KR100632004B1 - 질화물 단결정 기판 제조방법 및 질화물 반도체 발광소자 제조방법 - Google Patents

질화물 단결정 기판 제조방법 및 질화물 반도체 발광소자 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 질화물 단결정 기판 제조방법 및 질화물 반도체 발광소자 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 일측면은 예비기판 상에 질화물 단결정층을 형성하는 단계와, 상기 질화물 단결정층 상면에 유동성을 갖는 경화성 접착물질을 도포하고, 상기 접착물질을 경화시켜 폴리머 지지층을 형성하는 단계와,상기 예비기판 하면에 레이저를 조사하여 상기 예비기판으로부터 상기 질화물 단결정층을 분리하는 단계를 포함하는 질화물 단결정 기판 제조방법을 제공한다. 또한, 본 발명의 다른 측면은 상기 질화물 단결정 기판 제조공정을 응용한 수직구조 질화물 반도체 발광소자 제조방법을 제공한다.
질화물 단결정 기판(Nitride based single crystal substrate), 사파이어 기판(sappire substrate), 레이저 리프트 오프(laser lift-off)

Description

질화물 단결정 기판 제조방법 및 질화물 반도체 발광소자 제조방법{PRODUCING METHODS OF NITRIDE SINGLE CRYSTAL SUBSTRATE AND NITRIDE SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}
도1은 종래의 질화물 단결정분리를 위한 레이저리프트오프공정을 나타내는 개략도이다.
도2a 내지 도2e는 본 발명의 일실시형태에 따른 질화물 단결정 기판 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.
도3a 내지 도3h는 각각 본 발명의 일실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.
도4a 내지 도4e는 각각 본 발명의 다른 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.
<도면의 주요부부에 대한 부호설명>
11,21,31: 사파이어기판 15,25: 질화물 단결정층
35: 질화물 발광구조물 26,36: 경화성 접착물질
26',36': 폴리머 지지층 41: 실리콘 기판
42: 도전성 접착층 44a,44b: 제1 및 제2 전극
본 발명은 질화물 단결정 기판 제조방법 및 질화물 반도체 발광소자 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저 리프트오프공정에서 발생되는 크랙으로 인한 수율감소를 완화시킬 수 있는 질화물 단결정 기판 제조방법 및 질화물 반도체 발광소자 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체는 가시광 전체영역뿐만 아니라, 자외선 영역에 이르는 넓은 범위의 빛을 발할 수 있다는 특성을 갖는다. 이러한 질화물 반도체는 자외선과 청록색을 구현하기 위한 광소자물질로 크게 각광받고 있다.
질화물 반도체를 발광소자에 적용하기 위해서는, 고품위의 질화물 반도체 단결정 박막을 성장시키는 기술이 필수적으로 요구된다. 일반적으로, 질화물 반도체는, 이종 기판인 사파이어(Al2O3)기판 또는 실리콘 카바이드(SiC)기판 상에 유기금속화학기상증착법(MOCVD) 및 분자빔 에피택시법(MBE) 등을 이용한 헤테로-에피택시(heteroepitaxy)법으로 성장된다.
하지만, 질화물 단결정이 사파이어 기판에서 성장하더라도, 사파이어와 질화물 간에는 약 13%의 격자상수 차가 존재하며 열팽창 계수 차이(-34%)도 크기 때문에, 사파이어 기판과 질화물 단결정의 계면 사이에서 응력이 발생될 수 있다. 따라서, 질화물 반도체 소자를 동종기판인 질화물 단결정 기판 상에서 직접 성장시키기 위해서 프리 스탠딩(freestanding) 질화물 단결정 기판이 요구된다.
이러한 프리 스탠딩 질화물 단결정기판은, 도1에 도시된 바와 같이, 사파이어 기판과 같은 예비기판(11) 상에 질화물 단결정(15)을 성장시키고, 이어 레이저 리프트오프(laser lift off)공정을 이용하여 예비기판(11)으로부터 질화물 단결정(15)을 분리하는 공정으로 얻을 수 있다. 상기 레이저 리프트오프 공정은 레이저 조사에 의해 사파이어 기판(11)과의 계면영역의 질화물 단결정(15)을 금속으로 분해하고, 분해된 금속을 용융시켜 분리하는 방식으로 실시된다. 여기서, 레이저가 조사된 질화물 단결정부분(A)은 금속 갈륨(Ga)과 질소(1/2N2)로 분해된다.
