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KR101986040B1 - Method for manugacturing optical device using mask pattern and selective growth of nitride-based material - Google Patents

Method for manugacturing optical device using mask pattern and selective growth of nitride-based material Download PDF

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KR101986040B1
KR101986040B1 KR1020180009445A KR20180009445A KR101986040B1 KR 101986040 B1 KR101986040 B1 KR 101986040B1 KR 1020180009445 A KR1020180009445 A KR 1020180009445A KR 20180009445 A KR20180009445 A KR 20180009445A KR 101986040 B1 KR101986040 B1 KR 101986040B1
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nitride
mask pattern
substrate
thin film
polymer
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이헌
성영훈
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고려대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 마스크 패턴 및 질화물계 물질의 선택적 성장을 이용한 광소자 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스크 패턴 및 질화물계 물질의 선택적 성장을 이용한 광소자 제조 방법은 기판 상부에 질화물을 이용하여 박막으로 증착하고 열처리하는 박막형성단계, 기판 상부에 마스크 패턴을 형성하는 마스크 패턴 형성단계 및 질화물을 성장시키는 성장단계를 포함한다.The present invention relates to a method of manufacturing an optical element using selective growth of a mask pattern and a nitride-based material. A method of manufacturing an optical device using selective growth of a mask pattern and a nitride based material according to an embodiment of the present invention includes a thin film forming step of depositing a thin film using nitride on a substrate and performing a heat treatment, A pattern forming step and a growth step for growing nitride.

Description

마스크 패턴 및 질화물계 물질의 선택적 성장을 이용한 광소자 제조 방법{METHOD FOR MANUGACTURING OPTICAL DEVICE USING MASK PATTERN AND SELECTIVE GROWTH OF NITRIDE-BASED MATERIAL}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method of fabricating an optical device using selective growth of a mask pattern and a nitride-

본 발명은 마스크 패턴 및 질화물계 물질의 선택적 성장을 이용한 광소자 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing an optical element using selective growth of a mask pattern and a nitride-based material.

LED 소자 제조를 위해 주로 Al2O3 기판 상부에 GaN, AlN 및 AlGaN 막을 성장시키는데, 이 때 MOCVD 장비를 이용하여 질화물 막을 성장시키는 방법이 주로 사용된다. Al2O3 기판 상부에 질화물계 막을 성장시킬 때, 기판과 성장되는 물질의 격자상수 차이로 인해 dislocation이 발생되고, 이를 줄이기 위한 방법으로 패턴이 형성된 Al2O3 기판(PSS 기판)을 이용하여 선택적으로 박막을 수직 성장 후 수평 성장시켜 dislocation을 줄이는 방법을 채택하고 있다.GaN, AlN and AlGaN films are grown mainly on the Al 2 O 3 substrate for LED device manufacturing. In this case, a method of growing a nitride film by using MOCVD equipment is mainly used. When a nitride-based film is grown on an Al 2 O 3 substrate, a dislocation occurs due to a difference in lattice constant between the substrate and the grown material, and a patterned Al 2 O 3 substrate (PSS substrate) Alternatively, thin films are vertically grown and horizontally grown to reduce dislocations.

하지만, 현재 PSS 기판이 사용되는 LED 소자는 가시광선 영역대로 한정되고 있다. 이는 UV영역의 빛을 형성하기 위해서는 AlN 또는 AlGaN 박막을 성장시켜야 하지만, 현재 기술로는 요철이 존재하는 Al2O3 기판 상부에서 AlN 또는 AlGaN의 방향에 따라 성장이 불가능하여 선택적 성장이 어렵다.However, the LED element in which the PSS substrate is currently used is limited to the visible light region. In order to form light of UV region, it is necessary to grow AlN or AlGaN thin film. However, it is difficult to selectively grow AlN or AlGaN thin film on the Al 2 O 3 substrate where unevenness exists.

본 발명은 AlN 또는 AlGaN 등의 질화물에 대한 결정성 향상을 위해 상기 물질들의 선택적인 성장을 제공하기 위한 것이다.The present invention is intended to provide selective growth of these materials for improved crystallinity for nitrides such as AlN or AlGaN.

또한, 본 발명은 기존 PSS 기판으로 사용이 불가능하였던 UV LED 제조 공정에 마스크 패턴을 통한 질화물 성장이 매우 어려운 물질로 마스크를 형성하여 질화물의 선택적 성장이 가능한 기판 구조를 제공하기 위한 것이다.In addition, the present invention is to provide a substrate structure capable of selectively growing nitride by forming a mask with a material which is difficult to grow nitride through a mask pattern in a UV LED manufacturing process which was impossible to use as a conventional PSS substrate.

