KR20120097583A - Substrate structure for high-efficiency light emitting diodes and method of growing epitaxial base-layers thereon - Google Patents

Substrate structure for high-efficiency light emitting diodes and method of growing epitaxial base-layers thereon Download PDF

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KR20120097583A
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Abstract

PURPOSE: A substrate structure for a high brightness light emitting diode and a method for growing an epitaxial base layer thereon are provided to increase optical power of LED by forming a side formed by an outer circumference of a lens and a sharp point to get inclined and narrower from the outer circumference of the lens. CONSTITUTION: A plurality of floor sides(12) is prepared on one side(11) of an LED substrate(10). A plurality of lenses(15) is arranged on one side of the LED substrate. A side(17) convexly formed at the plurality of lenses is a curved surface or forms multiple angles. A circumference(13) of the plurality of lenses is either a circle, triangle, square, or regular octagon shape. The plurality of lenses is composed of 3 units or 4 units. [Reference numerals] (AA) 60 degrees

Description

고휘도 엘이디 용 기판 구조 및 그 기판에서의 에피택시 기반층 성장방법{SUBSTRATE STRUCTURE FOR HIGH-EFFICIENCY LIGHT EMITTING DIODES AND METHOD OF GROWING EPITAXIAL BASE-LAYERS THEREON}SUBSTRATE STRUCTURE FOR HIGH-EFFICIENCY LIGHT EMITTING DIODES AND METHOD OF GROWING EPITAXIAL BASE-LAYERS THEREON}

본 발명은 고휘도 엘이디(light emitting diode : LED)용 기판 구조 및 그 LED 기판에서의 에피택시 기반층(epitaxial base-layer) 성장방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 기판 평면부에서의 빛 반사와 결정 결함 밀도를 줄여 LED의 발광효율 및 광 출력을 증가시키기 위한 고휘도 엘이디 기판의 구조 및 그 엘이디 기판에서 LED 구조 성장의 밑바탕이 되는 에피택시 기반층 성장방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a substrate structure for a light emitting diode (LED) and an epitaxial base-layer growth method in the LED substrate, and more particularly, to light reflection and crystal defects in a substrate plane. The present invention relates to a structure of a high-brightness LED substrate for increasing the luminous efficiency and light output of the LED by reducing the density, and to a method of growing an epitaxial base layer which is the basis of the growth of the LED structure on the LED substrate.

최근 빛을 발생시키는 광원으로 널리 사용되는 LED는 백열전구나 형광등을 대체하는 차세대 조명으로 각광받고 있다. 특히 질화갈륨(GaN)과 같은 질화물계 화합물 반도체를 이용하는 청색 및 녹색 LED가 개발되면서 모든 색의 구현이 가능하게 되었으며, 이에 따라 다양한 방면에서 수요가 증가하고 있다.Recently, LED, which is widely used as a light source for generating light, has been spotlighted as a next generation lighting that replaces an incandescent lamp or a fluorescent lamp. In particular, with the development of blue and green LEDs using nitride-based compound semiconductors such as gallium nitride (GaN), it is possible to realize all colors, and accordingly demand is increasing in various fields.

이러한 LED로 대표되는 반도체 소자에서, 질화갈륨 또는 질화갈륨 기반의 화합물 반도체 물질(예를 들어 InGaN, AlGaN, AlGaInN 등)은 일반적으로 하부에 물리적으로 단단하고 화학적으로 안정한 기판, 예를 들어 사파이어 기판상에 형성되고 있다. 이러한 사파이어는 2300℃ 이상에서 단결정의 형태로 성장된 알루미나(Al2O3) 결정체이다.In semiconductor devices represented by such LEDs, gallium nitride or gallium nitride-based compound semiconductor materials (e.g., InGaN, AlGaN, AlGaInN, etc.) are generally placed on the bottom of a physically rigid and chemically stable substrate such as a sapphire substrate. Is being formed. Such sapphire is alumina (Al 2 O 3 ) crystals grown in the form of a single crystal at 2300 ℃ or more.

질화갈륨 등의 화합물 반도체 물질을 기판 위에 형성함에 있어서, 물질 고유의 특성을 유지하는 결정체로 박막을 형성하는 데에는 에피택시 성장 방법이 사용되고 있다. 기판 위에 기판 물질과 다른 물질로 이루어지는 에피택시 층을 성장시키기 위해서는, 기판과 에피택시 층 사이에 격자상수의 크기가 비슷하고 결정방향이 일치하여야 할 필요가 있다. 또한 후속 열공정 등에서 균열이나 박리 현상이 발생하는 것을 방지하기 위해서는 열팽창 계수와 같은 관련 파라미터도 일치할수록 유리하다.In forming a compound semiconductor material such as gallium nitride on a substrate, an epitaxy growth method is used to form a thin film with crystals that retain intrinsic properties of the material. In order to grow an epitaxy layer made of a substrate material and another material on the substrate, the size of the lattice constant between the substrate and the epitaxy layer needs to be similar and the crystal directions must be coincident. In addition, in order to prevent the occurrence of cracking or peeling phenomenon in the subsequent thermal process, it is advantageous that the related parameters such as the coefficient of thermal expansion match.

하지만 질화물 기반의 화합물들은, 기판으로 사용되는 사파이어와의 열팽창 계수와 격자상수 차이가 크기 때문에, 결정결함(dislocation)도 증가하게 된다. 이러한 결정결함이 증가하게 되면 LED의 비발광성 재결합이 증가하고 빛으로 바뀌지 않는 누설 전류도 증가한다. 이로 인해서 LED의 발광효율이 저하되고 수명이 줄어드는 등의 문제점들이 발생한다.However, since nitride-based compounds have a large difference in coefficient of thermal expansion and lattice constant with sapphire used as a substrate, dislocations also increase. Increasing these crystal defects increases the non-luminescent recombination of the LEDs and increases the leakage current that does not turn into light. This causes problems such as lowering the luminous efficiency of the LED and shortening the lifespan.

따라서 결정결함을 줄일 필요가 있다. 이러한 결정 결함을 줄이기 위한 기술로서 Selective Epitaxy 기술이 제안되고 있다.Therefore, there is a need to reduce crystal defects. As a technique for reducing such crystal defects, a selective epitaxy technique has been proposed.

