KR20120027966A - 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20120027966A
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홍창희
김형구
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전북대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 발광소자의 구조 및 제조방법에 관한 것으로서, 패턴이 형성된 기판에 다수의 에어바로 이루어진 에어바 배열면을 갖는 반도체층을 형성하여 광추출 효율이 향상되는 발광소자와 그 제조방법을 제공한다.

Description

발광소자 및 그 제조방법{Light emitting device and fabrication method thereof}
본 발명은 발광소자의 구조 및 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광추출 효율을 향상시키기 위하여, 패턴이 형성된 기판에 다수의 에어바로 이루어진 에어바 배열면을 갖는 반도체층이 형성되어 광추출 효율이 향상된 발광소자와 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 발광 다이오드(light emitting diode ; LED)와 같은 발광소자의 용도가 일반조명영역으로 확대됨에 따라, 발광다이오드의 광추출 효율을 향상시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
발광소자에는 기판과 소자 표면 사이에 광 도파로(light waveguide)와 같은 구조가 형성된다. 이로 인해, 활성층에서 생성된 광이 소자 표면, 기판 경계면, 혹은 기판 뒷면 경계면에서 내부 전반사됨에 따라, 상당한 광량이 외부로 방출되지 못하고 내부에서 소실됨으로써 광추출효율이 낮아지게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 종래에는, p형층 또는 n형층 표면에 표면 거칠기를 주는 방법(ex; surface roughenning) 또는 기판 자체에 반사 또는 산란 센터를 형성(Patterned Sapphire Substrate)하여 전반사 되는 빛의 경로를 굴절시키는 방법이 제시되어 왔다.
그러나, 종래의 방법은 반도체층의 표면이나 기판의 표면에만 반사 또는 산란 센터가 형성되어 광추출효율의 향상이 제한되는 문제점이 있었다.
본 발명은 위와 같은 종래의 발광소자 및 그 제조방법이 갖는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 반도체층의 내부 전반사를 감소시켜 발광소자의 광추출효율이 증대되는 발광소자 및 그 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 발광소자는 기판; 상기 기판에 형성된 패턴; 상기 기판 상에 형성된 반도체층; 상기 반도체층 내에 형성된 다수의 에어바로 이루어진 에어바 배열면을 포함하는 한다.
또한, 상기 에어바 배열면을 갖는 반도체 층상에 형성된 다수의 반도체층; 상기 반도체층의 일부 또는 전부의 층내에 형성된 다수의 에어바로 이루어진 에어바 배열면을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 에어바 배열면을 갖는 반도체 층상에 형성된 다수의 반도체층; 상기 다수의 반도체층 각각의 내부에 형성된 다수의 에어바로 이루어진 다수의 에어바 배열면을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 다수의 반도체층 중 하나의 층내에서 횡방향의 다수의 에어바와 종방향의 다수의 에어바가 격자의 배열면을 이룰 수 있다.
또한, 상기 다수의 반도체층 각각의 내부에 형성된 다수의 에어바 배열면이 서로 엇갈리게 설치되어 기판상부면에서 보아 다수의 에어바 배열면이 격자를 형성할 수 있다.
또한, 상기 에어바 격자가 상기 기판의 패턴을 둘러싸고 있을 수 있다.
본 발명에 따른 발광소자의 제조방법은 패턴을 갖는 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 패터닝용 박막층을 형성하는 단계; 상기 패터닝용 박막층에 식각유도용 패턴과, 이에 연결된 에어바용 패턴을 형성하는 단계; 상기 패턴 상에 반도체층을 형성하는 단계; 상기 노출된 식각유도용 패턴을 식각용액으로 습식식각하는 단계; 상기 식각 유도용 패턴과 연결된 에어바용 패턴을 식각하는 단계;를 포함하는, 다수의 에어바로 이루어진 에어바 배열면을 갖는 반도체층을 구비한다.
