KR20130046402A - Semiconductor light emitting diode and method for manufacturing the same - Google Patents

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KR20130046402A
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이재은
손효근
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Abstract

PURPOSE: A semiconductor light emitting device and a manufacturing method thereof are provided to improve brightness by extending the area of a light emitting layer. CONSTITUTION: An active layer is formed on an n-type semiconductor layer. A p-type semiconductor layer is formed on the active layer. A transparent electrode layer(180) is formed on a p-type semiconductor layer. A first electrode(191) is formed on the transparent electrode layer. A second electrode(192) is formed in the exposure region of the n-type semiconductor layer.

Description

반도체 발광소자 및 그 제조방법 {SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DIODE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}Semiconductor light emitting device and method for manufacturing same {SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DIODE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 광 추출 효율을 증가시키기 위해 기판상의 반도체 물질의 형성 전 또는 중간에 서로 다른 이종 물질로 구성된 요철을 형성하여 빛의 외부 추출 효율을 증가시킨 이종 물질 구조를 갖는 반도체 발광소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a semiconductor light emitting device and a method of manufacturing the same, and more particularly, in order to increase light extraction efficiency, external extraction of light by forming irregularities composed of different heterogeneous materials before or during the formation of a semiconductor material on a substrate. The present invention relates to a semiconductor light emitting device having a heterogeneous material structure having increased efficiency and a method of manufacturing the same.

최근 LED(Light Emitting Diode: 발광소자)로 구성된 조명기구 등은 기존의 백열등 또는 형광등에 비해 수명이 길고 상대적으로 저전력을 소비하며 제조공정에서 오염물질을 배출하지 않는 장점 등으로 인하여 수요가 폭발적으로 증가하고 있으며, 발광소자는 발광을 이용한 표시 장치는 물론이고 조명장치나 LCD 표시장치의 백라이트 소자에도 응용되는 등 적용 영역이 점차 다양해지고 있다. Recently, luminaires composed of LEDs (Light Emitting Diodes) have exploded in demand due to advantages such as longer lifespan, relatively low power consumption, and no emission of pollutants in the manufacturing process compared to conventional incandescent or fluorescent lamps. In addition, the light emitting device has a variety of application areas such as being applied to a display device using light emission as well as a backlight device of an illumination device or an LCD display device.

발광소자는 전기 에너지를 빛으로 변환시키는 고체 소자의 일종으로서, 일반적으로 2개의 상반된 도핑층 사이에 개재된 반도체 재료의 활성층을 포함하고, 상기 2개의 도핑층 양단에 바이어스가 인가되면, 정공과 전자가 활성층으로 주입된 후 그곳에서 재결합되어 빛이 발생되며, 활성층에서 발생된 빛은 모든 방향으로 방출되어 모든 노출 표면을 통해 반도체 칩 밖으로 방출되게 된다. A light emitting device is a type of solid state device that converts electrical energy into light, and generally includes an active layer of semiconductor material interposed between two opposing doping layers, and when a bias is applied across the two doping layers, holes and electrons Is injected into the active layer and recombined there to generate light, which is emitted in all directions and out of the semiconductor chip through all exposed surfaces.

도 1은 일반적인 발광소자의 제조 과정을 나타낸 예시도로서, 도 1a에 도시된 바와 같이, 사파이어 기판(101) 위에 n형 반도체층(102)을 성장시킨 후, 전자와 정공이 결합하여 광을 방출할 수 있는 InGaN/GaN 질화물 다양자우물(103) 구조의 활성층을 형성하고, 다시 p형 반도체층(104)을 성장시킨다. FIG. 1 is an exemplary view illustrating a manufacturing process of a general light emitting device. As shown in FIG. 1A, after the n-type semiconductor layer 102 is grown on a sapphire substrate 101, electrons and holes are combined to emit light. An active layer having a structure of InGaN / GaN nitride diversified well 103 can be formed, and the p-type semiconductor layer 104 is grown again.

다음으로, 도 1b에 도시된 바와 같이, n형 반도체층(102)의 일부를 노출시켜 전극을 형성하기 위하여 사진 석판술을 이용한 메사 식각을 행한다.Next, as shown in FIG. 1B, mesa etching using photolithography is performed to expose a portion of the n-type semiconductor layer 102 to form an electrode.

그리고 도 1c에 도시된 바와 같이 메사 식각을 한 영역의 n형 반도체층(102)의 상부에 n-형 전극(105)을 형성하고, p형 반도체층(104)위에 빛이 투과할 수 있는 얇은 p-형 금속 막(106)을 입히고, 다시 그 p-형 금속 막(106)의 상부에 두꺼운 p-형 전극(107)을 증착한다.As shown in FIG. 1C, an n-type electrode 105 is formed on the n-type semiconductor layer 102 of the mesa-etched region, and light is transmitted through the p-type semiconductor layer 104. The p-type metal film 106 is coated and a thick p-type electrode 107 is deposited on top of the p-type metal film 106 again.

이러한 종래의 구조, 특히 질화물계 LED 구조에서 광 적출 효율을 높이기 위한 주요 수단으로서 활성층의 내부 양자 효율을 극대화하려는 접근 및 활성층에서 생성된 광을 최대한 LED 칩 외부로 적출하려는 접근이 시도되고 있다.In such a conventional structure, in particular, a nitride-based LED structure, approaches to maximize the internal quantum efficiency of the active layer and approaches to extract the light generated in the active layer to the outside of the LED chip as much as possible are the main means for increasing the light extraction efficiency.

발광소자에서 광 적출 효율을 결정하는 요인으로는 크게 두 가지로 열거할 수 있는데, 첫째는 전류 확산층에 투과 정도에 의한 광 손실이며, 둘째는 빛이 방출되는 계면에서의 전반사에 의한 광 손실이다.Two factors can be used to determine the light extraction efficiency of the light emitting device. First, the light loss due to the degree of transmission to the current diffusion layer, and second, the light loss due to total reflection at the interface where the light is emitted.

첫째 요인과 관련하여 종래 LED 소자의 전류 확산층으로는 주로 수 nm 및 수십 nm 두께의 Ni/Au 합금층 등이 사용되는데, 두께 및 얼로이(alloy) 조건에 따라 발산 파장에 대해 60~80% 정도의 투과율을 가진다. In relation to the first factor, a Ni / Au alloy layer having a thickness of several nm and several tens of nm is mainly used as a current diffusion layer of a conventional LED device, and about 60 to 80% of the emission wavelength depending on the thickness and alloy conditions. It has a transmittance of

이를 극복하기 위해 최근 ITO 등의 투과도가 높은 전극 재료를 사용하는 접근이 이루어지고 있으나 p형 반도체(GaN)층과의 높은 접촉저항의 문제점이 있어, n-p 터널 접합 혹은 InGaN/GaN 초격자 등의 구조를 채용하는 기술 등이 적용되고 있다.In order to overcome this problem, an approach using an electrode material having a high permeability such as ITO has been recently made, but there is a problem of high contact resistance with a p-type semiconductor (GaN) layer, and thus a structure such as an np tunnel junction or an InGaN / GaN superlattice The technique which employ | adopts is applied.

둘째 요인과 관련된 전반사에 의한 광 손실은, 빛이 발광소자의 상부에서 외부로 방출되는 계면 즉, p형 GaN과 레진(resin) 혹은 p형 GaN과 공기 또는 p형 GaN과 접촉한 그 밖의 물질 사이의 계면이나, LED소자의 하부 영역에서 존재하는 버퍼층과 사파이어 기판의 계면 등에서 인접 물질간 굴절률 차이로 발생한다.The light loss due to total reflection related to the second factor is the interface at which light is emitted from the top of the light emitting device to the outside, between p-type GaN and resin or between p-type GaN and other materials in contact with air or p-type GaN. It occurs due to the difference in refractive index between adjacent materials at the interface of the substrate, the interface between the buffer layer and the sapphire substrate, etc., which are present in the lower region of the LED element.

일반적인 반도체 발광소자를 구성하는 반도체는 기판, 에폭시 혹은 공기층 등 외부 환경에 비해 높은 굴절률을 가짐으로 인해서 전자와 정공의 결합에 따라 생기는 대다수의 광자는 소자 내부에 머물기 때문에, 외부 양자 효율은 그 소자가 가지는 구조적인 형태와 그 소자를 구성하는 물질들의 광적 특성에 따라 많은 영향을 받게 된다. Since the semiconductor constituting the general semiconductor light emitting device has a higher refractive index than the external environment such as a substrate, an epoxy layer or an air layer, the majority of photons generated by the combination of electrons and holes stays inside the device. Branches are affected by the structural shape and the optical properties of the materials constituting the device.

특히, 질화물 반도체 발광소자를 구성하고 있는 물질의 굴절률(refractive index)이 소자의 외부를 둘러싸고 있는 물질(예: 공기, 수지, 기판 등)의 굴절률 보다 커서 소자 내부에서 생성된 광자가 외부로 탈출하지 못하고, 내부에서 흡수되어 낮은 외부 양자효율(extraction efficiency)을 가지는 문제점이 있었다.In particular, the refractive index of the material constituting the nitride semiconductor light emitting device is greater than that of the material surrounding the outside of the device (for example, air, resin, or substrate), so that photons generated inside the device do not escape to the outside. There is a problem in that it is absorbed inward and has a low external quantum efficiency.

이러한 전반사에 의한 광 손실을 감소시키기 위한 종래 접근 방법으로 계면에서의 입사각 혹은 방출각을 변화시키기 위해, p형 GaN층 영역에 식각 등의 공정을 이용하여 규칙적인 혹은 불규칙적인 요철 형상의 패터닝을 행하는 방법 등이 있다.In order to change the incident angle or the emission angle at the interface in a conventional approach to reduce the light loss due to the total reflection, patterning of regular or irregular irregularities is performed in the p-type GaN layer region by using an etching process. Method and the like.

그러나, 특히 질화막 반도체 광소자의 경우에는 상대적으로 얇은 P형 반도체층으로 인하여 건식이나 습식방식으로 표면을 거칠게 했을 때, P형 반도체 바로 아래에 있는 활성층에 결함을 야기할 수 있으며, p형 반도체층 특성이 변하여 접촉저항이 커질 수 있는 문제점을 가지게 된다. However, especially in the case of nitride semiconductor optical devices, when the surface is roughened by a dry or wet method due to a relatively thin P-type semiconductor layer, defects may occur in the active layer directly below the P-type semiconductor. This change has a problem that the contact resistance can be increased.