Selective Epitaxy 기술은, 저온(low temperature)에서 기판 위에 질화갈륨(GaN) 완충 층(buffer layer)을 형성하고, 형성된 완충 층을 수소(H2) 분위기에서 열처리하여 기판상에 질화갈륨 뉴클리에이션 아일랜드(nucleation island)를 형성시킨다. 이를 나타내는 도면이 도 1에 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 기판(1)상에 다수의 질화갈륨 뉴클리에이션 아일랜드(2)가 랜덤(random)하게 형성되어 있다. 이후, 이렇게 형성된 다수의 질화갈륨 뉴클리에이션 아일랜드를 시드(seed)로 하여, 다수의 질화갈륨 뉴클리에이션 아일랜드상에 질화물 기반의 화합물을 에피택시 성장시킨다. 이와 같이 다수의 질화갈륨 뉴클리에이션 아일랜드를 핵으로 하여 질화물 기반의 화합물을 옆 방향으로(기판의 평면에 평행한 방향으로) 성장시키므로, 기판과의 격자상수 차이로 인한 영향이 감소되어 결정결함 밀도가 감소하게 된다. 이로 인해서 LED 수명이 증가하고 누설전류가 감소하게 되어, LED의 발광효율이 개선되는 효과를 가져 오게 된다. Selective Epitaxy technology forms a gallium nitride (GaN) buffer layer on a substrate at low temperature and heat-treats the formed buffer layer in a hydrogen (H 2 ) atmosphere to form a gallium nitride nucleation island on the substrate. to form a nucleation island. A diagram illustrating this is shown in FIG. 1. As shown in FIG. 1, a plurality of gallium nitride nucleation islands 2 are randomly formed on the substrate 1. Thereafter, the thus formed gallium nitride nucleation islands are seeded to epitaxially grow nitride-based compounds on the gallium nitride nucleation islands. As a result of the growth of nitride-based compounds laterally (in a direction parallel to the plane of the substrate) with a large number of gallium nitride nucleation islands as nuclei, the effect of the lattice constant difference with the substrate is reduced, resulting in crystal defect density. Will decrease. As a result, the LED lifespan is increased and the leakage current is reduced, resulting in an improvement in the luminous efficiency of the LED.

그러나 이 Selective Epitaxy 기술을 통해 기판상에 형성되는 다수의 뉴클리에이션 아일랜드의 크기, 모양, 밀도 및 위치가 랜덤 하므로, 뉴클리에이션 아일랜드의 크기, 모양, 밀도 및 위치가 컨트롤(control) 되지 않게 되어, 결국 LED의 특성 컨트롤(control)이 되지 않는 문제점이 발생한다. 또 뉴클리에이션 아일랜드의 밀도를 충분히 낮추기도 어려워 결정결함의 밀도도 어느 수준 이하로 낮추기 어렵다는 문제점이 발생한다.However, the size, shape, density, and position of the nucleation islands are not controlled because the selective epitaxy technology randomizes the size, shape, density, and position of a number of nucleation islands formed on the substrate. As a result, there is a problem that the characteristic control of the LED does not become. In addition, it is difficult to sufficiently reduce the density of the nucleus island, so it is difficult to reduce the density of crystal defects below a certain level.

그리고 에피택시 층이 형성되는 기판은 평면 기판(planer substrate)이므로, 에피택시 층위에 형성된 다중양자 우물(Multi-Quantum well)에서 전자(electron)와 정공(photon)이 결합하면서 발생하는 빛을 전반사 시켜, 기판 내에 가두어지는 빛의 비율을 증가시킨다. 이렇게 기판 내에 가둬진 빛은 기판 내에서 계속 전반사 되어 기판 밖으로 나오지 못하고 결국 기판 내에 흡수되어 소멸이 된다. 이는 LED의 광 출력을 줄어들게 하는 원인으로 작용한다. Since the substrate on which the epitaxy layer is formed is a planar substrate, the light generated by the combination of electrons and holes in the multi-quantum well formed on the epitaxy layer is totally reflected. Increasing the proportion of light confined within the substrate. The light trapped in the substrate continues to be totally reflected in the substrate and thus cannot come out of the substrate. This causes the light output of the LED to decrease.

이를 보완하기 위해서 도 2에 도시된 바와 같은 패턴 사파이어 기판(Patterned Sapphire Substrates : PSS)(3)이 제안되고 있다. 이 PSS(3) 내 곡면(7)을 갖는 다수의 구형렌즈(4)는 6각형 배열(5)로 반복되어 배치되며 다중양자우물에서 발생한 빛이 전반사 각도를 넘어서 난반사 되도록 하기 위한 용도로서 사용되며, PSS(3) 내 다수의 구형렌즈(4) 이외의 평면 부분(6)은 에피택시 층이 성장하기 위한 뉴클리에이션 아일랜드로서 사용된다. 이와 같이 다중양자우물에서 발생한 빛이, 곡면(7)을 갖는 다수의 구형렌즈(4)에서 난반사하기 때문에, 결국 LED의 광 출력은 증가하게 된다. In order to compensate for this, a patterned sapphire substrate (PSS) 3 as shown in FIG. 2 has been proposed. A plurality of spherical lenses (4) having a curved surface (7) in the PSS (3) is arranged repeatedly in a hexagonal array (5) and is used for the diffuse reflection of light generated in the multi-quantum well beyond the total reflection angle The planar portion 6 other than the many spherical lenses 4 in the PSS 3 is used as a nucleation island for the epitaxy layer to grow. As the light generated in the multi-quantum well is diffusely reflected by the plurality of spherical lenses 4 having the curved surface 7, the light output of the LED is increased.

즉, PSS(3)는 광 출력을 증가시킬 수 있지만, 뉴클리에이션 아일랜드가 PSS의 평면 부분(6)에 랜덤하게 분포하기 때문에, 뉴클리에이션 아일랜드의 크기, 모양 및 밀도를 조절하는 것이 불가능하다는 문제점을 가진다. 특히 PSS(3) 윗면에서 평면 부분(6)의 비율이 필요 이상으로 넓기 때문에 결정 결함의 밀도도 증가하고 전반사에 의하여 가둬지는 빛의 비율도 증가한다.
That is, the PSS 3 can increase the light output, but since the nucleation islands are randomly distributed in the planar portion 6 of the PSS, it is impossible to control the size, shape and density of the nucleation islands. I have a problem. In particular, since the proportion of the planar portion 6 on the upper surface of the PSS 3 is more than necessary, the density of crystal defects increases and the proportion of light trapped by total reflection increases.

LED의 발광효율 및 광 출력, 동작수명을 증가시키기 위하여, 에피택시 층을 형성하기 위한 시드로서 작용하는 뉴클리에이션 아일랜드의 크기, 모양, 밀도 및 위치가 조절된 고휘도 엘이디 용 기판 구조 및 그 기판에서의 에피택시 기반층 성장방법이 제안된다.In order to increase the luminous efficiency, light output, and operation life of LED, the substrate structure for high brightness LEDs whose size, shape, density and position of the nucleation island acting as a seed for forming the epitaxy layer and the substrate A method of growing an epitaxy-based layer is proposed.

본 발명의 일 양상에 따른, 고휘도 엘이디용 기판 구조는, 일면에 에피택시 층(epitaxial layer)의 성장을 위한 시드(seed)로서 작용하는 뉴클리에이션 아일랜드가 형성되는 복수의 바닥면이 마련되며, 상기 바닥면은, 복수 개의 렌즈에 의하여 상기 일면이 고립되어 형성되며, 상기 복수 개의 렌즈는, a<2r의 관계를 가지며, a는 상기 렌즈 중심 사이의 거리이고 r은 상기 렌즈의 반지름이다.According to an aspect of the present invention, a substrate structure for a high brightness LED is provided with a plurality of bottom surfaces on which one side of a nucleus island is formed, which acts as a seed for growth of an epitaxial layer. The bottom surface is formed by isolation of one surface by a plurality of lenses, and the plurality of lenses have a relationship of a <2r, a is a distance between the lens centers, and r is a radius of the lens.

