KR20090072462A - Method for fabricating nano-lens - Google Patents

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KR20090072462A KR1020070140583A KR20070140583A KR20090072462A KR 20090072462 A KR20090072462 A KR 20090072462A KR 1020070140583 A KR1020070140583 A KR 1020070140583A KR 20070140583 A KR20070140583 A KR 20070140583A KR 20090072462 A KR20090072462 A KR 20090072462A
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송영민
배시영
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광주과학기술원
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    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching

Abstract

A manufacturing method of a nano lens is provided to manufacture a lens array of a nano size with a low cost by integrating a nano lens on a light emitting device after manufacturing a lens of a nano size. A photoresist pattern is formed on a substrate(100) by using hologram lithography. A photoresist nano lens having a curvature radius of a nano size is formed by a reflow of the photoresist pattern. A whole surface of a substrate including a photoresist nano lens is etched in order to form a semiconductor nano lens(160) on a top surface of the substrate. A curvature radius of the photoresist nano lens is controlled by using a heating temperature or time about the reflow. The reflow temperature is 120~400°C.

Description

나노렌즈의 제조방법{METHOD FOR FABRICATING NANO-LENS}Manufacturing method of nano lens {METHOD FOR FABRICATING NANO-LENS}

본 발명은 나노렌즈의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 홀로그램 리소그래피를 이용하여 나노렌즈를 제작하고, 제작된 나노렌즈를 발광소자 상에 집적하여 형성함으로써, 저 비용으로 나노크기의 렌즈 어레이 제작이 가능하며, 발광소자에 집적 시 광추출 효율을 극대화시킬 수 있도록 한 나노렌즈의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a nanolens, and more particularly, to fabricate a nanolens by using holographic lithography, and to fabricate a nanoscale lens array at low cost by integrating the formed nanolens on a light emitting device. This is possible and relates to a method for manufacturing a nanolens to maximize light extraction efficiency when integrated in a light emitting device.

일반적으로, 발광 다이오드(LED)는 두 개의 상반된 도핑층 사이에 활성층을 포함하는 반도체 소자로, 두 개의 도핑층 사이에 바이어스를 인가하면 정공과 전자가 활성층으로 주입되어 재결합하여 광을 발생하며, 발생한 광은 소자의 모든 노출면으로 방출된다.In general, a light emitting diode (LED) is a semiconductor device including an active layer between two opposing doping layers. When a bias is applied between two doping layers, holes and electrons are injected into the active layer to recombine to generate light. Light is emitted to all exposed surfaces of the device.

이러한 발광 다이오드를 구성하는 반도체 재료는 통상적으로 굴절율이 1인 대기나 굴절율이 1.5인 에폭시보다도 굴절율이 높아서 프레넬(Fresnel) 손실과 내부 전반사에 의한 손실이 발생하게 된다.The semiconductor material constituting such a light emitting diode typically has a refractive index higher than that of an atmosphere having a refractive index of 1 or an epoxy having a refractive index of 1.5, resulting in loss of Fresnel loss and total internal reflection.

따라서 이러한 손실을 최소화하여 광 방출을 향상시키는 방법들이 다양하게 시도되고 있다.Therefore, various attempts have been made to improve the light emission by minimizing such losses.

먼저, 발광 다이오드 표면을 무반사 코팅하여 프레넬 손실을 줄이는 방법이 있는데, 이 방법은 프레넬 손실이 내부 전반사 손실에 비해 작기 때문에 그 효과가 그리 크지는 않다.First, there is a method of reducing the Fresnel loss by the anti-reflective coating of the light emitting diode surface, which is not very effective because the Fresnel loss is small compared to the total internal reflection loss.

또한, 기판에 요철 구조물을 형성하여, 상기 요철이 발광 다이오드 표면에 내부 전반사된 광의 경로를 수정한 후, 탈출 콘(Escape Cone) 내로 진입하도록 유도하여 광 방출을 높이는 방법이 있으며, 발광 다이오드 표면을 화학약품으로 처리하여 표면을 인위적으로 거칠게 만듦으로써 산란에 의해 내부전반사를 억제하는 방법 또는 발광 다이오드 표면에 광결정(Photonic Crystal) 패턴을 형성하는 방법 등이 있다.In addition, there is a method of forming a concave-convex structure on the substrate, modifying the path of the light totally internally reflected on the surface of the light emitting diode, and then inducing the light into the escape cone to increase light emission. There is a method of inhibiting total internal reflection by scattering by artificially roughening the surface by chemical treatment, or forming a photonic crystal pattern on the surface of the light emitting diode.