또한, 본 발명은 기판의 상부에 형성된 마스크 패턴을 통해 굴절률의 차이를 극대화하여 LED 소자의 광추출 효율을 높이고, dislocation을 감소시키기 위한 것이다.Also, the present invention maximizes a difference in refractive index through a mask pattern formed on a substrate, thereby increasing the light extraction efficiency of the LED device and reducing dislocations.

본 발명의 일 측면에 따르면, 마스크 패턴 및 질화물계 물질의 선택적 성장을 이용한 광소자 제조 방법은 기판 상부에 질화물을 이용하여 박막으로 증착하고 열처리하는 박막형성단계; 기판 상부에 마스크 패턴을 형성하는 마스크 패턴 형성단계; 및 질화물을 성장시키는 성장단계;를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an optical element using selective growth of a mask pattern and a nitride-based material, comprising: forming a thin film on a substrate using nitride; A mask pattern forming step of forming a mask pattern on the substrate; And a growth step of growing a nitride.

또한, 상기 질화물은 AlN 또는 AlGaN인 것을 특징으로 할 수 있다.The nitride may be AlN or AlGaN.

또한, 상기 질화물의 성장은 상기 마스크 패턴에 의해 가려지지 않고 노출된 부분에만 성장하는 것을 특징으로 할 수 있다.Further, the growth of the nitride may be performed only on the exposed portion without being masked by the mask pattern.

또한, 상기 마스크 패턴은 실리콘 산화물을 이용하여 복수 개의 단위 마스크 패턴으로 형성되며, 상기 단위 마스크 패턴의 수직 단면은 삼각형, 원호 및 사다리꼴 중 어느 하나일 수 있다.In addition, the mask pattern may be formed of a plurality of unit mask patterns using silicon oxide, and the vertical cross section of the unit mask pattern may be any one of a triangle, an arc, and a trapezoid.

또한, 상기 질화물을 성장시키는 단계는: 상기 마스크 패턴에 의해 가려지지 않고 노출된 부분에 질화물을 기판의 수직방향으로 성장시킬 수 있다.The step of growing the nitride may include: growing a nitride in a direction perpendicular to the substrate in a portion exposed without being masked by the mask pattern.

또한, 상기 수직으로 성장한 질화물이 상기 마스크 패턴의 원하는 높이 도달시 질화물을 기판의 수평방향으로 성장시킬 수 있다.In addition, the nitride grown in the vertical direction can grow the nitride in the horizontal direction of the substrate when the desired height of the mask pattern is reached.

또한, 상기 광소자는, UV LED광소자에 이용하는 것을 특징으로 할 수 있다.The optical device may be used for an UV LED optical device.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 마스크 패턴 형성 단계 이후에, 상기 마스크 패턴 상부에 질화물을 증착하는 증착 단계; 및 열처리를 통해 마스크 패턴을 제거하는 제거단계;를 더 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a deposition step of depositing a nitride on the mask pattern after the mask pattern formation step; And a removal step of removing the mask pattern through heat treatment.

또한, 상기 질화물은, GaN, AlN 및 AlGaN 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.The nitride may be at least one of GaN, AlN, and AlGaN.

또한, 상기 마스크 패턴은, 폴리스타이렌(PS, polystyrene), 폴리메타아크릴레이트 (PMMA, polymethylmethacrylate), 페놀계 고분자, 아크릴계 고분자, 이미드계 고분자, 아릴에테르계 고분자, 비닐알콜계 고분자 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.The mask pattern may be at least one of polystyrene (PS), polymethylmethacrylate (PMMA), a phenol-based polymer, an acrylic polymer, an imide polymer, an arylether polymer, and a vinyl alcohol polymer .

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 본 발명은 AlN 또는 AlGaN 등 질화물의 결정성 향상을 위해 상기 물질들의 선택적인 성장을 할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the present invention can selectively grow the above materials for improving the crystallinity of nitride such as AlN or AlGaN.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 기존 PSS 기판으로 사용이 불가능하였던 UV LED 제조 공정에 마스크 패턴을 통한 질화물 성장이 매우 어려운 물질로 마스크를 형성하여 질화물의 선택적 성장이 가능한 기판 구조를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a substrate structure capable of selectively growing a nitride by forming a mask with a material which is difficult to grow nitride through a mask pattern in a UV LED manufacturing process which has been impossible to use as a conventional PSS substrate .