상기 복수 개의 렌즈는, 3개 또는 4개의 단위로 구성될 수 있다.The plurality of lenses may be configured in three or four units.

상기 복수 개의 렌즈 중심을 연결하여 얻어진 다각형의 각 꼭지점 각도는 1도 내지 90도 중 어느 하나일 수 있다.Each vertex angle of the polygon obtained by connecting the plurality of lens centers may be any one of 1 degree to 90 degrees.

상기 바닥면은, 평면일 수 있다.The bottom surface may be flat.

상기 복수 개의 렌즈는, 상기 일면 상에 배치되며, 상방으로 볼록하게 형성되고, 테두리가 서로 접할 수 있다.The plurality of lenses are disposed on the one surface, and are formed to be convex upward, and the edges may contact each other.

상기 복수 개의 렌즈마다 볼록하게 형성된 면은, 곡면이거나 다각을 형성할 수 있다.Convex surfaces formed for each of the plurality of lenses may be curved or polygonal.

상기 복수 개의 렌즈마다 볼록하게 형성된 면과 상기 일면이 이루는 각도는, 30도 내지 80도 중 하나일 수 있다.The angle formed between the convex surface of each of the plurality of lenses and the one surface may be one of 30 degrees to 80 degrees.

상기 복수 개의 렌즈마다 상단 중심점의 일정 둘레에 곡면이 형성될 수 있다. A curved surface may be formed at a predetermined circumference of an upper center point for each of the plurality of lenses.

상기 복수 개의 렌즈의 테두리는, 원, 삼각형, 사각형, 정팔각형 또는 정십이각형일 수 있다.The edges of the plurality of lenses may be circles, triangles, rectangles, regular octagons or dozens of pentagons.

본 발명의 다른 양상에 따른 엘이디 기판에서의 에피택시 기반층 성장방법은, 기판을 마련하는 단계; 반도체 공정을 통하여 상기 기판의 일면에 에피택시 층(epitaxial layer)의 성장을 위한 시드(seed)로서 작용하는 뉴클리에이션 아일랜드가 형성되는 복수의 바닥면을 형성하되, 상기 바닥면은, 상기 일면 상에 배치되며 상방으로 볼록하게 형성되는 복수 개의 렌즈가 a(상기 렌즈 중심 사이의 거리)<2r(상기 렌즈의 반지름)의 관계를 가져서, 상기 복수 개의 렌즈의 테두리가 서로 접하여 상기 일면이 고립되어 형성되는 단계; 저온(low temperature)에서, 상기 형성된 바닥면과 상기 복수 개의 렌즈마다 볼록하게 형성된 면에, 제 1 화합물 반도체를 성장시켜 제 1 완충 층(buffer layer)을 형성하는 단계; 상기 형성된 제 1 완충 층을 어닐링(annealing)하여, 상기 형성된 바닥면과 상기 복수 개의 렌즈마다 볼록하게 형성된 면에 형성된 제 1 완충 층을 제거하고 상기 바닥면에 형성된 제 1 완충 층만 남겨서 제 1 뉴클리에이션 아일랜드를 형성하는 단계; 고온(high temperature)에서, 상기 형성된 제 1 뉴클리에이션 아일랜드를 시드(seed)로 해서 질화물계 화합물 반도체 층을 성장시켜 피라미드 형태의 제 2 뉴클리에이션 아일랜드를 형성하는 단계; 및 상기 제 2 뉴클리에이션 아일랜드를 시드로 제 2 화합물 반도체를 면 방향 결정성장(lateral growth)시켜 제 2 완충 층을 형성함으로써, LED 에피층 구조 성장을 위한 에피택시 기반층(epitaxial base-layer)을 형성하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, a method for growing an epitaxy-based layer in an LED substrate includes preparing a substrate; Through a semiconductor process, a plurality of bottom surfaces are formed on one surface of the substrate to form a nucleation island which serves as a seed for growth of an epitaxial layer, wherein the bottom surface is formed on the one surface. A plurality of lenses disposed in the upper convex shape has a relationship of a (distance between the lens center) < 2r (radius of the lens), the edges of the plurality of lenses are in contact with each other and the one surface is formed isolated Becoming; Growing a first compound semiconductor to form a first buffer layer at a low temperature, on the formed bottom surface and on a surface convex for each of the plurality of lenses; Annealing the formed first buffer layer to remove the first buffer layer formed on the formed bottom surface and the convexly formed surface for each of the plurality of lenses, and leaving only the first buffer layer formed on the bottom surface, the first nucleus. Forming an oceanation island; Growing a nitride-based compound semiconductor layer using the formed first nucleation island as a seed at high temperature to form a second pyramidal shape of the second nucleation island; And epitaxial base-layer for growing the LED epi layer structure by forming a second buffer layer by lateral growth of the second compound semiconductor with the second nucleation island as a seed. Forming a step.

상기 기판의 소재는, 사파이어일 수 있다.The material of the substrate may be sapphire.

상기 제 1 화합물 반도체는, 질화알루미늄(AlN), 질화갈륨(GaN) 또는 AlGaInN일 수 있다.The first compound semiconductor may be aluminum nitride (AlN), gallium nitride (GaN), or AlGaInN.

상기 제 2 화합물 반도체는, 질화갈륨 또는 질화갈륨 기반의 화합물 반도체일 수 있다.The second compound semiconductor may be a gallium nitride or a gallium nitride-based compound semiconductor.

본 발명의 실시예에 따른 고휘도 엘이디 용 기판 구조 및 그 기판에서의 에피택시 기반층 성장방법에 따르면, 반도체 공정을 통하여 에피택시 층 성장의 시드로서 작용하는 뉴클리에이션 아일랜드가 형성되는 바닥면의 크기, 모양, 위치 및 밀도를 조절함으로써 그 위에 성장되는 질화물 반도체의 결정결함을 줄이고 결정특성을 균일하게 할 수 있어, 엘이디 성능 향상 및 특성 컨트롤이 용이하게 이루어질 수 있다.According to the substrate structure for the high brightness LED according to the embodiment of the present invention and the epitaxy-based layer growth method on the substrate, the size of the bottom surface on which the nucleation island is formed to act as a seed of epitaxial layer growth through the semiconductor process By controlling the shape, position, and density, the crystal defects of the nitride semiconductor grown thereon can be reduced and the crystal characteristics can be made uniform, thereby improving the LED performance and controlling the characteristics.

