KR20080085521A

KR20080085521A - 발광 소자용 기판 제조방법

Info

Publication number: KR20080085521A
Application number: KR20070027183A
Authority: KR
Inventors: 이동선; 김규범; 최주원
Original assignee: 서울옵토디바이스주식회사
Priority date: 2007-03-20
Filing date: 2007-03-20
Publication date: 2008-09-24
Also published as: KR101364168B1

Abstract

본 발명은 반응 챔버내에 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판 위에 SiN 섬들을 형성하는 단계와, 상기 기판위에 형성된 SiN 섬들을 새도우 마스크로 하여 상기 기판의 일부를 식각하여 상기 기판의 상부에 서로 이격되어 돌출된 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 발광 소자용 기판 제조방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 종래의 마스크(또는 패턴층) 형성을 위해 필요했던 박막층 형성 공정과 패터닝 식각 공정과 같은 복잡한 공정을 생략할 수 있게 해준다. 따라서, 본 발명은 마스크(또는 패턴층 형성) 형성을 위해 요구되는 종래의 복잡한 공정을 생략하여 그 양산성 및 재현성을 높일 수 있고, 기판에 패턴을 형성하기 위해 종래의 복잡한 공정 중에 야기되던 수율 저하 및 시간 손실을 크게 줄여줄 수 있다.

PSS, 기판, 마스크, 식각, 패턴, 사파이어

Description

발광 소자용 기판 제조방법{METHOD OF FABRICATING SUBSTRATES FOR LIGHT EMITTING DEVICE}

도 1은 종래 기술에 따른 패턴된 사파이어 기판을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 패턴된 기판을 제조하는 공정을 설명하기 위한 도면.

본 발명은 발광 소자용 기판 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 별도의 포토리소그래피 공정없이 기판위에 형성된 SiN층을 마스크층으로 이용하여 이루어진 기판에 패턴을 형성하는 발광 소자용 기판 제조방법에 관한 것이다.

대표적인 발광 소자인 발광다이오드는 N형 반도체와 P형 반도체가 서로 접합된 구조를 가지는 광전변환 반도체 소자로서, 전자와 정공의 재결합에 의하여 빛을 발산하도록 구성된다. 위와 같은 발광다이오드로는 GaN계 발광다이오드가 공지되어 있다. GaN계 발광다이오드는 예컨대, 사파이어 또는 SiC 등의 소재로 이루어진 기판 위에 GaN계의 N형 반도체층, 활성층(또는, 발광층), P형 반도체층을 순차적으로 적층하고, 투명전극을 형성하여 제조된다.

일반적으로 발광다이오드에서는 광이 생성되면 전체 외부로 방출되지 않고 전반사되어 내부에 갇힘으로 인해 내부에서 손실되는 광이 많다.

광의 특성상, 광이 서로 다른 굴절율을 가지는 두 매질 사이를 통과할 때 그 경계면에서 반사와 투과가 일어나는데, 입사각이 어떤 각보다 커지게 되면 투과는 이루어지지 않고 전반사가 일어난다. 이때 각을 임계각이라고 한다.

이러한, 전반사 현상에 의하여, 발광 다이오드에서는 활성층에서 방출된 광이 임계각 이상의 각도를 가지고 투명전극에 진행되면, 광은 투명전극에서 전반사되어 발광다이오드의 내부에 갇히게 되어, 발광다이오드의 에피층과 사파이어 기판에 흡수되게 됨으로써, 발광다이오드의 광효율이 낮아지게 되는 문제점이 발생된다.

이를 해결하기 위한 방법의 하나로 패턴된 사파이어 기판(PSS:Patterned Sapphire Substrate)을 이용하는 방법이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 패턴된 사파이어 기판을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 사파이어 기판(1)의 굴곡 패턴(3)이 형성되어 있다. 사파이어 기판(1)의 굴곡 패턴(3) 상부에 발광다이오드의 발광셀이 성장되는 것이다.