또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 기판의 상부에 형성된 마스크 패턴을 통해 굴절률의 차이를 극대화하여 LED 소자의 광추출 효율을 높이고, dislocation을 감소시킬 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the difference in refractive index can be maximized through a mask pattern formed on the substrate, thereby increasing light extraction efficiency of the LED device and reducing dislocation.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광소자 제조 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광소자 제조 방법의 전체적인 과정을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광소자 제조 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광소자 제조 방법의 전체적인 과정을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 마스크 패턴에 대한 예시적인 도면이다.1 is a flowchart of an optical device manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating an overall process of an optical device manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart of an optical device manufacturing method according to another embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating an overall process of an optical device manufacturing method according to another embodiment of the present invention.
5 is an exemplary view of a mask pattern according to another embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention can be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following embodiments. This embodiment is provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art. Thus, the shape of the elements in the figures has been exaggerated to emphasize a clearer description.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광소자 제조 방법의 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광소자 제조 방법의 전체적인 과정을 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a flowchart of an optical device manufacturing method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating an overall process of an optical device manufacturing method according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 광소자 제조 방법(1)의 전체 흐름을 파악할 수 있다. 먼저, 기판(100) 상부에 질화물의 증착 및 열처리과정을 통해 질화물 박막(120)의 결정성을 높인다. 다음으로, 기판(100) 상부에 마스크 패턴(200)을 형성한다.1 and 2, the overall flow of the optical device manufacturing method (1) of the present invention can be grasped. First, the crystallinity of the nitride thin film 120 is increased by depositing and heat-treating the nitride on the substrate 100. Next, a mask pattern 200 is formed on the substrate 100.

그러고 나서, 마스크 패턴(200)에 의해 가려지지 않은 부분에서 질화물의 수직 성장이 된다. 마지막으로, 수직 성장되는 질화물이 마스크 패턴(200)의 높이 이상 성장하면 수평방향으로 질화물을 성장시킨다.Then, the nitride is grown vertically in the portion not masked by the mask pattern 200. Finally, when the vertically grown nitride grows more than the height of the mask pattern 200, the nitride grows in the horizontal direction.

이러한 과정을 통해, 생성된 기판(100)은 추후 LED 공정을 통해 LED소자로 사용된다. 질화물 박막(120)의 선택적 성장을 통해 얻은 기판은 내부 광산란 패턴 및 dislocation 감소로 인한 소자의 전기적 성능 및 광학적 성능이 증대된다.Through this process, the resulting substrate 100 is later used as an LED element through an LED process. Substrates obtained through selective growth of the nitride film 120 have increased electrical and optical performance of the device due to reduced internal light scattering patterns and dislocations.

기존 기술로는 요철이 존재하는 Al2O3 기판 상부에 AlN 및 AlGaN의 선택적 성장이 어렵다. 기존의 PSS 기판으로 사용이 불가능 하였던 UV LED 제조 공정에 질화물 성장이 불가능한 물질로 마스크 패턴을 형성하여 질화물의 선택적 성장이 유리한 기판 구조를 제시한다.Existing technologies include Al 2 O 3 It is difficult to selectively grow AlN and AlGaN on the substrate. We propose a substrate structure in which selective growth of nitride is beneficial by forming a mask pattern using a material that can not grow nitride in the UV LED manufacturing process, which was impossible to use as a conventional PSS substrate.

일정한 형태의 마스크 패턴을 가지는 PSS 기판 표면에 GaN을 성장시키면 평면인 PSS 기판 표면 위에서 GaN을 성장시키는 것에 비해, 결정결함 및 내부 전반사를 감소시켜 소자의 광효율이 크게 증대된다.When GaN is grown on the surface of a PSS substrate having a mask pattern of a certain shape, crystal defects and total internal reflection are reduced as compared with growing GaN on the planar PSS substrate surface, thereby significantly increasing the light efficiency of the device.

아래에서는 본 발명의 광소자 제조 방법(1)을 단계별로 구체적으로 살펴본다.Hereinafter, the optical device manufacturing method (1) of the present invention will be described step by step.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 박막형성단계(S10)는 기판(100) 상부에 질화물을 이용하여 박막으로 증착하고 열처리한다. 여기서, 기판은 사파이어(Al2O3) 기판을 이용할 수 있고, AlN 및 AlGaN과 같은 질화물을 이용해 박막을 증착하고 열처리할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the thin film forming step (S10) deposits a thin film on the substrate 100 using nitride and heat-treats the thin film. Here, a sapphire (Al 2 O 3 ) substrate can be used as the substrate, and a thin film can be deposited using a nitride such as AlN and AlGaN and heat-treated.