또한 본 발명의 실시예에 따른 고휘도 엘이디 용 기판 구조 및 그 기판에서의 에피택시 기반층 성장방법에 따르면, 렌즈의 외주로부터 상향으로 벌어져 연장된 끝점들을 연결하여 끝점들을 연결하는 부분을 면이 아닌 뾰족한 점으로 형성함으로써, 제 1 뉴클리에이션 아일랜드 및 제 2 뉴클리에이션 아일랜드의 크기, 모양, 밀도 및 위치를 용이하게 조절할 수 있다. 이는 LED 기반층의 결정결함밀도를 줄이고 결정 특성의 균일성을 향상시켜 LED의 성능향상(발광효율 증대, 누설전류 감소, 수명 증대, 생산수율 증대 등)으로 이어진다.In addition, according to the high brightness LED substrate structure and the method for growing the epitaxy base layer in the substrate, the point connecting the end points by connecting the end points extending upward from the outer periphery of the lens is pointed rather than plane By forming a dot, the size, shape, density, and position of the first nucleation island and the second nucleation island can be easily adjusted. This reduces the density of crystal defects in the LED base layer and improves the uniformity of the crystal characteristics, leading to improved LED performance (increased luminous efficiency, reduced leakage current, increased lifetime, increased production yield, etc.).

또한 본 발명의 실시예에 따른 고휘도 엘이디 용 기판 구조 및 그 기판에서의 에피택시 기반층 성장방법에 따르면, 렌즈의 외주와 뾰족한 점에 의해서 형성되는 면을 렌즈의 외주로부터 좁아지도록 상향 경사지어 형성함으로써, LED의 다중양자우물에서 발생하는 빛을 난반사 시켜 LED의 광 출력을 증가시킬 수 있게 된다.In addition, according to the substrate structure for the high brightness LED according to the embodiment of the present invention and the method for growing the epitaxial base layer in the substrate, by forming the surface formed by the outer periphery and the point of the lens to be inclined upward from the outer periphery of the lens In addition, the light output from the multi-quantum well of the LED can be diffusely reflected to increase the light output of the LED.

그리고 열팽창 계수가 많이 다른 기판과 질화물계 화합물 반도체가 직접 결합되는 면의 면적을 제1 뉴클리에이션 아일랜드가 형성되는 바닥면에 국한시킴으로써, 에피층 성장이 끝나서 상온으로 식힌 상태에서 질화물계 화합물 반도체 에피층에 가해지는 기계적 스트레스를 줄일 수 있다. 이는 이 기계적 스트레스에 따른 piezoelectric effect에 의해 나타나는 여러 문제점들(구동 전류에 따른 파장의 비이상적인 큰 변화, 발광 효율의 감소, 캐리어 손실 증대 등)을 줄임으로써 LED의 성능 및 신뢰도 향상으로 이어진다. In addition, the area of the surface where the substrate having a large thermal expansion coefficient and the nitride compound semiconductor are directly bonded is limited to the bottom surface on which the first nucleation island is formed, so that the nitride compound semiconductor epi is grown at the end of the epi layer growth and cooled to room temperature. The mechanical stress on the layer can be reduced. This reduces the problems caused by the piezoelectric effect due to this mechanical stress (nonideal large change in wavelength due to driving current, decrease in luminous efficiency, increase in carrier loss, etc.), leading to improved LED performance and reliability.

도 1은 수소 분위기 열처리를 통하여 기판상에 형성된 질화갈륨 뉴클리에이션 아일랜드를 나타낸 도면으로, 종래의 Selective Epitaxy 기술 적용을 위한 뉴클리에이션 아일랜드의 모습을 나타낸다.
도 2는 구형 렌즈 형태의 패턴 사파이어 기판(Patterned Sapphire Substrates)을 나타낸 도면으로, 전반사를 줄여 다중양자우물에서 발생한 빛을 많이 밖으로 뽑아내려는 데에만 주안점을 둔 PSS를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 엘이디용 기판의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 4개의 렌즈에 의해서 형성되는 바닥면을 예시한 도면이다.
도 5는 엘이디 기판에서 정팔각형 형상의 외주를 갖는 복수 개의 렌즈의 배치를 나타낸 도면이다.
도 6은 엘이디 기판에서 정십이각형 형상의 외주를 갖는 복수 개의 렌즈의 배치를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 엘이디 기판에서의 에피택시 층 성장방법을 플로우차트로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시에에 따른 엘이디 기판에서의 에피택시 층 성장과정을 예시한 도면이다.FIG. 1 is a view illustrating a gallium nitride nucleation island formed on a substrate through hydrogen atmosphere heat treatment, and shows a state of a nucleation island for applying a conventional selective epitaxy technology.
FIG. 2 is a view illustrating a patterned sapphire substrate in the form of a spherical lens, and shows a PSS focused solely on extracting a lot of light generated from a multi-quantum well by reducing total reflection.
3 is a view showing the structure of the LED substrate according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a bottom surface formed by four lenses.
FIG. 5 is a diagram illustrating an arrangement of a plurality of lenses having an outer circumference of an octagonal shape in the LED substrate.
FIG. 6 is a diagram illustrating an arrangement of a plurality of lenses having an outer circumference having a dodecagon shape in the LED substrate.
7 is a flowchart illustrating a method of growing an epitaxial layer on an LED substrate according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating an epitaxial layer growth process in an LED substrate according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예를 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In addition, terms to be described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to intention or custom of a user or an operator. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 엘이디용 기판의 구조를 나타낸 도면이다. 3 is a view showing the structure of the LED substrate according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 엘이디 기판(10)의 일면(11)에 에피택시 층(epitaxial layer)의 성장을 위한 시드(seed)로서 작용하는 뉴클리에이션 아일랜드가 형성되는 복수의 바닥면(12)이 마련된다. As shown in FIG. 3, a plurality of bottom surfaces 12 are formed on one surface 11 of the LED substrate 10 in which a nucleation island is formed that serves as a seed for growth of an epitaxial layer. ) Is prepared.

이때, 바닥면(12)은, 복수 개의 렌즈(15)에 의해서 일면(11)이 고립됨으로써 형성된다. 이렇게 형성된 바닥면(12)은 평면일 수 있다. 이러한 복수 개의 렌즈(15)는, 서로 간에 a<2r의 관계를 가질 수 있다. a는 렌즈 중심 사이의 거리이고 r은 렌즈의 반지름이다. 복수 개의 렌즈(15)는, 엘이디 기판(10)의 일면(11) 상에 배치되며, 상방으로 볼록하게 형성되고, 테두리(13)가 서로 접할 수 있다. 복수 개의 렌즈(15)마다 볼록하게 형성된 면(17)은, 곡면이거나 다각을 형성할 수 있다. 그리고 복수 개의 렌즈(15)마다 볼록하게 형성된 면(17)과 일면(11)이 이루는 각도는 30도 내지 80도 중 하나일 수 있다. 복수 개의 렌즈(15)의 테두리(13)는, 원, 삼각형, 사각형, 정팔각형 또는 정십이각형일 수 있다. 도 3 및 도 4에는 복수 개의 렌즈의 테두리 형상이 원인 경우가 예시되어 있고, 도 5에는 복수 개의 렌즈의 테두리 형상이 정팔각형인 경우가 예시되어 있고, 도 6에는 복수 개의 렌즈의 테두리 형상이 정십이각형인 경우가 예시되어 있다.At this time, the bottom surface 12 is formed by isolating one surface 11 by the plurality of lenses 15. The bottom surface 12 thus formed may be flat. Such a plurality of lenses 15 may have a relationship of a <2r with each other. a is the distance between the lens centers and r is the radius of the lens. The plurality of lenses 15 are disposed on one surface 11 of the LED substrate 10, are formed to be convex upward, and the edges 13 may contact each other. The surface 17 formed convexly for each of the plurality of lenses 15 may be curved or polygonal. In addition, an angle formed between the convex surface 17 and the one surface 11 formed for each of the plurality of lenses 15 may be one of 30 degrees to 80 degrees. The edges 13 of the plurality of lenses 15 may be circles, triangles, squares, regular octagons, or regular pentagons. 3 and 4 illustrate the case where the edges of the plurality of lenses are the cause, FIG. 5 illustrates the case where the edges of the plurality of lenses are square octagons, and FIG. 6 illustrates the edge shapes of the plurality of lenses. The case of dodecagon is illustrated.