한편, 발광 다이오드 표면에 마이크로렌즈 어레이를 집적하여 광 방출을 향상시키는 방법도 보고된 바 있는데, 이 방법은 포토리소그래피(Photolithography) 공정을 이용하여 직경이 수 내지 수십 마이크로미터인 원형 패턴을 형성한 후, 리플로우(Reflow)시켜 렌즈 형상을 만드는 것으로서, 탈출 콘(Escape cone)의 각을 크게 하여 광 추출 효율을 향상시키는 방식이다{참고문헌; Effect of GaN microlens array on efficiency of GaN-based blue-LED, JJAP., Vol. 44, No. 1, 2005}.Meanwhile, a method of improving light emission by integrating a microlens array on the surface of a light emitting diode has been reported. This method uses a photolithography process to form a circular pattern having a diameter of several to several tens of micrometers. In order to form a lens shape by reflowing, the angle of the escape cone is increased to improve the light extraction efficiency {Reference; Effect of GaN microlens array on efficiency of GaN-based blue-LED, JJAP., Vol. 44, No. 1, 2005}.

하지만, 상기 종래의 방식은 포토리소그래피 공정으로 형성되는 렌즈의 선폭이 마이크로미터 단위이므로, 렌즈간 간격을 줄이기가 어려우며 나노크기의 렌즈를 제조하는 것이 어렵기 때문에 광추출 효율 향상에 제약이 따르게 된다.However, in the conventional method, since the line width of the lens formed by the photolithography process is in the micrometer unit, it is difficult to reduce the distance between the lenses, and it is difficult to manufacture a nano-sized lens, which leads to limitations in improving the light extraction efficiency.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 나노크기의 렌즈를 제작하고, 제작된 나노렌즈를 발광소자 상에 집적하여 제조함으써, 저 비용으로 나노크기의 렌즈 어레이 제작이 가능하며, 발광소자에 집적 시 광추출 효율을 극대화시킬 수 있도록 한 나노렌즈의 제조방법을 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, an object of the present invention is to produce a nano-sized lens, and by manufacturing the integrated nano-lenses on the light emitting device, a nano-sized lens array at a low cost It is possible to manufacture, and to provide a method of manufacturing a nano-lens to maximize the light extraction efficiency when integrated in a light emitting device.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 측면은, 기판 상에 홀로그램 리소그라피를 이용하여 감광막 패턴을 형성하는 단계; 상기 감광막 패턴을 특정 온도로 리플로우시켜 나노크기의 곡률 반경을 갖는 감광막 나노렌즈를 형성하는 단계; 및 상기 기판 자체의 상면에 반도체 나노렌즈가 형성되도록 상기 감광막 나노렌즈를 포함한 기판의 전면을 식각하는 단계를 포함하는 나노렌즈의 제조방법을 제공하는 것이다.In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention, forming a photosensitive film pattern using holographic lithography on a substrate; Reflowing the photoresist pattern to a specific temperature to form a photoresist nanolens having a nanoscale radius of curvature; And etching the entire surface of the substrate including the photoresist nanolens so that a semiconductor nanolens is formed on an upper surface of the substrate itself.

이때, '나노 렌즈'라 함은 통상적인 포토 리소그라피 공정으로 제조하기 어려운 정도의 크기를 갖는 것을 의미하는데, 통상적인 포토 리소그라피 공정으로는 5㎛ 미만의 직경으로 마이크로 렌즈를 제작하는 것이 용이하지 않다. 따라서, 나노렌즈의 개략적인 크기는 5㎛ 미만의 직경으로 제작되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1㎛ 미만의 직경으로 제작가능하다.In this case, the term 'nano lens' means having a size that is difficult to be manufactured by a conventional photolithography process. In the conventional photolithography process, it is not easy to manufacture a micro lens with a diameter of less than 5 μm. Therefore, the approximate size of the nanolenses is preferably manufactured with a diameter of less than 5 μm, more preferably less than 1 μm in diameter.

한편, '나노크기'라 함은 통상적으로 1nm 내지 1000nm 즉, 1㎛ 보다 작으며 1nm보다는 큰 크기를 의미하는데, 본 발명에서의 '나노크기'의 범위는 약 200nm 내지 1000nm범위로 하는 것이 바람직하다.Meanwhile, the term 'nano size' generally means a size of 1 nm to 1000 nm, that is, smaller than 1 μm and larger than 1 nm. The range of “nano size” in the present invention is preferably about 200 nm to 1000 nm. .

