KR100858322B1 - Manufacturing method of vertically structured gan led device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1 및 도 2는 종래 질화갈륨계 LED소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도,1 and 2 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a conventional gallium nitride based LED device;
도 3 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직구조를 갖는 질화갈륨계 LED소자의 제조방법을 설명하기 위한 각 단계별 공정 단면도이다.3 to 9 are cross-sectional views of each step for explaining a method of manufacturing a gallium nitride-based LED device having a vertical structure according to an embodiment of the present invention.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for the main parts of the drawing ***
110: 사파이어기판 115: 버퍼층110: sapphire substrate 115: buffer layer
120: 가이드패턴 125: N형 질화갈륨층120: guide pattern 125: N-type gallium nitride layer
130: 활성층 135: P형 질화갈륨층130: active layer 135: P-type gallium nitride layer
140: 희생층 145: P형 전극140: sacrificial layer 145: P-type electrode
150: 반사층 155: 구조지지층150: reflective layer 155: structural support layer
165: 격자홈165: lattice groove
본 발명은 수직구조를 갖는 질화갈륨계 LED소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 사파이어기판의 분리 공정을 수행할 때에 LED 소자에 가해지는 물리적인 스트레스를 최소화하여 수율 및 소자 특성이 향상되도록 한 수직구조를 갖는 질화갈륨계 LED소자의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a gallium nitride-based LED device having a vertical structure, in particular a vertical structure to improve the yield and device characteristics by minimizing the physical stress applied to the LED device when performing the separation process of the sapphire substrate It relates to a method of manufacturing a gallium nitride-based LED device having a.
일반적으로, 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED는 GaAs, AlGaAs, GaN, InGaN 및 AlGaInP 등의 화합물 반도체 재료의 변경을 통해 발광원을 구성함으로서, 다양한 색의 빛을 구현할 수 있는 반도체 소자를 말한다. 최근 LED 소자는 비약적인 반도체 기술의 발전에 힘입어, 저휘도의 범용제품에서 탈피하여, 고휘도, 고품질의 제품 생산이 가능해졌다. 또한, 고특성의 청색(Blue), 백색(White) 다이오드의 구현이 현실화되어, LED는 디스플레이, 차세대 조명원 등으로 그 응용가치가 확대되고 있다. 특히, 질화갈륨(GaN)계 LED 소자는 천이 방식이 레이저 발진 확률이 높은 직접 천이형이고 청색 레이저 발진이 가능한 특성 때문에 주목받고 있다.In general, a light emitting diode (LED) refers to a semiconductor device capable of realizing various colors of light by constituting a light emitting source by changing compound semiconductor materials such as GaAs, AlGaAs, GaN, InGaN, and AlGaInP. Thanks to the rapid development of semiconductor technology, LED devices have escaped from general-purpose products with low brightness, enabling the production of high-brightness and high-quality products, and the realization of high-performance blue and white diodes. The application value of LED is being expanded to display, next generation lighting source, etc. In particular, the gallium nitride (GaN) -based LED device is focused on the characteristic that the transition method is a direct transition type with a high probability of laser oscillation and the possibility of blue laser oscillation. I am getting it.
도 1 및 도 2는 종래 질화갈륨계 LED소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.1 and 2 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a conventional gallium nitride based LED device.