그래서, 질화물 반도체의 경우에 박막 성장 후 표면을 거칠게 하는 방법이 갖는 한계가 있기 때문에, 박막 증착과정에서 표면을 거칠게 하는 방법을 채택하기도 한다. Therefore, in the case of nitride semiconductors, there is a limit to the method of roughening the surface after thin film growth, and thus a method of roughening the surface during the thin film deposition process may be adopted.

기판에서부터 마지막 박막 전까지는 평탄하게 성장을 시키고, 마지막 박막 성장시에 III-V족 비율, 온도, 증착 속도 등의 성장조건을 변화시켜 표면에 구멍(pit)을 고밀도로 형성시켜 기존 대비 휘도(brightness) 증가를 시키는 방법이 그것이다. It grows evenly from the substrate to the last thin film, and at the last thin film growth, the growth conditions such as group III-V ratio, temperature, and deposition rate are changed to form pit on the surface with high density, resulting in high brightness. ) Is the way to increase.

그러나 이러한 방법은 고밀도의 구멍을 형성하는 공정이 난해한 문제점이 있다.
However, this method has a problem that the process of forming a high-density hole is difficult.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 광 추출 효율을 증가시키기 위해 기판상의 반도체 물질의 형성 전 또는 중간에 서로 다른 이종 물질로 구성된 요철을 형성하여 빛의 외부 추출 효율을 증가시킨 이종 물질 구조를 갖는 반도체 발광소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
In order to solve this problem, the present invention has a heterogeneous material structure to increase the external extraction efficiency of light by forming irregularities composed of different heterogeneous materials before or during the formation of the semiconductor material on the substrate to increase the light extraction efficiency An object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device and a method of manufacturing the same.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 반도체 발광소자로서, 기판; 상기 기판상에 형성하는 n형 반도체층; 상기 n형 반도체층 상에 형성하는 활성층; 상기 활성층 상에 형성하는 p형 반도체층; 상기 p형 반도체층 상에 형성하는 투명 전극층; 상기 투명 전극층 상에 형성하는 제 1 전극; 및 상기 투명 전극층, p형 반도체층 및 활성층이 식각되어 n형 반도체층이 노출된 영역에 형성하는 제 2 전극을 포함하고, 상기 기판, 또는 반도체층 중 적어도 하나에 서로 다른 굴절률을 갖는 이종의 물질로 이루어진 돌출부를 형성하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor light emitting device comprising: a substrate; An n-type semiconductor layer formed on the substrate; An active layer formed on the n-type semiconductor layer; A p-type semiconductor layer formed on the active layer; A transparent electrode layer formed on the p-type semiconductor layer; A first electrode formed on the transparent electrode layer; And a second electrode formed by etching the transparent electrode layer, the p-type semiconductor layer, and the active layer to form an n-type semiconductor layer, and having a different refractive index on at least one of the substrate or the semiconductor layer. Characterized by forming a protrusion consisting of.

또한, 본 발명에 따른 상기 돌출부는 사파이어, 실리콘 카바이드, 갈륨나이트라이드(GaN), 알루미늄갈륨나이트라이드(AlGa1-xN, 0<=x<=1), 갈륨비소(GaAs), 크롬(Cr), 규소 산화물(SiO2), 규소 질화물(Si3N4), 실리콘 옥시나이트라이드(SiON), 하프늄옥사이드(HfO), 은(Ag), 알루미늄(Al) 중 선택되는 2종 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the protrusion according to the present invention, sapphire, silicon carbide, gallium nitride (GaN), aluminum gallium nitride (AlGa1-xN, 0 <= x <= 1), gallium arsenide (GaAs), chromium (Cr), Silicon oxide (SiO 2), silicon nitride (Si 3 N 4), silicon oxynitride (SiON), hafnium oxide (HfO), silver (Ag), characterized in that it comprises two or more materials selected from aluminum (Al).

또한, 본 발명에 따른 상기 기판은 사파이어, 실리콘 카바이드, 갈륨비소(GaAs), 갈륨 나이트라이드(GaN), 실리콘(Si) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the substrate according to the present invention is characterized in that it comprises at least one of sapphire, silicon carbide, gallium arsenide (GaAs), gallium nitride (GaN), silicon (Si).

또한, 본 발명에 따른 상기 돌출부의 횡단면 형상은 원형, 삼각형, 사각형 또는 다각형 중 어느 하나의 형상 또는 점 형상인 것을 특징으로 한다.In addition, the cross-sectional shape of the protrusion according to the invention is characterized in that the shape of any one of a circle, triangle, square or polygon or point shape.

또한, 본 발명에 따른 상기 돌출부의 종단면 형상은 반원형, 끝이 잘린 반원형, 반타원형, 끝이 잘린 반타원형, 삼각형, 사다리꼴형 중 어느 하나의 형상인 것을 특징으로 한다.In addition, the longitudinal cross-sectional shape of the protruding portion according to the present invention is characterized in that the shape of any one of semi-circular, semi-circular truncated, semi-elliptic, semi-elliptic truncated, triangular, trapezoidal.

또한, 본 발명에 따른 상기 돌출부의 외형은 반구형, 끝이 잘린 반구형, 반타원체형, 끝이 잘린 반타원체형, 원뿔형, 끝이 잘린 원뿔형 중 어느 하나의 형상인 것을 특징으로 한다.In addition, the outer shape of the protrusion according to the invention is characterized in that the shape of any one of hemispherical, cut hemispherical, semi-elliptic, semi-elliptic, truncated cone, truncated cone.

또한, 본 발명에 따른 상기 돌출부는 하나 이상의 접합면과 윗면을 가지며 상기 면들은 평평한 형상인 것을 특징으로 한다.In addition, the protrusion according to the invention is characterized in that it has at least one joining surface and the top surface and the surfaces are flat.

또한, 본 발명은 반도체 발광 소자의 제조 방법으로서, 기판 상면에 임의의 굴절률을 갖는 제 1 식각 마스크 물질이 남아 있도록 돌출된 패턴으로 패터닝하는 단계; 상기 기판상에 n형 반도체층을 형성하는 단계; 상기 n형 반도체층상에 활성층을 형성하는 단계; 상기 활성층 상에 p형 반도체층을 형성하는 단계; 상기 p형 반도체층상에 투명전극층을 형성하는 단계; 상기 투명 전극층, 활성층 및 p형 반도체층의 소정영역을 식각하는 단계; 상기 투명 전극층 상에 제 1 전극을 형성하는 단계; 및 상기 투명 전극층, 활성층 및 p형 반도체층이 식각되어 n형 반도체층이 노출된 영역에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.In addition, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor light emitting device comprising the steps of: patterning in a projected pattern so that the first etching mask material having an arbitrary refractive index remains on the upper surface of the substrate; Forming an n-type semiconductor layer on the substrate; Forming an active layer on the n-type semiconductor layer; Forming a p-type semiconductor layer on the active layer; Forming a transparent electrode layer on the p-type semiconductor layer; Etching predetermined regions of the transparent electrode layer, the active layer, and the p-type semiconductor layer; Forming a first electrode on the transparent electrode layer; And forming a second electrode in an area in which the n-type semiconductor layer is exposed by etching the transparent electrode layer, the active layer, and the p-type semiconductor layer.

또한, 본 발명은 상기 기판 상면에 임의의 굴절률을 갖는 제 1 식각 마스크 물질이 남아 있도록 돌출된 패턴으로 패터닝하는 단계 후에 상기 기판상에 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention may further include forming a buffer layer on the substrate after the patterning in a protruding pattern such that the first etching mask material having an arbitrary refractive index remains on the upper surface of the substrate.

또한, 본 발명에 따른 상기 기판 상면에 임의의 굴절률을 갖는 제 1 식각 마스크 물질이 남아 있도록 돌출된 패턴으로 패터닝하는 단계는 상기 기판 위에 제 1 식각 마스크 물질을 증착하는 단계; 상기 기판상에 패터닝하는 단계; 상기 패터닝으로 형성되는 돌출된 패턴의 상부에 제 1 식각 마스크 물질이 남아있도록 부분적으로 상기 제 1 식각 마스크 물질을 식각하는 단계; 상기 기판을 식각하는 단계; 및 상기 식각된 기판을 클리닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, patterning in a protruding pattern such that a first etch mask material having an arbitrary refractive index remains on the upper surface of the substrate may include depositing a first etch mask material on the substrate; Patterning on the substrate; Etching the first etch mask material partially so that a first etch mask material remains on top of the protruding pattern formed by the patterning; Etching the substrate; And cleaning the etched substrate.

또한, 본 발명에 따른 상기 제 1 식각 마스크를 식각하는 단계는 상기 제 1 식각 마스크 물질이 남아 있는 기판의 상면에 임의의 굴절률을 갖는 제 2 식각 마스크 물질을 증착하는 단계; 상기 기판상에 패터닝하는 단계; 및 상기 패터닝으로 형성되는 돌출된 패턴의 상부에 제 2 식각 마스크 물질이 남아있도록 부분적으로 상기 제 2 마스크 물질을 식각하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, etching the first etching mask according to the present invention may include depositing a second etching mask material having an arbitrary refractive index on an upper surface of the substrate on which the first etching mask material remains; Patterning on the substrate; And partially etching the second mask material such that the second etching mask material remains on top of the protruding pattern formed by the patterning.

또한, 본 발명에 따른 상기 제 1 및 제 2 식각 마스크 물질은 크롬(Cr), 규소 산화물(SiO2), 규소 질화물(Si3N4), 실리콘 옥시나이트라이드(SiON), 하프늄옥사이드(HfO), 은(Ag), 알루미늄(Al) 중 선택되는 적어도 2종의 물질을 포함하는 것을 특징으로 한다.
In addition, the first and second etching mask material according to the present invention is chromium (Cr), silicon oxide (SiO 2), silicon nitride (Si 3 N 4), silicon oxynitride (SiON), hafnium oxide (HfO), silver (Ag ), At least two materials selected from aluminum (Al).

본 발명은 반도체 발광 소자를 제작함으로써 반도체 발광소자의 결함 감소와 더불어 발광층의 면적을 증가시키며, 광의 산란 증가로 발광소자의 휘도(brightness)를 향상시키는 효과가 있다. The present invention has the effect of increasing the area of the light emitting layer in addition to the reduction of defects of the semiconductor light emitting device by manufacturing a semiconductor light emitting device, there is an effect of improving the brightness (brightness) of the light emitting device.