여기서, 상기 감광막 나노렌즈의 곡률 반경은 상기 리플로우에 대한 가열 온도 또는 시간을 이용하여 조절하는 것이 바람직하다.Here, the radius of curvature of the photosensitive film nanolens is preferably adjusted by using a heating temperature or time for the reflow.

바람직하게는, 상기 특정 온도는 120℃ 내지 400℃ 범위로 할 수 있다.Preferably, the specific temperature may be in the range of 120 ° C to 400 ° C.

바람직하게는, 상기 반도체 나노렌즈는 플라즈마 건식 식각법을 이용하여 형성할 수 있다.Preferably, the semiconductor nanolens may be formed using a plasma dry etching method.

본 발명의 제2 측면은, 기판 상에 나노크기의 감광막 광결정 패턴을 형성하는 단계; 상기 기판 자체의 상면에 나노크기의 반도체 광결정 패턴이 형성되도록 상기 감광막 광결정 패턴을 포함한 기판의 전면을 식각하는 단계; 및 상기 나노크기의 반도체 광결정 패턴을 식각하여 반도체 나노렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 나노렌즈의 제조방법을 제공하는 것이다.According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of forming a nanoscale photoresist photonic crystal pattern on a substrate; Etching the entire surface of the substrate including the photoresist photonic crystal pattern such that a nano-sized semiconductor photonic crystal pattern is formed on an upper surface of the substrate itself; And etching the nano-sized semiconductor photonic crystal pattern to form a semiconductor nanolens.

여기서, 상기 반도체 광결정 패턴은 플라즈마 건식 식각법을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다.Here, the semiconductor photonic crystal pattern is preferably formed using a plasma dry etching method.

바람직하게는, 상기 반도체 나노렌즈는 습식 식각법을 이용하여 형성할 수 있다.Preferably, the semiconductor nanolens may be formed using a wet etching method.

바람직하게는, 상기 반도체 나노렌즈의 곡률 반경은 습식 식각법을 이용할 경우, 식각 시간 또는 농도비를 이용하여 조절할 수 있다.Preferably, the radius of curvature of the semiconductor nanolens may be adjusted using an etching time or a concentration ratio when using a wet etching method.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 나노렌즈의 제조방법에 따르면, 제조방법이 매우 간단하고, 저 비용으로도 나노크기를 갖는 렌즈 또는 렌즈 어레이의 제작이 가능하며, 발광소자에 집적할 경우 광 추출 효율을 극대화할 수 있는 이점이 있다.According to the manufacturing method of the nano-lenses of the present invention as described above, the manufacturing method is very simple, it is possible to manufacture a lens or lens array having a nano-sized at a low cost, the light extraction efficiency when integrated in the light emitting device There is an advantage to maximize.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다. 한편, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭하며, 중복되는 요소에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention illustrated below may be modified in many different forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. In the drawings, the same reference numerals refer to the same elements, and descriptions of overlapping elements will be omitted.

(제1 실시예)(First embodiment)

도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 제1 실시예에 따른 나노렌즈의 제조방법을 설 명하기 위한 단면도이다.1A to 1F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a nanolens according to a first embodiment of the present invention.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 미리 준비한 기판(100)의 상면에 감광막(Photoresist)(110)을 도포한 후, 예컨대, 광결정 패턴 무늬를 갖는 광을 이용하여 기판(100)의 상부에 도포된 감광막(110)을 노광시킨다.1A and 1B, after a photoresist 110 is applied to an upper surface of a substrate 100 prepared in advance, for example, the photoresist 110 is coated on the substrate 100 using light having a photonic crystal pattern. The photosensitive film 110 is exposed.

즉, 상기 광결정 패턴 무늬를 갖는 광을 기판(100)의 상면에 도포된 감광막(110)의 상부에 1차 노광시키면, 1차원 감광막 광결정 패턴을 형성할 수 있으며, 이후에 기판(100)을 특정 각도로 회전하여 2차 노광시키면, 2차원 감광막 광결정 패턴(120)을 형성할 수 있다.That is, when the light having the photonic crystal pattern is first exposed on the photoresist film 110 coated on the upper surface of the substrate 100, the one-dimensional photoresist photonic crystal pattern may be formed, and then the substrate 100 may be identified. When the secondary exposure is rotated at an angle, the two-dimensional photosensitive film photonic crystal pattern 120 may be formed.

여기서, 기판(100)은 예컨대, 반도체 기판(예컨대, GaAs기판 또는 InP기판 등)으로 하는 것이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 반도체 기판이 아니더라도 기판(100)의 상면에 감광막(110)을 도포할 수 있다면 어느 것이든 이용 가능한 것으로 한다.Here, the substrate 100 may be, for example, a semiconductor substrate (for example, a GaAs substrate or an InP substrate), but is not limited thereto. The photoresist film 110 may be coated on the upper surface of the substrate 100 even if the substrate 100 is not a semiconductor substrate. Either one is available if it is possible.