또한, 상기 패턴 상에 반도체를 형성하는 단계에서 상기 반도체층의 두께는 식각유도용 패턴보다 더 두껍게 형성되며 상기 패턴 상에 반도체층을 형성하는 단계 이후에 상기 반도체층을 식각하여 식각유도용 패턴의 상부를 노출시키는 단계를 더 포함하는, 다수의 에어바로 이루어진 에어바 배열면을 갖는 반도체층을 구비할 수 있다.
또한, 상기 다수의 에어바를 갖는 반도체층 상에 패터닝용 박막층을 형성하는 단계; 상기 패터닝용 박막층에 식각 유도용 패턴과, 이에 연결된 에어바용 패턴을 형성하는 단계; 상기 패턴 상에 반도체층을 형성하는 단계; 상기 반도체층을 식각하여 식각 유도용 패턴의 상부를 노출시키는 단계; 상기 노출된 식각 유도용 패턴을 습식식각용액으로 습식식각하는 단계; 상기 식각 유도용 패턴과 연결된 에어바용 패턴을 습식식각하는 단계를 더 포함하는, 다수의 에어바로 이루어진 에어바 배열면을 각각 갖는 두 개의 반도체층을 구비할 수 있다.
또한, 상기 다수의 에어바를 갖는 반도체 층상에 패터닝용 박막층을 형성하는 단계; 상기 패터닝용 박막층에 식각 유도용 패턴과, 이에 연결된 에어바용 패턴을 형성하는 단계; 상기 패턴 상에 반도체층을 형성하는 단계; 상기 반도체층을 식각하여 식각 유도용 패턴을 노출시키는 단계; 상기 노출된 식각 유도용 패턴을 습식식각용액으로 습식식각하는 단계; 상기 식각 유도용 패턴과 연결된 에어바용 패턴을 습식식각하는 단계를 반복적으로 더 포함하는, 다수의 에어바로 이루어진 에어바 배열면을 갖는 복수의 반도체층을 구비할 수 있다.
또한, 상기 복수의 에어바 배열면 중 하나의 에어바 배열면의 에어바용 패턴이 엇갈려 설치되어 격자를 형성하며, 기판 상부면에서 보아 상기 격자가 상기 기판의 패턴을 쌀 수 있다.
또한, 상기 다수의 에어바 배열면이 각각의 에어바 배열면에 대하여 서로 엇갈린 각도를 가지고 설치되어 격자를 형성하며, 기판 상부면에서 보아 상기 격자가 상기 기판의 패턴을 감쌀 수 있다.
또한, 상기 패턴을 갖는 기판을 준비하는 단계가, 기판을 식각하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 발광소자 및 그 제조방법은 패턴이 형성된 기판 상에 다수의 에어바를 형성하여, 기판 상에서의 광산란 효과가 증가하여 광추출효율이 증대되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 발광소자의 사시도.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 의한 발광소자의 사시도.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 의한 발광소자의 사시도.
도 4는 본 발명의 제4실시예에 의한 발광소자의 사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 식각유도용 패턴과 에어바용 패턴이 형성된 기판의 사시도.
도 6은 본 발명의 제4실시예에 의한 식각유도용 패턴과 에어바용 패턴이 형성된 기판의 사시도.
도 7은 도 5의 패턴에 의한 발광소자의 사시도.
도 8은 본 발명의 실시예에 의한 전극패턴이 형성된 발광소자의 사시도.
도 9는 본 발명의 제1실시예에 의한 발광소자의 제조방법의 개요도.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 의한 발광소자의 제조방법의 개요도.
이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명한다. 이러한 실시예는 본 발명에 대하여 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범위를 예시하기 위해 제공되는 것이다.
그러므로, 본 발명은 이하에서의 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 특허청구범위가 제시하는 범위 내에서 다양한 형태로 구현될 수 있다.
또한, 도면에서 각 구성 요소의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 축소되었고, 설명과 관계없는 부분은 생략되었다.
먼저 본 발명의 실시예에 의한 발광소자의 구조에 대해 설명한 후, 상기 발광소자의 제조방법에 대해 설명한다.