또한 본 발명은 광 추출 효율 향상을 위해 기판과 다른 굴절률을 갖는 마스크 물질을 남겨 요철을 형성함으로써, 질화막 등의 성장 시에 성장 마스크로 이용하여 수평성장 촉진으로 인한 고품위의 질화막 등의 반도체층 성장의 장점이 있다.
In addition, the present invention by forming a concave-convex leaving a mask material having a refractive index different from the substrate to improve the light extraction efficiency, it is used as a growth mask during growth of the nitride film, thereby increasing the growth of semiconductor layers such as high-quality nitride film due to the horizontal growth promotion There is an advantage.

도 1 은 일반적인 발광소자의 제조 과정을 나타낸 예시도.
도 2 는 본 발명에 따른 반도체 발광 소자의 제 1 실시예 구성을 나타낸 단면도.
도 3 은 도 2에 따른 반도체 발광 소자의 기판 구성을 나타낸 단면도.
도 4 는 도 2에 따른 반도체 발광 소자의 기판 SEM 이미지를 나타낸 예시도.
도 5 는 도 2에 따른 반도체 발광 소자의 돌출부를 형성한 기판의 평면도.
도 6 은 도 2에 따른 반도체 발광 소자의 기판을 나타낸 측면도.
도 7 은 도 2에 따른 반도체 발광 소자의 제조 과정을 나타낸 흐름도.
도 8 은 도 7에 따른 반도체 발광 소자의 제조 과정에서 돌출된 패턴으로 패터닝하는 과정을 나타낸 흐름도.
도 9 는 본 발명에 따른 반도체 발광 소자의 제 2 실시예 구성을 나타낸 단면도.
도 10 은 본 발명에 따른 반도체 발광 소자의 제 3 실시예 구성을 나타낸 단면도.
도 11 은 본 발명에 따른 반도체 발광 소자의 제 4 실시예 구성을 나타낸 단면도.
도 12 는 도 11에 따른 반도체 발광 소자의 기판 구성을 나타낸 단면도.
도 13 은 도 11에 따른 반도체 발광 소자의 제조 과정에서 돌출된 패턴으로 패터닝하는 과정을 나타낸 흐름도.
1 is an exemplary view showing a manufacturing process of a general light emitting device.
2 is a cross-sectional view showing the configuration of a first embodiment of a semiconductor light emitting device according to the present invention;
3 is a cross-sectional view illustrating a substrate configuration of the semiconductor light emitting device according to FIG. 2.
4 is an exemplary view showing a substrate SEM image of the semiconductor light emitting device according to FIG. 2.
5 is a plan view of a substrate on which protrusions of the semiconductor light emitting device of FIG. 2 are formed;
6 is a side view showing a substrate of the semiconductor light emitting device according to FIG. 2;
7 is a flowchart illustrating a manufacturing process of a semiconductor light emitting device according to FIG. 2.
FIG. 8 is a flowchart illustrating a process of patterning a protrusion pattern in the process of manufacturing the semiconductor light emitting device of FIG. 7; FIG.
9 is a cross-sectional view showing a configuration of a second embodiment of a semiconductor light emitting device according to the present invention;
Fig. 10 is a sectional view showing the structure of the third embodiment of the semiconductor light emitting element according to the present invention.
Fig. 11 is a sectional view showing the structure of the fourth embodiment of the semiconductor light emitting element according to the present invention.
12 is a cross-sectional view illustrating a substrate configuration of the semiconductor light emitting device according to FIG. 11.
FIG. 13 is a flowchart illustrating a process of patterning a protrusion pattern in the process of manufacturing the semiconductor light emitting device of FIG. 11; FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반도체 발광 소자 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
Hereinafter, exemplary embodiments of a semiconductor light emitting device and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

(제 1 실시예)(Embodiment 1)

도 2는 본 발명에 따른 반도체 발광 소자의 제 1 실시예 구성을 나타낸 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing the configuration of a first embodiment of a semiconductor light emitting device according to the present invention.

기판(110)에 패터닝 공정을 수행하여 돌기 형상의 돌출부(120)를 형성한 후, 식각 공정 수행시 상기 돌기 형상의 돌출부(120) 상부에 식각 마스크 물질이 남아있도록 기판(110) 및 식각 마스크 물질(130)을 부분 식각하여 기판의 상부에 돌출부(120)가 이루어지도록 한다.After forming the protrusions 120 having a projection shape by performing a patterning process on the substrate 110, the substrate 110 and the etching mask material are formed so that an etching mask material remains on the protrusions 120 when the etching process is performed. Part 130 is etched so that the protrusion 120 is formed on the substrate.

상기 기판(110)은 사파이어, 실리콘 카바이드, 갈륨비소(GaAs), 갈륨 나이트라이드(GaN), 알루미늄갈륨나이트라이드(AlGa1-xN, 0<=x<=1), 실리콘(Si) 중 적어도 하나의 재료로 이루어지고, 바람직하게는 사파이어 기판으로 이루어진다.The substrate 110 may include at least one of sapphire, silicon carbide, gallium arsenide (GaAs), gallium nitride (GaN), aluminum gallium nitride (AlGa1-xN, 0 <= x <= 1), and silicon (Si). Material, and preferably a sapphire substrate.

또한, 상기 기판(110)상에 형성되는 돌출부(120)는 패터닝 공정을 통해 형성되고, 상기 돌출부(120)의 횡단면 형상은 원형, 삼각형, 사각형 또는 다각형 중 어느 하나의 형상으로 이루어지거나, 점 형상을 가진다.In addition, the protrusion 120 formed on the substrate 110 is formed through a patterning process, and the cross-sectional shape of the protrusion 120 is formed in any one of a circle, a triangle, a rectangle, or a polygon, or a point shape. Has

또한, 상기 돌출부(120)의 종단면 형상은 반원형, 끝이 잘린 반원형, 반타원형, 끝이 잘린 반타원형, 삼각형, 사다리꼴형 중 어느 하나의 형상으로 이루어지며, 상기 돌출부(120)의 외형은 반구형, 끝이 잘린 반구형, 반타원체형, 끝이 잘린 반타원체형, 원뿔형, 끝이 잘린 원뿔형 중 어느 하나의 형상으로 이루어진다.In addition, the longitudinal cross-sectional shape of the protrusion 120 is made of any one of the shape of a semi-circle, semi-circular, semi-elliptic, semi-elliptic, truncated, triangular, trapezoidal, the outer shape of the protrusion 120 is hemispherical, It consists of any one of the shape of hemisphere cut off, hemispherical shape cut off, semi-elliptic shape cut off, cone shape, and truncated cone shape.

상기 돌출부(120)의 형상이 상부에 형성된 기판상에 버퍼층(140),n형 반도체층(150), 활성층(160) 및 p형 반도체층(170)을 순차적으로 적층하는데, 이때 유기금속화학기상증착법(MOCVD)을 이용하여 형성될 수 있다. 이후 p형 반도체층(170) 상부에 투명전극(180)을 형성한다.The buffer layer 140, the n-type semiconductor layer 150, the active layer 160, and the p-type semiconductor layer 170 are sequentially stacked on the substrate having the shape of the protrusion 120 formed thereon. It may be formed using vapor deposition (MOCVD). Thereafter, the transparent electrode 180 is formed on the p-type semiconductor layer 170.

제 2 전극(192) 형성을 위하여 기판상에 n형 반도체층(150), 활성층(160), p형 반도체층(170) 및 투명전극(180)을 순차적으로 적층한후, n형 반도체층(150)이 드러나도록 투명전극(180), p형 반도체층(170) 및 활성층(160)의 소정영역을 식각하게 된다. 이때, 습식식각(Wet Etching) 방법 또는 건식식각(Dry Etching) 방법이 이용될 수 있다.In order to form the second electrode 192, the n-type semiconductor layer 150, the active layer 160, the p-type semiconductor layer 170, and the transparent electrode 180 are sequentially stacked on the substrate, and then the n-type semiconductor layer ( The predetermined regions of the transparent electrode 180, the p-type semiconductor layer 170, and the active layer 160 are etched to expose 150. In this case, a wet etching method or a dry etching method may be used.

이후, 투명전극(180)상에 제 1 전극(191)을 형성하고, 투명전극(180), p형 반도체층(170) 및 활성층(160)의 소정영역이 식각되어 노출되는 n형 반도체(150)층상에 제 2 전극(192)을 형성할 수 있다. Thereafter, the first electrode 191 is formed on the transparent electrode 180, and predetermined regions of the transparent electrode 180, the p-type semiconductor layer 170, and the active layer 160 are etched and exposed. The second electrode 192 may be formed on the layer.

이와 같이 발광소자가 완성되면, 제 1전극(191) 및 제 2 전극(192)을 통해 전압이 인가되면 활성층(160)에서 전자와 정공의 재결합으로 광자가 방출된다. When the light emitting device is completed as described above, when voltage is applied through the first electrode 191 and the second electrode 192, photons are emitted by the recombination of electrons and holes in the active layer 160.

즉, p-n접합에 순방향으로 전압이 인가됨에 따라, n형 반도체층(150)의 전자 및 p형 반도체층(170)의 정공은 각각 p쪽, n쪽에 주입됨으로써 활성층(160)에서 재결합된 광자가 소자 외부로 방출된다.That is, as the voltage is applied to the pn junction in the forward direction, the electrons of the n-type semiconductor layer 150 and the holes of the p-type semiconductor layer 170 are injected to the p side and the n side, respectively, so that photons recombined in the active layer 160 Emitted out of the device.

이때, 활성층(160)에서 생성되어 기판으로 향하는 광자들이 기판 표면에 형성되는 돌출부(120)와 충돌하면서 굴절, 산란되면서 외부로 추출되어 기판으로 입사되는 광의 외부 방출 효율이 증대된다.At this time, the photon generated in the active layer 160 toward the substrate collides with the protrusion 120 formed on the substrate surface, and is refracted and scattered while being extracted to the outside to increase the external emission efficiency of the light incident on the substrate.

도 3은 도 2에 따른 반도체 발광 소자의 기판 구성을 나타낸 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a substrate configuration of the semiconductor light emitting device of FIG. 2.

기판(210)상에 이종 물질 구조를 갖는 돌출부(220)를 형성하기 위해서는 패터닝 공정 및 텍스쳐링 공정을 수행하여야 한다. In order to form the protrusion 220 having a heterogeneous material structure on the substrate 210, a patterning process and a texturing process should be performed.