그리고, 상기 광결정 패턴 무늬를 갖는 광은 예컨대, 레이저 홀로그램을 이용하여 만들 수 있는데, 이에 한정되지는 않으며, 나노 임프린트 기술, E-beam 리소그라피 등의 방식을 사용하는 것도 가능하다. 하지만, 홀로그램 리소그라피를 이용하는 경우 비용 면에서 저렴하고 공정도 단순하기 때문에 상용화에 바람직하다.In addition, the light having the photonic crystal pattern may be produced using, for example, a laser hologram, but is not limited thereto. It is also possible to use a method such as nanoimprint technology or E-beam lithography. However, holographic lithography is preferred for commercialization because it is inexpensive in terms of cost and simple in process.

이러한 레이저 홀로그램은 경로 차를 갖는 둘 이상의 레이저 광이 만나서 주기적인 간섭무늬를 형성하는 현상을 말한다.The laser hologram refers to a phenomenon in which two or more laser lights having path differences meet to form a periodic interference fringe.

이때, 상기 간섭 패턴의 주기는 예컨대, 광원의 파장, 격자 오더(Grating Order) 또는 입사광의 각도 등에 따라 결정된다.In this case, the period of the interference pattern is determined according to, for example, the wavelength of the light source, the grating order or the angle of incident light.

한편, 기판(100)을 회전하는 특정 각도는 0°에서 90°까지 적절하게 조절할 수 있는데, 이러한 각도의 변화에 따라 다양한 형태의 2차원 감광막 광결정 패턴(120)을 형성할 수 있다.Meanwhile, the specific angle of rotating the substrate 100 may be appropriately adjusted from 0 ° to 90 °. According to the change of the angle, the two-dimensional photoresist photonic crystal pattern 120 may be formed in various forms.

도 1c 및 도 1d를 참조하면, 특정 영역을 갖는 포토마스크(130)를 이용하여 2차원 광결정 패턴(120)을 마스킹하고 노광함으로써, 기판(100) 상면의 원하는 부위에 최종적인 감광막 광결정 패턴(140)을 형성할 수 있다.1C and 1D, by masking and exposing the two-dimensional photonic crystal pattern 120 using the photomask 130 having a specific region, the final photoresist photonic crystal pattern 140 is formed on a desired portion of the upper surface of the substrate 100. ) Can be formed.

즉, 기판(100)의 일측 상부에 포토마스크(130)를 배치시킨 후, 예컨대, 자외선(UV) 등을 이용하여 노광시킨다. 그런 다음, 예컨대, 현상액(Developer) 등을 이용하여 현상하면, 나노크기의 감광막 광결정 패턴(140)을 원하는 부위에 형성할 수 있다.That is, the photomask 130 is disposed on one side of the substrate 100 and then exposed using, for example, ultraviolet (UV) light. Then, for example, by using a developer or the like, the nano-sized photoresist photonic crystal pattern 140 may be formed at a desired site.

도 1e를 참조하면, 기판(100)의 상면에 형성된 감광막 광결정 패턴(140)을 특정 온도로 가열하여 리플로우(Reflow)시키면, 나노크기의 곡률 반경을 갖는 감광막 나노렌즈(150)를 형성할 수 있다.Referring to FIG. 1E, when the photoresist photonic crystal pattern 140 formed on the upper surface of the substrate 100 is reflowed by heating to a specific temperature, the photoresist nanolens 150 having a nano-sized curvature radius may be formed. have.

이때, 감광막 광결정 패턴(140)은 유리 천이온도(Glass Transition Temperature) 이상의 온도(예컨대, 약 120℃ 내지 400℃ 정도)의 온도로 가열하여 리플로우 시키는데, 이러한 과정을 통하여 기판(100)의 상면에 나노크기의 곡률 반경을 갖는 감광막 나노렌즈(150)를 형성할 수 있다.In this case, the photoresist photonic crystal pattern 140 is heated to a temperature of a glass transition temperature (Glass Transition Temperature) or more (for example, about 120 ° C. to 400 ° C.) and reflowed. A photoresist nanolens 150 having a nano-sized radius of curvature may be formed.

