KR102135531B1 - 발광소자용 기판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시 형태는, 사파이어 기판과, 상기 기판의 표면에 매립된 금속패턴, 및 상기 금속패턴 상부에 형성되며 상기 사파이어 기판의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 굴절층을 포함하는 발광소자용 기판을 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태는, 기판상에 매립된 금속패턴을 형성하는 단계와, 상기 기판 및 금속패턴을 덮는 굴절층을 형성하는 단계와, 상기 굴절층 상에 포토레지스트층을 형성하는 단계와, 상기 기판의 하부 방향에서 UV 광을 조사하는 노광단계와, 상기 포토레지스트층의 일부 영역을 제거하여 굴절층의 일부영역을 노출시키는 현상단계와, 상기 굴절층상에 남아있는 포토레지스트층 및 노출된 굴절층을 식각하는 단계를 포함하는 발광소자용 기판 제조방법을 제공할 수 있다.

Description

발광소자용 기판 및 그 제조방법{SUBSTRATE FOR LIGHT EMITTING DIODE AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은, 발광소자용 기판 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사파이어 기판상에 매립된 금속패턴 및 굴절층이 형성되어 반사율 및 굴절률이 향상된 발광소자용 기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode : 발광 다이오드)는 P형 반도체와 N형 반도체의 접합인 PN접합 다이오드로써, 전기 신호를 가시광선, 적외선, 자외선 등의 빛의 형태로 변환시키는 소자이다. 상기 발광 다이오드는 P형, N형 반도체를 접합한 후, 전압을 인가하여 소자에 전류를 흘려주면, P형 반도체의 정공은 N형 반도체 방향으로 이동하고, 이와는 반대로 N형 반도체의 전자는 P형 반도체 방향으로 이동하면서, 서술한 정공 및 전자는 PN 접합부로 이동한다.
PN 접합부, 즉 활성층에서 정공과 전자가 재결합하여 빛을 생성하는데, 이동된 전자는 전도대(conduction band)에서 가전대(valence band)로 떨어지면서 정공과 결합하게 되고, 이 때 생기는 전도대와 가전대의 높이 차이, 에너지 차이만큼의 에너지를 발산하는데, 이 에너지가 광의 형태로 방출된다.
발광 다이오드는 친환경 제품으로, 저 전압, 긴 수명. 낮은 가격 등의 특징으로, 표시기용 또는 형광등, 필라멘트 램프 대체용으로 활성화되었고, 현재는 산업기술 발전으로 인해 디스플레이 분야, 자동차 헤드램프, 프로젝터, 통신용 소자 등 다방면에 걸쳐 사용되고 있다.
LED의 구체적인 구조는 대부분 에피텍셜 수단을 이용하여 N형층, 활성층, P형층의 순서로 순차적으로 기판 상에 성장된다. GaN 기반 LED 는 일반적으로 Si, SiC 및 사파이어 기판상에 성장되며, 그 중에서 사파이어 기판이 가장 널리 사용되고 있다.
현재 가장 널리 사용되는 사파이어 패턴기판(PSS : Patterned Sapphire Substrate) 기술은 에피텍셜층 중의 전위 밀도를 감소시키고 LED의 내부 양자 효율을 향상시킬 수 있으며, 또한 PSS 패턴의 확산 산란을 통하여 LED의 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 종래의 PSS기술은 포토리소그래피 공정 또는 에칭 공정을 이용하여 사파이어 표면에 여러가지 미시적인 패턴을 형성하는 것이다. 예를들어, (0001)결정 방위의 사파이어 표면에 일정한 주기적 구조를 갖는 사파이어 재료로 구성된 원뿔형 돌기를 형성하며, 원뿔형 돌기 사이에 일정한 면적의 (0001) 결정면을 남긴다. 원뿔형 돌기 표면과 원뿔형 돌기 사이의 (0001) 결정면 사이에 일정한 선택적 성장 매커니즘이 존재한다. 즉, 에피텍셜 성장을 진행할 때, 원뿔형 돌기 사이의 (0001)결정면 상에 핵을 성장시킬 수 있는 확률이 원뿔형 돌기 표면상에 핵을 성장시킬 수 있는 확률보다 높기 때문에, 원뿔형 돌기 윗면의 에피텍셜층은 일반적으로 측방향으로 성장 형성되므로, PSS 기판 상에서 에피텍셜 성장을 진행하는 것은 측방향 성장 효과를 가져 에피텍셜층 중의 전위 밀도를 낮출 수 있고, PSS 기판을 사용하는 LED의 내부 양자효율을 향상시킬 수 있다. 다른 방면으로는, PSS 기판 표면의 미시적 구조는 LED가 발사하는 빛에 대하여 일정한 확산 산란 효과를 갖고 있기 때문에, 전반사 작용을 피할 수 있어 PSS 기판은 또한 LED의 발광효율을 높일 수 있다.