먼저 기판(210)상에 기판과 다른 굴절율을 갖는 식각 마스크 물질(230)을 도포하고, 패턴을 형성하는데, E-beam, scanner, stepper, 레이저 홀로그래피 등을 이용하여 패턴을 형성할 수 있다. First, the etching mask material 230 having a refractive index different from that of the substrate is coated on the substrate 210, and a pattern is formed. The pattern may be formed using an E-beam, a scanner, a stepper, laser holography, or the like.

이어서, 식각 단계를 거치게 되는데, 상기 패턴을 형성한 상부의 식각 마스크 물질(230)이 남아있도록 부분적으로 식각 공정을 수행하며, 이후 기판(210)의 식각 단계를 거치게 되면 돌출부(220)의 상부에 식각 마스크 물질(230)이 남아 이종 물질이 적층된 돌출부(220)를 형성할 수 있게 된다. Subsequently, an etching step is performed, and the etching process is performed in such a way that the etching mask material 230 of the upper part of the pattern remains, and then the etching step of the substrate 210 is performed on the protrusion 220. The etching mask material 230 remains to form the protrusion 220 in which the heterogeneous materials are stacked.

상기 돌출부는 하나 이상의 접합면과 윗면을 가지며 패턴 공정 및 식각 공정 조건의 조절을 통해 식각 마스크 물질(230)의 윗면이 평평하도록 형상을 만들 수도 있다.The protrusion may have one or more bonding surfaces and a top surface, and may be shaped such that the top surface of the etch mask material 230 is flat by adjusting a pattern process and an etching process condition.

상기 평평한 윗면을 갖는 식각 마스크 물질(230)은 이후 MOCVD, MBE 등으로 진행하는 반도체 증착 공정에서 반도체로 돌출부를 덮을 때 돌출부의 중심 부분에서 발생할 수 있는 전위 형성을 억제할 수 있으며, 남아 있는 식각 마스크 물질(230)의 평평한 윗면을 통한 빛의 반사를 제어하여 칩 상부로 추출되는 광량을 효과적으로 증가시킬 수 있다.The etch mask material 230 having the flat top surface may suppress dislocation formation that may occur in the center portion of the protrusion when the protrusion is covered with the semiconductor in a semiconductor deposition process proceeding to MOCVD, MBE, and the like, and the remaining etching mask By controlling the reflection of light through the flat top surface of the material 230, the amount of light extracted to the upper portion of the chip may be effectively increased.

도 4는 도 2에 따른 반도체 발광 소자의 기판 SEM 이미지를 나타낸 예시도.4 is an exemplary view showing a substrate SEM image of the semiconductor light emitting device according to FIG. 2.

본 이미지를 참조하면, 기판(310) 표면에 돌기된 돌출부(320)와 식각 마스크 물질(330)에 의해 이종 물질이 적층된 구조의 돌출부가 형성되어 있음을 알 수 있다.Referring to this image, it can be seen that the protrusion of the structure in which the heterogeneous material is laminated by the protrusion 320 and the etching mask material 330 formed on the surface of the substrate 310 is formed.

이렇게 기판 상부에 이종 물질이 적층된 구조의 돌출부로 인하여, 기판의 표면적이 증가하여 빛의 추출효율이 증가한다.Due to the protrusion of the structure in which heterogeneous materials are stacked on the substrate, the surface area of the substrate is increased to increase the light extraction efficiency.

또한, 돌출부의 상부에 기판과 굴절률 차이를 가지는 마스크 물질로 이종 물질이 적층된 구조의 돌출부를 구성함으로써, 광의 굴절, 산란 효과가 더욱 증대된다.In addition, by forming a protrusion having a structure in which a heterogeneous material is laminated with a mask material having a difference in refractive index from a substrate on the protrusion, the refractive and scattering effects of light are further increased.

상기 돌출부에 적층되는 마스크 물질은 기판과 동일한 사파이어, 실리콘 카바이드, 갈륨나이트라이드(GaN), , 갈륨비소(GaAs) 등의 물질과, 상기 기판과 다른 굴절률 차이를 갖는 크롬(Cr), 규소산화물(SiO2), 규소 질화물(Si3N4), 또는 실리콘 옥시나이트라이드(SiON), 하프늄옥사이드(HfO), 은(Ag), 알루미늄(Al) 중 적어도 1종 이상이 적층되어 빛의 추출 효율이 더욱 향상될 수 있도록 하고, 기판이나 반도체 물질과 다른 굴절률을 갖는 물질을 적층시켜 빛의 추출효율이 향상될 수 있도록 구성할 수도 있다.The mask material deposited on the protruding portion may be formed of a material such as sapphire, silicon carbide, gallium nitride (GaN), gallium arsenide (GaAs), and the like, and chromium (Cr) and silicon oxide having different refractive indices from the substrate. SiO 2), silicon nitride (Si 3 N 4), or at least one of silicon oxynitride (SiON), hafnium oxide (HfO), silver (Ag), and aluminum (Al) may be stacked to further improve light extraction efficiency. In addition, the light extraction efficiency may be improved by stacking a material having a refractive index different from that of the substrate or the semiconductor material.

도 5는 도 2에 따른 반도체 발광 소자의 돌출부를 형성한 기판의 평면도이고, 도 6은 도 2에 따른 반도체 발광 소자의 기판을 나타낸 측면도로서, 이종 물질이 적층된 구조의 돌출부의 하부 폭(410)은 0.2㎛ ~ 3㎛이고, 돌출부의 높이(420)는 0.1㎛ ~ 3㎛이며, 돌출부 간의 이격 거리(430)는 0.05㎛ ~ 1㎛가 되는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.5 is a plan view of a substrate on which a protrusion of the semiconductor light emitting device of FIG. 2 is formed, and FIG. 6 is a side view of the substrate of the semiconductor light emitting device of FIG. 2, and a lower width 410 of the protrusion of a structure in which heterogeneous materials are stacked. ) Is 0.2 μm to 3 μm, the height 420 of the protrusions is 0.1 μm to 3 μm, and the separation distance 430 between the protrusions is preferably 0.05 μm to 1 μm, but is not limited thereto.

도 7은 도 2에 따른 반도체 발광 소자의 제조 과정을 나타낸 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a manufacturing process of a semiconductor light emitting device according to FIG. 2.

본 발명의 제조공정에 앞서서 기판의 세척과정을 거칠 수 있다.Prior to the manufacturing process of the present invention may be subjected to the cleaning process of the substrate.

기판의 세척과정을 거치면, 상기 기판을 돌출부가 형성된 패턴으로 패터닝하는 단계를 거치게 된다(s110).When the substrate is washed, the substrate is subjected to the step of patterning the pattern in which the protrusion is formed (S110).

상기 돌출부의 패턴은 포토 리소그래피(photo-lithography), 전자빔 리소그래피(e-beam lithography), 이온빔 리소그래피(Ion-beam Lithography),극자외선 리소그래피(Extreme Ultraviolet Lithography), 근접 X선 리소그라피(Proximity X-ray Lithography) 또는 임프린트 리소그래피(imprint lithography) 등의 방법을 이용하여 형성할 수 있다. Patterns of the protrusions include photo-lithography, e-beam lithography, ion-beam lithography, extreme ultraviolet lithography, and proximity x-ray lithography. Or imprint lithography.

또한, 마스크 식각 공정에 있어서, 상기 돌출부의 패턴을 형성한 상부에 식각 마스크 물질이 남아있도록 부분적으로 식각 공정을 수행하고, 이후 기판의 식각 단계를 거치게 되면 돌출부의 상부에 식각 마스크 물질이 남아 기판의 굴절률과 다른 굴절률을 갖는 이종(heterogeneity) 물질이 적층된 구조의 돌출부를 형성할 수 있게 된다. Further, in the mask etching process, the etching process is performed so that the etching mask material remains on the upper part of the patterned part of the protrusion, and after the etching step of the substrate, the etching mask material remains on the upper part of the substrate. A heterogeneity material having a refractive index different from that of the refractive index may form a protrusion of a stacked structure.

상기와 같은 패터닝 단계를 거친후, 선택적으로 버퍼층을 형성할 수 있고, 상기 버퍼층은 기판과 반도체층의 격자상수 차이를 완화하여 소자의 안정성확보에 기여할 수 있다. After the patterning step as described above, a buffer layer may be selectively formed, and the buffer layer may contribute to securing device stability by alleviating the difference in lattice constant between the substrate and the semiconductor layer.

또한, 상기 버퍼층은 AlInN 구조, InGaN/GaN 초격자 구조, InGaN/GaN 적층구조, AlInGaN/InGaN/GaN의 적층구조 중에서 선택되어 형성될 수 있고, 상기 버퍼층의 형성 공정은 약 400~600℃의 저온에서 진행되며 이후 성장되는 GaN층의 단결정 성장을 위해 클래드층 성장 온도로 표면을 열처리하여 마무리 한다. The buffer layer may be selected from an AlInN structure, an InGaN / GaN superlattice structure, an InGaN / GaN stacked structure, and an AlInGaN / InGaN / GaN stacked structure, and the buffer layer is formed at a low temperature of about 400 ° C. to 600 ° C. In order to achieve the single crystal growth of the grown GaN layer, the surface is finished by heat-treating at a cladding layer growth temperature.

상기 버퍼층의 형성단계 이후, n형 반도체층을 형성하는 단계(s120)를 거치게 된다. After the formation of the buffer layer, the step of forming an n-type semiconductor layer (s120).

상기 n형 반도체층은 n형 질화갈륨층(n-GaN)층으로 형성될 수 있으며, 실리콘(Si)을 도펀트(Dopant)로 사용하여 도핑될 수 있고, 고온에서 진행되며 암모니아(NH3)를 캐리어가스로 Ga, N, Si를 화합물로 결합시킬수 있다. The n-type semiconductor layer may be formed of an n-type gallium nitride layer (n-GaN) layer, and may be doped using silicon (Si) as a dopant, proceed at a high temperature, and carry ammonia (NH 3) as a carrier. Ga, N, Si can be combined with a gas.

상기 n형 반도체층이 형성된 후, 활성층을 형성하게 되는데(s130), 질화인듐갈륨(InGaN)으로된 발광체 물질을 첨가한 반도체 층일 수 있고 이외에도 AlGaN, AlInGaN 등의 물질도 활성층으로 이용될 수 있다. After the n-type semiconductor layer is formed, an active layer is formed (s130), and may be a semiconductor layer to which a light emitting material made of indium gallium nitride (InGaN) is added. In addition, materials such as AlGaN and AlInGaN may also be used as the active layer.