질화물 단결정을 분리하는 레이저 리프트오프공정은 국내등록특허 483049호(발명명칭: 수직구조 질화갈륨계 발광소자의 제조방법, 등록권자: 삼성전기주식회사, 등록일자: 2005.04.04)에 기재된 바와 같이, 수직구조 발광소자를 제조하는데도 이용될 수 있다. 이러한 수직구조 질화물 발광소자 제조공정은 예비기판 상에 형성된 질화물 발광구조 상면에 영구기판을 부착한 후에, 예비기판과 질화물 발광구조를 레이저 리프트 오프공정을 통해 분리하는 방식으로 실시된다.
하지만, 상술된 공정에서 사용되는 예비기판도 이종기판이므로, 격자상수와 열팽창계수의 차이로 인한 응력에 때문에 심각한 휨과 크랙(C)이 발생되는 문제가 여전히 존재한다. 특히, 열팽창계수로 인한 열응력은, 고온(900∼1200℃)에서 성장되는 질화물 단결정을 레이저 리프트 오프를 위한 상온으로의 냉각과정에서 심각하게 야기될 수 있다.
이를 방지하기 위해서, 국내특허출원 2005-0000265호(발명명칭: 질화갈륨계 단결정 기판의 제조방법 및 제조장치, 출원인: 삼성전기주식회사, 출원일: 2005.01.03)에 기재된 바와 같이 고온의 조건을 유지하는 동안에 레이저 리프트 오프공정을 실시하는 방안이 있으나, 특수하게 설계된 증착설비가 요구되는 번거로움이 있다.
따라서, 당 기술분야에서는, 보다 간소한 방법을 통해 질화물 단결정 (또는 질화물 반도체 발광구조)과 이종기판인 예비기판 사이의 응력으로 인한 문제를 해결할 수 있는 방안이 요구되어 왔다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 유동성과 접착성을 갖는 경화성 물질을 질화물 단결정층 상에 도포하여 지지층을 제공함으로써 응력에 의한 크랙 및 휨발생을 억제하고 공정 중 취급을 보다 용이하게 할 수 있는 새로운 질화물 단결정 기판 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 유동성과 접착성을 갖는 경화성 물질을 질화물 발광소자 상면에 도포하여 지지층을 제공함으로써 응력에 의한 크랙 및 휨발생을 억제하고 공정 중 취급을 보다 용이하게 할 수 있는 새로운 질화물 반도체 발광소자 제조방법을 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 측면은,
예비기판 상에 질화물 단결정층을 형성하는 단계와, 상기 질화물 단결정층 상면에 유동성을 갖는 경화성 접착물질을 도포하고, 상기 접착물질을 경화시켜 폴리머 지지층을 형성하는 단계와, 상기 예비기판 하면에 레이저를 조사하여 상기 예비기판으로부터 상기 질화물 단결정층을 분리하는 단계를 포함하는 질화물 단결정 제조방법을 제공한다.
필요에 따라, 상기 질화물 단결정층을 분리하는 단계 후에, 상기 질화물 단결정층으로부터 상기 폴리머 지지층을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 예비기판은 주로 사파이어 기판이 사용되나, 이에 한정되지 않으며, 질화물 단결정보다 큰 에너지밴드갭을 갖는 기판이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 예비기판은 SiC, Si, MgAl2O4, MgO, LiAlO2 및 LiGaO2로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 기판일 수 있다.
상기 경화성 접착물질은 상기 질화물 단결정과 높은 접착력을 가지며, 열경 화성 수지, 자외선경화성 수지 및 자연경화성 수지로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나일 수 있으며, 바람직하게는 상기 경화성 접착물질은 에폭시 수지일 수 있다.