이러한 종래의 PSS 기술은 또한 많은 결함을 가지고 있다. 우선, 습식 방법을 이용하든 건식 방법을 이용하든 사파이어의 가공 난이도는 아주 크며, 이는 종래의 PSS 의 제품 수율에 영향을 미칠 뿐 아니라 또한 제조 원가를 향상시키며, 둘째, 사파이어 원뿔형 돌기 표면과 원뿔형 돌기 사이의 (0001) 결정면 사이의 성장 선택성이 아주 선명한 것이 아니기 때문에, 원뿔형 돌기 사이의 (0001) 결정면의 면적이 지나치게 작으면 원뿔형 돌기의 표면에도 핵이 형성되고, 또한 원뿔형 돌기 표면에 형성된 결정핵의 방위와 원뿔형 돌기 사이의 (0001) 결정면 상에 형성된 결정핵의 결정 방향이 다르기 때문에 쉽게 다결정을 생성시킬 수 있으며, 셋째, 사파이어 기판의 굴절률이 비교적 높은 약 1.8이기 때문에 이의 표면에 돌기 구조를 형성한다 할지라도 LED 가 발하는 빛의 확산 산란 효과가 최적이 아니며 발광효율에 대한 제고도 많은 영향을 받을 수 있다.
[선행문헌] 대한민국 공개특허 10-2017-0123531
이처럼, 종래의 PSS 기판의 단점들을 보완하기 위한 연구가 계속되고 있다.
본 발명은, 발광소자의 발광효율을 높이도록 반사율 및 굴절률을 향상시킬 수 있는 구조를 갖는 발광소자용 기판을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 일실시 형태는, 사파이어 기판과, 상기 기판의 표면에 매립된 금속패턴, 및 상기 금속패턴 상부에 형성되며 상기 사파이어 기판의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 굴절층을 포함하는 발광소자용 기판을 제공할 수 있다.
상기 금속패턴은, 기판 방향으로 볼록한 곡면을 가질 수 있다.
상기 굴절층은, 상부로 갈수록 단면적이 작아질 수 있다.
상기 굴절층은, SiO2 를 포함할 수 있다.
상기 금속패턴은, 금(Au), 은(Ag), 코발트(Co), 철(Fe), 구리(Cu), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 및 니켈(Ni)의 조합으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 굴절층의 두께는 상기 금속 패턴의 두께에 비해 두껍게 형성될 수 있다.
상기 금속패턴은, 상기 사파이어 기판의 상면과 연장된 상면을 갖도록 형성될 수 잇다.
상기 굴절층은, 상기 금속패턴 및 사파이어 기판 일부를 덮을 수 있다.
상기 사파이어 기판은, 상기 금속패턴의 상면보다 높은 돌출영역이 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태는, 기판상에 매립된 금속패턴을 형성하는 단계와, 상기 기판 및 금속패턴을 덮는 굴절층을 형성하는 단계와, 상기 굴절층 상에 포토레지스트층을 형성하는 단계와, 상기 기판의 하부 방향에서 UV 광을 조사하는 노광단계와, 상기 포토레지스트층의 일부 영역을 제거하여 굴절층의 일부영역을 노출시키는 현상단계와, 상기 굴절층상에 남아있는 포토레지스트층 및 노출된 굴절층을 식각하는 단계를 포함하는 발광소자용 기판 제조방법을 제공할 수 있다.