한편, 감광막 광결정 패턴(140)에 대한 리플로우 시 가열온도 또는 시간을 적절히 조절함으로써 감광막 나노렌즈(150)의 곡률 반경을 용이하게 조절할 수 있다.Meanwhile, the radius of curvature of the photoresist nanolens 150 may be easily adjusted by appropriately adjusting the heating temperature or time during reflow of the photoresist photonic crystal pattern 140.

도 1f를 참조하면, 감광막 나노렌즈(150)를 포함한 기판(100)의 전면을 식각함으로써 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 나노렌즈(160)를 형성할 수 있다.Referring to FIG. 1F, the semiconductor nanolens 160 according to the first exemplary embodiment of the present invention may be formed by etching the entire surface of the substrate 100 including the photoresist nanolens 150.

즉, 감광막 나노렌즈(150)를 포함한 기판(100)의 전면을 식각함으로써 감광막 나노렌즈(150)가 그 형태를 유지한 상태에서 식각되어, 기판(100)자체의 상면에 소정의 곡률 반경을 갖는 반도체 나노렌즈(160)를 형성할 수 있다.That is, by etching the entire surface of the substrate 100 including the photoresist nanolens 150, the photoresist nanolens 150 is etched while maintaining its shape, and has a predetermined radius of curvature on the upper surface of the substrate 100 itself. The semiconductor nanolens 160 may be formed.

물론, 반도체 나노렌즈(160)는 단일 구성의 렌즈로만 국한하지 않으며, 렌즈 어레이의 형태로써 제작하는 것도 가능하다.Of course, the semiconductor nanolens 160 is not limited to a single lens but may be manufactured in the form of a lens array.

이때, 기판(100)을 식각하는 방법으로는 예컨대, 플라즈마 건식 식각법(Plasma Dry Etching)을 이용하는 것이 바람직한데, 상기 플라즈마 건식 식각법은 상기 기판(100)을 예컨대, GaAs기판으로 할 경우, Cl2를 10sccm 내지 30sccm으로 하며, 상기 기판을 예컨대, InP기판으로 할 경우, BCl3/Cl2를 10sccm 내지 30sccm으로 하여, 두 경우 모두 1mT 내지 15mT 범위의 압력 및 200V 내지 400V 범위의 구동전압에 의한 반응성 이온 식각(RIE)을 통하여 식각할 수 있으며, 반도체 나노렌즈(160)의 곡률 반경은 식각에 사용한 가스의 양, 압력 또는 구동전압 등의 조건을 통하여 조절할 수 있다.In this case, as a method of etching the substrate 100, for example, plasma dry etching may be used. In the case of the plasma dry etching, the substrate 100 may be, for example, a GaAs substrate. Is 10 sccm to 30 sccm, and when the substrate is, for example, an InP substrate, BCl3 / Cl2 is set to 10 sccm to 30 sccm, and in both cases, reactive ion etching is performed by a pressure ranging from 1 mT to 15 mT and a driving voltage ranging from 200 V to 400 V. It may be etched through the RIE, and the radius of curvature of the semiconductor nanolens 160 may be adjusted through conditions such as the amount of gas, pressure, or driving voltage used for etching.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 감광막 나노렌즈의 주사선전자현미경 사진을 나타낸 도면으로써, 광결정 패턴무늬를 갖는 광을 약 40mW로 약 60초간 노광하여 형성된 감광막 광결정 패턴(140)(도 2a 참조)을, 다시 약 180℃의 온도로 약 40초간 리플로우 시킴으로써 형성된 감광막 나노렌즈(150)(도 2b 참조) 에 대한 주사선전자현미경사진(SEM; Scanning Electron Microscope)을 도시하고 있는데, 리플로우 공정을 통하여 매끄러운 표면을 갖는 감광막 나노렌즈(150)가 형성됨을 나타낸다.2A and 2B illustrate scanning line electron micrographs of the photoresist nanolens according to the first embodiment of the present invention, wherein the photoresist photonic crystal pattern 140 is formed by exposing light having a photonic crystal pattern pattern at about 40 mW for about 60 seconds. FIG. 2A shows a scanning electron microscope (SEM) of the photoresist nanolens 150 (see FIG. 2B) formed by reflowing again for about 40 seconds at a temperature of about 180 ° C. The photoresist nanolens 150 having a smooth surface is formed through the reflow process.

이때, 감광막 광결정 패턴(140)의 간격(주기)은 약 2.3㎛이고, 사이즈(지름)는 약 600nm이며, 높이는 약 250nm이다.At this time, the interval (period) of the photosensitive film photonic crystal pattern 140 is about 2.3 mu m, the size (diameter) is about 600 nm, and the height is about 250 nm.