도 1에 도시한 바와 같이 종래 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법에 따르면 사파이어기판(10)상에 N형 질화갈륨층(20), 활성층(30), P형 질화갈륨층(40) 및 P형 전극(50)을 순차적으로 적층한 다음, 도 2에 도시한 바와 같이 N형 전극(70)의 형성과 각 LED 소자의 분리를 위해 소정의 패턴으로 그 구조물을 식각하고 이어서, N형 전극(70)을 N형 질화갈륨층(20) 상에 형성한 다음, 스크라이빙(scribing)이나 다이싱(dicing) 후, 칩 브레이킹(chip breaking) 공정을 수행하여 개별 소자로 분리하게 된다. As shown in FIG. 1, according to the conventional method of manufacturing a gallium nitride-based LED device, an N-type
즉, 이러한 제조방법에 의해 완성되는 질화갈륨계 LED 소자는 P형 전극 및 N형 전극이 LED 소자의 동일 방향에 배치되는 수평구조체인 것이다. 따라서, 충분한 발광 면적을 제공하기 위해 LED 소자의 면적이 비교적 넓어야한다. 또한, P형 전극과 N형 전극이 서로 가깝게 위치하기 때문에 정전기 방전(electrostatic discharge; ESD)에 취약한 문제가 있다. 무엇보다도, 사파이어기판은 단단하고 전기적으로 부도체이며 열전도 특성이 좋지 않은바, 이에 따라 질화갈륨계 LED 소자의 크기를 줄여 제조원가를 절감하거나 광출력 및 칩의 특성을 개선하는데 한계가 있었다. 특히, LED 소자의 고출력화를 위해서는 대전류 인가가 필수이므로 LED 소자의 열 방출 문제를 해결하는 것이 매우 중요하다.That is, the gallium nitride-based LED device completed by this manufacturing method is a horizontal structure in which the P-type electrode and the N-type electrode are disposed in the same direction of the LED device. Therefore, the area of the LED element must be relatively large in order to provide sufficient light emitting area. In addition, since the P-type electrode and the N-type electrode are located close to each other, there is a problem vulnerable to electrostatic discharge (ESD). Above all, the sapphire substrate is hard, electrically nonconductive, and has poor thermal conductivity. Accordingly, the sapphire substrate has a limitation in reducing the size of the gallium nitride-based LED device, thereby reducing manufacturing cost or improving the light output and chip characteristics. In particular, it is very important to solve the heat dissipation problem of the LED device because the application of a large current is necessary for the high output of the LED device.
따라서, 이러한 문제를 해결하기 위한 한 방편으로써 레이저 리프트 오프(laser lift-off; 이하 'LLO'라 한다)라는 기술을 이용하여 사파이어 기판을 제거하도록 하는 수직구조를 갖는 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법이 한국 공개특허공보 제2007-20840호(이하 '인용발명'이라 한다)에 제안되어 있다. 여기서, 인용발명의 주된 구성은 그 특허청구범위 제1항에 기재된 바와 같이, "(a) 기판(사파이어기판) 상에 소정 크기의 단위 LED 형성 영역을 정의하는 절연패턴을 형성하는 단 계; (b) 상기 절연패턴이 형성된 영역을 제외한 기판 상에 n형 질화갈륨계 반도체층과 활성층 및 p형 질화갈륨계 반도체층이 순차적층되어 있는 구조의 발광 구조물을 형성하는 단계; (c) 상기 절연패턴을 제거하여 상기 발광 구조물을 소정 크기의 단위 LED로 분리하는 단계; (d) 상기 분리된 발광 구조물 상에 p형 전극을 각각 형성하는 단계; (e) 상기 p형 전극 상에 구조지지층을 형성하는 단계; (f) 상기 기판을 제거하여 상기 n형 질화갈륨계 반도체층을 노출하는 단계; 및 (g) 상기 노출된 n형 질화갈륨계 반도체층 상에 각각 n형 전극을 형성하는 단계를 포함하는 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조 방법."과 같으며, 특히 상기 (f) 단계는 LLO 공정에 의해 이루어지게 된다.Therefore, as a way to solve this problem, a method of manufacturing a gallium nitride-based LED device having a vertical structure to remove the sapphire substrate using a technique called laser lift-off (hereinafter referred to as 'LLO'). This is proposed in Korean Unexamined Patent Publication No. 2007-20840 (hereinafter referred to as 'quotation citation'). Here, the main configuration of the cited invention as described in claim 1, "(a) forming an insulating pattern defining a unit LED forming region of a predetermined size on the substrate (sapphire substrate); ( b) forming a light emitting structure having a structure in which an n-type gallium nitride-based semiconductor layer, an active layer, and a p-type gallium nitride-based semiconductor layer are sequentially stacked on a substrate except for the region where the insulating pattern is formed (c) the insulating pattern Separating the light emitting structure into unit LEDs having a predetermined size by removing the light emitting structure; and (d) forming p-type electrodes on the separated light emitting structure, respectively ; (e) forming a structural support layer on the p-type electrode; (F) the n-type gallium nitride system by removing the substrate Exposing a semiconductor layer ; And (g) forming n-type electrodes on the exposed n-type gallium nitride-based semiconductor layer, respectively. "In particular, the step (f) is as follows. This is accomplished by the LLO process.