상기 경화성 접착물질을 도포하는 공정은 스핀코팅 또는 핸드 프린팅에 의해 용이하게 실시될 수 있다. 도포된 접착물질을 경화하여 얻어진 상기 폴리머 지지층은 충분한 지지기능을 위해서 10㎛이상의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 후속 취급공정 등을 고려하는 경우에는, 100㎛이상의 두께가 보다 바람직하다. 또한, 상기 폴리머 지지층의 최대 두께는 한정되지 않으나, 5㎜를 초과하지 않는 것이 균일한 층을 형성하는데 바람직하다
또한, 본 발명의 다른 측면은, 예비기판 상에 제1 도전형 질화물 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 질화물 반도체층이 순차적으로 적층된 질화물 발광구조물을 형성하는 단계와, 상기 질화물 발광구조물 상면에 유동성을 갖는 경화성 접착물질을 도포하고, 상기 접착물질을 경화시켜 폴리머 지지층을 형성하는 단계와, 상기 예비기판 하면에 레이저를 조사하여 상기 예비기판으로부터 상기 발광구조물를 분리하는 단계와, 상기 발광구조물의 분리된 면이 접합면으로 제공되도록, 상기 발광구조물과 도전성을 갖는 영구기판을 접합시키는 단계와, 상기 발광구조물로부터 상기 폴리머 지지층을 제거하는 단계와, 상기 영구기판의 하면과 상기 발광구조물 상면에 각각 제1 및 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법을 제공한다.
본 발명에서, 개별 발광 다이오드로 분리하는 과정은 다양한 형태로 구현될 수 있다. 일 실시형태에서는, 상기 제1 및 제2 전극을 형성하는 단계 후에, 상기 발광구조물을 원하는 개별 발광다이오드의 크기로 절단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이와 달리, 상기 발광구조물을 형성하는 단계와 상기 폴리머 지지층을 형성하는 단계 사이에, 상기 발광구조물을 원하는 개별 발광다이오드의 크기로 부분적으로 절단하는 단계와, 상기 제1 및 제2 전극을 형성하는 단계 후에, 상기 발광구조물을 원하는 개별 발광다이오드의 크기로 완전하게 절단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또 다른 실시형태에서는, 상기 발광구조물을 형성하는 단계와 상기 폴리머 지지층을 형성하는 단계 사이에, 상기 발광구조물을 원하는 개별 발광다이오드의 크기로 부분적으로 절단하는 단계를 더 포함하며, 상기 부분적으로 절단하는 단계에서 잔류한 상기 발광구조물은 상기 예비기판과 분리하는 단계에서 제거됨으로써 개별 발광다이오드로 분리될 수 있다.
상기 부분적으로 절단하는 단계에서 잔류한 상기 발광구조물의 두께는 5㎚∼500㎚인 것이 바람직하다.
상기 폴리머 지지층을 형성하기 전에 상기 부분적으로 또는 전체적으로 절단하는 경우에는, 그 절단된 홈까지 상기 경화성 접착물질이 충전되도록 도포하는 단 계를 포함하는 것이 바람직하다. 이를 위해서, 상기 부분적으로 절단하는 단계에서 절단되는 폭은 10∼500㎛인 것이 바람직하다. 절단폭이 10㎛미만인 경우에는 그 영역으로 접착물질이 충전되기 어려우며, 500㎛ 초과한 경우에는 웨이퍼 소실면적이 지나치게 커지는 문제가 있다.
본 발명의 다른 실시형태에서는, 예비기판 상에 제1 도전형 질화물 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 질화물 반도체층이 순차적으로 적층된 질화물 발광구조물을 형성하는 단계와, 상기 질화물 발광구조물을 원하는 개별 발광다이오드 크기로 절단하는 단계와, 상기 제2 도전형 질화물 반도체층 상에 전극을 형성하는 단계와, 상기 질화물 발광구조물 상면에 유동성을 갖는 경화성 접착물질을 도포하고, 상기 접착물질을 경화시켜 폴리머 지지층을 형성하는 단계와, 상기 예비기판 하면에 레이저를 조사하여 상기 예비기판으로부터 상기 발광구조물를 분리하는 단계와, 상기 발광구조물로부터 상기 폴리머 지지층을 제거하는 단계를 포함하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법을 제공한다. 본 실시형태에서는 전도성 기판을 채용하지 않고, 질화물 발광구조만으로 LED를 제조한다. 기판 분리후에, 제1 도전형 질화물 반도체층에 반대측 전극의 형성공정을 추가할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도2a 내지 도2e는 본 발명의 일실시형태에 따른 질화물 단결정 기판의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.