본 실시예에 의한 발광소자는 LED(light emitting diode)를 예로 들어 설명하나 이에 한정하는 것은 아니다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 각 실시예에 따른 발광소자를 개략적으로 보여주는 사시도이고, 도 8은 전극패턴이 형성된 발광소자를 개략적으로 보여주는 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 발광소자는 기판(10); 상기 기판(10)의 표면에 형성된 패턴(11); 상기 기판(10) 상에 형성된 반도체층(30); 상기 반도체(30) 층 내에 형성된 다수의 에어바(43)로 이루어진 에어바 배열면을 포함하여 구성된다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 발광소자는 전극패드(90, 100) 및 전류확산층(80)을 포함하여 구성될 수 있으나 도 8에 도시된 구조만으로 한정하는 것은 아니다.
상기 기판(10)은 사파이어 기판, 실리콘 카바이드(SiC) 기판, 실리콘(Si) 기판, 아연 산화물(ZnO) 기판, 갈륨 비소화물(GaAs) 기판 및 갈륨 인화물(gallium phophide;GaP) 기판 중의 어느 하나를 사용할 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 사파이어 기판을 사용한다.
상기 패턴(11)은 상기 기판(10)의 표면에 형성되며, 원형 또는 삼각형, 사각형 피라미드와 같은 다양한 요철모양으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 기판 표면에 반구형의 패턴을 형성하였다.
이와 같은 패턴(11)은 기판(10)의 표면에서 빛을 산란시키므로, 발광소자의 광추출 효율이 향상된다.
또한, 상기 패턴(11)은 광추출효율을 향상시키기 위하여 일정한 간격으로 배열되도록 형성하는 것이 바람직하다.
도 1 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 반도체층(30)은 n형층(50)과 활성층(70) 및 p형층(60)을 포함하며, Si 막, GaN 막, AlN 막, InGaN 막, AlGaN 막, AlInGaN 막 및 이들을 포함하는 반도체 박막층 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있다.
여기서, 상기 n형층(50)은 다수 캐리어가 전자인 층으로서, n형 반도체층과 n형 클래드층으로 구성될 수 있다.
상기 반도체층은 한층으로 형성할 수도 있으나, 다층의 반도체층이 적층되어 있는 구조가 될 수도 있다.
이러한 n형 반도체층과 n형 클래드층은 전술한 반도체층에 n형 불순물 예를 들어, Si, Ge, Se, Te, C 등을 주입하여 형성할 수 있다.
그리고, p형층(60)은 다수 캐리어가 정공인 층으로서, p형 반도체층과 p형 클래드층으로 구성될 수 있다.
이러한 p형 반도체층과 p형 클래드층은 전술한 반도체 박막층에 p형 불순물 예를 들어, Mg, Zn, Be, Ca, Sr, Ba 등을 주입하여 형성한다.
활성층(70)은 n형층에서 제공된 전자와 p형층에서 제공된 정공이 재결합되면서 소정 파장의 광을 출력하는 층이다.
이러한 활성층(70)은 우물층(well layer)과 장벽층(barrier layer)을 교대로 적층하여 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물 (multiple quantum well) 구조를 갖는 다층의 반도체층으로 형성할 수 있다.
이때, 활성층(70)을 이루는 반도체 재료에 따라 출력되는 광의 파장이 변화되므로, 목표로 하는 출력 파장에 따라 적절한 반도체 재료를 선택하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 반도체층의 상단에는 전류를 인가하기 위한 전극 패드(90, 100)가 마련된다.
상기 전극 패드는 n형층에 접하는 n형 전극 패드(100) 및 p형층에 접하는 p형 전극 패드(90)를 포함한다.
여기서 n형 전극 패드(100) 및 p형 전극 패드(90) 각각은 Pb, Sn, Au, Ge, Cu, Bi, Cd, Zn, Ag, Ni, Ti 및 이들을 포함하는 합금 중 적어도 어느 하나의 금속으로 이루어진 단일막 또는 다층막으로 형성하는 것이 바람직하다.