(제2 실시예)(2nd Example)

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 나노렌즈의 제조방법을 설명하기 위한 단면도로써, 본 발명의 제2 실시예에서는, 전술한 기판(100)상에 형성된 감광막 광결정 패턴(140)을 이용하여 반도체 나노렌즈(160)를 형성하는 다른 방법에 대해서 주된 설명을 하고, 기판(100)의 상면에 감광막 광결정 패턴(140)을 형성하는 방법에 대해서는 전술한 제1 실시예와 동일하기 때문에, 이에 대한 자세한 설명을 본 발명의 제1 실시예를 참조하기로 한다.3A and 3B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a nanolens according to a second embodiment of the present invention. In the second embodiment of the present invention, the photoresist photonic crystal pattern 140 formed on the substrate 100 is described. The method of forming the photoresist photonic crystal pattern 140 on the upper surface of the substrate 100 will be described. Therefore, a detailed description thereof will be referred to the first embodiment of the present invention.

도 3a를 참조하면, 전술한 감광막 광결정 패턴(140, 도 1d 참조)을 포함한 기판(100)의 전면을 식각함으로써, 기판(100)자체의 상면에 나노크기를 갖는 반도체 광결정 패턴(170)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 3A, the entire surface of the substrate 100 including the photoresist photonic crystal pattern 140 (see FIG. 1D) is etched to form a semiconductor photonic crystal pattern 170 having a nano size on an upper surface of the substrate 100 itself. can do.

즉, 감광막 광결정 패턴(140)을 포함한 기판(100)의 전면을 식각하면, 감광막 광결정 패턴(140)이 그 형태를 유지한 상태에서 식각되어 기판(100)자체의 상면에 감광막 광결정 패턴(140)과 동일한 형태의 반도체 광결정 패턴(170)을 형성할 수 있다.That is, when the entire surface of the substrate 100 including the photoresist photonic crystal pattern 140 is etched, the photoresist photonic crystal pattern 140 is etched while maintaining the shape thereof, and thus the photoresist photonic crystal pattern 140 is formed on the upper surface of the substrate 100 itself. A semiconductor photonic crystal pattern 170 having the same shape as that of FIG.

이때, 기판(100)을 식각하는 방법으로는 예컨대, 플라즈마 건식 식각법을 이용하는 것이 바람직한데, 플라즈마 건식 식각법을 이용할 경우, 반도체 광결정 패턴(170)의 모양 또는 두께는 식각에 사용한 가스의 양, 압력 또는 구동전압 등의 조건을 통하여 조절할 수 있다.In this case, as a method of etching the substrate 100, for example, a plasma dry etching method may be used. In the case of using the plasma dry etching method, the shape or thickness of the semiconductor photonic crystal pattern 170 may include the amount of gas used for etching, It can be adjusted through conditions such as pressure or driving voltage.

도 3b를 참조하면, 반도체 광결정 패턴(170)을 식각함으로써 본 발명의 제2 실시예에 따른 곡률 반경을 갖는 반도체 나노렌즈(160)를 형성할 수 있다.Referring to FIG. 3B, the semiconductor photonic crystal pattern 170 may be etched to form the semiconductor nanolens 160 having the radius of curvature according to the second embodiment of the present invention.

물론, 반도체 나노렌즈(160)는 단일 구성의 렌즈 형태에 국한하지 않으며, 렌즈 어레이의 형태로써 제작하는 것도 가능하다.Of course, the semiconductor nanolens 160 is not limited to the lens configuration of a single configuration, it is also possible to manufacture in the form of a lens array.

이때, 반도체 광결정 패턴(170)을 식각하는 방법으로는 예컨대, 습식 식각법(Wet Etching)을 이용하는 것이 바람직한데, 상기 습식 식각법은 기판(100)을 예컨대, InP기판으로 할 경우, HBr, H3PO4 및 K2Cr2O7을 이용하여 각각을 동일한 비율로 하여 식각할 수 있으며, 이러한 습식 식각법을 이용할 경우, 플라즈마 건식 식각법과는 달리 전방향성 식각이 이루어지기 때문에 용액의 농도비 또는 식각 시간 등을 조절함으로써 렌즈의 모양 또는 곡률 반경을 조절할 수 있다{참고문헌; International conference on IPRM 2003, pp. 175-177}.In this case, as a method of etching the semiconductor photonic crystal pattern 170, for example, wet etching is preferably used. In the wet etching method, when the substrate 100 is an InP substrate, for example, HBr and H3PO4 are used. And K2Cr2O7, each of which can be etched in the same ratio, and in the case of using the wet etching method, unlike the plasma dry etching method, since the omnidirectional etching is performed, the shape of the lens is controlled by adjusting the concentration ratio or etching time of the solution. Or the radius of curvature can be adjusted {Reference; International conference on IPRM 2003, pp. 175-177}.