상기 매립된 금속패턴을 형성하는 단계는, 기판상에 포토레지스트층을 형성하는 단계와, 노광 및 현상을 통해 기판의 일부를 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 노출된 기판을 식각하는 단계, 및 상기 식각된 기판영역에 금속패턴을 형성 단계를 포함할 수 있다.
상기 굴절층은 SiO2 를 포함할 수 있다.
상기 식각하는 단계는, 상기 사파이어 기판이 노출되도록 식각하는 것일 수 있다.
상기 식각하는 단계는, 상기 굴절층이 상부로 갈수록 단면적이 작아지는 형태로 식각되는 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 반사율 및 굴절률을 향상시켜 발광효율이 향상된 발광소자용 기판을 얻을 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일실시형태에 따른 발광소자용 기판의 구조도이다.
도 2는, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 발광소자용 기판의 구조도이다.
도 3은, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 발광소자용 기판 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 4는, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 발광소자용 기판 제조방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하겠다.
도 1은, 본 발명의 일실시 형태에 따른 발광소자용 기판의 구조도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시형태에 따른 발광소자용 기판(100)은 사파이어 기판(110), 상기 기판의 표면에 매립된 금속패턴(120), 상기 금속패턴의 상부를 덮는 굴절층(130)을 포함할 수 있다.
상기 사파이어 기판(110)은, GaN 층 성장을 위한 기판이다. 상기 사파이어 기판에는 금속패턴 형성을 위한 홈부가 형성될 수 있으며, 상기 홈부는 기판본체를 향해 오목한 형태로 형성될 수 있다. 상기 홈부의 형태에 따라 홈부에 형성되는 금속패턴은 기판본체를 향해 볼록한 형태로 형성될 수 있다.
상기 복수의 금속패턴(120)은, 상기 사파이어 기판(110)에 매립된 형태로 형성될 수 있다. 상기 복수의 금속패턴은, 금(Au), 은(Ag), 코발트(Co), 철(Fe), 구리(Cu), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al), 및 니켈(Ni)의 조합으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 금속패턴(120)은 5nm 내지 200nm의 두께로 형성될 수 있다.
본 실시형태에서, 상기 금속패턴(120)은, 기판 방향으로 볼록한 곡면을 갖도록 형성될 수 있다. 상기 금속패턴이 사파이어 기판(110)을 향해 볼록한 곡면을 갖도록 형성됨으로서 사파이어 기판 내부의 진행광에 대한 반사율을 높여 사파이어 기판 내부에서의 전반사로 빛이 유실되는 것을 줄일 수 있다.
본 실시형태에 따른 금속패턴(120)은 상기 사파이어 기판의 상면과 연장된 상면을 갖도록 형성될 수 있다. 상기 금속패턴의 상면이 사파이어 기판의 상면과 연장된 상면을 갖도록 형성함으로서, 상기 금속패턴과 사파이어 기판 사이의 불규칙 접합면에 의한 광손실을 최소화할 수 있다.
상기 굴절층(130)은 상기 금속 패턴의 표면을 덮도록 형성될 수 있다. 상기 굴절층(130)은, 이산화규소(SiO2)를 포함할 수 있다. 상기 굴절층(130)은 상기 금속 패턴(120)의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다. 상기 굴절층(130)의 두께는 50nm 내지 3㎛ 의 두께로 형성될 수 있다. 상기 굴절층(130)은, 상기 매립된 금속패턴(120)의 상면을 덮으며 사파이어 기판 상면 일부를 덮도록 형성될 수 있다. 본 실시형태에서는 굴절층(130)을 이산화규소(SiO2)로 형성함으로서 금속패턴(120)의 산화를 방지하는 패시베이션(passivation) 효과 및 굴절률 차이를 이용한 입사광의 각도 변경의 효과를 낼 수 있다. 발광다이오드의 활성층인 MQW(Multi Quantum Well) 영역에서 생성된 광이 방출된 경우, 사파이어 기판과의 경계에서 전반사가 일어난다. 공기의 굴절률은 1, 사파이어의 굴절률은 약 1.76, GaN의 경우 약 2.5 이산화규소의 굴절률은 약 1.45이다. 굴절률이 다른 물질들이 접해있는 경우, 임계각 범위를 벗어나 입사되는 광은 외부로 진행하지 못하고 소자 내부에서 계속 전반사 되어 광추출 효율이 줄어들게 된다. 본 실시형태에서는, 사파이어 기판의 상부에 금속패턴(120) 및 커버층(130)을 형성함으로서, 진행광을 반사 및 산란시켜 전반사를 줄일 수 있다. 결과적으로 광추출 효율을 높일 수 있다. 본 실시형태에서, 상기 굴절층은 상부로 갈수록 단면적이 좁아지는 형태일 수 있다. 예를 들어, 원뿔, 삼각뿔, 사각뿔 등의 다각형의 각뿔형태, 돔 형태 등 다양한 형태로 구현될 수 있다.
