한, 대경입자 에칭 공정과 소경입자 에칭 공정의 양쪽에 있어서, 입자의 소멸 전에 에칭을 정지할 수 있다. 즉, 소경입자 에칭 공정에서는, 발광 구조체 형성면(11S)의 에칭이 개시된 후, 단입자막(FS)을 구성하는 소경입자(SS)가 에칭에 의해 소멸하기 전에, 발광 구조체 형성면(11S)의 에칭을 정지하고, 이어서, 단입자막(FS)을 발광 구조체 형성면(11S)으로부터 제거하고 나서, 대경입자 막 형성 공정을 진행한다. 그리고, 대경입자 에칭 공정에서는, 발광 구조체 형성면(11S)의 에칭이 개시된 후, 단입자막(FL)을 구성하는 대경입자(SL)가 에칭에 의해 소멸하기 전에, 발광 구조체 형성면(11S)의 에칭을 정지하고, 이어서, 단입자막(FL)을 발광 구조체 형성면(11S)으로부터 제거한다. 이 경우, 선단 부분이 평탄한 대경돌기부(22)와 선단 부분이 평탄한 소경돌기부(23)가 형성된다. 이러한 제조방법에 의하면, 제9변형예의 반도체 발광소자용 기판이 제조된다.
또한, 제4실시형태의 제조방법으로서 설명한 방법과 같이, 대경입자 에칭 공정에서, 발광 구조체 형성면(11S)이 포함하는 영역 중, 대경입자(SL)가 직경이 줄어들기 전의 상태에서, 서로 이웃하는 대경입자(SL)의 간극과 대향하던 영역, 및 대경입자(SL)의 외표면의 부근과 대향하던 영역의 에칭의 진행 정도의 차이를 이용하면, 브릿지부(15)가 형성된다. 이러한 제조방법에 의하면, 제12변형예의 반도체 발광소자용 기판이 제조된다.
또한, 소경입자(SS)와 대경입자(SL)의 입경의 차이가 작으면, 원형돌기부(17)와 대경입자(SL)의 크기 차이가 작아진다. 그 결과, 대경입자 에칭 공정에서는, 대경입자(SL)가 직경이 줄어들기 전의 상태에서, 서로 이웃하는 대경입자(SL)의 간극과 대향하던 영역, 및 대경입자(SL)의 외표면 부근과 대향하던 영역에서도 원형돌기부(17)가 남아서 소경돌기부(13)가 형성된다. 이러한 제조방법에 의하면, 제1실시형태, 제1~제3, 제6변형예의 반도체 발광소자용 기판이 제조된다.
또한, 제4실시형태에서는, 소경입자 막 형성 공정이 제1입자 막 형성 공정이고, 소경입자 에칭 공정이 제1공정의 일례인 제1입자 에칭 공정이다. 대경입자 막 형성 공정이 제2입자 막 형성 공정이고, 대경입자 에칭 공정이 제2공정의 일례인 제2입자 에칭 공정이다.
이상, 설명한 바와 같이, 제4실시형태에 의하면, 제3실시형태의 6), 9)의 효과에 더하여, 이하의 효과를 얻을 수 있다.
10) 소경입자(SS)를 사용한 에칭 공정 후에, 대경입자(SL)를 사용한 에칭 공정이 이루어진다. 이러한 제조방법은, 평탄부(14)에 소경돌기부(13)가 형성되지 않는 반도체 발광소자용 기판, 즉, 상기 5)의 효과를 얻을 수 있는 반도체 발광소자용 기판의 제조에 적합하다. 또한, 먼저 에칭 공정이 이루어진 발광 구조체 형성면(11S)에 형성되는 단입자막이 평탄하게 되기 쉽고, 발광 구조체 형성면(11S)에 입자가 규칙적으로 배열되기 쉽기 때문에, 발광 구조체 형성면(11S)에 있어서 돌기부(12, 13)의 배치의 균일성이 높아진다.
11) 대경입자(SL)의 입경은 300㎚ 이상 5㎛ 이하이고, 소경입자(SS)의 입경은 100㎚ 이상 1㎛ 이하이며, 소경입자(SS)의 입경은 대경입자(SL)의 입경의 1/10 이상 1/3 이하이다. 이러한 구성에 의하면, 상기 1)의 효과가 발휘되기 쉬운 크기의 돌기부(12, 13)가 형성된다.
(제5실시형태)
도 36~도 38을 참조하여, 본 개시되는 기술의 제5실시형태로서, 반도체 발광소자용 기판의 제조방법의 실시형태에 대하여 설명한다. 제5실시형태는, 제4실시형태와 비교하여, 각 단입자막을 형성하는 공정과, 각 단입자막을 마스크로 하여 에칭하는 공정과의 순서가 다르다, 이하에서는, 제4실시형태와의 상위점을 중심으로 설명하고, 제4실시형태와 같은 구성에 대하여는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
[반도체 소자용 기판의 제조방법]
제5실시형태의 반도체 발광소자용 기판의 제조방법에서는, 대경입자 막 형성 공정보다 먼저 소경입자 막 형성 공정이 이루어진다. 그리고, 소경입자 막 형성 공정과 대경입자 막 형성 공정이 순서대로 이루어진 후에, 소경입자(SS)로 이루어지는 단입자막(FS)을 마스크로 한 에칭인 제1공정과, 대경입자(SL)로 이루어지는 단입자막(FL)을 마스크로 한 에칭인 제2공정이 동시에 이루어진다.
소경입자 막 형성 공정에서는, 발광 구조체 형성면(11S)에 소경입자(SS)로 구성되는 단입자막(FS)이 형성된다. 대경입자 막 형성 공정에서는 소경입자(SS)로 구성되는 단입자막(FS)에 대경입자(SL)로 구성되는 단입자막(FL)이 적층된다.
에칭 공정에서는, 단입자막(FL)를 마스크로 하여 발광 구조체 형성면(11S)이 에칭되고, 서로 이웃하는 대경입자(SL) 사이에 위치하는 단입자막(FS)을 마스크로 하여 발광 구조체 형성면(11S)이 에칭된다. 이하, 반도체 발광소자용 기판의 제조방법에 포함되는 각 공정을 처리 순서대로 설명한다.
도 36에 나타낸 바와 같이, 우선, 소경입자 막 형성 공정에 있어서, 단층의 소경입자(SS)로 구성되는 단입자막(FS)이 발광 구조체 형성면(11S)에 형성된다. 소경입자 막 형성 공정에서는, 제4실시형태에서 예시한 단입자막 형성 방법과 같은 방법에 의해, 발광 구조체 형성면(11S)에 단입자막(FS)이 형성된다. 소경입자(SS)의 입경이나 재료는, 제4실시형태에서 예시한 입경이나 재료와 같다. 단입자막(FS)은, 발광 구조체 형성면(11S)의 평면시점에서, 소경입자(SS)가 2차원으로 최밀충진된 육방충진구조를 갖는다.
다음으로, 대경입자 막 형성 공정에서, 단층의 대경입자(SL)로 구성되는 단입자막(FL)이 단입자막(FS) 상에 적층된다. 대경입자 막 형성 공정에서는, 제4실시형태에서 예시한 단입자막 형성 방법과 같은 방법에 의해, 발광 구조체 형성면(11S)에 단입자막(FL)이 형성된다. 대경입자(SL)의 입경이나 재료는 제4실시형태에서 예시한 입경이나 재료와 같다. 대경입자 막 형성 공정에서는, 제4실시형태에서 예시한 단입자막 형성 방법과 같은 방법에 의해, 단입자막(FS) 상에 단입자막(FL)이 적층된다. 대경입자(SL)의 입경이나 재료는, 제4실시형태에서 예시한 입경이나 재료와 같다. 단입자막(FL)은 발광 구조체 형성면(11S)의 평면시점에서, 대경입자(SL)가 2차원으로 최밀충진된 육방충진구조를 갖는다.