이러한 복수 개의 렌즈(15)는 3개 또는 4개의 단위로 구성될 수 있으며, 이 3개 또는 4개의 렌즈(15)는 엘이디 기판(10)의 일면(11)을 고립시켜 바닥면(12)을 형성할 수 있다. 복수 개의 렌즈(15) 중심을 연결하여 얻어진 다각형(16)의 각 꼭지점 각도는 1도 내지 90도 중 어느 하나일 수 있다. 도 3에는 다각형(16)의 각 꼭지점의 각도가 60도일 경우에 대해서 예시되어 있고, 도 4에는 4개의 렌즈(22) 중심을 연결하여 얻어진 정사각형의 각 꼭지점의 각도가 90도 경우에 대해서 예시되어 있다. 더 나아가 도 4에는 엘이디 기판(21)에 형성된 4개의 렌즈(22)가 엘이디 기판(20)의 일면(21)을 고립시켜, 에피택시 층의 성장을 위한 시드(seed)로서 작용하는 뉴클리에이션 아일랜드가 형성되는 바닥면(23)을 형성하고 있는데, 이러한 4개의 렌즈(22)의 중심을 연결하여 얻어진 정사각형(24)의 각 꼭지점 각도는 90도임을 확인할 수 있다.The plurality of lenses 15 may be configured in three or four units, and the three or four lenses 15 isolate one surface 11 of the LED substrate 10 to isolate the bottom surface 12. Can be formed. Each vertex angle of the polygon 16 obtained by connecting the centers of the plurality of lenses 15 may be any one of 1 to 90 degrees. FIG. 3 illustrates the case where the angle of each vertex of the polygon 16 is 60 degrees, and FIG. 4 illustrates the case where the angle of each vertex of the square obtained by connecting four centers of the lenses 22 is 90 degrees. have. Furthermore, in FIG. 4, four lenses 22 formed on the LED substrate 21 isolate one surface 21 of the LED substrate 20 and act as seeds for growth of an epitaxy layer. An island is formed on the bottom surface 23, and the vertex angles of the squares 24 obtained by connecting the centers of the four lenses 22 are 90 degrees.

다시 도 3에서, 저온(low temperature)에서, 바닥면(12)과 상방으로 볼록하게 형성된 면(17)에, 제 1 화합물 반도체를 성장시켜 제 1 완충 층(buffer layer)을 형성하고, 제 1 완충 층을 어닐링(annealing)하여 상방으로 볼록하게 형성된 면(17)에 형성된 제 1 완충 층을 제거하고 바닥면(12)에 형성된 제 1 완충 층만 남겨서 제 1 뉴클리에이션 아일랜드를 형성한다. 이후 고온(high temperature)에서, 제 1 뉴클리에이션 아일랜드를 시드(seed)로 해서 질화갈륨 또는 질화갈륨 기반 화합물 반도체를 피라미드 형태로 성장시켜 제 2 뉴클리에이션 아일랜드를 형성한다. 이 제 2 뉴클리에이션 아일랜드를 시드로 제 2 화합물 반도체를 면 방향 결정성장(lateral growth)시켜 제 2 완충 층을 형성함으로써, LED 에피층 구조 성장을 위한 에피택시 기반층(epitaxial base-layer)을 형성할 수 있다. 3 again, at low temperature, the first compound semiconductor is grown on the surface 17 formed convexly upward from the bottom surface 12 to form a first buffer layer, and the first The buffer layer is annealed to remove the first buffer layer formed on the upwardly convex face 17 and form the first nucleation island leaving only the first buffer layer formed on the bottom face 12. Then at high temperature, the first nucleation island is seeded to grow a gallium nitride or gallium nitride based compound semiconductor in the form of a pyramid to form a second nucleation island. The second nucleation island is seeded to form a second buffer layer by lateral growth of the second compound semiconductor to form an epitaxial base layer for growing the LED epilayer structure. Can be formed.

이때, 복수 개의 렌즈(15)의 상단 중심점(14)의 일정 둘레에 곡면이 형성될 수 있다. 이는 복수 개의 렌즈(15)의 상단 중심점(14)의 일정 둘레에 평면이 형성될 경우, 이 평면이 뉴클리에이션 아일랜드로 작용하게 되어 원하지 않는 곳에 뉴클리에이션 아일랜드가 형성될 수 있기 때문이다. 또한 복수 개의 렌즈(15) 마다 상방으로 볼록하게 형성된 면(17)은 상향 경사지어 좁아지도록 형성되므로 LED의 다중양자우물에서 발생하는 빛을 난반사 시켜 LED의 광 출력을 증가시키는 역할을 한다.In this case, a curved surface may be formed around a predetermined center of the upper center points 14 of the plurality of lenses 15. This is because when a plane is formed around a certain center of the top center point 14 of the plurality of lenses 15, the plane acts as a nuisance island so that the nucleation island can be formed where it is not desired. In addition, the convex surface 17 formed upwardly for each of the plurality of lenses 15 is formed so as to be inclined upwardly to be narrowed, thereby diffusely reflecting the light generated from the multi-quantum well of the LED, thereby increasing the light output of the LED.

이러한 엘이디 기판(10)의 일면(11)에 형성된 복수 개의 렌즈(15)에 의해서 고립되는 바닥면(12)의 크기, 모양, 밀도 및 위치는 엘이디 기판(10)을 제조하는 공정에서 원하는 형태로 조절할 수 있으므로, 결국 뉴클리에이션 아일랜드의 크기, 모양, 밀도 및 위치가 조절되는 결과를 가져와서, LED 특성 컨트롤이 가능해진다. The size, shape, density, and position of the bottom surface 12 isolated by the plurality of lenses 15 formed on one surface 11 of the LED substrate 10 may be in a desired shape in the process of manufacturing the LED substrate 10. As a result, the size, shape, density, and position of the nucleation islands are adjusted, resulting in LED characteristic control.