즉, 발광셀을 형성하기 위한 반도체층이 성장되기 전에 사파이어 기판을 패 터닝하여 특정한 형태의 굴곡을 만든 다음, 그 굴곡된 형상 상부에 반도체층을 성장시켜 발광다이오드에서 전반사에 의해 외부로 추출되지 못하던 광량을 추출할 수 있게 된다.

이렇게, 내부 광량이 외부로 추출될 수 있는 것은 측면방향으로 굴절률 차이를 갖도록 발광 다이오드 구조를 디자인하므로서 가능하다.

그러나, 종래의 기술은 기판(10)상에 패턴(3)을 형성하기 위한 포토레지스트 마스크막(2)을 형성하고 마스크막(2)의 일정 영역을 제거하는 포토리소그래피(Photolithography)를 이용하여 패턴 마스크막을 제조한다.

따라서, 포토리소그래피(Photolithography) 공정을 수행할 때 패턴의 배열시 불량이 발생될 수 있고 기판 자체의 휨(bowing) 때문에 불량이 발생될 수 있어 제작공정이 어렵고 비용이 높으며, 양산성 및 재현성이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명의 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 공정이 용이하고 양산성 및 재현성이 높은 발광 소자용 기판 제조방법을 제공하는데 있다.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 반응 챔버내에 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판 위에 SiN 섬들을 형성하는 단계와, 상기 기판위에 형성된 SiN 섬들을 새도우 마스크로 하여 상기 기판의 일부를 식각하여 상기 기판의 상부에 서로 이격되어 돌출된 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 발광 소자용 기판 제조방법을 제공한다.

바람직하게 상기 기판은 사파이어 기판, 스피넬 기판, Si 기판, SiC 기판, ZnO 기판, GaAs 기판, GaN 기판 중 어느 하나의 기판일 수 있다.

바람직하게 상기 SiN 섬 형성 단계는 상기 기판이 탑재된 반응 챔버에 모노메틸 실란가스와 암모니아(NH₃)를 유입하고 400℃ 내지 500℃의 온도로 유지하는 단계와, 상기 반응 챔버의 온도를 1000℃ 내지 1150℃로 유지하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 패턴은 상기 기판 상부에 불규칙적으로 이격되어 형성될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명하도록 한다.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 패턴된 기판을 제조하는 공정을 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 반응 챔버내에 기판(10)을 준비한다.

기판(10)은 c 면 사파이어 기판 또는 a 면 사파이어 기판이 이용될 수 있다. 사파이어 기판외에도 스피넬(spinel) 기판, Si 기판, SiC 기판, ZnO 기판, GaAs 기판, GaN 기판 등 다른 종류의 기판이 사용될 수 있다.

기판(10)위에 SiN층(20)을 형성한다.

이때, 기판(10)위에 SiN층(20)을 형성하기 전에 수소 분위기 하에서 기 판(10)을 열처리하는 공정이 수행될 수 있다.

SiN층(20)은 금속 유기 화학 기상 증착법(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD), 수소화물 기상 성장법(hydride vapor phase epitaxy, HVPE) 또는 분자선 성장법(molecular beam epitaxy, MBE), 금속 유기 화학 기상 성장법(metalorganic chemical vapor phase epitaxy, MOCVPE) 등을 사용하여 형성할 수 있다.

SiN층(20)은 400℃ 내지 500℃에서 압력이 약 10 torr 내지 약 780 torr인 상태에서 상술한 결정 성장 방법 중 어느 하나를 이용하여 성장될 수 있다.

SiN층(20)을 형성하기 위한 소오스 가스는 모노메틸 실란가스를 사용하고, 반응가스로 암모니아(NH₃)를 사용한다. SiN층(20)을 형성하기 위한 소오스 가스 및 반응가스는 이에 한정되지 않는다. 이들 소오스 가스 및 반응가스를 반응 챔버 내에 유입시키고, 400 - 500℃의 저온에서 SiN층(20)을 형성한다.

이때, 기판(10)위에 형성되는 SiN층(20)은 소오스 가스와 반응가스가 반응하여 기판 위에 곧바로 단결정으로 연속적인 성장이 이루어지지 않고 미세한 입자 형태로 증착이 된다.