도 2는, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 발광소자용 기판의 구조도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시형태에 따른 발광소자용 기판(200)은 사파이어 기판(210), 사파이어 기판에 형성된 돌출부(211), 상기 기판의 표면에 매립된 금속패턴(220), 상기 금속패턴의 상부를 덮는 굴절층(230)을 포함할 수 있다.
도 1의 실시형태에 비교하여 돌출부(211)가 추가된 형태이므로 이 부분에 대해서만 설명하겠다. 상기 돌출부(211)는 사파이어 기판(200)의 일부일 수 있다. 즉, 상기 돌출부는 상기 사파이어 기판(210)을 식각하여 사파이어 기판 표면에 패턴을 형성한 것일 수 있다. 이처럼 사파이어 기판의 상면을 가공하여 돌출부를 형성하면, 사파이어 기판 상에 화합물 반도체를 안정적으로 성장시킬 수 있는 장점이 있다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 발광소자용 기판의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 기판상에 매립된 금속패턴을 형성하는 단계(a)와, 상기 기판 및 금속패턴을 덮는 굴절층을 형성하는 단계(b)와, 상기 굴절층 상에 포토레지스트층을 형성하는 단계(c)와, 상기 기판의 하부 방향에서 UV 광을 조사하는 노광단계(d)와, 상기 포토레지스트층의 일부 영역을 제거하여 굴절층의 일부영역을 노출시키는 현상단계(e)와, 상기 굴절층상에 남아있는 포토레지스트층, 및 노출된 굴절층을 식각하는 단계(f, g)를 포함할 수 있다.
상기 기판상에 매립된 금속패턴을 형성하는 단계(a)는, 사파이어 기판(310)을 식각하는 공정을 통해 진행될 수 있다. 상기 금속패턴을 형성하는 공정은 도 4에서 상세히 설명하겠다. 본 실시형태에 따른 발광소자용 기판에서, 금속패턴(320)은 사파이어 기판에 매립된 형태이며 사파이어 기판을 향해 볼록한 곡면을 갖도록 형성될 수 있다.
상기 금속패턴을 덮는 굴절층을 형성하는 단계(b)는, 사파이어 기판(310) 및 사파이어 기판에 매립된 금속패턴(320)을 덮도록 굴절층(301)을 형성할 수 있다. 상기 굴절층은 이산화규소(SiO2)를 포함할 수 있다. 이러한 굴절층(301)은 물리기상증착법(Physical Vapor Deposition)에서의 스퍼터링(Sputtering) 또는 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition)의 PECVD(Plasma Enhanced CVD)을 통해 형성될 수 있다. 상기 굴절층의 두께는 50nm 내지 3㎛로 형성될 수 있다. 상기 굴절층의 두께는 상기 금속 박막 패턴의 두께에 비해 두껍게 형성될 수 있다.
포토레지스트층을 형성하는 단계(c)는, 상기 굴절층(301) 상에 포토레지스트층(350)을 형성할 수 있다. 본 실시예에 사용되는 포토레지스트는 자외선 노광시 자외선에 노출된 영역이 현상공정시 제거되는 포지티브 포토레지스트(Positive PhotoResist)가 사용될 수 있다. 상기 포토레지스트층은 일반적 스핀코터(Spin Coater)를 사용하여 형성될 수 있다. 상기 포토레지스트층은 1㎛ 이상의 두께로 도포될 수 있다.