(제3 실시예)(Third Embodiment)

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 나노렌즈를 포함한 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.4A and 4B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a light emitting device including a nanolens according to a third embodiment of the present invention.

도 4a를 참조하면, 발광소자는 일반적인 발광소자의 구조로써, 예컨대, n형 도핑층(200), 활성층(210) 및 p형 도핑층(220)을 순차적으로 적층한 후, p형 도핑층(220)의 발광부를 제외한 상면에 p형 상부전극(230)을 적층하고, n형 도핑층(200)의 하면에 n형 하부전극(240)을 적층함으로써 형성할 수 있으며, 이에 국한하지는 않는다.Referring to FIG. 4A, the light emitting device has a structure of a general light emitting device. For example, the n-type doped layer 200, the active layer 210, and the p-type doped layer 220 are sequentially stacked, and then the p-type doped layer ( The p-type upper electrode 230 may be stacked on the upper surface of the n-type doped layer 200 and the n-type lower electrode 240 may be stacked on the lower surface of the n-type doping layer 200, but is not limited thereto.

도 4b를 참조하면, p형 도핑층(220)의 발광부 상면에 전술한 본 발명의 제1 또는 제2 실시예에 따라 형성된 반도체 나노렌즈(160)를 집적함으로써, 본 발명의 제3 실시예에 따른 나노렌즈를 포함한 발광소자의 제조방법을 완성할 수 있다.Referring to FIG. 4B, the semiconductor nanolens 160 formed according to the first or second embodiment of the present invention is integrated on the upper surface of the light emitting part of the p-type doping layer 220, thereby providing a third embodiment of the present invention. According to the present invention, a method of manufacturing a light emitting device including a nanolens can be completed.

이때, 반도체 나노렌즈(160)의 형성 방법에 대한 상세한 설명은 본 발명의 제1 또는 제2 실시예와 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.In this case, since the detailed description of the method of forming the semiconductor nanolens 160 is the same as that of the first or second embodiment of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

(제4 실시예)(Example 4)

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 나노렌즈를 포함한 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.5A and 5B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a light emitting device including a nanolens according to a fourth embodiment of the present invention.

도 5a를 참조하면, 발광소자는 일반적인 발광소자의 구조로써, 예컨대, n형 도핑층(300), 활성층(310) 및 p형 도핑층(320)을 순차적으로 적층한 후, p형 도핑층(320)의 상부에 투명전극(330) 및 접촉패드(340)를 순차적으로 적층하고, n형 도핑층(300)의 하면에 n형 하부전극(350)을 적층함으로써 형성할 수 있으며, 이에 국한하지는 않는다.Referring to FIG. 5A, the light emitting device has a structure of a general light emitting device. For example, the n-type doped layer 300, the active layer 310, and the p-type doped layer 320 are sequentially stacked, and then the p-type doped layer ( The transparent electrode 330 and the contact pad 340 may be sequentially stacked on the upper portion of the 320, and the n-type lower electrode 350 may be stacked on the lower surface of the n-type doping layer 300, but is not limited thereto. Do not.

도 5b를 참조하면, p형 도핑층(320)의 상면에 전술한 본 발명의 제1 또는 제2 실시예에 따라 형성된 반도체 나노렌즈(160)를 형성함으로써, 본 발명의 제4 실 시예에 따른 나노렌즈를 포함한 발광소자의 제조방법을 완성할 수 있다.Referring to FIG. 5B, the semiconductor nanolens 160 formed according to the first or second embodiment of the present invention is formed on the upper surface of the p-type doping layer 320, thereby according to the fourth embodiment of the present invention. A method of manufacturing a light emitting device including nanolenses can be completed.

이때, 반도체 나노렌즈(160)의 형성 방법에 대한 상세한 설명은 본 발명의 제1 또는 제2 실시예와 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.In this case, since the detailed description of the method of forming the semiconductor nanolens 160 is the same as that of the first or second embodiment of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

한편, 투명전극(330)은 반도체 나노렌즈(160)의 상부에 증착되기 때문에, 그 형태는 반도체 나노렌즈(160)의 형태와 동일하게 형성된다.On the other hand, since the transparent electrode 330 is deposited on the semiconductor nanolens 160, the shape is formed in the same manner as the semiconductor nanolens 160.