여기에, 온도 조건을 400 - 500℃에서 1000 - 1150℃로 승온하면 기판(10)에서 입자형태로 증착되던 SiN층(20)은 인접한 입자끼리 뭉치게 되어 기판(10)에서 알갱이 형태로 성장하게 된다. 이러한 성장이 지속되면 도 3에 도시된 바와 같이 기판(10)위에서 섬형상으로 서로 이격되어 형성된다.

도면에는 SiN 섬(21)이 기판(10)에 규칙적인 패턴을 가지고 형성되어 있는 것 처럼 도시되어 있지만 실제로는 기판(10)위에 불규칙적으로 이격되어 형성된다. 따라서, 기판(10)은 SiN 섬(21)에 의해 덮여지는 영역과 SiN 섬(21)에 의해 덮여지지 않아 노출되는 영역이 있게 된다.

이렇게 기판(10)위에 형성된 다수의 SiN 섬(21)들은 이후의 공정에서 새도우마스크 역할을 한다.

기판(10)위에 형성된 SiN 섬(21)을 새도우 마스크로하여 노출된 기판(10)의 표면을 일정 깊이 식각한다. 기판(10)의 표면 식각은 건식 또는 습식 등 적절한 방법을 적용하면 된다.

이후 기판(10)위의 SiN 섬(21)이 완전히 제거될 때까지 식각을 수행하면 도 4에 도시된 바와 같이 기판(10)의 상부에 돌출된 패턴(11)이 형성된다.

본 발명의 실시예에서는 기판(10)위에 형성된 SiN 섬(21)에 의해 기판(10)의 드러나는 부분이 있는 상태로 기판(10)에 대한 식각을 수행하여 기판(10)에 돌출된 패턴을 형성하는 것에 대하여 설명하였다.

그러나, 기판(10)위에 SiN 섬(21) 형성 공정을 계속적으로 진행하여 기판(10)의 전영역이 덮여지도록 할 수 있다. 기판(10)의 전영역이 덮여질 때까지 SiN 섬(21)의 형성 공정을 수행하면 기판(10)위에 울통불퉁한 SiN 섬(21)들로 덮여지게 된다. 이렇게 한 후에 기판(10)에 대한 식각을 수행하는 경우에도 기판(10)위에 SiN 섬(21)들이 울퉁 불퉁하게 형성되어 있음에 따라 기판(10)에도 울퉁불퉁한 형상의 패턴들이 형성될 수 있다.

즉, 기판(10)에 SiN 섬(21)을 형성하는 시간에 따라 기판(10)을 식각하기 위한 새도우 마스크의 형상이 결정되고, 그에 따라 기판(10)에 형성되는 패턴의 형상이 결정될 수 있다.

이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.

Claims

반응 챔버내에 기판을 준비하는 단계와,

상기 기판 위에 SiN 섬들을 형성하는 단계와,

상기 기판위에 형성된 SiN 섬들을 새도우 마스크로 하여 상기 기판의 일부를 식각하여 상기 기판의 상부에 서로 이격되어 돌출된 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 발광 소자용 기판 제조방법.
청구항 1에 있어서, 상기 기판은,

사파이어 기판, 스피넬 기판, Si 기판, SiC 기판, ZnO 기판, GaAs 기판, GaN 기판 중 어느 하나의 기판인 발광 소자용 기판 제조방법.
청구항 1에 있어서, 상기 SiN 섬 형성 단계는,

상기 기판이 탑재된 반응 챔버에 모노메틸 실란가스와 암모니아(NH₃)를 유입하고 400℃ 내지 500℃의 온도로 유지하는 단계와,

상기 반응 챔버의 온도를 1000℃ 내지 1150℃로 유지하는 단계를 포함하는 발광 소자용 기판 제조방법.
청구항 1에 있어서,

상기 패턴은 상기 기판 상부에 불규칙적으로 이격되어 형성된 발광 소자용 기판 제조방법.