우선, 도2a와 같이, 본 발명의 질화물 단결정 기판 제조방법은 예비기판(21) 상에 질화물 단결정층(25)을 형성하는 단계로 시작된다. 예비기판(21)으로는 사파이어기판이 주로 사용되나, 이에 한정되지 않으며 질화물 단결정보다 큰 밴드갭을 갖는 물질로 이루어진 기판이 사용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 예비기판(21)은 SiC, Si, MgAl2O4, MgO, LiAlO2 및 LiGaO2로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 기판일 수 있다. 상기 질화물 단결정층(25)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 만족하는 물질일 수 있다. 이러한 질화물 단결정층(25)의 성장은, HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy), MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 또는 MBE(Molecular Beam Epitaxy)를 이용할 수 있으며, 통상적으로 900∼1200℃의 고온조건에서 실시되므로 상온으로 전환되는 과정에서 응력발생조건에 쉽게 노출된다.
이어, 도2b와 같이, 상기 질화물 단결정층(25) 상면에 유동성을 갖는 경화성 접착물질(26)을 도포하는 공정을 실시한다. 본 발명에 채용가능한 경화성 접착물질(26)은 유동성을 가지며 정해진 조건에 경화되어 지지구조물을 구성할 수 있는 물질이면 사용가능하다. 예를 들어, 상기 경화성 접착물질(26)은, 상기 예비기판(21)과 높은 접착강도를 유지할 수 있는 열경화성 수지, 자외선경화성 수지, 자연경화성 수지 또는 그 혼합수지가 사용될 수 있다. 바람직하게는 질화물 단결정층(25)과 우수한 접착강도를 갖는 열경화성 물질인 에폭시 수지가 사용될 수 있다. 이러한 유동성을 갖는 경화성 접착물질(26)은 스핀코팅 또는 핸드프린팅과 같은 종래의 도포공정으로 질화물 단결정층(25) 상면에 용이하게 제공될 수 있다.
다음으로, 도2c와 같이, 상기 도포된 접착물질(26)을 경화시켜 폴리머 지지층(26')을 형성한다. 본 경화공정은 선택된 접착물질(26)의 경화조건에 따라 적절히 선택하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 에폭시수지를 이용한 경우에는 적절한 온도에 노출시킴으로써 원하는 폴리머 지지층(26')을 형성할 수 있다. 상기 폴리머 지지층(26')은 응력이 인가되는 질화물 단결정층(25)과 밀착되어 크랙 또는 휨발생을 방지하는 동시에, 공정 중 또는 후에 질화물 단결정(25)의 취급을 용이하게 할 수 있다. 이를 위해서, 폴리머 지지층(26')의 두께(t)는 적어도 10㎛인 것이 바람직하지만, 취급 및 후처리공정을 고려할 경우에 100㎛이상이 보다 바람직하다. 다만, 5㎜를 초과하는 경우에 균일한 두께가 어려우므로, 5㎜이하로 형성하는 것이 바람직하다.
이어, 도2d와 같이, 상기 예비기판(21) 하면에 레이저를 조사하여 상기 예비기판(21)으로부터 상기 질화물 단결정층(25)을 분리한다. 조사되는 레이저로는 예비기판(21)물질의 밴드갭보다 작고 질화물 단결정층(25)의 밴드갭보다 큰 에너지에 해당되는 파장을 갖는 레이저를 선택한다. 예를 들어, 예비기판(21)이 사파이어기판인 경우에는, 355㎚의 Nd-YAG 레이저가 사용될 수 있다. 레이저가 조사된 영역(A)은 상술한 바와 같이, 질소와 금속으로 분해된다. 예를 들어, GaN층을 형성하는 경우에는 금속 갈륨(Ga)과 질소(1/2N2)로 분해될 수 있다. 스캔방식으로 레이저를 전체면적에 걸쳐 조사하여 질화물 단결정(25)의 계면영역(A)을 분해시킴으로써 예비기판(21)으로부터 질화물 단결정층(25)을 분리시킬 수 있다.
최종적으로, 도2e와 같이, 상기 질화물 단결정층(25)으로부터 상기 폴리머 지지층(26')을 제거할 수 있다. 폴리머 지지층(26')은 적절한 솔벤트를 이용하여 쉽게 제거될 수 있다. 이와 같이 제거의 용이함도 본 발명의 장점이라 할 수 있다. 상기 폴리머 지지층(26')의 형성물질에 따라 다양한 유기솔벤트 또는 핫워터와 같은 적절한 솔벤트가 사용될 수 있다. 필요에 따라서, 본 제거공정을 생략하고, 상기 폴리머 지지층(26')을 최종 사용자에게 제공될 때까지 유지시킬 수 있다. 즉, 예비기판 제거 공정 후에도 폴리머 지지층(26')은 단결정층 또는 단결정 기판(25)의 안전한 취급을 보장할 수 있으며 간단한 처리로서 쉽게 제거되므로, 질화물 단결정(25)의 최종 사용시까지 지지수단으로서 제공될 수 있다.