이들 2개의 단입자막(FS, FL)의 적층에 의해, 발광 구조체 형성면(11S)은 대경입자(SL)에 의해 덮이는 부분과, 서로 이웃하는 대경입자(SL)의 간극에서 소경입자(SS)에 의해 덮이는 부분과, 어느 입자(SL, SS)에도 덮이지 않는 부분이 구획된다.
도 37에 나타낸 바와 같이, 에칭 공정에서는, 우선, 바람직하게는 소자용 기판(11)이 실질적으로 에칭되지 않는 에칭 조건에서, 단입자막(FS)과 단입자막(FL)이 에칭된다. 이로써, 단입자막(FL)을 구성하는 대경입자(SL)의 입경이 축소되고, 서로 이웃하는 대경입자(SL) 사이에는 새로운 간극이 형성된다. 이 때, 서로 이웃하는 대경입자(SL)의 간극을 통한 에칭에 의해, 단입자막(FS)을 구성하는 소경입자(SS)의 입경도 축소되고, 서로 이웃하는 소경입자(SS)의 사이에도 새로운 간극이 형성된다. 결과로서, 직경이 줄어든 대경입자(SL), 및 직경이 줄어든 소경입자(SS)를 마스크로 하여 발광 구조체 형성면(11S)이 에칭된다.
다음으로, 소자용 기판(11), 단입자막(FS), 및 단입자막(FL)이 에칭되는 에칭 조건에서, 각각의 에칭이 진행된다. 이 때, 발광 구조체 형성면(11S)은, 서로 이웃하는 소경입자(SS) 사이의 공극을 통하여 에찬트인 에칭 가스에 쐬이고, 단입자막(FS)을 구성하는 소경입자(SS) 또한 에찬트인 에칭 가스에 쐬인다. 발광 구조체 형성면(11S)에서는, 소경입자(SS)의 중심으로부터 먼 부위일수록 먼저 에칭이 진행된다. 이러한 에칭 진행은 대경입자(SL)의 중심으로부터 먼 부위일수록 빠르다. 그리고, 소경입자(SS)의 소멸에 따라 소경입자(SS)의 중심과 대향하는 영역에서도 에칭이 진행된다.
도 38에 나타낸 바와 같이, 발광 구조체 형성면(11S)에 있어서, 서로 이웃하는 대경입자(SL) 사이의 중앙에서는 소경입자(SS)가 가장 빠르게 소멸한다. 그리고, 대경입자(SL)가 소멸하기 전에 에칭이 종료된다.
이 때, 서로 이웃하는 대경입자(SL) 사이의 중앙에서는, 에칭 가스에 쐬이는 시간이 특히 길고, 소경입자(SS)의 소멸 후에 있어서 에칭의 진행 정도가 커진다. 이러한 영역은, 대경입자(SL)의 에칭이 계속되는 사이에, 소경입자(SS)의 마스크에 의해 형성된 단차가 소멸하여 평탄하게 된다. 그 결과, 발광 구조체 형성면(11S)에 있어서, 서로 이웃하는 대경입자(SL) 사이의 중앙에, 평탄부(14)가 형성된다.
반면에, 평탄부(14)의 주위에서는, 평탄부(14)보다 에칭 가스에 쐬이는 시간이 짧고, 게다가, 대경입자(SL)의 중심에 가까운 부위일수록, 에칭 가스에 쐬이는 시간은 짧다. 이러한 에칭의 진행 정도이 차이에 의해, 평탄부(14)에 둘러싸인 부위에는 평탄부(14)로부터 돌출된 뿔 형상을 갖는 대경돌기부(22)가 형성된다. 대경돌기부(22)의 피치(PL)는 단입자막(FL)에서 서로 이웃하는 대경입자(SL) 사이의 간격과 동등하고, 대경돌기부(22)의 배치 또한 대경입자(SL)의 배치와 같다.
또한, 대경돌기부(22)의 외표면에는, 소경입자(SS)의 중심과 대향하던 부분을 정점으로 한 반구 형상을 갖는 소경돌기부(13)가 형성된다. 상술한 바와 같이, 에칭의 진행 정도의 차이에 기인하여, 대경돌기부(22)의 외표면이 경사지기 때문에, 경사를 따라 소경돌기부(13)의 형상이 연장된다. 그 결과, 대경돌기부(22)의 선단으로부터 기단을 향하여, 소경돌기부(13)의 폭은 커진다. 그리고, 발광 구조체 형성면(11S)에서, 축소된 대경입자(SL)에 의해 덮이는 부분에는, 에칭 공정 전과 같은 평탄한 면이 남는다.
또한, 제5실시형태에서는, 소경입자(SS)로 구성되는 단입자막(FS)을 마스크로 한 에칭과, 대경입자(SL)로 구성되는 단입자막(FL)을 마스크로 한 에칭이 동시에 이루어진다. 이 때문에, 소경입자(SS)를 마스크로 한 에칭에 의해 소경돌기부(13)가 형성되는 사이에, 대경입자(SL)는 대경돌기부(22)의 선단을 평탄한 면으로서 계속 보호한다. 이 때문에, 제4실시형태와 같이, 소경입자(SS)의 입경이, 대경입자(SL)의 입경의 1/10 이상 1/3 이하가 아니라도, 소경돌기부(13)로서 충분한 크기의 돌기부가 형성된다.
이상, 설명한 바와 같이, 제5실시형태의 제조방법에 의해, 제10변형예의 반도체 발광소자용 기판이 제조된다.
또한, 에칭 공정에 있어서, 소경입자(SS)의 마스크에 의해 형성된 단차가 평탄부(14)에서 소멸하고, 대경돌기부(22)의 외표면에 직경이 줄어든 소경입자(SS)가 남아있을 때, 발광 구조체 형성면(11S)의 에칭을 정지할 수 있다. 이 경우, 직경이 줄어든 소경입자(SS)와 대향하던 영역은, 뿔 형상을 갖는 소경돌기부(23)로서 남는다. 이러한 제조방법에 의하면, 제11변형예의 반도체 발광소자용 기판이 제조된다.
이 때, 소경입자(SS)의 마스크에 의해 형성된 단차가 평탄부(14)에서 소멸하기 위해서는, 소경입자(SS)의 마스크에 의해 형성되는 단차에 대하여 평탄부(14)에서의 에칭의 양이 충분히 클 것이 요구된다. 이러한 에칭의 조건하에서는, 1단째의 소경돌기부(23)의 마스크로서 기능한 소경입자(SS) 또한 평탄부(14)의 단차와 함께 소멸하기 쉬워진다. 반면, 2단째의 소경돌기부(23)의 마스크로서 기능하는 소경입자(SS)는, 1단째의 소경돌기부(23)의 마스크로서 기능하는 소경입자(SS)보다도 소멸하기 어렵다. 그 때문에, 제11변형예에서 기재한 바와 같이, 소경돌기부(23) 중에서 2단째의 소경돌기부(23)는 뿔 형상인 반면, 1단째의 소경돌기부(23)는 뿔대 형상인 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 소경돌기부(23)를 형성하기 위한 에칭 조건에 대한 제약을 억제할 수 있다. 또한, 3단 이상의 소경돌기부(23)를 갖는 구성에 있어서도 마찬가지로, 소경돌기부(23)가 포함하는 단수가 작을수록 소경돌기부(23)가 뿔 형상인 것이 바람직하다.