노광단계(d)는, 사파이어 기판(310)의 아래부분에서 위를 향하도록 UV 광을 사파이어 기판 전체면에 조사할 수 있다. 일반적으로 노광공정시 특정패턴의 마스크(Mask) 또는 레티클(Reticle)을 사용하여 UV에 노출되는 면을 조절한다. 본 실시형태에서는 금속패턴(320)이 매립된 사파이어 기판 하부면에서 상부 방향으로 UV 광을 조사함으로서, 금속패턴(320)이 마스크 역할을 할 수 있다. 따라서, 포토레지스트층(350)은 금속패턴의 유무에 따라 UV 광에 노출되지 않는 영역(351)과 UV 광에 노출되는 영역(352)으로 구분될 수 있다. 이처럼, UV 노출영역과 비노출영역은 현상공정시 제거 여부가 달라질 수 있다. 본 실시예에서는 포지티브 포토레지스트를 사용하였으므로, 노광공정시 UV 광에 노출된 영역(352)은 현상공정시 제거되고 UV광에 노출되지 않은 영역(351)은 유지될 수 있다. 현상공정시 유지된 영역을 이용하여 이후의 공정을 진행할 수 있다.
이처럼, 본 실시형태에서는 별도의 마스크 또는 레티클을 사용하지 않으므로 별도의 설계나 마스크 제작에 추가 비용이 들지 않고 노광 또한 패턴 형성을 위한 스테퍼(stepper) 또는 얼라이너(Aligner) 등의 고가 설비 필요 없이 노광 및 현상공정을 진행할 수 있다.
현상단계(e)에서는, 현상액을 이용하여 포토레지스트층(350)에서 일부 영역을 제거할 수 있다. 본 실시예에서는 포지티브 포토레지스트를 사용하였으므로, 노광공정시 UV 광에 노출된 영역(352)은 현상공정시 제거되고 UV광에 노출되지 않은 영역(351)은 유지될 수 있다. 상기 현상공정을 거치면, 사파이어 기판(310)상에 매립된 금속패턴(320)이 형성되고, 상기 금속패턴 및 사파이어 기판을 덮는 굴절층(320)이 형성되며, 상기 굴절층 상부에 금속패턴(320)에 대응하는 포토레지스트(351)가 형성되고 포토레지스트가 제거된 영역은 굴절층(301)이 노출된 형태의 기판을 얻을 수 있다.
식각공정(f, g)은, 상기 굴절층 상에 남아있는 포토레지스트(351) 및 노출된 굴절층(301)을 식각하는 단계이다. 식각공정은 건식식각에 의해 진행될 수 있다. 식각의 종류로는 반응성 이온 식각(Reactive Ion etching :RIE), ICP(Inductively coupled plasma), 또는 TCP(Transformer Coupled Plasma) 등의 플라즈마 식각이 진행될 수 있다. 사용되는 식각 가스로는 BCl3 또는 Cl2 등이 이용될 수 있다. 식각 시간이나 공정압력, 온도 등의 공정 조건은 구체적인 식각 방법과 형성하고자 하는 패턴의 형상 등에 의해 다양하게 구현될 수 있다.
본 단계에서는 사파이어 기판(310)의 표면이 노출될때까지 식각을 진행할 수 있다(g). 또한, 상기 굴절층 상에 남아있는 포토레지스트가 제거될 때까지 식각을 진행할 수 있다. 식각 공정이 완료되면, 사파이어 기판의 표면 일부에 금속패턴(320)이 매립되어 형성되고 , 사파이어 기판 표면의 일부 영역은 노출되며, 상기 금속패턴(320)의 상부에 SiO2 굴절층(330)이 형성된 형태의 기판을 얻을 수 있다. 본 실시형태에서 굴절층(330)은 매립된 금속패턴(320)의 상면 전체를 덮고, 노출된 사파이어 기판의 일부영역까지 덮도록 형성될 수 있다.
본 실시형태에서, 상기 굴절층(330)은, 상부로 갈수록 단면적이 줄어드는 형태로 제조될 수 있다. 상기 굴절층의 형태는 원뿔, 삼각뿔, 사각뿔 등 다양한 형태로 구현될 수 있다. 이처럼, 굴절층이 상부로 갈수록 단면적이 줄어드는 형태로 제조하기 위해서는 식각 공정에서 식각 레시피(recipe)를 조절함으로서 가능할 수 있다.