도3a 내지 도3h는 각각 본 발명의 일실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다. 상술된 도2a 내지 도2e에 설명된 사항은 본 질화물 반도체 발광소자의 제조공정에 응용될 수 있다.
우선, 본 발명의 질화물 반도체 발광소자 제조방법은, 도3a와 같이 예비기판(31) 상에 제1 도전형 질화물 반도체층(35a), 활성층(35b) 및 제2 도전형 질화물 반도체층(35c)을 순차적으로 적층하는 과정으로 시작된다. 제1 도전형 질화물 반도체층(35a), 활성층(35b) 및 제2 도전형 질화물 반도체층(35c)은 원하는 질화물 발광구조물(35)을 형성한다.
이어, 도3b와 같이, 상기 발광구조물(35)을 원하는 개별 발광다이오드의 크기로 부분적으로 절단시킬 수 있다. 본 절단공정은 본 발명에 채용될 수 있는 다양한 형태의 절단공정 중에 예비 절단공정을 예시한다. 이러한 절단홈(H)을 통해 레이저 리프트 오프공정 중에 발생되는 응력을 완화하는 역할을 기대할 수 있다. 또한, 후속공정에서 도포될 경화성 접착물질(도3c의 36참조)이 상기 절단홈(H)에 유입되어 경화됨으로써 질화물 발광구조물(35)과 보다 강고하게 결합된 폴리머 지지층(도3d의 36' 참조)을 얻을 수 있다. 이를 위해서, 상기 절단홈(H)의 폭, 즉 절단폭(g)은 10∼500㎛인 것이 바람직하다. 절단폭이 10㎛미만인 경우에는 그 영역으로 접착물질이 충전되기 어려우며, 500㎛ 초과한 경우에는 웨이퍼 손실면적이 지나치게 커지는 문제가 있다.
다음으로, 도3c와 같이, 상기 질화물 발광구조물(35) 상면에 유동성을 갖는 경화성 접착물질(36)을 도포한다. 상기한 바와 같이, 도포되는 경화성 접착물질(36)은 유동성을 가지므로, 절단홈(H)에 충전될 수 있다. 후속경화공정 후에, 절단홈(H)에 충전된 폴리머 부분(R)에 의해 폴리머지지층(36')은 상기 질화물 발광구조물에 보다 견고하게 유지될 수 있다. 본 발명에 채용가능한 경화성 접착물질(36)로는 상기 예비기판(31)과 높은 접착강도를 유지할 수 있는 열경화성 수지, 자외선경화성 수지, 자연경화성 수지 또는 그 혼합수지가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 열경화성 물질인 에폭시 수지가 사용될 수 있다. 상기 경화성 접착물질(36)은 스핀코팅 또는 핸드프린팅과 같은 종래의 도포공정으로 질화물 발광구조물(35) 상면에 용이하게 제공될 수 있다.
이어, 도3d와 같이, 상기 접착물질(36)을 경화시켜 폴리머 지지층(36')을 형성한다. 본 경화공정은 선택된 접착물질(36)의 경화조건에 따라 적절히 선택하여 사용될 수 있다. 상기 폴리머 지지층(36')은 응력이 인가되는 질화물 발광구조물(35)과 밀착되어 크랙 또는 휨발생을 방지하는 동시에, 공정 중에 질화물 발광구조물(35)의 취급을 용이하게 할 수 있다. 이를 위해서, 폴리머지지층(36')의 두께(t)는 적어도 10㎛인 것이 바람직하며, 단순 지지뿐만 아니라 취급공정을 고려할 경우에는 100㎛이상인 것이 보다 바람직하다. 한편, 균일한 두께가 용이하게 구현되도록, 5㎜를 초과하지 않는 것이 바람직하다.