또한, 에칭 공정에 있어서, 소경입자(SS)가 소멸한 후로서, 소경입자(SS)의 마스크에 의해 형성된 단차가 평탄부(14)에 남아있을 때, 발광 구조체 형성면(11S)의 에칭을 정지할 수 있다. 이 경우, 발광 구조체 형성면(11S)에서 소경입자(SS)와 대향하던 영역은 소경돌기부(13)로서 남는다. 이러한 제조방법에 의하면, 제4변형예의 반도체 발광소자용 기판이 제조된다.
또한, 에칭 공정에 있어서, 소경입자(SS)가 소멸하기 전에 발광 구조체 형성면(11S)의 에칭을 정지할 수 있다. 이 경우, 발광 구조체 형성면(11S)에서 소경입자(SS)와 대향하던 영역은 뿔대 형상을 갖는다. 이러한 제조방법에 의하면, 제5실시형태의 반도체 발광소자용 기판이 제조된다. 또한, 이 때, 대경돌기부(22)가 형성되기 위하여는 소경입자(SS)에서의 에칭의 양이 대경입자(SL)에서의 에칭의 양에 비하여 적절하게 클 것이 요구된다. 이러한 에칭의 조건 하에서는, 1단째의 소경돌기부(23)의 마스크로서 기능한 소경입자(SS)나, 평탄부(14)로부터 돌출되는 소경돌기부(23)의 마스크로서 기능한 소경입자(SS) 또한 대경입자(SL)의 에칭과 함께 소멸하기 쉬워진다. 반면, 2단째의 소경돌기부(13)의 마스크로서 기능하는 소경입자(SS)는 1단째의 소경돌기부(23)의 마스크로서 기능하는 소경입자(SS)보다도 소멸하기 어렵다. 그 때문에, 제5변형예에서 기재한 바와 같이, 소경돌기부(23) 중에서 2단째의 소경돌기부(23)는 뿔대 형상인 반면, 1단째의 소경돌기부(23)는 뿔 형상인 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 소경돌기부(23)를 형성하기 위한 에칭 조건에 대한 규제를 억제할 수도 있다. 또한, 3단 이상의 소경돌기부(23)를 갖는 구성에 있어서도 마찬가지로, 소경돌기부(23)이 포함하는 단수가 작을수록 소경돌기부(23)가 뿔 형상인 것이 바람직하다.
또한, 제6변형예의 제조방법으로서 설명한 방법과 같이, 에칭 공정에 있어서, 발광 구조체 형성면(11S)이 포함하는 영역 중, 대경입자(SL)가 직경이 줄어들기 전의 상태에서, 서로 이웃하는 대경입자(SL)의 간극과 대향하던 영역 및 대경입자(SL)의 외표면 부근과 대향하던 영역의 에칭의 진행 정도의 차이를 이용하면, 브릿지부(15)가 형성된다.
또한, 에칭 전 및 에칭 도중에 있어서, 대경돌기부(22)의 외표면으로부터 소경입자(SS)가 떨어지지 않도록, 단입자막(FS)에 단입자막(FL)을 적층하기 전에 소경입자(SS)를 고정하기 위한 바인더를 단입자막(FS)에 미리 도포할 수 있다. 이 때, 발광 구조체 형성면(11S)에 소경입자(SS)를 고정하기 위한 바인더는, 수지, 실란 커플링제 등이다. 이러한 바인더는 발광 구조체 형성면(11S)에 소경입자(SS)를 고정하는 기능을 가지며, 소경입자(SS)보다 빠른 에칭 속도를 가지면 된다.
이상, 설명한 바와 같이, 제5실시형태에 의하면, 제4실시형태의 6), 9)의 효과에 더하여, 이하의 효과를 얻을 수 있다.
12) 소경입자(SS)를 마스크로 사용한 에칭과, 대경입자(SL)를 마스크로 사용한 에칭이 동시에 이루어지기 때문에, 이들 에칭이 각각 별개로 이루어지는 방법과 비교하여 제조공정의 공정 수를 줄일 수 있다.
13) 발광 구조체 형성면(11S)에 에칭이 실시되는 기간의 전체에 걸쳐, 대경돌기부(22)의 선단은 대경입자(SL)에 의해 계속 덮인다. 그 때문에, 발광 구조체 형성면(11S)이 갖는 결정면과, 대경돌기부(22)의 선단이 갖는 결정면과의 사이에서, 면의 방위를 정합시키기 용이하다.
또한, 소경입자(SS)로 구성되는 단입자막(FS)과, 대경입자(SL)로 구성되는 단입자막(FL)을 마스크로 하는 에칭은, 대경입자(SL)가 소멸하기까지 이루어질 수 있다. 이 경우, 대경입자(SL)와 대향하던 영역은 뿔 형상을 갖는 대경돌기부(12)로서 남는다. 이러한 제조방법에 의하면, 제1실시형태, 제2실시형태, 제1~제3변형예 및 제7~제9변형예의 각각에 기재한 반도체 발광소자용 기판이 제조된다.
또한, 대경입자(SL)로 구성되는 단입자막(FL)이 발광 구조체 형성면(11S)에 적층되고, 대경입자(SL)로 구성되는 단입자막(FL)에 소경입자(SS)로 구성되는 단입자막(FS)이 적층될 수 있다. 이 경우, 대경입자(SL)의 표면이 소경입자(SS)를 마스크로 하여 에칭되기 때문에, 발광 구조체 형성면(11S)의 마스크로서 기능하는 대경입자(SL)의 외표면 그 자체에 요철이 형성된다. 이러한 제조방법에서도, 제1실시형태, 제2실시형태, 제1~제3변형예 및 제7~제9변형예 각각에 기재한 반도체 발광소자용 기판이 제조된다.
(제6실시형태)
도 39를 참조하여, 본 개시되는 기술의 제6실시형태로서, 반도체 발광소자의 실시형태에 대하여 설명한다.
[반도체 발광소자]
도 39에 나타낸 바와 같이, 반도체 발광소자는, 소자용 기판(11)을 기재로서 갖는다. 소자용 기판(11)으로서는, 상술한 각 실시형태 및 변형예의 반도체 발광소자용 기판이 사용된다. 반도체 발광소자는 소자용 기판(11)의 발광 구조체 형성면(11S)에, 발광 구조체 형성면(11S)의 요철구조를 덮는 발광 구조체(21)를 갖는다. 발광 구조체(21)는 복수의 반도체층으로 구성되는 적층체를 가지고, 전류의 공급에 의해 캐리어를 재결합시켜 발광한다. 복수의 반도체층 각각은 발광 구조체 형성면(11S)으로부터 순서대로 적층된다.
복수의 반도체층 각각을 형성하는 재료는, GaN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, GaAs, AlGaAs, InGaAsP, InAlGaAsP, InP, InGaAs, InAlAs, ZnO, ZnSe, ZnS 등의 화합물 반도체인 것이 바람직하다. 그 중에서도, 복수의 반도체층 각각을 형성하는 재료는 V족 원소가 질소인 III-V족 반도체인 것이 바람직하다.
복수의 반도체층이 갖는 기능은, n형의 도전성과, p형의 도전성과, 캐리어를 재결합시키는 활성을 포함하는 것이 바람직하다. 복수의 반도체층에 있어서 적층구조는 n형 반도체층과 p형 반도체층의 사이에 활성층이 위치하는 더블 헤테로 구조일 수 있고, 복수의 양자우물구조가 겹쳐진 다중양자 우물구조일 수도 있다.