본 실시형태에 의해 제조된 발광소자용 기판은, 사파이어 기판(310)에 곡면을 갖는 금속패턴(320)이 삽입되어 형성되어 있고, 상기 금속패턴 상부에 굴절층(330)이 형성됨으로서, 사파이어 기판 내부에서의 진행광을 반사 및 산란시켜 전반사를 줄일 수 있다. 결과적으로 광추출 효율을 높일 수 있다. 또한, 굴절층(330)이 금속패턴을 덮도록 형성함으로써 금속패턴(320)의 산화를 방지하는 패시베이션(passivation)효과를 얻을 수 있다.
도 4는, 도 3의 실시형태에서 매립된 금속패턴을 형성하는 공정의 일예를 나타내기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 매립된 금속패턴을 형성하는 공정은 기판상에 포토레지스트층을 형성하는 단계(a)와, 노광 및 현상을 통해 기판의 일부를 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계(b)와, 노출된 기판을 식각하는 단계(c) 및 상기 식각된 기판영역에 금속패턴을 형성 단계(d)를 포함할 수 있다.
상기 기판상에 포토레지스트층을 형성하는 단계(a)는, 사파이어 기판(410)상에 포토레지스트층(460)을 코팅할 수 있다. 포토레지스트 층은 일반적으로 스핀코터(Spin Coater)를 사용하여 형성할 수 있으며 1 ㎛ 이상의 두께를 갖도록 형성할 수 있다. 본 실시예에서 포토레지스트는 포지티브 포토레지스트(Positive photoresist)를 사용할 수 있다. 포지티브 포토레지스트를 사용하면 노광공정에서 UV광이 조사된 영역만을 현상공정을 통해 제거할 수 있다.
상기 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계(b)는, 노광 및 현상 공정을 통해 진행될 수 있다. 상기 포토레지스트 층(460)에 대한 노광을 위해서는 일정한 형태와 크기의 특정 패턴의 마스크(mask) 또는 레티클(Reticle)을 사용하여 노광공정을 진행할 수 있다. 상기 마스크의 형태는 다양한 패턴 형상을 갖도록 할 수 있다. 본 실시예에 사용되는 노광기는 스테퍼(stepper)를 사용할 수 있다. 이후 현상공정을 통해 마스크 패턴에 의해 노광공정시 UV광이 조사되지 않은 영역만을 남기고 UV 광이 조사된 영역의 포토레지스트는 제거될 수 있다. 상기 현상공정을 마치면, 사파이어 기판(410)상에 패턴화된 포토레지스트(461)가 형성되고 사파이어 기판 상면의 일부 영역이 노출되게 된다.
식각하는 단계(c)는, 식각공정을 통해 노출된 사파이어 기판 영역에 홈을 형성할 수 있다. 본 실시형태에서 식각 공정은 습식식각(Wet etch)으로 진행될 수 있다. 습식식각의 등방성 식각(Isotropy Etch) 특성을 이용하면 건식식각(Dry Etch)의 이방성 식각(Anisotropy Etch)에 비해 곡면 형태의 식각에 유리할 수 있다. 식각액으로는 황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 및 4H3PO4+4CH3COOH+HNO3+H2O 의 조합으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 사용할 수 있다. 식각액의 비율, 식각 시간, 및 공정 온도 등은 본 실시예에서 형성하고자 하는 기판상의 홈부의 형태에 따라 다양하게 진행될 수 있다. 본 단계에서는 사파이어 기판상에서 포토레지스트가 형성되지 않은 영역에는 곡면의 홈부가 형성되고, 사파이어 기판상에 형성된 포토레지스트 패턴(461)은 일부가 식각되지만 완전히 제거되지는 않은 상태가 될 수 있다. 상기 기판상에 남아있는 포토레지스트(461)를 일종의 마스크로 활용하여 기판의 일부 영역인 식각된 부분에만 금속패턴을 형성할 수 있다.