이때 활성층은 InGaN/GaN 양자우물(QW) 구조를 이룰 수 있으며, 이러한 활성층은 휘도 향상을 위하여 상술한 양자우물 구조가 복수로 형성되어 다중 양자우물(MQW) 구조를 이룰 수 있다.In this case, the active layer may form an InGaN / GaN quantum well (QW) structure, and the active layer may have a plurality of quantum well structures described above to form a multi-quantum well (MQW) structure in order to improve luminance.

상기 활성층이 형성된 후, 활성층 상에 p형 반도체층이 형성되는데,(s140) 이러한 p형 반도체층은 질화갈륨층(p-GaN층)으로 형성될 수 있으며, 마그네슘(Mg)을 도펀트로 사용할 수 있다. 본 공정도 고온에서 진행되며 암모니아(NH3) 캐리어가스로 Ga, N, Mg를 화합물로 결합시킬 수 있다. After the active layer is formed, a p-type semiconductor layer is formed on the active layer (s140). The p-type semiconductor layer may be formed of a gallium nitride layer (p-GaN layer), and magnesium (Mg) may be used as a dopant. have. This process is also carried out at a high temperature and can combine Ga, N, Mg as a compound with ammonia (NH3) carrier gas.

이러한 활성층은 예컨대, 780℃의 성장 온도에서 질소를 캐리어 가스로 사용하여 NH3, TMGa, 및 트리메틸인듐(TMIn)을 공급하고, InGaN/GaN으로 이루어진 활성층을 120Å내지 1200Å의 두께로 성장시킬 수 있다. Such an active layer can supply NH 3, TMGa, and trimethylindium (TMIn) by using nitrogen as a carrier gas at a growth temperature of 780 ° C., for example, and grow an active layer made of InGaN / GaN to a thickness of 120 kV to 1200 kPa.

이후 p형 반도체층 상에 투명 전극층이 형성(s150)되고, 상기 투명 전극층은 투과성 산화막으로서 ITO, ZnO, RuOx, TiOx, IrOx 중 적어도 하나 이상으로 이루어질 수 있다.Thereafter, a transparent electrode layer is formed on the p-type semiconductor layer (S150), and the transparent electrode layer may be formed of at least one of ITO, ZnO, RuOx, TiOx, and IrOx as a transparent oxide film.

그리고 전극 패드 형성을 위해 상기 투명 전극층에서 n형 반도체층까지 부분 식각하는 단계를 거치게 되는데,(s160) 질화물계 반도체층을 형성하는 경우, 질화물계 화합물의 화학적 속성 때문에 습식 식각이 어려워 건식 식각을 사용하는 것이 바람직하다. In order to form an electrode pad, a partial etching process is performed from the transparent electrode layer to the n-type semiconductor layer (s160). In the case of forming the nitride-based semiconductor layer, wet etching is difficult because of the chemical properties of the nitride-based compound. It is desirable to.

상기의 과정을 거친 후 투명전극층상에 제 1 전극을 형성하고,(s170) 상기 투명전극층에서 n형 반도체층까지 부분 식각되어 노출된 n형 반도체층상에 제 2 전극을 형성한다.(s180) 이때, 전극을 형성(Metallization)하고 소자 보호를 위한 산화 공정을 거칠 수 있다.After the above process, a first electrode is formed on the transparent electrode layer (s170), and a second electrode is formed on the exposed n-type semiconductor layer partially etched from the transparent electrode layer to the n-type semiconductor layer (s180). The electrode may be subjected to an oxidation process for forming the electrode and protecting the device.

도 8 은 도 7에 따른 반도체 발광 소자의 제조 과정에서 돌출된 패턴으로 패터닝하는 과정을 나타낸 흐름도이다.FIG. 8 is a flowchart illustrating a process of patterning a pattern into a protruding pattern in the process of manufacturing the semiconductor light emitting device of FIG. 7.

본 발명은 리소그래피(Lithography)공정을 이용하여 돌출부를 형성할 수 있는데, 일반적인 리소그패피 공정은 다음과 같다. The present invention can form a protrusion using a lithography process, the general lithography process is as follows.

첫째, Mask(Reticle)를 제작하게 되는데, 돌기된 돌출부를 형성하기 위한 패턴을 E-beam 설비로 식각 마스크 물질 위에 그려 Mask(Reticle)를 만들고 이를 기판 위에 증착시킨다. First, a mask (reticle) is manufactured. A pattern for forming a protruding protrusion is drawn on an etch mask material by using an E-beam facility to make a mask (reticle) and deposited on the substrate.

이후 필요에 따라 산화(Oxidation)공정을 추가시킬 수 있는데, 얇고 균일한 실리콘 산화막(SiO2)를 현상시켜는 공정을 추가할 수 있다. After that, if necessary, an oxidation process may be added, and a process of developing a thin and uniform silicon oxide layer (SiO 2) may be added.

둘째, 감광액(Photo Resist: PR)을 도포하게 되는데, 빛에 민감한 물질인 PR를 웨이퍼 표면에 고르게 도포시킨다. Second, photoresist (PR) is applied. PR, a light-sensitive material, is evenly applied to the wafer surface.

셋째, 노광(EXPOSURE)과정을 거치게 되는데, 스텝퍼(Stepper)를 사용하여 mask에 그려진 패턴에 빛을 통과시켜 PR막이 형성된 웨이퍼 위에 돌출부 패턴 등을 사진 찍는 과정을 거치게 된다. Third, an exposure process is performed. A light is passed through a pattern drawn on a mask using a stepper to photograph a protrusion pattern on a wafer on which a PR film is formed.

넷째, 웨이퍼 표면에서 빛을 받은 부분의 막을 현상(Development)시킨다. Fourth, the film of the lighted part on the wafer surface is developed.

다섯째, 돌출부 패턴을 형성시켜 주기 위해 화학물질이나 반응성 가스를 사용하여 필요없는 부분을 선택적으로 제거시키는 에칭(etching)공정을 거치게 된다. 이러한 패턴 형성과정은 각 패턴층에 대해 계속적으로 반복될 수 있다. Fifth, an etching process is performed to selectively remove unnecessary portions using chemicals or reactive gases to form protrusion patterns. This pattern formation process may be repeated continuously for each pattern layer.

또한, 본 발명에서는 포토 레지스트(Photo Resist: PR)와 같은 감광성 물질을 도포하고, 이를 노광 및 식각하여 돌출된 형상으로 패터닝할 수 있는데, 미세한 패턴을 형성하기 위해서는 파장이 더 짧은 DUV(Deep Ultraviolet)나 EUV(Extreme Ultraviolet)파장을 사용하는 스텝퍼(Stepper)나 파장이 보다 더 짧은 레이저(Laser)를 이용할 수 있다. In addition, in the present invention, a photosensitive material such as a photo resist (PR) may be coated, and then exposed and etched to form a protruding shape. In order to form a fine pattern, DUV (Deep Ultraviolet) having a shorter wavelength may be formed. Alternatively, you can use a stepper that uses Extreme Ultraviolet (EUV) wavelengths or a shorter laser.

도면을 참조해서 설명하면, 기판 위에 식각 마스크를 증착하는 단계를 거치게 되는데(s210), 본 발명에서 식각 마스크 물질은 크롬(Cr), 규소 산화물(SiO2), 규소 질화물(Si3N4) 또는 실리콘 옥시나이트라이드(SiON), 하프늄옥사이드(HfO), 은(Ag), 알루미늄(Al) 중 선택된 하나 이상의 물질로 이루어진다.Referring to the drawings, the step of depositing an etching mask on the substrate (s210), the etching mask material in the present invention is chromium (Cr), silicon oxide (SiO2), silicon nitride (Si3N4) or silicon oxynitride (SiON), hafnium oxide (HfO), silver (Ag), and aluminum (Al).

상기 식각 마스크 물질은 돌기된 돌출부 패턴에서 돌출부의 상부에 적층되어 형성하게 되고, 기판과 귤절률 차이를 가지는 물질을 이용하여야 빛의 굴절, 산란효과가 커서 광 추출효율이 좋아지게 된다. The etching mask material is formed by stacking the upper part of the protrusion in the protrusion protrusion pattern, and the light extraction efficiency is improved because the light refraction and scattering effect are large when a material having a difference in the regulation rate from the substrate is used.

상기 식각 마스크의 증착단계 이후, 패터닝 단계를 거치게 되는데,(s220) 돌기된 돌출부 패턴은 포토 리소그래피(photo-lithography), 전자빔 리소그래피(e-beam lithography), 이온빔 리소그래피(Ion-beam Lithography), 극자외선 리소그래피(Extreme Ultraviolet Lithography), 근접 X선 리소그라피(Proximity X-ray Lithography) 또는 임프린트 리소그래피(imprint lithography) 중 어느 하나의 방법을 이용하여 돌기된 돌출부를 형성한다.After the deposition of the etch mask, a patterning step is performed (s220). The protruding protrusion patterns may include photo-lithography, e-beam lithography, ion-beam lithography, and extreme ultraviolet rays. Protruding protrusions are formed using any one of lithography (Extreme Ultraviolet Lithography), Proximity X-ray Lithography, or imprint lithography.

또한, 기판상에 마스크 공정을 통해 식각하지 말아야 할 부분을 만들고, 마지막으로 기판 표면에 대해 탑 다운(Top down) 방식으로 표면을 부분적으로 잘라내거나 식각 공정을 통해 기판 표면에 돌출형 구조물을 형성할 수도 있다. In addition, a portion of the substrate which should not be etched through a mask process may be formed on the substrate, and a part of the surface may be partially cut off in a top down manner with respect to the substrate surface, or a protruding structure may be formed on the substrate surface through the etching process. It may be.

이후, 식각 마스크를 식각하는 단계를 거치게 되는데(s230), 이때, 돌기된 돌출부를 형성하기 위해서, 식각 마스크 물질을 식각하는 단계는 돌출부의 상부에 마스크 물질이 남아있도록 부분적으로 식각하여야 한다. Thereafter, the etching mask is etched (S230). At this time, in order to form the protruding protrusion, the etching of the etching mask material should be partially etched so that the mask material remains on the upper portion of the protrusion.

이후 기판의 식각단계를 거치게 되는데(s240), 식각 용액(etchant)을 이용하여 기판의 일정 깊이와 폭까지 식각하게 되면, 보다 완벽한 형태의 돌출부가 생성된다. Subsequently, the substrate is subjected to an etching step (S240), and when the substrate is etched to a predetermined depth and width using an etching solution, a protrusion having a more perfect shape is generated.