LED용 기판 설계에서 중요한 부분은 성장시간과 공정상의 문제가 없는 한 바닥면의 밀도를 최소화하여 결정 결함 밀도를 줄이는 것, 복수 개의 렌즈마다 상단 중심점의 일정 둘레를 곡면으로 형성함으로써 상단 중심점의 일정 둘레에 시드가 없도록 하는 것, 바닥면(12)의 넓이를 최소화하여 결정결함의 밀도를 줄이고 광 추출 효율을 높이는 일, 그리고 복수 개의 렌즈(15) 마다 상방으로 볼록하게 형성된 면(17)과 엘이디 기판(10)의 일면(11)이 이루는 평균 각도를 30도에서 80도 사이 중 하나로 함으로써 광 추출 효율을 극대화하는 것이다.
An important part of the LED substrate design is to minimize the density of the bottom surface to reduce the density of crystal defects, as long as there is no growth time and process problems. To avoid seeding, to minimize the width of the bottom surface 12 to reduce the density of crystal defects and increase the light extraction efficiency, and the surface 17 and the LED substrate formed convex upward for each of the plurality of lenses (15) The light extraction efficiency is maximized by making the average angle formed by the one surface 11 of (10) one of 30 to 80 degrees.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 엘이디 기판에서의 에피택시 층 성장방법에 대한 플로우차트이다.7 is a flowchart illustrating a method for growing an epitaxial layer on an LED substrate according to an embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이, 에피택시 층 성장에 이용될 기판을 마련한다(S1). 이때 기판은 사파이어 기판일 수 있다. 반도체 공정을 통하여 마련된 기판의 일면에 에피택시 층(epitaxial layer)의 성장을 위한 시드(seed)로서 작용하는 뉴클리에이션 아일랜드가 형성되는 복수의 바닥면을 형성한다(S2). 이때, 바닥면은, 상기 일면 상에 배치되며 상방으로 볼록하게 형성되는 복수 개의 렌즈가 a(렌즈 중심 사이의 거리)<2r(렌즈의 반지름)의 관계를 가져서, 복수 개의 렌즈의 테두리가 서로 접하여 상기 일면이 고립되어 형성될 수 있다. 이렇게 형성된 바닥면은 평면일 수 있ㄱ고, 3개 또는 4개의 렌즈에 의해서 고립될 수 있다. 즉, 복수 개의 렌즈는 3개 또는 4개의 렌즈 단위일 수 있다. 복수 개의 렌즈마다 볼록하게 형성된 면은, 곡면이거나 다각을 형성할 수 있다. 그리고 복수 개의 렌즈마다 볼록하게 형성된 면과 상기 일면이 이루는 각도는 30도 내지 80도 중 하나일 수 있다. 복수 개의 렌즈의 테두리는, 원, 삼각형, 사각형, 정팔각형 또는 정십이각형일 수 있다.
As shown, a substrate to be used for epitaxial layer growth is prepared (S1). In this case, the substrate may be a sapphire substrate. A plurality of bottom surfaces are formed on one surface of the substrate provided through the semiconductor process in which a nucleation island, which serves as a seed for growing an epitaxial layer, is formed (S2). At this time, the bottom surface, the plurality of lenses disposed on the one surface and formed to be convex upward have a relationship of a (distance between lens centers) < 2r (radius of the lens), so that the edges of the plurality of lenses are in contact with each other. The one surface may be formed isolated. The bottom surface thus formed may be flat and may be isolated by three or four lenses. That is, the plurality of lenses may be three or four lens units. The surface formed convexly for each of the plurality of lenses may be curved or form a polygon. The angle formed by the convex surface of the plurality of lenses and the one surface may be one of 30 degrees to 80 degrees. The edges of the plurality of lenses may be circles, triangles, squares, regular octagons or dozens of pentagons.

이후, 저온(low temperature)에서, 복수 개의 렌즈에 의해서 고립되어 형성된 바닥면과, 복수 개의 렌즈마다 상방으로 볼록하게 형성된 면에, 제 1 화합물 반도체를 성장시켜 제 1 완충 층(buffer layer)을 형성한다(S3). 이 모습이 도 8의 (a)에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 바닥면(30)과, 복수 개의 렌즈(31)마다 상방으로 볼록하게 형성된 면(33)에 제 1 완충 층(34)이 형성되어 있음을 알 수 있다. 이때, 제 1 화합물 반도체는 질화알루미늄(AlN) 또는 질화갈륨(GaN), 또는 AlGaInN일 수 있다.Subsequently, at a low temperature, a first buffer layer is formed by growing a first compound semiconductor on a bottom surface isolated by a plurality of lenses and on a surface convex upward for each of the plurality of lenses. (S3). This state is shown in Fig. 8A. As shown, it can be seen that the first buffer layer 34 is formed on the bottom surface 30 and on the surface 33 formed convexly upward for each of the plurality of lenses 31. In this case, the first compound semiconductor may be aluminum nitride (AlN), gallium nitride (GaN), or AlGaInN.

이렇게 형성된 제 1 완충 층(34)을 수소 분위기에서 어닐링(annealing)하여, 복수 개의 렌즈(31)마다 상방으로 볼록하게 형성된 면(33)에 형성된 제 1 완충 층을 제거하고 바닥면에 형성된 제 1 완충 층만 남겨서 제 1 뉴클리에이션 아일랜드를 형성한다(S4). 이 모습이 도 8의 (b)에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 바닥면(30)에 제 1 뉴클리에이션 아일랜드(35)가 형성되어 있음을 확인할 수 있다.The first buffer layer 34 thus formed is annealed in a hydrogen atmosphere to remove the first buffer layer formed on the surface 33 formed upwardly convex for each of the plurality of lenses 31 and the first formed on the bottom surface. Only the buffer layer is left to form the first nucleation island (S4). This state is shown in Fig. 8B. As shown, it can be seen that the first nucleation island 35 is formed on the bottom surface 30.

이제 1 뉴클리에이션 아일랜드를 시드(seed)로 해서 고온(high temperature)에서 질화물계 화합물 반도체(질화갈륨 또는 질화갈륨 기반 화합물 반도체) 층을 성장시켜 피라미드 형태의 제 2 뉴클리에이션 아일랜드(36)를 형성한다(S5).Now, as a seed of one nucleation island, a nitride based compound semiconductor (gallium nitride or gallium nitride based compound semiconductor) layer is grown at high temperature to form a second pyramidal shape of the second nucleation island 36. It forms (S5).

이렇게 고온에서 형성된 제 2 뉴클리에이션 아일랜드를 시드로 해서 제 2 화합물 반도체를 면 방향 결정성장(lateral growth)시켜 제 2 완충 층을 형성함으로써, LED 에피층 구조 성장을 위한 에피택시 기반층(epitaxial base-layer)(또는 제 2 완충층)을 형성한다(S6). The second nucleation island formed at such a high temperature is used as a seed to form a second buffer layer by lateral growth of the second compound semiconductor, thereby forming an epitaxial base layer for growing the LED epilayer structure. -layer) (or second buffer layer) is formed (S6).