또한, 인용발명의 상세한 설명에 언급되어 있지는 않지만 상기 (d) 단계는 일반적으로, 상기 (c) 단계에 의해 분리된 발광 구조물 상에 포토레지스트(photoresist)를 일괄 도포한 다음, 상기 (c) 단계에 의해 발광 구조물 사이 사이에 형성된 격자홈을 가리도록 패터닝(patterning)된 마스크를 포토레지스트가 도포된 발광 구조물 위에 놓고 나서, 일정 시간 동안 마스크패턴에 빛을 쪼인 후, 빛에 노출된 부분 즉, 발광 구조물 상의 포토레지스트를 현상한 다음, 현상된 부위에 p형 전극을 형성하고 이어서, 빛에 노출되지 않은 포토레지스트도 아세톤 등을 이용하여 제거하는 일련의 마스크패턴 공정을 거쳐 이루어지게 된다.In addition, although not mentioned in the detailed description of the invention, step (d) is generally performed by applying a photoresist on the light emitting structure separated by step (c), followed by step (c). By placing a mask patterned to cover the lattice grooves formed between the light emitting structures on the photoresist-coated light emitting structure, and then illuminating the mask pattern for a predetermined time, and then exposing the light to a portion of the mask pattern. After the photoresist on the structure is developed, a p-type electrode is formed on the developed portion, and then a photoresist that is not exposed to light is also removed through a series of mask pattern processes.
그러나, 전술한 인용발명에 따르면, 첫째 사파이어기판의 제거를 위해서는 고비용의 레이저장비를 사용하여야 하고, 그 LLO 공정 진행시 발생되는 고온의 열이 LED 소자에 물리적인 스트레스를 주게 되어 LED 소자 특성이 저하되는 것은 물 론, 수율 및 신뢰성이 떨어진다고 하는 문제점이 있었다.However, according to the above-mentioned cited invention, firstly, expensive laser equipment must be used to remove the sapphire substrate, and high temperature heat generated during the LLO process causes physical stress on the LED device, thereby degrading the LED device characteristics. Of course, there were problems such as poor yield and reliability.
둘째, 전술한 바와 같이 p형 전극이 마스크패턴 공정에 의해 매우 복잡하고 다단계의 과정을 거쳐 형성되는바, 이에 따라 전반적으로 제조 공정이 길어지게 되어 생산성이 떨어진다고 하는 문제점이 있었다.Second, as described above, the p-type electrode is formed by a very complicated and multi-step process by a mask pattern process, and thus, there is a problem in that the overall manufacturing process is long and productivity is lowered.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 사파이어기판 위에 버퍼층을 형성하고, 이 버퍼층 위에 N형 질화갈륨층, 활성층 및 P형 질화갈륨층이 포함되는 LED 구조물을 형성한 후에, 케미컬 리프트 오프(chemical lift-off; 이하 'CLO'라 한다) 공정을 이용하여 버퍼층을 제거함으로써, LED 구조물에 물리적인 충격을 주지 않으면서 사파이어기판을 보다 용이하고 안전하게 LED 구조물로부터 제거할 수 있도록 한 수직구조를 갖는 질화갈륨계 LED소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and after forming a buffer layer on a sapphire substrate, and forming an LED structure including an N-type gallium nitride layer, an active layer, and a P-type gallium nitride layer on the buffer layer, the chemical lift Vertical structure that allows the sapphire substrate to be removed from the LED structure more easily and safely without physically impacting the LED structure by removing the buffer layer using a chemical lift-off process (CLO). An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a gallium nitride-based LED device having a.