복수의 반도체층은, 버퍼층을 포함할 수 있다. 버퍼층은, 발광 구조체 형성면(11S)에 적층되어 발광 구조체 형성면(11S)의 결정성을 버퍼층 이외의 반도체층에 반영시킨다. 구체적인 반도체층의 구성예로서는, GaN, AlN 등으로 이루어지는 버퍼층, n-GaN, n-AlGaN 등으로 이루어지는 n형의 도전성을 가지는 층(클래드층), InGan, GaN 등으로 이루어지는 발광층, 언도프 GaN, p-GaN 등으로 이루어지는 p형의 도전성을 갖는 층(클래드층), Mg도프 AlGaN, Mg도프 GaN으로 이루어지는 캡층이 순차적으로 적층되어 이루어지는 다층막을 들 수 있다.
반도체 발광소자는, 파장변환층을 포함할 수 있다. 파장변환층은, 발광소자의 상면 중 빛이 취출되는 상면에 적층되고, 활성층에서 생성된 빛의 파장을 조정한다. 예를 들면, 활성층에서 생성된 빛이 자외선 영역의 빛을 많이 포함할 때, 파장변환층은 자외선 영역의 빛을 조명용으로 적합한 백색의 빛으로 변환한다. 이러한 파장변환층은, 피크 파장 410~483㎚의 형광을 발하는 청색 형광체, 피크 파장 490~556㎚의 형광을 발하는 녹색 형광체, 및 피크 파장 585~770㎚의 형광을 발하는 적색 형광체를 포함한다. 또한, 활성층에서 생성된 빛이 청색 영역의 빛을 많이 포함할 때, 파장변환층은 청색영역의 빛을 조명용으로 적합한 백색의 빛으로 변환한다. 이러한 파장변환층은 피크 파장 570~578㎚의 형광을 발하는 황색 형광체를 포함한다.
(제7실시형태)
본 개시되는 기술의 제7실시형태로서, 반도체 발광소자의 제조방법의 실시형태에 대하여 설명한다.
[반도체 발광소자의 제조방법]
반도체 발광소자의 제조방법은, 상술한 각 실시형태의 반도체 발광소자용 기판의 제조방법에 의해 소자용 기판(11)을 제조하는 공정과, 소자용 기판(11)의 발광 구조체 형성면(11S)에 발광 구조체(21)를 형성하는 공정을 포함한다.
발광 구조체(21)에 있어서 화합물 반도체층을 형성하는 방법은, 에피택셜 성장법이나 반응성 스퍼터법 등이다. 에피택셜 성장법은, 기상 에피택셜 성장법, 액상 에피택셜 성장법, 분자선 에피택셜 성장법 등이다. 반응성 스퍼터법은, 화합물 반도체층의 구성원소로 이루어지는 타겟을 스퍼터하고, 타겟에서 스퍼터된 입자와 기상 중의 불순물 원소와의 반응에 의해 반도체층의 형성재료를 생성한다. n형 반도체층을 형성하는 방법은, n형 불순물이 첨가되는 에피택셜 성장법이나 반응성 스퍼터법일 수 있다. p형 반도체층을 형성하는 방법은, p형 불순물이 첨가되는 에피택셜 성장법이나 반응성 스퍼터법일 수 있다.
액상 에피택셜 성장법에서는, 화합물 반도체층의 형성재료를 포함하는 과포화 용액이 고상과 액상과의 평형상태를 유지하면서 화합물 반도체층의 형성재료를 발광 구조체 형성면(11S) 상에 결정으로서 성장시킨다. 기상 에피택셜 성장법에서는, 원료 가스가 흐르는 분위기가 화합물 반도체층의 형성재료를 생성하고, 화합물 반도체층의 형성재료를 발광 구조체 형성면(11S) 상에 결정으로서 성장시킨다. 분자선 에피택셜 성장법에서는, 화합물 반도체층의 구성원소로 이루어지는 분자 또는 원자의 빔이 발광 구조체 형성면(11S) 상을 조사하고, 화합물 반도체층의 형성재료를 발광 구조체 형성면(11S) 상에 결정으로서 성장시킨다. 그 중에서도, V족 원료로서 AsH3나 PH3와 같은 수소화물을 사용하는 할라이드 기상 성장법은, 성장하는 화합물 반도체층의 두께가 큰 점에서 바람직하다.
(실시예)
상술한 반도체 발광소자용 기판, 반도체 발광소자, 및 그 제조방법에 대하여 이하에서 드는 구체적인 실시예를 이용하여 설명한다.
<실시예 1: 반도체 발광소자의 제작(평탄부의 소경돌기부: 있음, 대경돌기부의 형상: 뿔 형상, 소경돌기부의 형상: 뿔 형상)>
대경입자 공정 후에, 소경입자 공정을 행하고, 실시예 1의 반도체 발광소자용 기판 및 반도체 발광소자를 얻었다. 제조방법의 상세를 이하에 나타낸다.
[대경입자 공정]
직경 2인치, 두께 0.42㎜의 사파이어 기판 상에 Φ1.0㎛의 SiO2 콜로이달 실리카 입자를 국제공개 제2008/001670호에 개시된 단층 코팅법에 의해 단층 코팅하였다.
구체적으로는, 평균 입경이 1.02㎛의 SiO2 콜로이달 실리카 입자(입경의 변동계수=2.69%)의 구형 콜로이달 실리카의 3.0질량% 수분산체(분산액)를 준비하였다.
이어서, 이 분산액에 농도 50질량%의 브롬화 헥사데실트리메틸암모늄(계면활성제)을 2.5mmol/L이 되도록 더하여, 30분 교반하여, 콜로이달 실리카 입자의 표면에 브롬화 헥사데실트리메틸암모늄을 흡착시켰다. 이 때, 브롬화 헥사데실트리메틸암모늄의 질량이 콜로이달 실리카 입자 질량의 0.04배가 되도록 분산액과 브롬화 헥사데실트리메틸암모늄을 혼합하였다.
이어서, 이 분산액에, 이 분산액의 체적과 같은 체적의 클로로포름을 더하여 충분히 교반하여, 소수화된 콜로이달 실리카를 유상추출하였다.
이렇게 얻어진 농도 1.5질량%의 소수화 콜로이달 실리카 분산액을 단입자막의 표면압을 계측하는 표면압력 센서와, 단입자막을 액면에 따른 방향으로 압축하는 가동 배리어를 구비한 수조(LB 트로프 장치) 내의 액면(하층수로서 물을 사용, 수온 25℃)에 적하속도 0.01ml/초로 적하하였다. 또한, 수조의 하층수에는, 미리 상기 사파이어 기판을 침지해 두었다.
적하 중에, 초음파(출력 120W, 주파수 1.5㎒)를 하층수 내에서 수면을 향하여 조사하여 입자가 2차원으로 최밀충진하는 것을 촉진하면서, 분산액의 용제인 클로로포름을 휘발시켜, 단입자막을 형성시켰다.
이어서, 이 단입자막을 가동 배리어에 의해 확산압이 18mNm-1이 될 때까지 압축하고, 사파이어 기판을 5㎜/분의 속도로 끌어올려, 단입자막을 기판의 한쪽면 위에 옮기고, 콜로이달 실리카로 이루어지는 단입자막 에칭 마스크가 부착된 사파이어 기판을 얻었다.
이렇게 얻어진 사파이어 기판을 가공하는 드라이 에칭을 행하였다. 구체적으로는, 안테나 파워 1500W, 바이어스 300W, 압력 1Pa, Cl2 가스로 SiO2 마스크/사파이어 기판을 드라이 에칭 가공하고, 복수의 큰 입자 원형돌기부(뿔 형상)을 구비하는 사파이어 기판을 얻었다. 원형돌기부는, 최빈피치 1.0㎛, 구조높이 0.4㎛, 평탄부 거리 0.22㎛였다.