이후 클리닝 단계를 거치게 되는데(s250), 클리닝 단계는 아세톤,알코올 등의 유기 용제와 DI water등을 이용하여 실시될 수 있다.
After the cleaning step (s250), the cleaning step may be performed using an organic solvent, such as acetone, alcohol, and DI water.

(제 2 실시예)(Second Embodiment)

도 9 는 본 발명에 따른 반도체 발광 소자의 제 2 실시예 구성을 나타낸 단면도로서, 제 1 실시예와 동일한 구성요소에 대하여 동일한 도면부호를 사용하고, 반복적인 설명은 생략한다.9 is a cross-sectional view showing the configuration of the second embodiment of the semiconductor light emitting device according to the present invention. The same reference numerals are used for the same components as those of the first embodiment, and repeated descriptions thereof will be omitted.

제 2 실시예에 따른 반도체 발광 소자는 기판(110)에 패터닝을 수행하지 않고, 기판상에 버퍼층(140),n형 반도체층(150), 활성층(160) p형 반도체층(170) 및 투명전극(180)을 순차적으로 적층하여 형성하며, 상기 투명전극(180) 상에 제 1 전극(191)을 형성하고, 투명전극(180), p형 반도체층(170) 및 활성층(160)의 소정영역이 식각되어 노출되는 n형 반도체(150)층 상에 제 2 전극(192)을 형성할 수 있다. In the semiconductor light emitting device according to the second exemplary embodiment, the buffer layer 140, the n-type semiconductor layer 150, the active layer 160, the p-type semiconductor layer 170, and the transparent layer are not patterned on the substrate 110. The electrode 180 is sequentially stacked to form a first electrode 191 on the transparent electrode 180, and a predetermined portion of the transparent electrode 180, the p-type semiconductor layer 170, and the active layer 160 is formed. The second electrode 192 may be formed on the n-type semiconductor 150 layer where the region is etched and exposed.

제 2 실시예에 따른 발광소자는 이종 물질이 적층된 구조를 기판(110)이 아닌 성장된 반도체층에 형성한 것으로 예를 들면, 성장한 n형 반도체층(150)에 패터닝 공정을 수행하여 돌기 형상의 돌출부(120a)를 형성한 후, 상기 돌기 형상의 돌출부(120a)의 상부에 식각 마스크 물질(130a)이 남아있도록 식각 마스크 물질(130)을 부분 식각하여 n형 반도체층(150)의 상부에 이종 물질이 적층된 구조를 형성할 수 있도록 한다.The light emitting device according to the second embodiment is a structure in which a heterogeneous material is stacked on the grown semiconductor layer instead of the substrate 110. For example, the light emitting device has a protrusion shape by performing a patterning process on the grown n-type semiconductor layer 150. After forming the protrusion 120a, the etch mask material 130 is partially etched so that the etch mask material 130a remains on the protrusion-shaped protrusion 120a, and thus, is formed on the n-type semiconductor layer 150. It is possible to form a stacked structure of dissimilar materials.

따라서 기판과 굴절률 차이를 갖는 크롬(Cr), 규소산화물(SiO2), 규소 질화물(Si3N4), 또는 실리콘 옥시나이트라이드(SiON), 하프늄옥사이드(HfO), 은(Ag), 알루미늄(Al) 중 적어도 1종 이상의 물질을 적층시켜 빛의 추출 효율이 더욱 향상될 수 있도록 한다.
Therefore, at least one of chromium (Cr), silicon oxide (SiO 2), silicon nitride (Si 3 N 4), or silicon oxynitride (SiON), hafnium oxide (HfO), silver (Ag), and aluminum (Al) having a refractive index difference from the substrate. By stacking one or more materials, the light extraction efficiency can be further improved.

(제 3 실시예)(Third Embodiment)

도 10 은 본 발명에 따른 반도체 발광 소자의 제 3 실시예 구성을 나타낸 단면도로서 제 1 실시예와 동일한 구성요소에 대하여 동일한 도면부호를 사용하고, 반복적인 설명은 생략한다.10 is a cross-sectional view showing the configuration of the third embodiment of the semiconductor light emitting device according to the present invention with the same reference numerals for the same components as those of the first embodiment, and repetitive description thereof will be omitted.

제 3 실시예에 따른 반도체 발광 소자는 기판(110)에 패터닝을 수행하지 않고, 기판상에 버퍼층(140),n형 반도체층(150), 활성층(160) p형 반도체층(170) 및 투명전극(180)을 순차적으로 적층하여 형성하며, 상기 투명전극(180) 상에 제 1 전극(191)을 형성하고, 투명전극(180), p형 반도체층(170) 및 활성층(160)의 소정영역이 식각되어 노출되는 n형 반도체(150)층에 제 2 전극(192)을 형성할 수 있다. In the semiconductor light emitting device according to the third embodiment, the buffer layer 140, the n-type semiconductor layer 150, the active layer 160, the p-type semiconductor layer 170, and the transparent layer are not patterned on the substrate 110. The electrode 180 is sequentially stacked to form a first electrode 191 on the transparent electrode 180, and a predetermined portion of the transparent electrode 180, the p-type semiconductor layer 170, and the active layer 160 is formed. The second electrode 192 may be formed on the n-type semiconductor 150 layer where the region is etched and exposed.

제 3 실시예에 따른 발광소자는 기판(110)에 홈부(111)를 형성함으로써, 홈부(111)가 형성되지 않은 기판의 평면이 상대적으로 돌출된 돌출부(120b)가 형성되도록 구성하여 기판(110)이 돌출된 구조를 형성할 수 있다.In the light emitting device according to the third exemplary embodiment, the groove 110 is formed in the substrate 110, such that the protrusion 120b having a relatively protruded plane of the substrate on which the groove 111 is not formed is formed. ) Can form a protruding structure.

즉 기판(110)의 상부에 패턴을 형성하고, 패턴이 형성되지 않은 기판(110)의 식각 단계를 거치게 되면 기판(110)의 상면에 홈부(111)가 형성되고, 이에 따라 패턴을 형성한 기판의 평면은 홈부(111)에 비해 상대적으로 돌출된 돌출부(120b)를 형성한다.That is, when the pattern is formed on the substrate 110 and the etching step of the substrate 110 without the pattern is formed, the groove 111 is formed on the upper surface of the substrate 110, thereby forming the substrate. The plane of the to form a protrusion 120b protruding relative to the groove 111.

상기 기판(110)에 임의의 굴절률을 갖는 식각 마스크 물질(130)을 증착한 후 상기 돌출부(120b)의 상부에 상기 식각 마스크 물질(130)이 남아 있도록 부분적으로 상기 식각 마스크 물질(130)을 식각함으로써, 돌출부(120b)의 상부에 식각 마크 물질(130)이 남아 이종 물질이 적층된 돌출부(120b)를 형성할 수 있게 된다. After depositing an etching mask material 130 having an arbitrary refractive index on the substrate 110, the etching mask material 130 is partially etched so that the etching mask material 130 remains on the protrusion 120b. As a result, the etch mark material 130 remains on the protrusion 120b to form the protrusion 120b in which the heterogeneous materials are stacked.

상기 돌출부(120b)는 기판과 굴절률 차이를 갖는 크롬(Cr), 규소산화물(SiO2), 규소 질화물(Si3N4), 또는 실리콘 옥시나이트라이드(SiON), 하프늄옥사이드(HfO), 은(Ag), 알루미늄(Al) 중 적어도 1종 이상의 물질을 적층시켜 형성한다.
The protrusion 120b may be formed of chromium (Cr), silicon oxide (SiO 2), silicon nitride (Si 3 N 4), silicon oxynitride (SiON), hafnium oxide (HfO), silver (Ag), and aluminum having a refractive index difference from that of the substrate. It is formed by laminating at least one material of (Al).

(제 4 실시예)(Example 4)

도 11은 본 발명에 따른 반도체 발광 소자의 제 4 실시예 구성을 나타낸 단면도이다.11 is a cross-sectional view showing the structure of the fourth embodiment of the semiconductor light emitting device according to the present invention.

기판(510)에 상기 기판(510)과 다른 임의의 굴절률을 갖는 제 1 식각 마스크 물질이 상기 기판(510) 위에 남아 있도록 돌출된 패턴으로 패터닝 공정을 수행한 후, 상기 제 1 식각 마스크 물질을 부분 식각하여 기판의 상부에 돌출부(520)가 형성되도록 하며, 상기 돌출부(520)가 남아 있는 기판(510)의 상면에 상기 기판(510) 및 돌출부(520)와 다른 임의의 굴절률을 갖는 제 2 식각 마스크 물질이 남아 있도록 돌출된 패턴으로 패터닝 공정을 수행한 후 상기 제 2 식각 마스크 물질을 부분 식각하여 상기 돌출부(520)의 상부에 제 2 식각 마스크 물질이 남아 있도록 하여 서로 다른 굴절률을 갖는 적어도 2종의 마스크 물질이 기판(510)의 상부에 돌출되도록 구성한다.After the patterning process is performed on the substrate 510 in a protruding pattern so that a first etching mask material having an optional refractive index different from the substrate 510 remains on the substrate 510, the first etching mask material may be partially disposed. Etching is performed so that the protrusion 520 is formed on the upper portion of the substrate, and the second etching has an optional refractive index different from that of the substrate 510 and the protrusion 520 on the upper surface of the substrate 510 on which the protrusion 520 remains. After the patterning process is performed in a pattern that protrudes so that the mask material remains, the second etching mask material is partially etched so that the second etching mask material remains on the protrusion 520 so that at least two different refractive indices are provided. Mask material is configured to protrude above the substrate 510.

상기 제 1 및 제 2 식각 마스크 물질은 크롬(Cr), 규소 산화물(SiO2), 규소 질화물(Si3N4), 실리콘 옥시나이트라이드(SiON), 하프늄옥사이드(HfO), 은(Ag), 알루미늄(Al) 중 선택되는 물질을 포함한다.The first and second etching mask materials include chromium (Cr), silicon oxide (SiO 2), silicon nitride (Si 3 N 4), silicon oxynitride (SiON), hafnium oxide (HfO), silver (Ag), and aluminum (Al). It includes a material selected from among.

상기 기판(510)은 사파이어, 실리콘 카바이드, 갈륨비소(GaAs), 갈륨 나이트라이드(GaN), 실리콘(Si) 중 적어도 하나의 재료로 이루어지고, 바람직하게는 사파이어 기판으로 이루어진다.The substrate 510 is made of at least one of sapphire, silicon carbide, gallium arsenide (GaAs), gallium nitride (GaN), and silicon (Si), and preferably made of a sapphire substrate.