즉, 도 8의 (c)에 도시된 바와 같이, 제 1 뉴클리에이션 아일랜드(35)을 시드로 해서 제 2 화합물 반도체가 화살표로 표시된 바와 같이 면 방향 결정성장을 하고, 도 8의 (d)에 도시된 바와 같이 윗면이 평탄한 제2완충 층(37)이 형성된다. 이때, 제 2 화합물 반도체는, 질화갈륨 또는 질화갈륨 기반의 화합물 반도체일 수 있다. That is, as shown in (c) of FIG. 8, the second compound semiconductor is subjected to surface crystal growth as indicated by an arrow with the first nucleation island 35 as a seed, and (d) of FIG. As shown in FIG. 2, a second buffer layer 37 having a flat top surface is formed. In this case, the second compound semiconductor may be a gallium nitride or a gallium nitride-based compound semiconductor.

이렇게 성장된 LED용 에피택시 기반층에서 결정결함 밀도, 더 정확하게 dislocation 밀도가 줄어드는 것은 제 2 뉴클리에이션 아일랜드의 모양이 피라미드 형태이라는 점과, 성장되는 결정 표면에서 결정이 성장되는 방향으로 전파되는 dislocation의 속성에 기인한다. 제 2 뉴클리에이션 아일랜드가 끝이 뾰족한 형태로 만들어지면, 제 2 뉴클리에이션 아일랜드 안에 있었던 결정결함들은 모두 피라미드 옆쪽 표면에 닿게 된다. 이 상태에서 에피층 성장이 옆 방향으로 계속되면, dislocation은 도 8의 (c)의 화살표로 표시된 옆 방향으로 전파되다가, 렌즈(31)의 외주 및 뾰족한 점(32)에 의해서 형성되는 면(33)에서 멈춘다. 이렇게 기반층의 표면을 향해 전파되던 결정결함이 제 2 뉴클리에이션 아일랜드의 피라미드 표면을 만나 옆으로 전파되면서 dislocation이 소멸되는 것이다. 따라서 LED용 에피택시 기반층의 윗부분에는 dislocation이 없어지게 된다.
Decreased crystal defect density, more precisely dislocation density, in this grown epitaxial base layer for LEDs means that the shape of the second nucleation island is pyramidal and dislocation propagates in the direction of crystal growth on the growing crystal surface. Is due to its properties. When the second nucleation island is made pointed, all of the crystal defects in the second nucleus island touch the lateral surface of the pyramid. In this state, if epitaxial growth continues in the lateral direction, dislocation propagates in the lateral direction indicated by the arrow in Fig. 8C, and the surface 33 formed by the outer circumference and the sharp point 32 of the lens 31 is formed. Stop at) As the crystal defect propagates toward the surface of the base layer meets the surface of the pyramid of the second nucleation island and propagates sideways, dislocation disappears. Therefore, there is no dislocation on the upper part of the epitaxy base layer for LEDs.

상술한 과정을 통해 형성된 에피택시 기반층은 LED뿐만 아니라, Schottky 다이오드와 pn 접합 다이오드, 트랜지스터 등의 전자 소자, 포토 다이오드, 태양전지 등의 성능 향상에도 활용될 수 있다.
The epitaxy-based layer formed through the above process may be used not only for LED, but also for improving performance of electronic devices such as Schottky diodes, pn junction diodes, and transistors, photo diodes, and solar cells.

이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허청구범위에 기재된 내용 및 그와 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
So far, the present invention has been described with reference to the embodiments. Those skilled in the art will understand that the present invention may be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. Therefore, the scope of the present invention should not be construed as being limited to the above-described examples, but should be construed to include various embodiments within the scope of the claims and equivalents thereof.

Claims (20)