도 2의 (a)를 참조하면, 기판(100) 상부에 질화물을 증착 및 열처리하는 과정을 확인할 수 있다. 기존에는 기판(100) 상부에 질화물을 두껍게 증착을 하여, 소자 제작시에 광효율이 크게 저하되었다. 이러한 점을 개선하기 위해 본 발명에서는 기존의 질화물을 증착하는 두께보다 얇게 증착한다.Referring to FIG. 2 (a), a process of depositing and heat-treating nitride on the substrate 100 can be confirmed. Conventionally, the nitride is deposited thickly on the substrate 100, and the light efficiency is greatly lowered when fabricating the device. In order to improve this point, the present invention deposits a thickness smaller than the thickness for depositing the conventional nitride.

기판(100) 상부에 얇게 AlN 또는 AlGaN 박막(120)을 증착하고 나서 열처리 공정을 통해 증착된 박막의 결정성을 높일 수 있다. 여기서, 기판(100) 상부에 질화물을 증착하는 과정에서 ALD(Atomic Layer Deposition, 원자층 증착법), CVD(Chemical Vapor Deposition, 화학 기상 증착법) 및 PVD(Physical Vapor Deposition, 물리 기상 증착법)의 증착 기법을 이용할 수 있으며, 그러나 이와 같은 기법으로 제한되는 것은 아니다.AlN or AlGaN thin film 120 may be thinly deposited on the substrate 100, and the crystallinity of the deposited thin film may be increased through a heat treatment process. In the process of depositing the nitride on the substrate 100, a deposition technique of ALD (Atomic Layer Deposition), CVD (Chemical Vapor Deposition), and PVD (Physical Vapor Deposition) But is not limited to such techniques.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 질화물 박막(120)은 버퍼층(Buffer Layer)의 역할을 할 수도 있다. 기판의 열챙창계수와 그 위에 덮으려고 하는 물질의 열팽창 계수가 크게 차이가 나면 두 물질간에 스트레스(Stress) 또는 스트레인(Strain) 같은 뜻하진 않은 역학적인 힘이 발생하여 기판이 휘거나(Warpage) 기판과 증착층간에 결함(Defect)이 생기는 안좋은 결과가 발생 할 수 있다. 그렇기 때문에 기판과 마스크 패턴 사이에 버퍼층을 깔아서 이를 보완한다.According to one embodiment of the present invention, the nitride thin film 120 may serve as a buffer layer. If the coefficient of thermal expansion of the substrate and the thermal expansion coefficient of the material to be covered are significantly different from each other, an unexpected mechanical force such as stress or strain is generated between the two materials, And a defect may occur between the deposition layer and the deposition layer. Therefore, a buffer layer is provided between the substrate and the mask pattern to compensate for this.

도 2의 (b)를 참조하면, 마스크 패턴 형성 단계(S20)는 기판(100)의 상부에 증착된 질화물 박막(120)의 상부에 마스크 패턴(200)을 형성한다. 여기서, 마스크 패턴(200)은 질화물 성장시 안정성을 가지는 패턴으로, 굴절률이 낮은 SiO2(실리콘 산화물)와 같은 물질을 사용할 수 있다. 마스크 패턴(200)에 쓰이는 SiO2는 질화물 성장시 온도인 1200도 이상에서도 안정성을 가져 마스크 패턴으로써 바람직한 소재이다.Referring to FIG. 2 (b), the mask pattern forming step S20 forms a mask pattern 200 on the nitride thin film 120 deposited on the substrate 100. Here, the mask pattern 200 may be a material having a low refractive index, such as SiO 2 (silicon oxide), which is a pattern having stability during nitride growth. SiO 2 used for the mask pattern 200 has stability even at a temperature of 1200 ° C or higher during growth of nitride, which is a preferable material as a mask pattern.

마스크 패턴(200)은 복수 개의 단위 마스크 패턴(200)으로 정의 될 수 있고, 단위 마스크 패턴의 수직 단면은 삼각형, 원호 및 사다리꼴 중의 어느 하나 일 수 있다.The mask pattern 200 may be defined by a plurality of unit mask patterns 200, and the vertical cross section of the unit mask pattern may be any one of a triangle, an arc, and a trapezoid.

본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 패턴(200)의 직경은 수십 나노미터에서 수 마이크로미터까지 다양할 수 있고, 패턴의 수직 단면의 모양은 원추, 각뿔 및 원기둥과 같이 다양할 수 있다. 나아가, 마스크 패턴(200)의 종횡비는 1/4에서 4까지 다양할 수 있다.The diameter of the mask pattern 200 according to an embodiment of the present invention may vary from several tens of nanometers to several micrometers, and the shape of the vertical cross section of the pattern may be various, such as cones, pyramids, and cylinders. Further, the aspect ratio of the mask pattern 200 may vary from 1/4 to 4.