또한, 상기 기판(510)상에 패터닝되는 돌출부(520)는 패터닝 공정을 통해 형성되고, 상기 돌출부(520)의 평면 형상은 원형, 삼각형, 사각형 또는 다각형 중 어느 하나의 형상으로 이루어지거나 또는 점 형상으로 이루어진다.In addition, the protrusion 520 patterned on the substrate 510 is formed through a patterning process, and the planar shape of the protrusion 520 is formed in any one of a circle, a triangle, a square, or a polygon, or a point shape. Is done.

상기 돌출부(520)의 형상이 상부에 형성된 기판상에 버퍼층(540), n형 반도체층(550), 활성층(160) 및 p형 반도체층(570)을 순차적으로 적층하는데, 이때 유기금속화학기상증착법(MOCVD)을 이용하여 형성될 수 있다. 이후 p형 반도체층(570) 상부에 투명전극(580)을 형성한다.A buffer layer 540, an n-type semiconductor layer 550, an active layer 160, and a p-type semiconductor layer 570 are sequentially stacked on the substrate on which the protrusion 520 is formed. It may be formed using vapor deposition (MOCVD). Thereafter, the transparent electrode 580 is formed on the p-type semiconductor layer 570.

제 2 전극(592) 형성을 위하여 기판상에 n형 반도체층(550), 활성층(560), p형 반도체층(570) 및 투명전극(580)을 순차적으로 적층한후, n형 반도체층(550)이 드러나도록 투명전극(580), p형 반도체층(570) 및 활성층(560)의 소정영역을 식각하게 된다. 이때, 습식식각(Wet Etching) 방법 또는 건식식각(Dry Etching) 방법이 이용될 수 있다.In order to form the second electrode 592, the n-type semiconductor layer 550, the active layer 560, the p-type semiconductor layer 570, and the transparent electrode 580 are sequentially stacked on the substrate, and then the n-type semiconductor layer ( The predetermined regions of the transparent electrode 580, the p-type semiconductor layer 570, and the active layer 560 are etched to expose the 550. In this case, a wet etching method or a dry etching method may be used.

이후, 투명전극(580) 상에 제 1 전극(191)을 형성하고, 투명전극(580), p형 반도체층(570) 및 활성층(560)의 소정영역이 식각되어 노출되는 n형 반도체(550)층상에 제 2 전극(592)을 형성할 수 있다. Thereafter, the first electrode 191 is formed on the transparent electrode 580, and the n-type semiconductor 550 in which predetermined regions of the transparent electrode 580, the p-type semiconductor layer 570, and the active layer 560 are etched and exposed. The second electrode 592 may be formed on the layer.

이와 같이 발광소자가 완성되고, 제 1 전극(591) 및 제 2 전극(592)을 통해 전압이 인가되면 활성층(560)에서 전자와 정공의 재결합으로 광자가 방출된다. When the light emitting device is completed and a voltage is applied through the first electrode 591 and the second electrode 592, photons are emitted by recombination of electrons and holes in the active layer 560.

즉, p-n접합에 순방향으로 전압이 인가됨에 따라, n형 반도체층(550)의 전자 및 p형 반도체층(570)의 정공은 각각 p쪽, n쪽에 주입됨으로써 활성층(560)에서 재결합된 광자가 소자 외부로 방출된다.That is, as the voltage is applied to the pn junction in the forward direction, the electrons of the n-type semiconductor layer 550 and the holes of the p-type semiconductor layer 570 are injected to the p side and the n side, respectively, so that photons recombined in the active layer 560 Emitted out of the device.

이때, 활성층(560)에서 생성되어 기판으로 향하는 광자들이 기판 표면에 형성되는 돌출부(520)와 충돌하여 굴절, 산란되면서 외부로 추출되는데, 기판 표면의 돌출부(520) 패턴에 의해 평탄 부분이 적어지기 때문에 기판으로 입사되는 광의 외부 방출 효율이 증대된다.At this time, photons generated in the active layer 560 toward the substrate collide with the protrusion 520 formed on the surface of the substrate and are extracted to the outside while being refracted and scattered. The flat portion is reduced by the pattern of the protrusion 520 on the substrate surface. This increases the external emission efficiency of light incident on the substrate.

도 12는 도 11에 따른 반도체 발광 소자의 기판 구성을 나타낸 단면도이다.12 is a cross-sectional view illustrating a substrate configuration of the semiconductor light emitting device of FIG. 11.

기판(510)상에 제 1 식각 마스크 물질을 도포하고, 패턴을 형성하는데, E-beam, scanner, stepper, 레이저 홀로그래피 등을 이용하여 패턴을 형성할 수 있다. In order to apply the first etching mask material on the substrate 510 and form a pattern, the pattern may be formed using an E-beam, a scanner, a stepper, laser holography, or the like.

이어서, 마스크 식각 단계를 거치게 되는데, 상기 패턴을 형성한 상부의 제 1 식각 마스크 물질이 남아있도록 패턴이 형성되지 않은 부분의 마스크 물질만 식각되도록 부분적으로 식각 공정을 수행하여 돌출부(520)를 형성한 후 제 2 식각 마스크 물질을 도포하고 패턴을 형성하며 제 2 마스크 식각 단계를 거치게 되면 돌출부(520)의 상부에 제 2 식각 마스크 물질(530)이 남아 이종 물질이 적층된 돌출부(520)를 형성할 수 있게 된다. Subsequently, a mask etching step may be performed. The protrusion 520 may be formed by partially etching the mask material of the portion where the pattern is not formed so that the first etching mask material on which the pattern is formed remains. After the second etching mask material is applied, a pattern is formed, and the second mask etching step is performed, the second etching mask material 530 remains on the protrusion 520 to form the protrusion 520 in which the heterogeneous materials are stacked. It becomes possible.

상기 제 1 및 제 2 식각 마스크 물질은 크롬(Cr), 규소 산화물(SiO2), 규소 질화물(Si3N4), 실리콘 옥시나이트라이드(SiON), 하프늄옥사이드(HfO), 은(Ag), 알루미늄(Al) 중 선택되는 물질이고, 제 1 식각 마스크 물질과 제 2 식각 마스크 물질은 서로 다른 굴절률을 갖는 이종의 마스크 물질이다.The first and second etching mask materials include chromium (Cr), silicon oxide (SiO 2), silicon nitride (Si 3 N 4), silicon oxynitride (SiON), hafnium oxide (HfO), silver (Ag), and aluminum (Al). Among the materials selected, the first etching mask material and the second etching mask material are heterogeneous mask materials having different refractive indices.

도 13은 도 11에 따른 반도체 발광 소자의 제조 과정에서 돌출된 패턴으로 패터닝하는 과정을 나타낸 흐름도이다.FIG. 13 is a flowchart illustrating a process of patterning a protrusion pattern in the process of manufacturing the semiconductor light emitting device of FIG. 11.

도면을 참조하면, 기판의 상면에 임의의 굴절률을 갖는 제 1 식각 마스크 물질이 남아 있도록 돌출된 패턴으로 돌출부를 패터닝하는 단계는 상기 기판 위에 제 1 식각 마스크 물질을 증착하는데(s310), 상기 식각 마스크 물질은 크롬(Cr), 규소 산화물(SiO2), 규소 질화물(Si3N4) 또는 실리콘 옥시나이트라이드(SiON), 하프늄옥사이드(HfO), 은(Ag), 알루미늄(Al) 중 선택된 어느 하나의 물질로 이루어진다. Referring to the drawings, the step of patterning the protrusions in the protruding pattern so that the first etching mask material having a certain refractive index on the upper surface of the substrate deposits the first etching mask material on the substrate (s310), the etching mask The material is made of any one selected from chromium (Cr), silicon oxide (SiO 2), silicon nitride (Si 3 N 4) or silicon oxynitride (SiON), hafnium oxide (HfO), silver (Ag) and aluminum (Al). .

상기 제 1 식각 마스크 물질의 증착 후, 패터닝 단계(s320)를 수행하고, 상기 s320단계의 패터닝으로 형성되는 패턴의 상부에 제 1 식각 마스크 물질이 남아있도록 부분적으로 상기 제 1 식각 마스크 물질을 식각(s330)하여 기판에 돌기된 돌출부를 형성한다.After the deposition of the first etching mask material, the patterning step (s320) is performed, and the first etching mask material is partially etched so that the first etching mask material remains on the pattern formed by the patterning of step s320 ( s330) to form protrusions formed on the substrate.

상기 제 1 식각 마스크 물질이 남아 있는 기판의 상면에 제 2 식각 마스크 물질을 증착(s340)하는데, 상기 제 2 식각 마스크 물질은 기판과 다른 굴절률을 갖는 마스크 물질로서, 크롬(Cr), 규소 산화물(SiO2), 규소 질화물(Si3N4), 실리콘 옥시나이트라이드(SiON), 하프늄옥사이드(HfO), 은(Ag), 알루미늄(Al) 중 선택된 어느 하나의 물질로 이루어지고, 상기 제 1 식각 마스크 물질과는 다른 마스크 물질이 증착되는 것이 바람직하다.A second etching mask material is deposited on the upper surface of the substrate on which the first etching mask material remains (s340). The second etching mask material is a mask material having a refractive index different from that of the substrate, and includes chromium (Cr) and silicon oxide ( SiO 2), silicon nitride (Si 3 N 4), silicon oxynitride (SiON), hafnium oxide (HfO), silver (Ag), and aluminum (Al), and any one selected from materials, and the first etching mask material It is desirable for other mask materials to be deposited.

상기 제 2 식각 마스크 물질의 증착 이후, 패터닝 단계(s350)를 수행하고, 상기 s350단계의 패터닝으로 형성되는 패턴의 상부에 제 2 식각 마스크 물질이 남아있도록 부분적으로 상기 제 2 마스크 물질을 식각(s360)한다.After the deposition of the second etching mask material, the patterning step (s350) is performed, and the second mask material is partially etched so that the second etching mask material remains on the pattern formed by the patterning of step s350 (s360). )do.

상기 s360단계의 수행으로 기판 위에는 상기 기판의 굴절률과 서로 다른 굴절률을 갖는 2종의 마스크 물질이 적층되어 빛의 굴절, 산란효과가 커서 광 추출효율이 좋아지게 된다. By performing the step s360, two kinds of mask materials having different refractive indices from those of the substrate are stacked on the substrate, so that light refraction and scattering effects are large, and light extraction efficiency is improved.