나아가, LED 구조물을 단위 LED 소자로 각각 분리하고 이에 따라 형성되는 격자홈 사이 사이에 각 LED 소자를 절연하게 되는 희생층을 형성함으로써, 이렇게 희생층이 채워진 LED 구조물 위로 전극층 및 구조지지층의 적층이 쉬워지게 되어 전극층 및 구조지지층의 형성을 위한 별도의 마스크패턴 공정이 필요치 않아 전반적으로 LED소자의 제조시간이 단축되는 수직구조를 갖는 질화갈륨계 LED소자의 제조방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.Furthermore, by separating the LED structures into unit LED elements and forming a sacrificial layer that insulates each LED element between the grid grooves formed accordingly, it is easy to stack the electrode layer and the structure support layer on the LED structure filled with the sacrificial layer. Another method is to provide a method of manufacturing a gallium nitride-based LED device having a vertical structure that does not require a separate mask pattern process for forming the electrode layer and the structure support layer, thereby shortening the overall manufacturing time of the LED device.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 수직구조를 갖는 질화갈륨계 LED소 자의 제조방법은 사파이어기판 위에 상기 사파이어기판의 제거를 위한 버퍼층을 형성하는 (a) 단계; 상기 (a) 단계에서 형성된 버퍼층 상에 N형 질화갈륨층, 활성층 및 P형 질화갈륨층을 포함하는 질화갈륨계 LED 구조물을 다수의 LED 소자로 분리하여 형성하는 (b) 단계; 상기 (b) 단계에서 형성된 다수의 LED 소자 상에 전극층 및 구조지지층을 순차적으로 형성하는 (c) 단계; 및 케미컬 리프트 오프 공정을 이용하여 상기 버퍼층을 제거하여, 상기 사파이어기판을 상기 (b) 단계에서 형성된 다수의 LED 소자로부터 분리하는 (d) 단계를 포함하여 이루어진다.In order to achieve the above object, a method of manufacturing a gallium nitride-based LED device having a vertical structure of the present invention comprises the steps of (a) forming a buffer layer for removal of the sapphire substrate on the sapphire substrate; (B) separating and forming a gallium nitride-based LED structure including a N-type gallium nitride layer, an active layer, and a P-type gallium nitride layer into a plurality of LED elements on the buffer layer formed in step (a); (C) sequentially forming an electrode layer and a structure support layer on the plurality of LED elements formed in step (b); And (d) removing the buffer layer using a chemical lift-off process to separate the sapphire substrate from the plurality of LED elements formed in step (b).
여기서, 상기 (c) 단계는 상기 (b) 단계에서 형성된 다수의 LED 소자 사이에 희생층을 형성하는 (c1) 단계 및 상기 (b) 단계에서 형성된 다수의 LED 소자와 상기 (c1) 단계에서 형성된 희생층 위에 전극층 및 구조지지층을 적층하는 (c2) 단계를 포함하여 이루어진 것이 바람직하다.Here, the step (c) is to form a sacrificial layer between the plurality of LED elements formed in the step (b) (c1) and the plurality of LED elements formed in the step (b) and the (c1) formed It is preferable that the (c2) comprising the step of laminating the electrode layer and the structure support layer on the sacrificial layer.
또한, 상기 (d) 단계는 상기 (c1) 단계에서 형성된 희생층을 제거한 후에 케미컬 리프트 오프 공정을 이용하여 상기 버퍼층을 제거하여, 상기 사파이어기판을 상기 (b) 단계에서 형성된 다수의 LED 소자로부터 분리하는 것이 바람직하다.In addition, in step (d), after removing the sacrificial layer formed in step (c1), the buffer layer is removed using a chemical lift-off process to separate the sapphire substrate from the plurality of LED devices formed in step (b). It is desirable to.
또한, 상기 (b) 단계는 상기 (a) 단계에서 형성된 버퍼층 상에 다수의 LED 소자를 분리하여 성장하는데 이용되는 가이드패턴을 형성하는 (b1) 단계; 및 상기 (b1) 단계에서 형성된 가이드패턴을 이용하여, 상기 버퍼층 상에 N형 질화갈륨층, 활성층 및 P형 질화갈륨층을 포함하는 질화갈륨계 LED 구조물을 다수의 LED 소자로 분리하여 형성하는 (b2) 단계를 포함하여 이루어진 것이 바람직하다.In addition, (b) step (b1) to form a guide pattern used to separate and grow a plurality of LED elements on the buffer layer formed in the step (a); And separating and forming a gallium nitride based LED structure including an N-type gallium nitride layer, an active layer, and a P-type gallium nitride layer on the buffer layer into a plurality of LED elements by using the guide pattern formed in step (b1) ( It is preferred to include a step b2).