기판(100) 상부에 형성된 마스크 패턴(200)은 기판 상부에 증착된 후 Top-down방식으로 깎아내어 특정 패턴으로 제작할 수 있고, 나노임프린트 리소그래피와 같은 방식을 이용해서 직접 기판에 형성할 수 있다.The mask pattern 200 formed on the substrate 100 may be deposited on the substrate and then cut in a top-down manner to form a specific pattern. Alternatively, the mask pattern 200 may be formed directly on the substrate using a method such as nanoimprint lithography.

그러나, 패턴을 형성하는 방식을 위의 방식으로 한정하는 것은 아니고, 포토리소그래피(Photolithogrpahy), 레이저 간섭 리소그래피(Laser interference lithography), 전자빔 리소그래피(e-beam lithography)와 같은 광학기반의 리소그래피 및 나노트랜스퍼 프린팅(Nanotransfer printing), 롤임프린트 리소그래피 (Roll imprint lithography)와 같은 비광학 기반의 리소그래피 공정을 이용하여 기판(100) 상부에 마스크 패턴(200)을 제작할 수 있다.However, the manner of forming the pattern is not limited in the above manner, and it is also possible to use an optical-based lithography such as photolithography, laser interference lithography, e-beam lithography, and nanotransfer printing A mask pattern 200 can be fabricated on the substrate 100 using a non-optically based lithography process such as nanotransfer printing, roll imprint lithography.

나아가, 측면에서 봤을 때 마스크 패턴(200)에 의해 가려진 질화물 박막(120)의 길이를 x, 마스크 패턴(200)에 의해 가져지지 않은 질화물 박막(120)의 길이를 y라고 한다. y가 x에 비해 상대적으로 작음으로 인해 수직 성장하는 부분이 작아 dislocation 발생할 가능성이 작아지고, 다음 단계에서 선택적 성장을 통해 질화물 박막(120)을 성장시켰을 때 마스크 패턴(200)에 의한 굴절률 차이를 극대화될 수 있다. 예를 들면, y는 수십 나노미터 ~ 수백 나노미터로 할 수 있으며, x는 수백 나노미터 ~ 수 마이크로 미터로 할 수 있다.Further, the length of the nitride film 120 covered by the mask pattern 200 is x, and the length of the nitride film 120 not provided by the mask pattern 200 is y. Since y is relatively small compared to x, the possibility of occurrence of dislocation is small due to a small vertical growth portion, and when the nitride thin film 120 is grown through selective growth in the next step, the refractive index difference due to the mask pattern 200 is maximized . For example, y can be from a few tens of nanometers to a few hundred nanometers, and x can be hundreds of nanometers to a few micrometers.

도 2의 (c)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 질화물 박막(120)이 수직 성장하는 모습을 표현한 예시적인 도면이고, 도 2의 (d)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 질화물 박막(120)이 수평 성장하는 모습을 표현한 예시적인 도면이다.2 (c) is an exemplary view showing a state in which the nitride thin film 120 according to an embodiment of the present invention is vertically grown, and FIG. 2 (d) is a plan view of the nitride thin film according to an embodiment of the present invention 120) are horizontally grown.

도 2의 (c) 및 (d)를 참조하면, 성장 단계(S30)는 질화물 박막(120)을 MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition: 유기 금속가스를 가열한 기판상에 열분해시켜 반도체 박막을 성장시키는 기술)방식을 이용하여 성장시킨다. 예를 들면, MOCVD의 온도와 압력을 조절하여 저온 고압, 고온 저압의 투스텝의 ELOG(Epitaxial Lateral OverGrowth)성장 방법을 이용해서 질화물 박막(120)을 성장 시킨다.2 (c) and FIG. 2 (d), the growth step S30 is a step of growing the nitride thin film 120 by MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition ) Technology. For example, the nitride thin film 120 is grown using an ELOG (Epitaxial Lateral OverGrowth) growth method of low-temperature high-pressure, high-temperature and low-pressure two-step by controlling the temperature and pressure of MOCVD.

ELOG 성장법을 이용해서 질화물 박막(120)을 성장시키면 질화물과 기판 사이의 격자상수 차이로 인한 관통전위 등의 결정결함을 줄일 수 있다.Growth of the nitride thin film 120 using the ELOG growth method can reduce crystal defects such as threading dislocation due to the difference in lattice constant between the nitride and the substrate.