[소경입자 공정]
이어서, 평균 입경이 305㎚의 SiO2 콜로이달 실리카 입자(입경의 변동계수=3.4%)를 사용하여, 원형돌기부를 구비하는 사파이어 기판 상에 대경입자 공정과 같은 방법으로 입자 마스크법에 의한 미세가공을 행하고, 대경돌기부 상에 복수의 소경돌기부를 설치한 다중구조설치 사파이어 기판인 실시예 1의 반도체 발광소자용 기판을 얻었다. 대경돌기부 정상 부근의 소경돌기부는 최빈 피치 300㎚, 구조높이 120㎚, 평탄부 거리 60㎚였다.
[반도체 발광소자의 형성]
이렇게 얻어진 반도체 발광소자용 기판의 상기 돌기부가 형성된 면에, n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층을 순차로 적층하고, 이어서 p전극 및 n전극을 형성하여, 실시예 1의 반도체 발광소자를 완성하였다. 각 GaN계의 반도체층은, 일반적으로 널리 이용되는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법에 의해 형성하였다. MOCVD법에서는, 암모니아 가스와 III족 원소의 트리메틸갈륨, 트리메틸암모늄, 트리메틸인듐 등의 알킬화합물 가스를 700℃~1000℃의 온도 환경에서 사파이어 기판 상에 공급하여 열분해 반응시켜, 기판 상에 목적하는 결정을 에피택셜 성장에 의해 막 형성한다.
n형 반도체층으로는, 저온 성장 버퍼층으로서 Al0 . 9Ga0 .1N을 15㎚, 언도프 GaN을 4.5㎚, n클래드층으로서 Si 도프 GaN을 3㎛, 언도프 GaN을 250㎚를 순차로 적층하였다.
활성층으로서는, 재결합의 확률을 높이기 위한 밴드 갭이 좁은 층을 수 층 끼워서 내부 양자 효율의 향상을 이루는 다중양자우물을 형성하였다. 그 구성으로는, 언도프 In0 . 15Ga0 .85N(양자우물층)을 4㎚, Si도프 GaN(배리어층) 10㎚의 막 두께로 번갈아 막 형성하고, 언도프 In0 . 15Ga0 .85N이 9층, Si도프 GaN이 10층이 되도록 적층하였다.
p형 반도체층으로서는, Mg도프 AlGaN을 15㎚, 언도프 GaN을 200㎚, Mg도프 GaN을 15㎚ 적층하였다.
n전극을 형성하는 영역에서, 최표층인 p형 반도체층의 Mg도프 GaN에서 n형 반도체층의 언도프 GaN까지를 에칭 제거하고, Si도프 GaN층을 노출시켰다. 이 노출면에 Al과 W로 이루어지는 n전극을 형성하고, n전극 상에 Pt과 Au로 이루어지는 n패드 전극을 형성하였다.
p형 반도체층의 표면 전(全)면에 Ni과 Au으로 이루어지는 p전극을 형성하고, p전극 상에 Au로 이루어지는 p패드 전극을 형성하였다.
이상의 조작으로 베어칩 상태의 반도체소자(하나의 소자 사이즈가 300㎛×350㎛)를 형성하였다.
도 40 및 도 41은, 실시예 1의 반도체 발광소자용 기판의 주사형 전자현미경 사진을 나타낸다. 도 40 및 도 41에 나타나는 바와 같이, 실시예 1에서는, 반도체 발광소자용 기판의 상면에 뿔 형상의 대경돌기부와 소경돌기부가 형성된다. 또한, 소경돌기부는 대경돌기부의 외표면과 평탄부에 형성된다.
<실시예 2: 반도체 발광소자의 제작(평탄부의 소경돌기부: 있음, 대경돌기부의 형상: 뿔대 형상, 소경돌기부의 형상: 뿔 형상)>
대경입자 공정 후에, 소경입자 공정을 행하고, 실시예 2의 반도체 발광소자용 기판 및 반도체 발광소자를 얻었다. 제조방법의 상세를 이하에 나타낸다.
[대경입자 공정]
직경 2인치, 두께 0.42㎜의 사파이어 기판 상에 Φ3.0㎛의 SiO2 콜로이달 실리카 입자를 국제공개 제2008/001670호에 개시된 단층 코팅법에 의해 단층 코팅하였다.
구체적으로는, 평균 입경이 3.02㎛의 SiO2 콜로이달 실리카 입자(입경의 변동계수=0.85%)의 구형 콜로이달 실리카의 3.0질량% 수분산체(분산액)를 준비하였다.
이어서, 이 분산액에 농도 50질량%의 브롬화 헥사데실트리메틸암모늄(계면활성제)을 2.5mmol/L이 되도록 더하여, 30분 교반하여, 콜로이달 실리카 입자의 표면에 브롬화 헥사데실트리메틸암모늄을 흡착시켰다. 이 때, 브롬화 헥사데실트리메틸암모늄의 질량이 콜로이달 실리카 입자 질량의 0.04배가 되도록 분산액과 브롬화 헥사데실트리메틸암모늄을 혼합하였다.
이어서, 이 분산액에, 이 분산액의 체적과 같은 체적의 클로로포름을 더하여 충분히 교반하여, 소수화된 콜로이달 실리카를 유상추출하였다.
이렇게 얻어진 농도 1.5질량%의 소수화 콜로이달 실리카 분산액을 단입자막의 표면압을 계측하는 표면압력 센서와, 단입자막을 액면을 따른 방향으로 압축하는 가동 배리어를 구비한 수조(LB 트로프 장치) 내의 액면(하층수로서 물을 사용, 수온 25℃)에 적하속도 0.01ml/초로 적하하였다. 또한, 수조의 하층수에는, 미리 상기 사파이어 기판을 침지해 두었다.
적하 중에, 초음파(출력 120W, 주파수 1.5㎒)를 하층수 내에서 수면을 향하여 조사하여 입자가 2차원으로 최밀충진하는 것을 촉진하면서, 분산액의 용제인 클로로포름을 휘발시켜, 단입자막을 형성시켰다.
이어서, 이 단입자막을 가동 배리어에 의해 확산압이 18mNm-1이 될 때까지 압축하고, 사파이어 기판을 5㎜/분의 속도로 끌어올려, 단입자막을 기판의 한쪽면 위에 옮기고, 콜로이달 실리카로 이루어지는 단입자막 에칭 마스크가 부착된 사파이어 기판을 얻었다.
이렇게 얻어진 사파이어 기판을 가공하는 드라이 에칭을 행하였다. 구체적으로는, 안테나 파워 1500W, 바이어스 300W, 압력 1Pa, Cl2 가스로 SiO2 마스크/사파이어 기판을 드라이 에칭 가공하고, 도중에서 안테나 파워 1500W, 바이어스 80W, 압력 5Pa의 조건으로 변경하여, CF4 가스로 입자만을 드라이 에칭 가공하여, 큰 입자 원형돌기부(뿔 형상)을 구비하는 사파이어 기판을 얻었다. 원형돌기부는, 최빈피치 3.0㎛, 구조높이 0.7㎛, 평탄부 거리 0.3㎛였다.
[소경입자 공정]
이어서, 평균 입경이 403㎚의 SiO2 콜로이달 실리카 입자(입경의 변동계수=3.1%)를 사용하여, 원형돌기부를 구비하는 사파이어 기판 상에 실시예 1의 소경입자 공정과 같은 방법으로 입자 마스크법에 의한 미세가공을 행하고, 대경돌기부 상에 복수의 소경돌기부를 설치한 다중구조설치 사파이어 기판인 실시예 2의 반도체 발광소자용 기판을 얻었다. 대경돌기부 정상 부근의 소경돌기부는 최빈 피치 400㎚, 구조높이 160㎚, 평탄부 거리 80㎚였다.