다음으로, 도3e와 같이, 상기 예비기판(31) 하면에 레이저를 조사하여 상기 예비기판(31)으로부터 상기 발광구조물(35)를 분리한다. 상술한 바와 같이, 본 공정에서 레이저는 예비기판(31)물질의 밴드갭보다 작고 질화물 단결정의 밴드갭보다 더 큰 에너지에 해당되는 파장을 갖는 것을 사용한다. 또한, 본 실시형태와 같이, 도3b의 부분 분리단계를 채용할 경우에, 그 잔류된 두께(도 3b의 ta)를 적절히 설정함으로써 본 레이저 리프트 오프공정과 함께 발광구조물(35)을 개별 발광소자단위로 완전히 분리시킬 수 있다. 이러한 완전한 분리는, 잔류된 두께(ta)의 질화물 부분이 A로 표시된 부분과 같이 레이저 리프트오프과정에서 분해되거나, 리프트 오프과정에서 물리적 충격으로 인해 추가적인 공정 없이도 자동적으로 제거될 수 있기 때문에 실현될 수 있다. 이와 같이, 부분분리공정과 결합하여 레이저 리프트 오프공정에서 질화물 발광구조물(35)을 개별 발광소자 단위로 완전히 분리시키기 위해서는 상기 발광구조물(35)의 잔류한 두께(ta)는 5㎚∼500㎚인 것이 바람직하다.
이어, 도3f와 같이, 상기 발광구조물(35)의 분리된 면(즉, 제1 도전형 질화물 반도체층(35a)의 하면)이 접합면으로 제공되도록, 상기 발광구조물(35)과 도전성을 갖는 영구기판(41)을 접합시킨다. 영구기판(41)으로는 대표적으로 실리콘 기판이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 게르마늄, SiC, ZnO 또는 GaAs 물질로 이루어진 다양한 도전성 기판이 선택되어 사용될 수 있다. 본 접합공정은 가열압착방식으로도 이루어질 수 있으며, 본 실시형태와 같이 별도의 도전성 접착층(42)을 이용할 수 있다. 이러한 도전성 접착층(42)으로는 Au-Sn, Sn, Au-Ag, Ag-Cu 또는 Pb-Cu이 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면,각 층(35a,35b,35c)이 영구기판(41) 상에 적층된 순서가 예비기판(31)에서 성장된 순서를 유지한다. 이는 국 내등록특허 483049호와 같은 종래의 방법과 비교하여 기술적 차이라 할 수 있다.
다음으로, 도3g와 같이, 상기 발광구조물(35)로부터 상기 폴리머 지지층(36')을 제거하고, 상기 영구기판(31)의 하면과 상기 발광구조물(35) 상면에 각각 제1 및 제2 전극(44a,44b)을 형성한다. 이러한 폴리머 지지층(36')은 형성물질에 따른 적절한 솔벤트를 이용하여 쉽게 제거될 수 있다. 본 실시형태와 같이, 절단홈부분에 일부 폴리머지지층(36')이 있더라도, 에폭시 수지와 같은 통상적 경화성 수지는 적절한 솔벤트에 의해 쉽게 용해되므로, 깨끗하게 제거될 수 있다. 폴리머지지층(36')의 제거공정 후에 제1 및 제2 전극(44a,44b)을 도3g에 도시된 바와 같이, 도전성 기판 하면과 제2 도전형 질화물 반도체층에 각각 제공한다. 여기서, 오믹콘택이 용이한 n형 질화물 반도체층을 상부에 배치하고자 하는 경우에는 도3a의 공정에서 p형 질화물 반도체층, 활성층 및 n형 질화물 반도체층 순서로 형성할 필요가 있다. 이는 앞서 설명한 바와 같이 최종 층의 순서가 최초 성장순서로 유지될 수 있기 때문이다.
최종적으로, 도3h와 같이, 상기 결과물을 개별 발광 다이오드(30)로 완전히 분리시킨다. 본 실시형태에서는, 이미 부분적으로 절단된 홈(H)을 따라 도전성 영구기판(41)까지 완전 분리하는 공정으로 실시되지만, 본 발명에 따른 분리공정은 다양한 형태로 변형될 수 있다. 예를 들어, 도3b의 부분 절단공정을 채용하지 않고, 상기 제1 및 제2 전극(44a,44b)을 형성하는 단계 후에 상기 발광구조물(35)을 원하는 개별 발광다이오드의 크기로 완전히 절단하는 방식으로 실시될 수 있다. 이와 반대로, 도3b의 발광구조물(35)만을 절단하거나 도3d의 레이저 리프트 오프공정에서 잔류한 부분을 제거한 후에, 본 절단공정에서는 도전성 영구기판(41)의 절단공정으로만 실시될 수 있다.