그리고, 이러한 전극 패드 중 p형 전극 패드(90)는, 먼저 p형층(60) 상에 전류 확산층(80)을 형성한 다음 그 위에 형성할 수 있다.
상기 전극 패드(90, 100)를 통해 외부 전류를 인가하면 반도체층 내의 활성층(70)이 발광 영역의 기능을 수행한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 에어바 배열면은 다수의 에어바(43)로 이루어져 있으며, 반도체층(30)에 기판(10)과 평행하게 형성된다.
상기 에어바(43)는 상기 반도체층(30) 내부에 중공부가 형성된 부분을 말하며, 상기 중공부를 충전물질로 채운 경우를 포함한다.
이러한 에어바(43)는 상기 반도체층(30)에서 생성된 광 중에서 기판(10) 방향으로 진행하는 광을 산란시킴으로써 광 추출 효과를 향상시킨다.
본 실시예에서는 에어바(43)의 단면이 삼각형 형태인 것을 예로 하였으나, 본 발명에 따르는 에어바(43)는 이에 한정되지 않고, 사각형 및 오각형의 단면을 갖는 등의 다양한 형상을 갖도록 제작될 수 있다.
상기 에어바(43)는 사다리꼴 형태의 에어바(43)로 변형이 가능하며, 반도체층(30) 별로 다층으로 적층하는 경우에 동일한 패턴을 반복적으로 형성할 수 있으나, 동일한 반도체층(30)에 형성된 에어바(43)와 에어바(43) 사이의 공간을 감소시켜 광 추출 효과를 향상시키기 위하여 층간에 서로 다른 패턴을 사용하는 것도 가능하며, 패턴과 패턴이 서로 엇갈리도록 형성하는 것도 가능하다.
또한, 에어바(43)의 크기를 다양하게 변형시키는 것도 가능하며, 상기 에어바(43)의 배열을 변형시키는 것도 가능하다.
예를 들어, 상기 에어바(43)는 다수의 반도체 층 중에서 하나의 반도체 층 내에서 격자를 형성하도록 배열하는 것도 가능하다.
또한, 이와 같은 격자가 기판(10)의 패턴(11)을 둘러싸도록 형성하는 것도 가능하다.
이러한 구조의 발광소자는 기판(10) 상에 패턴이 형성되지 않은 부분에서도 에어바(43)에 의한 광산란 효과가 발생하게 되므로, 기판(10)에 패턴(11)만 형성된 경우에 비하여 광추출 효율이 더욱 향상된다.
또한, 상기 다수의 반도체층(30)의 모두 또는 일부에 형성된 다수의 에어바(43)로 이루어진 에어바 배열면을 더 포함하여 광추출 효율을 더욱 향상시킬 수도 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 의한 발광소자는 다수의 반도체층 내부에 형성된 다수의 에어바(43)를 서로 엇갈리게 형성하여 기판의 상부면에서 볼 때 에어바(43)가 격자를 형성한다.
이때, 상기 에어바(43)가 형성하는 격자가 상기 기판(10) 상의 형성된 각각의 패턴(11)을 둘러싸도록 형성하는 것도 가능하다.
이와 같은 구조의 격자는 기판(10) 상에 다수의 반도체층(30)을 형성하며 반복적으로 형성가능하므로, 광산란 효과를 더욱 증대시킬 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 의한 발광소자는 기판(10) 상에 반도체층(30)을 형성한 후, 그 위에 에어바(43)를 형성한다.
반도체층(30)을 형성한 후 에어바(43)를 형성하는 것을 제외하고는 제1실시예와 같다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4실시예에 의한 발광소자는 하나의 반도체층(30) 내부에 횡방향의 다수의 에어바와 종방향의 다수의 에어바가 격자의 배열면을 형성한다.
이때, 상기 에어바(46)가 형성하는 격자가 상기 기판(10) 상의 형성된 각각의 패턴(11)을 둘러싸도록 형성하는 것도 가능하다.