이 때, 마스크 패턴(200)에 의해 가져진 부분의 질화물 박막(120)부분은 성장하지 않고, 마스크 패턴(200)에 의해 가려지지 않은 부분에서만 질화물 박막(120)이 성장한다. 이와 같이, 질화물 박막(120)이 노출된 부분의 질화물 박막(120)이 성장하는 것을 질화물의 선택적 성장이라 한다.At this time, the portion of the nitride film 120 held by the mask pattern 200 does not grow, and only the portion of the nitride film 120 that is not covered by the mask pattern 200 grows. The growth of the nitride thin film 120 in the portion where the nitride thin film 120 is exposed is called selective growth of nitride.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 질화물 박막(120)에서 일어나는 선택적인 성장은 먼저 수직 방향으로 일어나고, 이후 수직 성장한 질화물 박막(120)의 높이가 마스크 패턴(200)의 높이 이상이 되면 수평방향으로 질화물 박막(120)의 성장이 진행된다.According to an embodiment of the present invention, the selective growth occurring in the nitride film 120 occurs first in the vertical direction, and then when the height of the vertically grown nitride film 120 is equal to or greater than the height of the mask pattern 200, The growth of the nitride thin film 120 proceeds.

마스크 패턴(200)은 굴절률이 낮은 물질로 선택적 성장을 한 질화물 박막(120)과의 굴절률 차이를 크게 만든다. 이로 인해, 기판 내부의 광산란 패턴 및 dislocation 감소로 인해 전기적 성능 및 광학적 성능이 크게 증가된다.The mask pattern 200 makes a large difference in refractive index from the nitride thin film 120 selectively grown with a low refractive index material. As a result, electrical performance and optical performance are greatly increased due to the reduction of light scattering pattern and dislocation inside the substrate.

본 발명에 따른 마스크 패턴(200) 및 질화물계 물질의 선택적 성장을 이용한 광소자 제작 방법(1)은 기존 공정과 대비하여, 내부 패턴으로 인한 광추출 효율 증가 및 dislocation 감소로 인한 전기적 성능에서 장점이 있다.The method (1) for fabricating an optical device using selective growth of the mask pattern 200 and the nitride-based material according to the present invention is advantageous in the electrical performance due to the increase in the light extraction efficiency due to the internal pattern and the dislocation reduction have.

나아가, 리소그래피 기반으로 마스크 패턴(200)을 형성하기 때문에 균일한 크기, 모양 및 배열을 같은 마스크 패턴 제작이 가능하고, 대면적에 대량 생산이 가능하다.Further, since the mask pattern 200 is formed on the basis of lithography, it is possible to manufacture a mask pattern having the same size, shape, and arrangement, and mass production on a large area is possible.

이렇게 제조된 소자는 추후 LED 공정을 통해 UV LED 제조에 사용될 수 있다. 예를 들면, UV LED는 살균작용을 통해 소독, 정수, 공기정화가 가능하고, 의학적 또는 광학적 응용에도 사용될 수 있다.The thus-fabricated device can be used for manufacturing UV LEDs through a later LED process. For example, UV LEDs can be disinfected, purified and air purified through sterilization, and can be used in medical or optical applications.

도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광소자 제조 방법의 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광소자 제조 방법의 전체적인 과정을 나타낸 도면이다. 그리고, 도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 마스크 패턴에 대한 예시적인 도면이다.FIG. 3 is a flowchart illustrating an optical device manufacturing method according to another embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a diagram illustrating an overall process of an optical device manufacturing method according to another embodiment of the present invention. 5 is an exemplary view of a mask pattern according to another embodiment of the present invention.

도 3 내지 4를 참조하면, 본 발명은 마스크 패턴 형성단계(S20) 이후에, 마스크 패턴 상부에 고분자 화합물을 증착하는 증착 단계(S30') 및 열처리를 통한 마스크 패턴을 제거하는 제거 단계(S40')를 더 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 3 to 4, the present invention is characterized in that after the mask pattern forming step S20, a deposition step S30 'for depositing a polymer compound on the mask pattern and a removing step S40' for removing the mask pattern through heat treatment, ).