본 발명에 따른 질화물 발광소자 제조방법은 도전성 영구기판을 채용하지 않는 형태로서 제공될 수 있다. 이 경우에, 질화물 발광소자는 기판부분 없이 질화물단결정구조로만 구성될 수 있다.
본 실시형태에 따른 질화물 발광소자 제조방법은 도4a와 같이 예비기판(51) 상에 제1 도전형 질화물 반도체층(55a), 활성층(55b) 및 제2 도전형 질화물 반도체층(55c)을 순차적으로 적층하는 과정으로 시작된다. 제1 도전형 질화물 반도체층(55a), 활성층(55b) 및 제2 도전형 질화물 반도체층(55c)은 원하는 질화물 발광구조물(55)을 형성한다.
이어, 도4b와 같이, 상기 발광구조물(55)을 원하는 개별 발광다이오드의 크기로 절단시킬 수 있다. 본 절단공정은 상술한 바와 같이, 완전절단공정 또는 부분절단공정으로 구현될 수 있으며, 본 실시형태는 레이저 리프트오프공정을 통해 제거될 수 있는 두께만을 잔류시키는 부분 절단공정으로 도시되어 설명된다. 본 공정에서 절단홈을 통해 레이저 리프트 오프공정 중에 발생되는 응력을 완화하는 역할을 기대할 수 있다. 상기 절단홈의 폭, 즉 절단폭은 10∼500㎛인 것이 바람직하다.
다음으로, 도4c와 같이, 상기 제2 도전형 질화물 반도체층(55c) 상면에 전극(64)을 형성한 후에, 상기 질화물 발광구조물(55) 상면에 유동성을 갖는 경화성 접착물질(56)을 도포한다. 본 실시형태에서는 접착물질 도포공정에서 앞서 일측 전극을 형성한다. 이에 한정되지 않으나, 일반적으로 제2 도전형 질화물 반도체층(55c)은 p형이므로, 오믹콘택을 위한 적절한 전극형태가 채용될 수 있다. 상기한 바와 같이, 도포되는 경화성 접착물질(56)은 유동성을 가지므로, 절단홈(H)에 충전될 수 있다. 상기 경화성 접착물질(56)은 스핀코팅 또는 핸드프린팅과 같은 종래의 도포공정으로 질화물 발광구조물(55) 상면에 용이하게 제공될 수 있다.
이어, 도4d와 같이, 상기 접착물질(56)을 경화시켜 폴리머 지지층(56')을 형성한다. 본 경화공정은 선택된 접착물질(56)의 경화조건에 따라 적절히 선택하여 사용될 수 있다. 상기 폴리머 지지층(56')은 응력이 인가되는 질화물 발광구조물(55)과 밀착되어 크랙 또는 휨발생을 방지하는 동시에, 공정 중에 질화물 발광구조물(55)의 취급을 용이하게 할 수 있다. 이를 위해서, 폴리머지지층(56')의 두께는 적어도 10㎛인 것이 바람직하며, 단순 지지뿐만 아니라 취급공정을 고려할 경우에는 100㎛이상인 것이 보다 바람직하다. 한편, 균일한 두께가 용이하게 구현되도록, 5㎜를 초과하지 않는 것이 바람직하다.
다음으로, 도4e와 같이, 상기 예비기판(51) 하면에 레이저를 조사하여 상기 예비기판(51)으로부터 상기 발광구조물(55)를 분리한다. 상술한 바와 같이, 본 공정에서 레이저는, 예비기판(51)물질의 밴드갭보다 작고 질화물 단결정의 밴드갭보다 큰 에너지에 해당되는 파장을 갖는 것을 사용한다. 또한, 앞선 도3d에서 설명한 바와 같이, 부분 절단공정에서 잔류된 두께부분은 본 레이저 리프트 오프공정에서 A로 표시된 부분과 같이 분해되거나 열충격으로 인해 파손되어 제거될 수 있으며, 이로써 발광구조물(55)은 개별 발광소자단위로 완전히 분리될 수 있다. 이는 후속 개별 칩 분리공정을 보다 용이하게 실시할 수 있다는 장점을 제공한다. 이와 같이, 본 레이저 리프트 오프공정에서 질화물 발광구조물(55)을 완전히 분리시키기 위해서는 상기 발광구조물(55)의 잔류한 두께는 5㎚∼500㎚이 바람직하다.