이렇게 얻어진 반도체 발광소자용 기판의 상기 돌기부가 형성된 면에 실시예 1과 같은 구성의 n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층을 순차로 적층하고, 이어서, p전극 및 n전극을 형성하여, 실시예 2의 반도체 발광소자(하나의 소자 사이즈가 300㎛×350㎛)를 완성하였다.
도 42 및 도 43은, 실시예 2의 반도체 발광소자용 기판의 주사형 전자현미경 사진을 나타낸다. 도 42 및 도 43에 나타나는 바와 같이, 실시예 2에서는, 반도체 발광소자용 기판의 상면에 뿔대 형상의 대경돌기부와 뿔 형상의 소경돌기부가 형성된다. 또한, 소경돌기부는 대경돌기부의 외표면과 평탄부에 형성된다.
<실시예 3: 반도체 발광소자의 제작(평탄부의 소경돌기부: 없음, 대경돌기부의 형상: 뿔 형상, 소경돌기부의 형상: 뿔 형상)>
소경입자 공정 후에, 대경입자 공정을 행하고, 실시예 3의 반도체 발광소자용 기판 및 반도체 발광소자를 얻었다. 제조방법의 상세를 이하에 나타낸다.
평균 입경이 403㎚의 SiO2 콜로이달 실리카 입자(입경의 변동계수=3.1%)를 사용하고, 직경 2인치, 두께 0.42㎜의 사파이어 기판 상에 실시예 2의 소경입자 공정과 같은 방법으로 입자 마스크법에 의한 미세가공을 행하였다. 이어서, 평균 입경이 3.02㎛의 SiO2 콜로이달 실리카 입자(입경의 변동계수=0.85%)를 사용하여, 복수의 작은 직경의 원형돌기부를 구비하는 사파이어 기판 상에 입자 마스크가 소멸하기 까지 에칭을 행하는 이외에는 실시예 2의 대경입자 공정과 같은 방법으로 입자 마스크법에 의한 미세가공을 행하고, 대경돌기부 상에 복수의 소경돌기부를 설치한 다중구조설치 사파이어 기판인 실시예 3의 반도체 발광소자용 기판을 얻었다. 대경돌기부는 뿔 형상으로, 최빈 피치 3.0㎛, 구조높이 1.5㎛, 평탄부 거리 0.5㎛였다.
이렇게 얻어진 반도체 발광소자용 기판의 상기 돌기부가 형성된 면에 실시예 1과 같은 구성의 n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층을 순차로 적층하고, 이어서, p전극 및 n전극을 형성하여, 실시예 3의 반도체 발광소자(하나의 소자 사이즈가 300㎛×350㎛)를 완성하였다.
도 44 및 도 45는, 실시예 3의 반도체 발광소자용 기판의 주사형 전자현미경 사진을 나타낸다. 도 44 및 도 45에 나타나는 바와 같이, 실시예 3에서는, 반도체 발광소자용 기판의 상면에 뿔 형상의 대경돌기부와 소경돌기부가 형성된다. 또한, 소경돌기부는 대경돌기부의 외표면에만 형성된다. 또한, 반도체 발광소자용 기판의 상면에는 브릿지부가 형성된다.
<실시예 4: 반도체 발광소자의 제작(평탄부의 소경돌기부: 없음, 대경돌기부의 형상: 뿔대 형상, 소경돌기부의 형상: 뿔 형상)>
소경입자 공정 후에, 대경입자 공정을 행하고, 실시예 4의 반도체 발광소자용 기판 및 반도체 발광소자를 얻었다. 제조방법의 상세를 이하에 나타낸다.
평균 입경이 403㎚의 SiO2 콜로이달 실리카 입자(입경의 변동계수=3.1%)를 사용하고, 직경 2인치, 두께 0.42㎜의 사파이어 기판 상에 실시예 2의 소경입자 공정과 같은 방법으로 입자 마스크법에 의한 미세가공을 행하였다. 이어서, 평균 입경이 3.02㎛의 SiO2 콜로이달 실리카 입자(입경의 변동계수=0.85%)를 사용하여, 복수의 작은 직경의 원형돌기부를 구비하는 사파이어 기판 상에 실시예 2의 대경입자 공정과 같은 방법으로 입자 마스크법에 의한 미세가공을 행하고, 대경돌기부 상에 복수의 소경돌기부를 설치한 다중구조설치 사파이어 기판인 실시예 4의 반도체 발광소자용 기판을 얻었다. 대경돌기부는 뿔대 형상이다.
이렇게 얻어진 반도체 발광소자용 기판의 상기 돌기부가 형성된 면에 실시예 1과 같은 구성의 n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층을 순차로 적층하고, 이어서, p전극 및 n전극을 형성하여, 실시예 4의 반도체 발광소자(하나의 소자 사이즈가 300㎛×350㎛)를 완성하였다.
도 46 및 도 47은, 실시예 4의 반도체 발광소자용 기판의 주사형 전자현미경 사진을 나타낸다. 도 46 및 도 47에 나타나는 바와 같이, 실시예 4에서는, 반도체 발광소자용 기판의 상면에 뿔대 형상의 대경돌기부와 뿔 형상의 소경돌기부가 형성된다. 또한, 소경돌기부는 대경돌기부의 외표면에만 형성된다. 또한, 반도체 발광소자용 기판의 상면에는 브릿지부가 형성된다.
<실시예 5: 반도체 발광소자의 제작(평탄부의 소경돌기부: 없음, 대경돌기부의 형상: 뿔대 형상, 선단이 평탄한 면, 소경돌기부의 형상: 뿔 형상)>
소경입자(SS)로 이루어지는 단입자막(FS)을 마스크로 한 에칭인 제1공정과, 대경입자(SL)로 이루어지는 단입자막(FL)을 마스크로 한 에칭인 제2공정을 동시에 진행하여, 실시예 5의 반도체 발광소자용 기판 및 반도체 발광소자를 얻었다. 제조방법의 상세를 이하에 나타낸다.
평균 입경이 395㎚의 SiO2 콜로이달 실리카 입자(입경의 변동계수=3.02%)를 사용하고, 직경 2인치, 두께 0.42㎜의 사파이어 기판 상에 실시예 1에서의 단입자막(FS)의 형성 공정과 같은 방법에 의해 단입자막(FS)을 얻었다.
이어서, 평균 입경이 3.02㎛의 SiO2 콜로이달 실리카 입자(입경의 변동계수=1.66%)를 사용하여, 단입자막(FS)을 갖는 사파이어 기판 상에, 실시예 1에서의 단입자막(FL)의 형성 공정과 같은 방법에 의해 단입자막(FL)을 얻었다.
이렇게 얻어진 사파이어 기판에 대하여, 단입자막(FS, FL)을 마스크로 한 드라이 에칭을 실시하고, 대경입자(SL)가 소멸하기 전에 에칭을 종료하였다. 구체적으로는, 안테나 파워 1500W, 바이어스 300W, 압력 1Pa, Cl2 가스로 SiO2 마스크/사파이어 기판을 드라이 에칭 가공하고, 그 에칭 도중에 바이어스 80W으로 변경하고, 압력 5Pa로 변경하여, CF4 가스로 입자만을 드라이 에칭 가공하고, 실시예 5의 반도체 발광소자용 기판을 얻었다. 대경돌기부는 뿔대 형상으로서, 대경돌기부의 선단은 평탄한 면을 가졌다.