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 먼저 기판(100) 상부에 질화물을 이용하여 박막으로 증착하고 열처리하는 박막형성단계(S10')이후에, 기판 상부에 고분자 마스크 패턴(200)을 생성한다(S20'). 여기까지는 앞서 설명한 광소자 제조 방법과 유사하다. 그러나, 마스크 패턴(200)으로 사용되는 재료가 차이가 있다. 예를 들면, 마스크 패턴 생성 단계(S20')는 마스크 패턴(200)을 폴리스타이렌(PS, polystyrene), 폴리메타아크릴레이트 (PMMA, polymethylmethacrylate), 페놀계 고분자, 아크릴계 고분자, 이미드계 고분자, 아릴에테르계 고분자, 비닐알콜계 고분자 등을 이용하여 기판 상부에 고분자 화합물을 이용해서 패턴을 형성할 수 있다. 상기 고분자 화합물은 이에 제한되는 것은 아니며, 열처리를 통해 액화 또는 기화될 수 있는 고분자는 모두 가능하다.According to another embodiment of the present invention, a polymer mask pattern 200 is first formed on a substrate after a thin film forming step (S10 ') in which a nitride film is deposited on a substrate 100 and a heat treatment is performed (S20 '). This is similar to the optical device manufacturing method described above. However, the material used for the mask pattern 200 is different. For example, in the mask pattern generation step S20 ', the mask pattern 200 may be formed of polystyrene (PS), polymethylmethacrylate (PMMA), a phenolic polymer, an acrylic polymer, an imide polymer, A pattern can be formed using a polymer compound on the substrate using a polymer, a vinyl alcohol polymer, or the like. The polymer compound is not limited thereto, and any polymer capable of being liquefied or vaporized through heat treatment is possible.

도 5를 참조하면, 기판 상부에 형성되는 고분자 패턴은 다양한 구조로 형성될 수 있다. 예를 들면, 측면에서 바라본 단면의 모습이 삼각형, 사다리꼴 또는 사각형의 모양으로 마스크 패턴을 형성할 수 있다. 그러나, 고분자 패턴은 위의 말한 모양으로 한정하는 것은 아니다. 소자의 광추출 효율을 증대시킬 수 있는 구조라면 어떠한 모양이라도 응용이 가능하다.Referring to FIG. 5, the polymer pattern formed on the substrate may have various structures. For example, the mask pattern can be formed in the shape of a triangular, trapezoidal, or quadrangular cross-section as viewed from the side. However, the polymer pattern is not limited to the above-mentioned shape. Any shape can be applied as long as it can increase the light extraction efficiency of the device.

이 후, 과정에서 증착 단계(S30') 및 제거 단계(S40')를 통해 추가적인 단계를 더 수행한다.Thereafter, additional steps are further performed through the deposition step S30 'and the removal step S40' in the process.

그 이후, 마스크 패턴(200)의 상부에 질화물(300)을 증착한다(S30'). 여기서, 마스크 패턴(200)의 상부에 증착되는 질화물의 종류는 GaN, AlN 및 AlGaN 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 그러나, 위의 물질에 한정되는 것은 아니다.Thereafter, the nitride 300 is deposited on the mask pattern 200 (S30 '). Here, the type of nitride to be deposited on the mask pattern 200 may be at least one of GaN, AlN, and AlGaN. However, it is not limited to the above materials.

그 뒤, 열처리를 통해 고분자로 이루어진 마스크 패턴(200)을 제거한다(S40').Thereafter, the mask pattern 200 made of the polymer is removed through heat treatment (S40 ').

상세히 말하면, 기설정된 온도로 기설정된 시간동안 열처리(Annealing)를 통해 고분자로 이루어진 마스크 패턴을 열분해 시켜 제거한다.More specifically, the mask pattern made of the polymer is thermally decomposed by annealing for a preset time at a preset temperature.

이렇게 용융된 고분자 마스크 패턴(200)을 제거하게 되면, 마스크 패턴(200)의 상부에 증착된 질화물(300)만 남게 되고 마스크 패턴(200) 부위는 빈공간으로 남게 된다.When the molten polymer mask pattern 200 is removed, only the nitride 300 deposited on the upper portion of the mask pattern 200 is left, and the portion of the mask pattern 200 remains as an empty space.

이후 마스크 패턴(200)의 상부에 증착된 질화물(300) 상에 질화물을 성장시킨다(S50').Then, a nitride is grown on the nitride 300 deposited on the mask pattern 200 (S50 ').

이렇게 생성된 기판의 고분자 마스크 패턴(200)이 제거된 공간은 빈공간으로 공기 굴절율인 1을 가진다. 이를 통해, 굴절률 차이를 극대화가 가능하여 LED 소자의 광추출 효율을 높이고, dislocation 감소에 따른 소자의 전기적 특성이 우수해질 수 있다.The space in which the polymer mask pattern 200 is removed from the substrate is an empty space and has an air refractive index of 1. As a result, the difference in refractive index can be maximized to increase the light extraction efficiency of the LED device, and the electric characteristics of the device can be improved due to the reduction of the dislocation.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.The foregoing detailed description is illustrative of the present invention. In addition, the foregoing is intended to illustrate and explain the preferred embodiments of the present invention, and the present invention may be used in various other combinations, modifications, and environments. That is, it is possible to make changes or modifications within the scope of the concept of the invention disclosed in this specification, within the scope of the disclosure, and / or within the skill and knowledge of the art. The embodiments described herein are intended to illustrate the best mode for implementing the technical idea of the present invention and various modifications required for specific applications and uses of the present invention are also possible. Accordingly, the detailed description of the invention is not intended to limit the invention to the disclosed embodiments. It is also to be understood that the appended claims are intended to cover such other embodiments.