이와 같이 에어바(46)가 격자의 배열면을 형성하는 발광소자는 도 6에 도시된 바와 같은 격자의 에어바용 패턴(23)을 기판(10) 상에 형성하고, 이 패턴(23) 상에 반도체층(30)을 형성함으로서 제작 가능하다.
제4실시예는 에어바(46)가 격자의 배열면을 형성하는 것을 제외하고는 제1실시예와 같다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 제1실시예에 따른 발광소자의 제조 방법은 다음과 같다.
도 9는 본 발명의 제1실시예에 의한 발광소자의 제조방법의 개도요로서, 각각의 도면은 도 7의 발광소자를 A선에서 절단한 단면도이다.
또한, 본 발명에 의한 발광소자의 제조방법의 실시예는, 발광소자가 LED인 예이다.
본 발명의 제1실시예인 발광소자의 제조방법은 패턴(11)을 갖는 기판(10)을 준비하는 단계; 기판(10) 상에 패터닝용 박막층(20)을 형성하는 단계; 상기 패터닝용 박막층(20)에 식각유도용 패턴(21)과, 이에 연결된 에어바용 패턴(22)을 형성하는 단계; 상기 패턴 상에 반도체층(30)을 형성하는 단계; 상기 노출된 식각유도용 패턴(21)을 습식식각용액으로 습식식각하는 단계; 상기 식각 유도용 패턴(21)과 연결된 에어바용 패턴(22)을 식각하는 단계를 포함하여 이루어진다.
먼저 도 9(a)에 도시된 바와 같이, 패턴(11)이 형성된 기판(10)을 준비한다.
상기 패턴(11)이 형성된 기판(10)은 미리 제작된 것을 사용하나, 기판(10)을 준비하는 단계 이전에 사전 단계로서 기판(10)을 식각하는 단계를 포함하고, 상기 단계에서 기판(10) 상에 패턴(11)을 형성하는 것도 가능하다.
그 다음으로, 도 9(b)에 도시된 바와 같이, 상기 준비된 기판(10) 상에 소정 두께를 갖는 패터닝용 박막층(20)을 형성한다.
이때 기판(10) 상에는 다른 박막층이 존재할 수도 있다.
또한 상기 패터닝용 박막층(20)은 600도 이상의 온도를 견딜 수 있는 것이 바람직하다.
상기 패터닝용 박막층(20)은 산화물 계열 (예: XOy 또는 X2Oy의 형태, X는 Ba,Be,Ce,Cr,Er,Ga,In,Mg,Ni,Si,Sc,Ta,Ti,Zn,Zr중 어느 하나 이고 Y는 0<y≤9 )인 물질, 또는 질화물 계열인 물질(예: SiNx), 또는 W 또는 Pt 중 적어도 어느 하나의 물질을 플라즈마 CVD(Chemical Vapor Deposition) 방식, E-Beam 또는 스퍼터링(Sputtering) 방식으로 증착시켜 형성할 수 있다.
이때, 상기 패터닝용 박막층(20)은 약 300 나노미터 이하의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
그 다음으로, 도 9(c) 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 패터닝용 박막층(20)에 식각유도용 패턴(21)과 이를 연결하는 에어바용 패턴(22)을 형성한다.
여기서, 상기 식각유도용 패턴(21)과 상기 에어바용 패턴(22)을 서로 다른 크기로 제작된다.
또한, 식각유도용 패턴(21)과 상기 에어바용 패턴(22)은 주기적 배열을 갖도록 형성될 수 있다
이 때, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 식각유도용 패턴(21)과 상기 에어바용 패턴(22)은 서로 연결되도록 형성된다.
본 발명의 실시예에서는 3줄의 에어바용 패턴(22)이 하나의 식각유도용 패턴(21)에 연결된 것으로 하였으나 하나의 식각유도용 패턴(21)에 연결되는 에어바용 패턴(22)의 개수는 이에 한정되지 않고 다양하게 변화시키는 것이 가능하다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 에어바용 패턴(23)은 앞서 발광소자의 구조에서 설명한 바와 같이, 에어바(46)가 기판(10)의 패턴(11)을 둘러싸도록 격자형으로 배열하는 것과 같이 다양하게 변형시키는 것이 가능하다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 식각유도용 패턴(21)은 육각형으로 형성될 수 있으나 육각형이 아닌 삼각형, 사각형과 같은 다각형과 같은 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 에어바용 패턴(22)은 식각유도용 패턴(21)과 연결되고, 그 모양은 직선의 형태를 이루는 것이 바람직하다.