또한, 상기 (c1) 단계는 상기 (b) 단계에서 형성된 다수의 LED 소자 사이에 포토레지스트를 도포한 다음, 노광 공정을 수행한 후, 상기 다수의 LED 소자 위에 있는 포토레지스트를 현상 공정을 통해 제거하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 현상 공정에서 쓰이게 되는 현상액에는 계면활성제가 첨가되는 것이 바람직하다.In addition, in the step (c1), after the photoresist is applied between the plurality of LED elements formed in the step (b), after performing an exposure process, the photoresist on the plurality of LED elements is removed through a developing process. It is desirable to. At this time, it is preferable that a surfactant is added to the developing solution used in the said developing process.
또한, 상기 (b) 단계에서 형성된 다수의 LED 소자와 상기 (c1) 단계에서 형성된 희생층 사이에는 단차가 있도록 상기 포토레지스트의 점도나 상기 현상 공정의 속도를 조절하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to adjust the viscosity of the photoresist or the speed of the development process so that there is a step between the plurality of LED elements formed in step (b) and the sacrificial layer formed in step (c1).
이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 수직구조를 갖는 질화갈륨계 LED소자의 제조방법에 대해서 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a gallium nitride-based LED device having a vertical structure according to a preferred embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings will be described in detail.
도 3 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직구조를 갖는 질화갈륨계 LED소자의 제조방법을 설명하기 위한 각 단계별 공정 단면도이다.3 to 9 are cross-sectional views of each step for explaining a method of manufacturing a gallium nitride-based LED device having a vertical structure according to an embodiment of the present invention.
먼저, 도 3에 도시한 바와 같이 사파이어기판(110) 위에 버퍼층(115)을 적층한 다음, 이 버퍼층(115) 상에 LED 소자의 분리 성장을 가이드하는 가이드패턴(120)을 형성하게 된다. 여기서, 버퍼층(115)은 그 재질이 금속인 것이 바람직하며, 추후 사파이어기판(110)의 제거 공정시 후술하게 될 LED 구조물에 스트레스가 가해지지 않도록 완충 작용을 하는 것이다. 또한, 가이드패턴(120)은 버퍼층(115) 상에 실리콘산화막을 형성하고, 이 실리콘산화막 표면에 감광액(photoresist)을 고르게 도포하며, 이 위에 소정의 격자 형상의 패턴을 갖는 마스크를 올린 다음 빛을 쪼여준 후, 빛을 받은 혹은 받지 않은 부분을 현상하는 방법에 의해 형성될 수 있다. 다음으로는, 이러한 가이드패턴(120)에 의해 N형 질화갈륨층(125), 활성층(130) 및 P형 질화갈륨층(135)을 포함하여 이루어진 질화갈륨계 LED 구조물이 버 퍼층(115) 위에 분리 성장하게 된다.First, as shown in FIG. 3, the
한편, 이상으로 살펴본 LED 구조물을 단위 LED 소자로 각각 분리하는 공정은 도 4에 도시한 바와 같이, 사파이어기판(100) 상에 버퍼층(115), N형 질화갈륨층(125), 활성층(130) 및 P형 질화갈륨층(135)을 순차적으로 형성한 후에, 소정의 식각 공정 이를 테면, 건식 식각(dry etching)을 통해 이루어질 수도 있다. 그러나, 이보다는 인용발명에서도 밝혔듯이, 식각 공정에 의해 LED 소자에 가해지는 물리적인 스트레스를 최소화하기 위해서는 도 3에 도시한 바와 같이, 애초부터 LED 소자를 분리 성장하는 것이 보다 바람직할 것이다.Meanwhile, as shown in FIG. 4, the process of separating the LED structures described above into unit LED elements is performed on the sapphire substrate 100, the