100 : 기판
120 : 질화물 박막부
200 : 마스크 패턴
300 : 제 2 질화물 박막부100: substrate
120: Nitride thin film portion
200: mask pattern
300: second nitride thin film portion

Claims (10)

기판 상부에 질화물을 이용하여 박막으로 증착하고 열처리하는 박막형성단계;
기판 상부에 마스크 패턴을 형성하는 마스크 패턴 형성단계;
상기 마스크 패턴 상부에 질화물을 증착하는 증착 단계;
열처리를 통해 마스크 패턴을 제거하는 제거단계; 및
증착된 질화물 상에 질화물을 성장시키는 성장단계;를 포함하는 마스크 패턴 및 질화물계 물질의 선택적 성장을 이용한 광소자 제조 방법.
A thin film forming step of depositing a thin film on the substrate using nitride and performing a heat treatment;
A mask pattern forming step of forming a mask pattern on the substrate;
Depositing a nitride on the mask pattern;
A removing step of removing the mask pattern through heat treatment; And
And a growth step of growing a nitride on the deposited nitride, wherein the mask pattern and the nitride-based material are selectively grown.
제 1 항에 있어서,
상기 박막형성단계 및 상기 성장단계에서,
상기 질화물은 AlN 또는 AlGaN인 것을 특징으로 하는 광소자 제조 방법.
The method according to claim 1,
In the thin film forming step and the growing step,
Wherein the nitride is AlN or AlGaN.
제1항에 있어서,
상기 질화물의 성장은 상기 마스크 패턴에 의해 가려지지 않고 노출된 부분에만 성장하는 것을 특징으로 하는 광소자 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the growth of the nitride grows only at the exposed portion without being masked by the mask pattern.
제 1 항에 있어서,
상기 마스크 패턴은 실리콘 산화물을 이용하여 복수 개의 단위 마스크 패턴으로 형성되며, 상기 단위 마스크 패턴의 수직 단면은 삼각형, 원호 및 사다리꼴 중 어느 하나인 광소자 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the mask pattern is formed of a plurality of unit mask patterns using silicon oxide, and the vertical cross section of the unit mask pattern is any one of a triangle, an arc, and a trapezoid.
제 1 항에 있어서,
상기 질화물을 성장시키는 단계는:
상기 마스크 패턴에 의해 가려지지 않고 노출된 부분에 질화물을 기판의 수직방향으로 성장시키는 광소자 제조 방법.
The method according to claim 1,
The step of growing the nitride comprises:
And the nitride is grown in a direction perpendicular to the substrate in a portion exposed without being masked by the mask pattern.
제 5 항에 있어서,
상기 수직으로 성장한 질화물이 상기 마스크 패턴의 원하는 높이 도달시 질화물을 기판의 수평방향으로 성장시키는 광소자 제조 방법.
6. The method of claim 5,
And growing the nitride in the horizontal direction of the substrate when the vertically grown nitride reaches a desired height of the mask pattern.
제 1 항에 있어서,
상기 광소자는, UV LED광소자에 이용하는 것을 특징으로 하는 광소자 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the optical device is used for an UV LED optical device.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 증착 단계에서,
상기 질화물은, GaN, AlN 및 AlGaN 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광소자 제조 방법.
The method according to claim 1,
In the deposition step,
Wherein the nitride is at least one of GaN, AlN, and AlGaN.
제 1 항에 있어서,
상기 마스크 패턴은, 폴리스타이렌(PS, polystyrene), 폴리메타아크릴레이트 (PMMA, polymethylmethacrylate), 페놀계 고분자, 아크릴계 고분자, 이미드계 고분자, 아릴에테르계 고분자, 비닐알콜계 고분자 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광소자 제조 방법.The method according to claim 1,
The mask pattern may be at least one selected from the group consisting of polystyrene (PS), polymethylmethacrylate (PMMA), a phenol-based polymer, an acrylic polymer, an imide polymer, an arylether polymer, and a vinyl alcohol polymer / RTI >
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