이렇게 얻어진 반도체 발광소자용 기판의 상기 돌기부가 형성된 면에 실시예 1과 같은 구성의 n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층을 순차적으로 적층하고, 이어서, p전극 및 n전극을 형성하여, 실시예 5의 반도체 발광소자(하나의 소자 사이즈가 300㎛×350㎛)를 완성하였다.
도 48 및 도 49는, 실시예 5의 반도체 발광소자용 기판의 주사형 전자현미경 사진을 나타낸다. 도 48 및 도 49에 나타나는 바와 같이, 실시예 5에서는, 반도체 발광소자용 기판의 상면에, 뿔대 형상을 갖고, 선단에 평탄한 면을 갖는 대경돌기부와, 뿔 형상의 소경돌기부가 형성된다.
<실시예 6: 반도체 발광소자의 제작(평탄부의 소경돌기부: 없음, 대경돌기부의 형상: 뿔 형상, 소경돌기부의 형상: 뿔 형상)>
소경입자(SS)로 이루어지는 단입자막(FS)을 마스크로 한 에칭인 제1공정과, 대경입자(SL)로 이루어지는 단입자막(FL)을 마스크로 한 에칭인 제2공정을 동시에 진행하여, 실시예 6의 반도체 발광소자용 기판 및 반도체 발광소자를 얻었다. 제조방법의 상세를 이하에 나타낸다.
평균 입경이 395㎚의 SiO2 콜로이달 실리카 입자(입경의 변동계수=3.02%)를 사용하고, 직경 2인치, 두께 0.42㎜의 사파이어 기판 상에 실시예 1에서의 단입자막(FS)의 형성 공정과 같은 방법에 의해 단입자막(FS)을 얻었다.
이어서, 평균 입경이 3.02㎛의 SiO2 콜로이달 실리카 입자(입경의 변동계수=1.66%)를 사용하여, 단입자막(FS)을 갖는 사파이어 기판 상에, 실시예 1에서의 단입자막(FL)의 형성 공정과 같은 방법에 의해 단입자막(FL)을 얻었다.
이렇게 얻어진 사파이어 기판에 대하여, 단입자막(FS, FL)을 마스크로 한 드라이 에칭을 실시하고, 대경입자(SL)가 소멸한 후에 에칭을 종료하였다. 구체적으로는, 안테나 파워 1500W, 바이어스 300W, 압력 1Pa, Cl2 가스로 SiO2 마스크/사파이어 기판을 드라이 에칭 가공하여, 실시예 6의 반도체 발광소자용 기판을 얻었다. 대경돌기부 및 소경돌기부 각각이 뿔 형상을 가졌다.
이렇게 얻어진 반도체 발광소자용 기판의 상기 돌기부가 형성된 면에 실시예 1과 같은 구성의 n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층을 순차로 적층하고, 이어서, p전극 및 n전극을 형성하여, 실시예 6의 반도체 발광소자(하나의 소자 사이즈가 300㎛×350㎛)를 완성하였다.
도 50 내지 도 52는, 실시예 6의 반도체 발광소자용 기판의 주사형 전자현미경 사진을 나타낸다. 도 50 내지 도 52에 나타나는 바와 같이, 실시예 6에서는, 반도체 발광소자용 기판의 상면에, 뿔 형상을 갖는 대경돌기부와, 뿔 형상을 갖는 소경돌기부가 형성된다.
<비교예 1: 반도체 발광소자의 제작(대경돌기부: 없음, 소경돌기부: 없음)>
기판으로서 사파이어 기판을 사용하여, 대경입자 공정과 소경입자 공정을 행하지 않고, 실시예 1과 같은 구성의 n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층을 순차로 적층하고, 이어서, p전극 및 n전극을 형성하여, 비교예 1의 반도체 발광소자(하나의 소자 사이즈가 300㎛×350㎛)를 완성하였다.
<비교예 2: 반도체 발광소자의 제작(대경돌기부: 뿔 형상, 소경돌기부: 없음)>
기판으로서 사파이어 기판을 사용하여, 소경입자 공정을 행하지 않는 이외에는, 실시예 3과 같은 방법으로 입자 마스크법에 의한 미세가공을 행하고, 복수의 뿔 형상의 대경돌기부를 설치한 사파이어 기판인 비교예 2의 반도체 발광소자용 기판을 얻었다.
이렇게 얻어진 반도체 발광소자용 기판의 상기 돌기부가 형성된 면에, 실시예 1과 같은 구성의 n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층을 순차로 적층하고, 이어서, p전극 및 n전극을 형성하여, 비교예 2의 반도체 발광소자(하나의 소자 사이즈가 300㎛×350㎛)를 완성하였다.
<평가방법>
[외부양자효율]
각 실시예, 비교예에서 얻어진 반도체 발광소자(수지 포매 전의 베어칩)를 베어칩 그대로 소형 프로버(ESS테크사(社)제 sp-0-2Ls)에 마운트하고, 오픈 프로브로 구동전류 20-40mA로 점등시켰다. 광 취출 효율 향상 효과를 확인하기 위하여, 외부양자효율을 labsphere사(社)제의 스펙트라 플렉트 적분구와 CDS-600형 분광기로 측정하였다.
[나선전위밀도 및 인상전위밀도]
각 실시예, 비교예의 반도체 발광소자용 기판 상에 제막된 GaN에서, 그 틸트(성장방위의 결정축의 기울기) 분포, 트위스트(표면 면내의 결정축의 회전) 분포를 리가쿠사(社)제 수평 X선 회절장치 smartlab을 사용하여, 록킹커브법으로 평가를 행하여, 나선전위밀도(ρ screw(cm-2) 및 인상전위밀도(ρ edge(cm-2)를 구하였다. 또한 버거 스펙트럼은, b screw(cm): 5.185×10-8, b edge(cm): 3.189×10-8을 사용하였다. 나선전위밀도를 구한 틸트 측정 및 인상전위밀도를 구한 트위스트 측정에서, 각각 슬릿 수광폭 1.0㎜를 사용하였다. 틸트 측정의 주사각도(ω)는 ±5°, 트위스트 측정에서의 주사각도(φ)는 ±0.5°를 사용하였다. 측정한 결정면은 나선전위밀도에 대하여는 GaN(002)면, 인상전위밀도에 대하여는 GaN(302)면을 사용하였다.
실시예 1~6, 및 비교예 1, 2의 반도체 발광소자용 기판 상에 형성된 대경돌기부와 소경돌기부의 형상적인 특징을 표 1에 나타내었다. 또한, 표 1에서 소경돌기부의 최빈 피치(PS), 높이(HS), 폭(DS)은, 대경돌기부 정상 부근의 소경돌기부에 대하여 측정하였다.
또한, 외부양자효율, 나선전위밀도 및 인상전위밀도의 평가결과를 표 2에 나타내었다.
Figure 112016041783138-pct00003
Figure 112016041783138-pct00004
표 2에 나타낸 바와 같이, 대경돌기부와 소경돌기부를 갖는 반도체 발광소자용 기판이 사용된 실시예 1~6의 반도체 발광소자에서는, 대경돌기부와 소경돌기부 양쪽을 갖지 않는 비교예 1의 반도체 발광소자 및 소경돌기부를 갖지 않는 비교예 2의 반도체 발광소자와 비교하여, 광 취출 효율이 향상되고, 나선전위밀도 및 인상전위밀도가 작아지는 것이 확인되었다. 따라서, 반도체 발광소자용 기판이 대경돌기부와 소경돌기부를 가짐으로써, 광 취출 효율이 향상되고, 결정결함이 저감될 수 있다고 나타났다.