다음으로는, 도 5에 도시한 바와 같이 각 LED 소자 사이 사이에 형성된 격자홈(165)에, 포토레지스트를 이용하여 희생층(140)을 형성하게 된다. 여기서, 희생층(140)은 추후, 버퍼층(115)을 제거하기 전에 먼저 제거되는 것으로서, 그 주된 기능은 후술하게 될 전극 및 구조지지층의 형성과 CLO공정을 용이하게 하는 것이다.Next, as shown in FIG. 5, the
또한, 희생층(140)은 도 6에 도시한 바와 같이 포토레지스트(140a)를 격자홈(165)에 완전히 채우고 P형 질화갈륨층(135)에 균일하게 도포한 다음, 노광(exposure) 공정을 거쳐, P형 질화갈륨층(135) 상에 있는 포토레지스트를 현상(development) 공정을 통해 제거하는 방법에 의해 형성될 수 있다. 여기서, 도 7은 격자홈(165)에 채워지게 되는 희생층(140)을 다른 각도로 살펴보기 위한 평면도로써, AA방향으로 절단한 단면도가 도 6인 것이다.In addition, as shown in FIG. 6, the
이때, 희생층(140)과 P형 질화갈륨층(135) 간에는 약간의 단차가 있는 것이 바람직한바, 이렇게 단차를 주기 위해서는 P형 질화갈륨층(135) 상에 도포되는 포토레지스트(140a)의 두께가 중요하고 포토레지스트의 현상 속도를 적절하게 조절해 주어야 한다. 특히, 포토레지스트의 두께에 가장 영향을 끼치는 요소는 그 점도인바, 이때 점도가 낮아질수록 포토레지스트의 두께는 얇아지지만 사진형상(Lithography) 후 그 희생층(140)의 평탄도는 고르지 못하게 된다. 반면, 점도가 높아질수록 평탄도는 좋아지지만 도포되는 포토레지스트의 두께가 너무 두껍게 되어 단차는 물론 현상 공정으로 잔여 포토레지스트를 제거하는데 어려움이 따르게 된다. 한편, 희생층(140)은 빛에 대한 반응성이 좋은 PAC(photo active compound)나, 열에 대한 반응성이 좋은 TAC(thermal active compound)를 함유하는 폴리머 계열의 재질인 포토레지스트로 구현되는 것이 바람직하며, 이외에도 실리콘 산화막(SiO2), 실리콘 질화막(SiN) 또는 BCB(benzo cyclo butene)으로 구현될 수도 있다. 또한, 현상(development) 공정할 때에 쓰이게 되는 현상액에 계면활성제를 첨가하게 되면 잔여 포토레지스트를 제거하는데 있어서 효과적일 것이다.At this time, it is preferable that there is a slight step between the
다음으로, 도 8에 도시한 바와 같이 P형 질화갈륨층(135) 및 희생층(140) 상에 균일하게 P형 전극(145), 반사층(150) 및 구조지지층(155)을 순차적으로 적층하게 되는데 즉, 기존의 마스크패턴 공정이 필요 없게 된다. 여기서, 구조지지층(155)은 그 재질이 금속이며, 발광다이오드 소자의 제조공정 및 최종 패키징 공정시 발생할 수 있는 외부의 충격에 의해 소자가 손상을 받지 않도록 소자의 형태를 유지하는 기능을 수행하는 것이다. Next, as shown in FIG. 8, the P-
한편, 도 8에서 구조지지층(155)은 반사층(150)에 전체적으로 형성되는 것으로 하였으나, 각 LED소자별로 구분 형성될 수도 있다. 이를 위한 구조지지층 형성 방법은 반사층(150)에 미리 정해진 패턴으로 제작된 금속마스크를 적재하고, 이렇게 적재된 금속마스크 위에 솔더페이스트(solder paste)를 도포한 다음, 적재된 금속마스크를 제거한 후 금속마스크에 의해 패터닝된 솔더페이스트를 열처리하는 것이다. 즉, 이러한 열처리 공정이 완료되면, 상기한 솔더페이스트가 녹았다가 굳어지게 되면서 반사층(150)에 접합되어 볼록한 모양의 구조지지층이 완성되는 것이다. 이때, 구조지지층의 형성에 사용되는 솔더페이스트는 Au-Sn, Sn-Sb, Sn-Ag, Sn-Cu, Bi-Sb, Sn-Cu-Sb, Sn-Bi, Sn-Ag-Cu, Sn-Ag-Cu-Bi, Sn-Ag-Cu-In, Sn-Ag-Bi, Sn-Ag-Bi-In, Sn-Zn-In, Sn-Zn-Bi, Sn-Ag-Cu-Sb, In-Ga, Sn-In-Ga, Sn-Pb, Sn-Pb-Ag, 또는 Sn-Pb-Bi 등의 합금으로 구성된 솔더를 사용할 수 있다.Meanwhile, in FIG. 8, the
또한, 상기한 솔더페이스트를 이용하여 형성되는 구조지지층은 그 두께가 10㎛ 미만이게 되면, 소자의 형태를 유지할 수 있는 기능을 가지기 어렵고 상부에 형성될 수 있는 다른 전도성 물질과 LED 구조물이 서로 쇼트(short)될 수 있다. 반면에, 그 두께가 200㎛ 이상이게 되면 LED 소자가 너무 커지게 된다. 따라서, 구조지지층(155)의 두께는 10㎛ 내지 200㎛인 것이 바람직하다.In addition, when the thickness of the structural support layer formed using the solder paste is less than 10 μm, it is difficult to have a function of maintaining the shape of the device, and the other conductive material and the LED structure, which may be formed on the top, are shorted with each other ( can be short). On the other hand, when the thickness is 200 mu m or more, the LED element becomes too large. Therefore, the thickness of the