일면에 에피택시 층(epitaxial layer)의 성장을 위한 시드(seed)로서 작용하는 뉴클리에이션 아일랜드가 형성되는 복수의 바닥면이 마련되며,
상기 바닥면은, 복수 개의 렌즈에 의하여 상기 일면이 고립되어 형성되며,
상기 복수 개의 렌즈는, a<2r의 관계를 가지며, a는 상기 렌즈 중심 사이의 거리이고 r은 상기 렌즈의 반지름인 것을 특징으로 하는, 고휘도 엘이디용 기판구조.On one side is provided a plurality of bottom surfaces on which a nucleation island is formed, which acts as a seed for the growth of an epitaxial layer,
The bottom surface is formed by the one surface is isolated by a plurality of lenses,
The plurality of lenses has a relationship of a <2r, wherein a is a distance between the lens centers and r is a radius of the lens. 제 1 항에 있어서,
상기 복수 개의 렌즈는, 3개 또는 4개의 단위인 것을 특징으로 하는, 고휘도 엘이디용 기판구조.The method of claim 1,
The plurality of lenses are three or four units, high brightness LED substrate structure. 제 2 항에 있어서,
상기 복수 개의 렌즈 중심을 연결하여 얻어진 다각형의 각 꼭지점 각도는 1도 내지 90도 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 고휘도 엘이디용 기판구조.The method of claim 2,
Each vertex angle of the polygon obtained by connecting the plurality of lens centers is any one of 1 degree to 90 degrees, high brightness LED substrate structure. 제 1 항에 있어서,
상기 바닥면은, 평면인 것을 특징으로 하는, 고휘도 엘이디용 기판구조.The method of claim 1,
The bottom surface is a flat, high brightness LED substrate structure. 제 1 항에 있어서,
상기 복수 개의 렌즈는, 상기 일면 상에 배치되며, 상방으로 볼록하게 형성되고, 테두리가 서로 접하는 것을 특징으로 하는, 고휘도 엘이디용 기판구조.The method of claim 1,
The plurality of lenses are disposed on the one surface, are formed convex upward, the edges are in contact with each other, high brightness LED substrate structure. 제 5 항에 있어서,
상기 복수 개의 렌즈마다 볼록하게 형성된 면은, 곡면이거나 다각을 형성하는 것을 특징으로 하는, 고휘도 엘이디용 기판구조.The method of claim 5, wherein
The convex surface formed for each of the plurality of lenses, the curved surface or forming a polygon, characterized in that the substrate structure for high brightness LED. 제 6 항에 있어서,
상기 복수 개의 렌즈마다 볼록하게 형성된 면과 상기 일면이 이루는 각도는, 30도 내지 80도 중 하나인 것을 특징으로 하는, 고휘도 엘이디용 기판구조.The method according to claim 6,
The convex surface formed for each of the plurality of lenses and the angle formed by the one surface, characterized in that one of 30 degrees to 80 degrees, high brightness LED substrate structure. 제 5 항에 있어서,
상기 복수 개의 렌즈마다 상단 중심점의 일정 둘레에 곡면이 형성되는 것을 특징으로 하는, 고휘도 엘이디용 기판구조. The method of claim 5, wherein
A curved surface is formed around a predetermined center of the upper center point for each of the plurality of lenses, high brightness LED substrate structure. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수 개의 렌즈의 테두리는,
원, 삼각형, 사각형, 정팔각형 또는 정십이각형인 것을 특징으로 하는, 고휘도 엘이디용 기판구조.The method according to any one of claims 5 to 8,
Edges of the plurality of lenses,
The substrate structure for high brightness LED, characterized in that the circle, triangle, square, regular octagon or regular dodecagon. 기판을 마련하는 단계;
반도체 공정을 통하여 상기 기판의 일면에 에피택시 층(epitaxial layer)의 성장을 위한 시드(seed)로서 작용하는 뉴클리에이션 아일랜드가 형성되는 복수의 바닥면을 형성하되, 상기 바닥면은, 상기 일면 상에 배치되며 상방으로 볼록하게 형성되는 복수 개의 렌즈가 a(상기 렌즈 중심 사이의 거리)<2r(상기 렌즈의 반지름)의 관계를 가져서, 상기 복수 개의 렌즈의 테두리가 서로 접하여 상기 일면이 고립되어 형성되는 단계;
저온(low temperature)에서, 상기 형성된 바닥면과 상기 복수 개의 렌즈마다 볼록하게 형성된 면에, 제 1 화합물 반도체를 성장시켜 제 1 완충 층(buffer layer)을 형성하는 단계;
상기 형성된 제 1 완충 층을 어닐링(annealing)하여, 상기 형성된 바닥면과 상기 복수 개의 렌즈마다 볼록하게 형성된 면에 형성된 제 1 완충 층을 제거하고 상기 바닥면에 형성된 제 1 완충 층만 남겨서 제 1 뉴클리에이션 아일랜드를 형성하는 단계;
고온(high temperature)에서, 상기 형성된 제 1 뉴클리에이션 아일랜드를 시드(seed)로 해서 질화물계 화합물 반도체 층을 성장시켜 피라미드 형태의 제 2 뉴클리에이션 아일랜드를 형성하는 단계; 및
상기 제 2 뉴클리에이션 아일랜드를 시드로 제 2 화합물 반도체를 면 방향 결정성장(lateral growth)시켜 제 2 완충 층을 형성함으로써, LED 에피층 구조 성장을 위한 에피택시 기반층(epitaxial base-layer)을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 엘이디 기판에서의 에피택시 기반층 성장방법.Providing a substrate;
Through a semiconductor process, a plurality of bottom surfaces are formed on one surface of the substrate to form a nucleation island which serves as a seed for growth of an epitaxial layer, wherein the bottom surface is formed on the one surface. A plurality of lenses disposed in the upper convex shape has a relationship of a (distance between the lens center) &lt;Becoming;
Growing a first compound semiconductor to form a first buffer layer at a low temperature, on the formed bottom surface and on a surface convex for each of the plurality of lenses;
Annealing the formed first buffer layer to remove the first buffer layer formed on the formed bottom surface and the convexly formed surface for each of the plurality of lenses, and leaving only the first buffer layer formed on the bottom surface, the first nucleus. Forming an oceanation island;
Growing a nitride-based compound semiconductor layer using the formed first nucleation island as a seed at high temperature to form a second pyramidal shape of the second nucleation island; And
The epitaxial base layer for growing the LED epilayer structure is formed by forming a second buffer layer by lateral growth of the second compound semiconductor with the second nucleation island as a seed. A method of growing an epitaxy-based layer in an LED substrate, comprising the step of forming. 제 10 항에 있어서,
상기 복수 개의 렌즈는 3개 또는 4개의 단위인 것을 특징으로 하는, 엘이디 기판에서의 에피택시 기반층 성장방법.11. The method of claim 10,
The plurality of lenses is three or four units, epitaxy-based layer growth method on the LED substrate. 제 11 항에 있어서,
상기 복수 개의 렌즈 중심을 연결하여 얻어진 다각형의 각 꼭지점 각도는 1도 내지 90도 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 엘이디 기판에서의 에피택시 기반층 성장방법.The method of claim 11,
Each vertex angle of the polygon obtained by connecting the plurality of lens centers is any one of 1 to 90 degrees, epitaxy-based layer growth method on the LED substrate. 제 10 항에 있어서,
상기 바닥면은, 평면인 것을 특징으로 하는, 엘이디 기판에서의 에피택시 기반층 성장방법.11. The method of claim 10,
Wherein the bottom surface is a plane, the epitaxy-based layer growth method of the LED substrate. 제 10 항에 있어서,
상기 복수 개의 렌즈마다 볼록하게 형성된 면은, 곡면이거나 다각을 형성하는 것을 특징으로 하는, 엘이디 기판에서의 에피택시 기반층 성장방법.11. The method of claim 10,
The convex surface formed for each of the plurality of lenses, the curved surface or forming a polygon, epitaxy-based layer growth method in the LED substrate. 제 14 항에 있어서,
상기 복수 개의 렌즈마다 볼록하게 형성된 면은, 곡면이거나 다각을 형성하는 것을 특징으로 하는, 엘이디 기판에서의 에피택시 기반층 성장방법.15. The method of claim 14,
The convex surface formed for each of the plurality of lenses, the curved surface or forming a polygon, epitaxy-based layer growth method in the LED substrate. 제 10 항에 있어서,
상기 복수 개의 렌즈마다 상단 중심점의 일정 둘레에 곡면이 형성되는 것을 특징으로 하는, 엘이디 기판에서의 에피택시 기반층 성장방법.11. The method of claim 10,
The curved surface is formed around a predetermined center of the upper center point for each of the plurality of lenses, epitaxy-based layer growth method on the LED substrate. 제 10 항에 있어서,
상기 기판의 소재는, 사파이어인 것을 특징으로 하는, 엘이디 기판에서의 에피택시 기반층 성장방법.11. The method of claim 10,
The material of the substrate is sapphire, epitaxial base layer growth method in the LED substrate. 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 화합물 반도체는,
질화알루미늄(AlN), 질화갈륨(GaN) 또는 AlGaInN인 것을 특징으로 하는, 엘이디 기판에서의 에피택시 기반층 성장방법.11. The method of claim 10,
The first compound semiconductor,
An aluminum nitride (AlN), gallium nitride (GaN) or AlGaInN, epitaxial-based layer growth method on the LED substrate. 제 10 항에 있어서,
상기 제 2 화합물 반도체는,
질화갈륨 또는 질화갈륨 기반의 화합물 반도체인 것을 특징으로 하는, 엘이디 기판에서의 에피택시 기반층 성장방법.11. The method of claim 10,
The second compound semiconductor,
A method for growing an epitaxial base layer on an LED substrate, characterized in that the compound semiconductor is gallium nitride or gallium nitride based. 제 10 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수 개의 렌즈의 테두리는,
원, 삼각형, 사각형, 정팔각형 또는 정십이각형인 것을 특징으로 하는, 엘이디 기판에서의 에피택시 기반층 성장방법.The method according to any one of claims 10 to 19,
Edges of the plurality of lenses,
The method of growing an epitaxy-based layer on an LED substrate, characterized in that the circle, triangle, square, octagon or pentagon.
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