SL: 대경입자
SS: 소경입자
FL, FS: 단입자막
PL, PS: 피치
11: 소자용 기판
11S: 발광 구조체 형성면
12, 22: 대경돌기부
13, 23: 소경돌기부
14: 평탄면
15: 브릿지부
16, 17: 원형돌기부
21: 발광 구조체

Claims (25)

  1. 제1입경을 갖는 제1입자로 구성되는 제1단입자막을 마스크로 사용하여 기판의 상면을 에칭하는 제1공정;
    상기 제1입경과는 다른 제2입경을 갖는 제2입자로 구성되는 제2단입자막을 마스크로 사용하여 상기 기판의 상기 상면을 에칭하는 제2공정; 및
    상기 제2단입자막을 상기 제1단입자막에 적층하여 형성하는 공정을 포함하며,
    상기 제1공정의 에칭과 상기 제2공정의 에칭을 동시에 실시하고,
    상기 제1공정과 상기 제2공정에 의해,
    상기 기판의 상면에,
    상기 기판의 하나의 결정면을 따라 넓어지는 평탄부,
    상기 평탄부로부터 돌출된 복수의 대경돌기부, 및
    상기 대경돌기부보다 작은 복수의 소경돌기부를 형성하고,
    상기 복수의 소경돌기부는, 상기 대경돌기부의 외표면으로부터 돌출된 제1소경돌기부를 포함하고,
    상기 대경돌기부는, 상기 평탄부에 접속하는 기단과 선단을 가지고,
    인접한 상기 제1소경돌기부 사이에 형성되는 홈의 깊이는 상기 대경돌기부의 기단에 가까울수록 얕아지는,
    반도체 발광소자용 기판의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1입경은 상기 제2입경보다 큰,
    반도체 발광소자용 기판의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1입경은 상기 제2입경보다 작은,
    반도체 발광소자용 기판의 제조방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1입경은 300㎚ 이상 5㎛ 이하이고,
    상기 제2입경은 100㎚ 이상 1㎛ 이하이며,
    상기 제2입경은 상기 제1입경의 1/50 이상 1/3 이하인,
    반도체 발광소자용 기판의 제조방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1입경은 100㎚ 이상 1㎛ 이하이고,
    상기 제2입경은 300㎚ 이상 5㎛ 이하이며,
    상기 제1입경은 상기 제2입경의 1/10 이상 1/3 이하인,
    반도체 발광소자용 기판의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1입경은 상기 제2입경보다 작고,
    상기 제2공정의 에칭은 상기 제2입자가 소멸하기 전에 종료되는,
    반도체 발광소자용 기판의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 소경돌기부는, 상기 평탄부로부터 돌출된 제2소경돌기부를 포함하는,
    반도체 발광소자용 기판의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 대경돌기부는, 상기 기단으로부터 상기 선단을 향하여 가늘어지는 뿔 형상을 갖는,
    반도체 발광소자용 기판의 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 대경돌기부는, 상기 기단으로부터 상기 선단을 향하여 가늘어지고, 상기 선단에 평탄한 면을 갖는 뿔대 형상을 갖는,
    반도체 발광소자용 기판의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1소경돌기부는, 상기 대경돌기부의 외표면 중에서 상기 평탄한 면 이외에 위치하는,
    반도체 발광소자용 기판의 제조방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 소경돌기부는, 상기 복수의 소경돌기부가 돌출되는 면에 접속하는 기단과 선단을 가지고, 상기 소경돌기부의 기단으로부터 상기 소경돌기부의 선단을 향하여 가늘어지는 뿔 형상을 갖는,
    반도체 발광소자용 기판의 제조방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 소경돌기부는, 상기 복수의 소경돌기부가 돌출되는 면에 접속하는 기단과 선단을 가지고, 상기 소경돌기부의 기단으로부터 상기 소경돌기부의 선단을 향하여 가늘어지고, 상기 소경돌기부의 선단에 평탄한 면을 갖는 뿔대 형상을 갖는,
    반도체 발광소자용 기판의 제조방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1공정과 상기 제2공정에 의해,
    상기 기판의 상면에는, 상기 평탄부로부터 돌출되는 브릿지부가 더 형성되고, 상기 브릿지부는 상기 평탄부 상에서 서로 인접하는 상기 대경돌기부끼리 연결하는,
    반도체 발광소자용 기판의 제조방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1단입자막에 바인더를 도포하여 상기 제1입자를 고정하는 단계를 더 포함하는,
    반도체 발광소자용 기판의 제조방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제2단입자막은, 하기 식 (1)에 나타내는 충진정도 D(%)가 15% 이하이며,
    충진정도
    Figure 112017114635305-pct00059
    ...(1)
    식 (1)에서, A는 입자의 평균 입경이고, B는 서로 이웃하는 입자간의 피치에서의 최빈값이며,
    Figure 112017114635305-pct00060
    는 A와 B의 차이의 절대값인,
    반도체 발광소자용 기판의 제조방법.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 바인더는 상기 제1입자보다 빠른 에칭 속도를 갖는,
    반도체 발광소자용 기판의 제조방법.
  17. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 반도체 발광소자용 기판의 제조방법에 의해 반도체 발광소자용 기판을 형성하는 공정으로서,
    상기 기판의 상기 상면에 상기 에칭에 의한 단차가 형성되는 공정, 및
    상기 상면에, 반도체층을 포함하는 발광 구조체를 형성하는 공정을 포함하는,
    반도체 발광소자의 제조방법.
  18. 반도체 발광소자용 기판으로서,
    반도체층을 포함하는 발광 구조체가 형성되는 발광 구조체 형성면을 가지고,
    상기 발광 구조체 형성면은,
    상기 기판의 하나의 결정면을 따라 넓어지는 평탄부,
    상기 평탄부로부터 돌출된 복수의 대경돌기부, 및
    상기 대경돌기부보다 작은 복수의 소경돌기부를 구비하며,
    상기 복수의 소경돌기부 중에서 적어도 일부는, 상기 대경돌기부의 외표면으로부터 돌출된 제1소경돌기부이고,
    상기 대경돌기부는, 상기 평탄부에 접속하는 기단과 선단을 가지고,
    인접한 상기 제1소경돌기부 사이에 형성되는 홈의 깊이는 상기 대경돌기부의 기단에 가까울수록 얕아지고,
    상기 대경돌기부의 외표면에서 상기 제1소경돌기부의 위치가 상기 대경돌기부의 기단에 가까울수록 상기 대경돌기부의 외표면에서 상기 제1소경돌기부가 갖는 폭이 큰,
    반도체 발광소자용 기판.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 대경돌기부와 상기 소경돌기부 각각은, 상기 발광 구조체 형성면의 평면시점에서 2차원에 최밀충진되는,
    반도체 발광소자용 기판.
  20. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 대경돌기부의 외표면에서 상기 제1소경돌기부의 위치가 상기 대경돌기부의 기단에 가까울수록 상기 제1소경돌기부의 높이가 낮은,
    반도체 발광소자용 기판.
  21. 제 18 항 또는 제 19 항에 따른 반도체 발광소자용 기판; 및
    반도체층을 포함하는 발광 구조체;를 구비하며,
    상기 반도체 발광소자용 기판은 상기 발광 구조체를 지지하는,
    반도체 발광소자.
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  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
KR1020167011579A 2013-10-11 2014-10-09 반도체 발광소자용 기판의 제조방법, 반도체 발광소자의 제조방법, 반도체 발광소자용 기판 및 반도체 발광소자 KR101841375B1 (ko)

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