마지막으로, 희생층(140), 가이드패턴(120), 버퍼층(115) 및 사파이어기판(110)을 제거하는 공정을 수행하여, 도 9에 도시한 바와 같은 본 발명에 따른 수직구조를 갖는 질화갈륨계 LED 소자를 제조하게 된다.Finally, the process of removing the
이를 위해서는 먼저, 아세톤 등의 용액을 사용하여 희생층(140)을 제거하게 된다. 이때, 희생층(140)은 물론, 가이드패턴(120)은 다른 부위와는 달리 반도체가 아닌 절연 소재이므로, 절연 소재와 반응하는 BOE(buffered oxide etchant) 등의 용액을 사용하여 쉽게 제거가 가능하다. 즉, 도 7에 도시한 바와 같이 LED 구조물의 측면으로 용액이 침투되면서 희생층(140)이 제거되는 것이다.To this end, first, the
다음으로는, CLO 공정을 이용하여 버퍼층(115)을 제거함으로써 사파이어기판(110)을 LED 소자로부터 분리하게 되는데, 이때 CLO에 이용되는 CLO 용액이 일명, 터널링(tunneling)효과에 의해 희생층(140)이 제거되어 형성된 공간 즉, 격자홈(165)으로 침투하게 된다. 이에 따라, 버퍼층(115)에서는 사파이어기판(110)과의 접합면을 제외한 전 방위에 걸쳐 CLO에 따른 화학반응이 일어나게 되어, 사파이어기판(110)에 바로 LED 구조물을 형성하는 기존 제조방법보다는 빠르고 안정적으로 사파이어기판(110)이 LED 구조물에서 떨어지게 된다. 그런 다음, 이러한 사파이어기판(110)의 제거 공정을 통해 외부로 노출된 N형 질화갈륨층(125) 즉, 각각의 LED소자 상에 N형 전극(미도시)을 형성하게 된다.Next, the
본 발명의 수직구조를 갖는 질화갈륨계 LED소자의 제조방법은 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.The manufacturing method of the gallium nitride-based LED device having a vertical structure of the present invention is not limited to the above-described embodiment can be carried out in various modifications within the range allowed by the technical idea of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 수직구조를 갖는 질화갈륨계 LED소자의 제조방법에 따르면, LED 구조물에 물리적인 충격을 주지 않으면서 사파이어기판을 보다 빠르고 안전하게 LED 구조물로부터 제거할 수 있게 되어, 본래의 LED 소자 특성을 얻을 수가 있으며, 이에 따라 수율 및 신뢰성이 좋아지는 효과가 있다.According to the manufacturing method of the gallium nitride-based LED device having a vertical structure of the present invention as described above, the sapphire substrate can be removed from the LED structure more quickly and safely without physically impacting the LED structure, the original LED device characteristics can be obtained, thereby improving yield and reliability.
또한, 전술한 바와 같이 기존의 마스크패턴 공정과 같이 복잡하고 다단계의 과정을 거치지 않고도, LED 구조물 위로 전극층 및 구조지지층 등을 쉽게 적층할 수 있게 되어, 제조 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.In addition, as described above, the electrode layer and the structure support layer may be easily stacked on the LED structure without complicated and multi-step processes as in the conventional mask pattern process, thereby reducing the manufacturing time.
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