상기 식각유도용 패턴(21)과 에어바용 패턴(22)은 상기 패터닝용 박막층 (20)상에 포토레지스트를 도포하고 사진식각공정에 의해 패턴을 형성하나, 이는 일반적인 반도체 제작공정이므로 자세한 설명은 생략한다.
그 다음으로, 도 9(d)에 도시된 바와 같이, 상기 기판(10)에 형성된 패턴(11) 상에 반도체 층(30)을 형성한다.
상기 반도체층(30)은 금속유기물 증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition ; MOCVD)법을 이용하여 LEO(lateral epitaxial overgrowth)와 선택적 에피 성장(Selective EPI Growing ; SEG)시키는 것이 바람직하다.
상기와 같은 LEO 성장하게 되면 에어바(43)가 형성될 패턴 위에서는 수평성장이 우세하게되어 상부가 봉합되게 된다. 또한, 선택적 에피 성장을 하게되는 경우에도 에어바(43)가 형성될 패턴의 상부에 연속적인 에피 성장에 의해 에어바용 패턴(22)을 모두 덮도록 박막 결정 성장이 이루어진다.
상기 반도체층(30)은 식각유도용 패턴(21) 위에서는 성장하지 않으므로, 반도체층(30)의 성장과 함께 반도체층(30)의 상면을 향해 상기 패턴이 노출되어 패터닝입구(41)가 형성된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 반도체층(31)을 P형층까지 순차적으로 적층된 이후에도 반도체 층의 상부면에는 성장이 이루어지지 않는 육각형의 면적의 식각 유도용 패턴이 노출되어있다.
따라서, 상기 식각 유도용 패턴(21)은 반도체층의 상부에서 보면, 노출되어 패터닝 입구(41)가 형성되고, 에어바용 패턴(22)은 반도체층(30)으로 덮여져 평평한 면으로 성장된다.
또한, 식각유도용 패턴(21)에 연결되어 있는 에어바용 패턴(22)의 상부면에서 수평성장을 통해 반도체층이 맏닺게되어 평평한 면을 형성시킬 수 있는 조건을 충족시킨다면 다양한 형상으로 변형될 수 있다.
그 다음으로, 도 9(e)에 도시된 바와 같이, 패터닝 입구(41)에 습식식각용액(45)을 주입하여 노출된 식각유도용 패턴을 제거한다.
여기서, 상기 습식 식각 용액은 수산화 나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 알루에치(4H8PO4+4CH8COOH+ HNO8+H2O), 불산 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
그 다음으로, 도 9(f)에 도시된 바와 같이, 상기 식긱유도용 패턴과 연결된 에어바용 패턴을 습식식각한다.
상기 패터닝 입구를 통하여 습식식각용액을 주입하면, 에어바용 패턴의 상부에 형성된 중공부(42)를 통하여 습식식각용액이 유입된다.
이렇게 유입된 습식식각용액은 상기 에어바용 패턴이 있는 공간 위로 노출된 중공부(42)의 N-면을 습식식각 할 수 있게 되어 삼각형 단면의 에어바(43)가 형성될 수 있다.
또한, 이러한 에어바(43)를 포함하는 반도체층(30)은 하나 이상이 중첩하여 형성될 수 있다.
즉, 기판(10)상에 식각유도용 패턴(21)과 이를 관통하는 에어바용 패턴(22)을 형성한 후, 갈륨 나이트라이드 층을 성장시키고, 이어서 다시 한번 식각유도용 패턴(21)과 이를 관통하는 에어바용 패턴(22)을 형성한 후 갈륨 나이트라이드 층을 다시 성장시킨다.