또한, 식각 용액(etchant)을 이용하여 기판이 일정 깊이와 폭까지 식각되도록 함으로써, 더욱 완벽한 형태의 돌출부를 생성할 수도 있다.In addition, an etching solution may be used to etch the substrate to a certain depth and width, thereby creating a more perfect protrusion.

이후, 아세톤,알코올 등의 유기 용제와 DI water 등을 이용하여 클리닝 단계를 수행(s370)한다.Thereafter, a cleaning step is performed using an organic solvent such as acetone, alcohol, and DI water (S370).

따라서, 기판과 상기 기판의 굴절률과 서로 다른 굴절률을 갖는 2종의 마스크 물질을 적층시켜 빛의 굴절, 산란효과가 증가되어 광 추출효율이 향상된 발광소자를 제공할 수 있게 된다.
Accordingly, by stacking a substrate and two kinds of mask materials having different refractive indices from those of the substrate, it is possible to provide a light emitting device having improved light extraction efficiency by increasing light refraction and scattering effects.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. It can be understood that

또한, 본 발명의 실시예를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있으며, 상술된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
In addition, in the course of describing an embodiment of the present invention, the thickness of the lines or the size of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description, and the above terms are considered in the present invention. As the terms defined herein may vary depending on the intention or custom of the user or operator, the definition of the terms should be made based on the contents throughout the specification.

110, 210, 310, 510 : 기판 111 : 홈부
120, 120a, 120b, 220, 320, 520 : 돌출부
130, 230, 330, 530 : 식각 마스크 물질 140, 540 : 버퍼층
150, 550 : n형 반도체층 160, 560 : 활성층
170, 570 : p형 반도체층 180, 580 : 투명전극
191, 591 : 제 1 전극 192, 592 : 제 2 전극
410: 돌출부 하부폭 420: 돌출부 높이
430: 돌출부간 이격거리
110, 210, 310, 510: substrate 111: groove portion
120, 120a, 120b, 220, 320, 520: protrusions
130, 230, 330, 530: etching mask material 140, 540: buffer layer
150, 550: n-type semiconductor layer 160, 560: active layer
170 and 570 p-type semiconductor layers 180 and 580 transparent electrodes
191 and 591: first electrode 192 and 592: second electrode
410: lower protrusion width 420: height of the protrusion
430: separation distance between protrusions

Claims (12)

기판;
상기 기판상에 형성하는 n형 반도체층;
상기 n형 반도체층 상에 형성하는 활성층;
상기 활성층 상에 형성하는 p형 반도체층;
상기 p형 반도체층 상에 형성하는 투명 전극층;
상기 투명 전극층 상에 형성하는 제 1 전극; 및
상기 투명 전극층, p형 반도체층 및 활성층이 식각되어 n형 반도체층이 노출된 영역에 형성하는 제 2 전극을 포함하고,
상기 기판 또는 반도체층 중 적어도 하나에 서로 다른 굴절률을 갖는 이종의 물질로 이루어진 돌출부를 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
Board;
An n-type semiconductor layer formed on the substrate;
An active layer formed on the n-type semiconductor layer;
A p-type semiconductor layer formed on the active layer;
A transparent electrode layer formed on the p-type semiconductor layer;
A first electrode formed on the transparent electrode layer; And
A second electrode formed on the region where the transparent electrode layer, the p-type semiconductor layer, and the active layer are etched to expose the n-type semiconductor layer,
And at least one of the substrate and the semiconductor layer to form a protrusion made of different materials having different refractive indices.
제 1 항에 있어서,
상기 돌출부는 사파이어, 실리콘 카바이드, 갈륨나이트라이드(GaN), 알루미늄갈륨나이트라이드(AlGa1-xN, 0<=x<=1), 갈륨비소(GaAs), 크롬(Cr), 규소 산화물(SiO2), 규소 질화물(Si3N4), 실리콘 옥시나이트라이드(SiON), 하프늄옥사이드(HfO), 은(Ag), 알루미늄(Al) 중 선택되는 2종 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
The method of claim 1,
The protrusions include sapphire, silicon carbide, gallium nitride (GaN), aluminum gallium nitride (AlGa1-xN, 0 <= x <= 1), gallium arsenide (GaAs), chromium (Cr), silicon oxide (SiO 2), A semiconductor light emitting device comprising at least two materials selected from silicon nitride (Si 3 N 4), silicon oxynitride (SiON), hafnium oxide (HfO), silver (Ag), and aluminum (Al).
제 1 항에 있어서,
상기 기판은 사파이어, 실리콘 카바이드, 갈륨비소(GaAs), 갈륨 나이트라이드(GaN), 실리콘(Si) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
The method of claim 1,
The substrate comprises at least one of sapphire, silicon carbide, gallium arsenide (GaAs), gallium nitride (GaN), silicon (Si).
제 1 항에 있어서,
상기 돌출부의 횡단면 형상은 원형, 삼각형, 사각형 또는 다각형 중 어느 하나의 형상 또는 점 형상인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
The method of claim 1,
The cross-sectional shape of the protrusion is a semiconductor light emitting device, characterized in that any one of the shape of a circle, a triangle, a square or a polygon or a point.
제 1 항에 있어서,
상기 돌출부의 종단면 형상은 반원형, 끝이 잘린 반원형, 반타원형, 끝이 잘린 반타원형, 삼각형, 사다리꼴형 중 어느 하나의 형상인 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
The method of claim 1,
The longitudinal cross-sectional shape of the protruding portion is a semiconductor light emitting device, characterized in that any one of the shape of semi-circular, semi-circular, semi-elliptic, truncated semi-elliptic, triangular, trapezoidal.
제 1 항에 있어서,
상기 돌출부의 외형은 반구형, 끝이 잘린 반구형, 반타원체형, 끝이 잘린 반타원체형, 원뿔형, 끝이 잘린 원뿔형 중 어느 하나의 형상인 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
The method of claim 1,
The protrusion may have a shape of any one of a hemispherical shape, a truncated hemispherical shape, a semi-elliptic shape, a truncated semi-elliptic shape, a cone shape, and a truncated cone shape.
제 1 항에 있어서,
상기 돌출부는 하나 이상의 접합면과 윗면을 가지며 상기 면들은 평평한 형상인 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
The method of claim 1,
And the protrusion has at least one bonding surface and an upper surface, and the surfaces are flat.
기판 상면에 임의의 굴절률을 갖는 제 1 식각 마스크 물질이 남아 있도록 돌출된 패턴으로 패터닝하는 단계;
상기 기판 상에 n형 반도체층을 형성하는 단계;
상기 n형 반도체층상에 활성층을 형성하는 단계;
상기 활성층 상에 p형 반도체층을 형성하는 단계;
상기 p형 반도체층상에 투명전극층을 형성하는 단계;
상기 투명 전극층, 활성층 및 p형 반도체층의 소정영역을 식각하는 단계;
상기 투명 전극층 상에 제 1 전극을 형성하는 단계; 및
상기 투명 전극층, 활성층 및 p형 반도체층이 식각되어 n형 반도체층이 노출된 영역에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 발광소자의 제조 방법.
Patterning in a protruding pattern such that a first etch mask material having any refractive index remains on the substrate top surface;
Forming an n-type semiconductor layer on the substrate;
Forming an active layer on the n-type semiconductor layer;
Forming a p-type semiconductor layer on the active layer;
Forming a transparent electrode layer on the p-type semiconductor layer;
Etching predetermined regions of the transparent electrode layer, the active layer, and the p-type semiconductor layer;
Forming a first electrode on the transparent electrode layer; And
And forming a second electrode in an area in which the n-type semiconductor layer is exposed by etching the transparent electrode layer, the active layer, and the p-type semiconductor layer.
제 8 항에 있어서,
상기 기판 상면에 임의의 굴절률을 갖는 제 1 식각 마스크 물질이 남아 있도록 돌출된 패턴으로 패터닝하는 단계 후에
상기 기판상에 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조 방법.
The method of claim 8,
After patterning in a protruding pattern such that a first etch mask material having an arbitrary refractive index remains on the top surface of the substrate
Forming a buffer layer on the substrate further comprising the step of manufacturing a semiconductor light emitting device.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 기판 상면에 임의의 굴절률을 갖는 제 1 식각 마스크 물질이 남아 있도록 돌출된 패턴으로 패터닝하는 단계는 상기 기판 위에 제 1 식각 마스크 물질을 증착하는 단계;
상기 기판상에 패터닝하는 단계;
상기 패터닝으로 형성되는 패턴의 상부에 제 1 식각 마스크 물질이 남아있도록 부분적으로 상기 제 1 식각 마스크 물질을 식각하는 단계;
상기 기판을 식각하는 단계; 및
상기 식각된 기판을 클리닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조 방법.
10. The method according to claim 8 or 9,
Patterning in a protruding pattern such that a first etch mask material having any refractive index remains on the top surface of the substrate comprises depositing a first etch mask material on the substrate;
Patterning on the substrate;
Etching the first etch mask material partially so that a first etch mask material remains on top of the pattern formed by the patterning;
Etching the substrate; And
And cleaning the etched substrate.
제 10 항에 있어서,
상기 제 1 식각 마스크를 식각하는 단계는 상기 제 1 식각 마스크 물질이 남아 있는 기판의 상면에 임의의 굴절률을 갖는 제 2 식각 마스크 물질을 증착하는 단계;
상기 기판상에 패터닝하는 단계; 및
상기 패터닝으로 형성되는 패턴의 상부에 제 2 식각 마스크 물질이 남아있도록 부분적으로 상기 제 2 마스크 물질을 식각하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조 방법.
11. The method of claim 10,
Etching the first etching mask may include depositing a second etching mask material having an arbitrary refractive index on an upper surface of the substrate on which the first etching mask material remains;
Patterning on the substrate; And
And etching the second mask material partially so that a second etching mask material remains on the pattern formed by the patterning.
제 11 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 식각 마스크 물질은 크롬(Cr), 규소 산화물(SiO2), 규소 질화물(Si3N4), 실리콘 옥시나이트라이드(SiON), 하프늄옥사이드(HfO), 은(Ag), 알루미늄(Al) 중 선택되는 적어도 2종의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조 방법.
The method of claim 11,
The first and second etching mask materials include chromium (Cr), silicon oxide (SiO 2), silicon nitride (Si 3 N 4), silicon oxynitride (SiON), hafnium oxide (HfO), silver (Ag), and aluminum (Al). Method of manufacturing a semiconductor light emitting device comprising at least two materials selected from among.
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WO2020036300A1 (en) * 2018-08-13 2020-02-20 서울바이오시스주식회사 Light emitting diode having light scattering pattern

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