상기 금속패턴을 형성 단계(d)는, 식각된 사파이어 기판의 홈부분에 금속패턴(420)을 형성할 수 있다. 금속패턴 형성을 위한 재료로는 금(Au), 은(Ag), 코발트(Co), 철(Fe), 구리(Cu), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al), 및 니켈(Ni)을 포함하는 조합으로부터 선택된 적어도 하나를 사용할 수 있다. 금속패턴(420)의 형성을 위해서는 전자-빔 증발시스템(electron-beam evaporation system)을 사용하여 금속입자를 통해 금속층을 증착 형성시킬 수 있다. 대량 또는 더 두꺼운 높이의 금속층 형성을 위해서는 스퍼터링(Sputtering) 방법을 사용할 수도 있다. 본 실시형태에서 상기 금속패턴은 5nm 내지 200nm 의 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 본 공정에서는 사파이어 기판에 형성된 홈 영역에 금속패턴(420)이 형성됨과 동시에 사파이어 기판상에 남아있는 포토레지스트층(461) 상부에도 금속층이 형성될 수 있다.
본 실시형태에서는 상기 기판상에 남아있는 포토레지스트층(461)을 제거하는 단계(e)를 포함할 수 있다. 상기 포토레지스트층(461)을 제거함으로서, 사파이어 기판(410) 상면의 일부영역에 매립된 형태의 금속패턴(420)이 형성되고 기판의 나머지 영역은 노출된 형태의 기판을 얻을 수 있다. 상기 금속패턴은 기판을 향해 볼록한 곡면을 갖도록 형성될 수 있다. 이러한 형태의 금속패턴을 형성함으로서 광의 반사각도를 변경시켜 전반사를 줄일 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시형태 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를들어, 금속패턴의 재질이나 형태, 굴절층의 두께 등은 다양하게 구현될 수 있다. 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
110 : 사파이어 기판 120 : 금속패턴
130 : 굴절층

Claims (14)

  1. 사파이어 기판;
    상기 기판의 표면에 매립된 금속패턴; 및
    상기 금속패턴 상부에 형성되며 상기 사파이어 기판의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 굴절층
    을 포함하며,
    상기 굴절층은,
    상부로 갈수록 단면적이 작아지는 것을 특징으로 하는 발광소자용 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속패턴은,
    기판 방향으로 볼록한 곡면을 갖는 것을 특징으로 하는 발광소자용 기판.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 굴절층은,
    SiO2 를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자용 기판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 금속패턴은, 금(Au), 은(Ag), 코발트(Co), 철(Fe), 구리(Cu), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 및 니켈(Ni)의 조합으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자용 기판.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 굴절층의 두께는 상기 금속 패턴의 두께에 비해 두껍게 형성되는 것을특징으로 하는 발광소자용 기판.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 금속패턴은,
    상기 사파이어 기판의 상면과 연장된 상면을 갖는 것을 특징으로 하는 발광소자용 기판.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 굴절층은,
    상기 금속패턴 및 사파이어 기판 일부를 덮는 것을 특징으로 하는 발광소자용 기판.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 사파이어 기판은,
    상기 금속패턴의 상면보다 높은 돌출영역이 형성된 것을 특징으로 하는 발광소자용 기판.
  10. 기판상에 매립된 금속패턴을 형성하는 단계;
    상기 기판 및 금속패턴을 덮는 굴절층을 형성하는 단계;
    상기 굴절층 상에 포토레지스트층을 형성하는 단계;
    상기 기판의 하부 방향에서 UV 광을 조사하는 노광단계;
    상기 포토레지스트층의 일부 영역을 제거하여 굴절층의 일부영역을 노출시키는 현상단계; 및
    상기 굴절층상에 남아있는 포토레지스트층 및 노출된 굴절층을 식각하는 단계
    를 포함하는 발광소자용 기판 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 매립된 금속패턴을 형성하는 단계는,
    기판상에 포토레지스트층을 형성하는 단계;
    노광 및 현상을 통해 기판의 일부를 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    노출된 기판을 식각하는 단계; 및
    상기 식각된 기판영역에 금속패턴을 형성 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자용 기판 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 굴절층은 SiO2 를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자용 기판 제조방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 식각하는 단계는,
    상기 기판이 노출되도록 식각하는 것을 특징으로 하는 발광소자용 기판 제조방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 식각하는 단계는,
    상기 굴절층이 상부로 갈수록 단면적이 작아지는 형태로 식각되는 것을 특징으로 하는 발광소자용 기판 제조방법.
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