이후, 식각유도용 패턴(21) 위에 갈륨나이트라이드가 성장하지 않아서 생기는 패터닝 입구로 습식식각용액이 주입되어 상기 에어바용 패턴(22)을 따라가며 식각이 진행되면 에어바 형성(43)을 위해 습식식각액이 침투할 수 있는 공간이 형성된다.
다음으로, 반도체층(30)의 두께를 식각유도용 패턴 상에 형성된 중공부(40)보다 두껍게 형성한 경우의 제조방법을 설명한다.
본 발명의 제2실시예에 따른 발광소자의 제조 방법은 다음과 같다.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 의한 발광소자의 제조방법의 개도요이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예인 발광소자의 제조방법은 패턴(11)을 갖는 기판(10)을 준비하는 단계; 기판(10) 상에 패터닝용 박막층(20)을 형성하는 단계; 상기 패터닝용 박막층(20)에 식각유도용 패턴(21)과, 이에 연결된 에어바용 패턴(22)을 형성하는 단계; 상기 패턴 상에 반도체층(30)을 형성하는 단계; 상기 반도체층을 식각하여 식각유도용 패턴을 노출시키는 단계; 상기 노출된 식각유도용 패턴(21)을 습식식각용액으로 습식식각하는 단계; 상기 식각 유도용 패턴(21)과 연결된 에어바용 패턴(22)을 식각하는 단계를 포함하여 이루어진다.
패턴(11)을 갖는 기판(10)을 준비하는 단계; 기판(10) 상에 패터닝용 박막층(20)을 형성하는 단계; 상기 패터닝용 박막층(20)에 식각유도용 패턴(21)과, 이에 연결된 에어바용 패턴(22)을 형성하는 단계는 앞서 설명한 제1실시예와 동일한 단계이므로 반복되는 설명을 방지하기 위해 자세한 설명을 생략한다.
그 다음으로 도 10(d)에 도시된 바와 같이, 상기 반도체층(30)의 두께를 식각유도용 패턴이 봉합되며 형성하는 중공부(40)보다 두껍게 형성하여 패터닝 입구가 형성되지 않도록 한다.
그 다음으로, 도 10(e)에 도시된 바와 같이, 상기 반도체층(30)의 상부를 식각하여 패터닝입구(44)를 형성하고 식각유도용 패턴(21)의 상부를 노출시킨다.
이와 같이, 반도체층(30)을 성장시킨 후 식각하면 그렇지 않은 경우에 비해 반도체층(30)의 표면의 균일도(uniformity)가 보장된다.
그 다음으로, 도 10(f)(g)에 도시된 바와 같이, 패터닝 입구(44)에 습식식각용액으로 식각유도용 패턴(21)을 제거하고, 에어바(43)를 형성하기 위하여 노출된 식각유도용 패턴(21)과 연결된 에어바용 패턴(22)을 습식 식각 용액(45)으로 식각한다.
이는 제1실시예와 동일하므로 반복되는 설명을 방지하기 위해 자세한 설명을 생략한다.
이와 같이 본 발명은 특정실시예를 들어 설명하였지만 반드시 이에 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범주내에서는 얼마든지 수정 및 변형이 가능하다.