즉, 반도체 나노렌즈(160)의 곡률 반경과 대응되는 면이 동일한 곡률 반경을 갖는 형태가 되도록 하여, 투명전극(330)이 반도체 나노렌즈(160)의 상부에 적층되도록 하며, 반도체 나노렌즈(160)의 형태가 렌즈 어레이의 형태일 경우에도 동일한 형태로 하여 투명전극(330)이 적층될 수 있도록 한다.That is, the surface corresponding to the radius of curvature of the semiconductor nanolens 160 is formed to have the same radius of curvature, so that the transparent electrode 330 is stacked on the semiconductor nanolens 160, the semiconductor nanolens 160 In the case of the shape of the lens array), the transparent electrode 330 may be stacked in the same shape.

전술한 본 발명에 따른 나노렌즈의 제조방법에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.Although a preferred embodiment of a method for manufacturing a nanolens according to the present invention has been described above, the present invention is not limited thereto, and is variously modified within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. It is possible and this also belongs to the present invention.

도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 제1 실시예에 따른 나노렌즈의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.1A to 1F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a nanolens according to a first embodiment of the present invention.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 감광막 나노렌즈의 주사선전자현미경 사진을 나타낸 도면이다.2A and 2B are scanning electron micrographs of the photoresist nanolens according to the first embodiment of the present invention.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 나노렌즈의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.3A and 3B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a nanolens according to a second embodiment of the present invention.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 나노렌즈를 포함한 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.4A and 4B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a light emitting device including a nanolens according to a third embodiment of the present invention.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 나노렌즈를 포함한 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.5A and 5B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a light emitting device including a nanolens according to a fourth embodiment of the present invention.

Claims (8)

기판 상에 홀로그램 리소그라피를 이용하여 감광막 패턴을 형성하는 단계;Forming a photoresist pattern on the substrate using holographic lithography; 상기 감광막 패턴을 리플로우시켜 나노크기의 곡률 반경을 갖는 감광막 나노렌즈를 형성하는 단계; 및Reflowing the photoresist pattern to form a photoresist nanolens having a nanoscale radius of curvature; And 상기 기판 자체의 상면에 반도체 나노렌즈가 형성되도록 상기 감광막 나노렌즈를 포함한 기판의 전면을 식각하는 단계를 포함하는 나노렌즈의 제조방법.And etching the entire surface of the substrate including the photoresist nanolens so that a semiconductor nanolens is formed on an upper surface of the substrate itself. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 감광막 나노렌즈의 곡률 반경은 상기 리플로우에 대한 가열 온도 또는 시간을 이용하여 조절하는 것을 특징으로 하는 나노렌즈의 제조방법.The radius of curvature of the photosensitive film nanolens is controlled by using a heating temperature or time for the reflow. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 리플로우 온도는 120℃ 내지 400℃ 범위인 것을 특징으로 하는 나노렌즈의 제조방법.The reflow temperature is a manufacturing method of the nanolens, characterized in that the range of 120 ℃ to 400 ℃. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 반도체 나노렌즈는 플라즈마 건식 식각법을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 나노렌즈의 제조방법.The semiconductor nanolens is a method of manufacturing a nanolens, characterized in that formed using a plasma dry etching method. 기판 상에 홀로그램 리소그라피를 이용하여 감광막 패턴을 형성하는 단계;Forming a photoresist pattern on the substrate using holographic lithography; 상기 기판 자체의 상면에 나노크기의 반도체 패턴이 형성되도록 상기 감광막 패턴을 포함한 기판의 전면을 식각하는 단계; 및Etching the entire surface of the substrate including the photoresist pattern so that a nano-sized semiconductor pattern is formed on an upper surface of the substrate itself; And 상기 반도체 패턴을 식각하여 나노크기의 반도체 나노렌즈를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 나노렌즈의 제조방법.Etching the semiconductor pattern to form nanoscale semiconductor nanolens. 제5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 반도체 패턴은 플라즈마 건식 식각법을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 나노렌즈의 제조방법.The semiconductor pattern is a manufacturing method of the nanolens, characterized in that formed using a plasma dry etching method. 제5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 반도체 나노렌즈는 습식 식각법을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 나노렌즈의 제조방법.The semiconductor nanolens is a method of manufacturing a nanolens, characterized in that formed by using a wet etching method. 제5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 반도체 나노렌즈의 곡률 반경은 습식 식각법을 이용할 경우, 식각 시간 또는 농도비를 이용하여 조절하는 것을 특징으로 하는 나노렌즈의 제조방법.The radius of curvature of the semiconductor nanolens is a method of manufacturing a nanolens, characterized in that by using a wet etching method, using an etching time or concentration ratio.
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