10 : 기판 11 : 패턴
20 : 패터닝용 박막층 21 : 식각유도용 패턴
22, 23 : 에어바용 패턴 30, 31, 32 : 반도체층
40, 42 : 중공부 41, 44 : 패터닝 입구
43, 46 : 에어바 45 : 식각용액
50 : n형층 60 : p형층
70 : 활성층 80 : 전류확산층
90 : p형 전극패드 100 : n형 전극패드

Claims (14)

  1. 기판;
    상기 기판에 형성된 패턴;
    상기 기판 상에 형성된 반도체층;
    상기 반도체층 내에 형성된 다수의 에어바로 이루어진 에어바 배열면을 포함하는 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에어바 배열면을 갖는 반도체 층상에 형성된 다수의 반도체층;
    상기 반도체층의 일부 또는 전부의 층내에 형성된 다수의 에어바로 이루어진 에어바 배열면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 에어바 배열면을 갖는 반도체 층상에 형성된 다수의 반도체층;
    상기 다수의 반도체층 각각의 내부에 형성된 다수의 에어바로 이루어진 다수의 에어바 배열면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 반도체층 중 하나의 층내에서 횡방향의 다수의 에어바와 종방향의 다수의 에어바가 격자의 배열면를 이루는 것을 특징으로 하는 발광소자.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 반도체층 각각의 내부에 형성된 다수의 에어바 배열면이 서로 엇갈리게 설치되어 기판상부면에서 보아 다수의 에어바 배열면이 격자를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 발광소자.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 에어바 격자가 상기 기판의 패턴을 둘러싸고 있는 것을 특징으로 하는 발광소자.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 에어바 격자가 상기 기판의 패턴을 둘러싸고 있는 것을 특징으로 하는 발광소자.
  8. 패턴을 갖는 기판을 준비하는 단계;
    상기 기판 상에 패터닝용 박막층을 형성하는 단계;
    상기 패터닝용 박막층에 식각유도용 패턴과, 이에 연결된 에어바용 패턴을 형성하는 단계;
    상기 패턴 상에 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 노출된 식각유도용 패턴을 식각용액으로 습식식각하는 단계;
    상기 식각 유도용 패턴과 연결된 에어바용 패턴을 식각하는 단계;를 포함하는, 다수의 에어바로 이루어진 에어바 배열면을 갖는 반도체층을 구비하는 발광소자의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 패턴 상에 반도체를 형성하는 단계에서
    상기 반도체층의 두께는 식각유도용 패턴보다 더 두껍게 형성되며
    상기 패턴 상에 반도체층을 형성하는 단계 이후에 상기 반도체층을 식각하여 식각유도용 패턴의 상부를 노출시키는 단계를 더 포함하는, 다수의 에어바로 이루어진 에어바 배열면을 갖는 반도체층을 구비하는 발광소자의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 다수의 에어바를 갖는 반도체층 상에 패터닝용 박막층을 형성하는 단계;
    상기 패터닝용 박막층에 식각 유도용 패턴과, 이에 연결된 에어바용 패턴을 형성하는 단계;
    상기 패턴 상에 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 반도체층을 식각하여 식각 유도용 패턴의 상부를 노출시키는 단계;
    상기 노출된 식각 유도용 패턴을 습식식각용액으로 습식식각하는 단계;
    상기 식각 유도용 패턴과 연결된 에어바용 패턴을 습식식각하는 단계를 더 포함하는, 다수의 에어바로 이루어진 에어바 배열면을 각각 갖는 두 개의 반도체층을 구비하는 발광소자의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 다수의 에어바를 갖는 반도체 층상에 패터닝용 박막층을 형성하는 단계;
    상기 패터닝용 박막층에 식각 유도용 패턴과, 이에 연결된 에어바용 패턴을 형성하는 단계;
    상기 패턴 상에 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 반도체층을 식각하여 식각 유도용 패턴을 노출시키는 단계;
    상기 노출된 식각 유도용 패턴을 습식식각용액으로 습식식각하는 단계;
    상기 식각 유도용 패턴과 연결된 에어바용 패턴을 습식식각하는 단계를 반복적으로 더 포함하는, 다수의 에어바로 이루어진 에어바 배열면을 갖는 복수의 반도체층을 구비하는 발광소자의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 에어바 배열면 중 하나의 에어바 배열면의 에어바용 패턴이 엇갈려 설치되어 격자를 형성하며, 기판 상부면에서 보아 상기 격자가 상기 기판의 패턴을 감싸는 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 다수의 에어바 배열면이 각각의 에어바 배열면에 대하여 서로 엇갈린 각도를 가지고 설치되어 격자를 형성하며, 기판 상부면에서 보아 상기 격자가 상기 기판의 패턴을 감싸는 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 패턴을 갖는 기판을 준비하는 단계가, 기판을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조방법.
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