이와 같이, 얻어진 발광구조물은 영구기판에 부착되지 않은 상태에서 발광다이오드로 사용될 수 있다. 이 경우에, 제1 도전형 질화물 반도체층(55a)에는 별도의 전극을 더 형성하지 않을 수 있다. 즉, 제1 도전형 질화물 반도체층(55a)이 오믹접촉형성에 유리한 n형 반도체층인 경우에, 패키지기판 또는 다른 인쇄회로기판 등의 보드의 전극패드에 직접 실장되어 발광 동작할 수 있다.
또한, 상기 폴리머지지층(56')은 유기솔벤트 또는 핫워터와 같은 다양한 솔벤트로 제거될 수 있으나, 이 경우에 기판에 의해 지지되지 않으므로, 비교적 두꺼운 폴리머지지층(56')(적어도 100㎛의 두께)를 채용하여 개별 발광소자의 취급을 보다 용이하게 할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 유동성을 갖는 경화성 접착물질을 도포하는 간소한 방식으로 질화물 단결정 기판 또는 질화물 발광구조물에 밀착된 지지층을 제공함으로써 응력발생에 따른 크랙 및 휨발생을 방지할 뿐만 아니라, 공정 중 또는 공정 후에 안전한 취급을 도모할 수 있다.

Claims (33)

  1. 예비기판 상에 질화물 단결정층을 형성하는 단계;
    상기 질화물 단결정층 상면에 유동성을 갖는 경화성 접착물질을 도포하고, 상기 접착물질을 경화시켜 폴리머 지지층을 형성하는 단계; 및
    상기 예비기판 하면에 레이저를 조사하여 상기 예비기판으로부터 상기 질화물 단결정층을 분리하는 단계를 포함하는 질화물 단결정 기판 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 질화물 단결정층을 분리하는 단계 후에, 상기 질화물 단결정층으로부터 상기 폴리머 지지층을 제거하는 단계를 더 포함하는 질화물 단결정 기판 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 예비기판은 상기 질화물 단결정의 밴드갭보다 큰 에너지 밴드갭을 갖는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 질화물 단결정 기판 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 예비기판은, 사파이어, SiC, Si, MgAl2O4, MgO, LiAlO2 및 LiGaO2로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 기판인 것을 특징으로 하는 질화물 단결정 기판 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 경화성 접착물질은 상기 질화물 단결정층과 접착력을 가지며, 열경화성 수지, 자외선경화성 수지 및 자연경화성 수지로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 질화물 단결정 기판 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 경화성 접착물질은 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 질화물 단결정 기판 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 경화성 접착물질을 도포하는 공정은 스핀코팅 또는 핸드 프린팅에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 질화물 단결정 기판 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머 지지층의 두께는 0.01∼5㎜인 것을 특징으로 하는 질화물 단결정 기판 제조방법.
  9. 예비기판 상에 제1 도전형 질화물 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 질화물 반도체층이 순차적으로 적층된 질화물 발광구조물을 형성하는 단계;
    상기 질화물 발광구조물 상면에 유동성을 갖는 경화성 접착물질을 도포하고, 상기 접착물질을 경화시켜 폴리머 지지층을 형성하는 단계;
    상기 예비기판 하면에 레이저를 조사하여 상기 예비기판으로부터 상기 발광구조물를 분리하는 단계;
    상기 발광구조물의 분리된 면이 접합면으로 제공되도록, 상기 발광구조물과 도전성을 갖는 영구기판을 접합시키는 단계;
    상기 발광구조물로부터 상기 폴리머 지지층을 제거하는 단계; 및
    상기 영구기판의 하면과 상기 발광구조물 상면에 각각 제1 및 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극을 형성하는 단계 후에, 상기 발광구조물을 원하는 개별 발광다이오드의 크기로 절단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 발광구조물을 형성하는 단계와 상기 폴리머 지지층을 형성하는 단계 사이에, 상기 발광구조물을 원하는 개별 발광다이오드의 크기로 부분적으로 절단하는 단계와,
    상기 제1 및 제2 전극을 형성하는 단계 후에, 상기 발광구조물을 원하는 개별 발광다이오드의 크기로 완전하게 절단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 발광구조물을 형성하는 단계와 상기 폴리머 지지층을 형성하는 단계 사이에, 상기 발광구조물을 원하는 개별 발광다이오드의 크기로 부분적으로 절단하는 단계를 더 포함하며,
    상기 부분적으로 절단하는 단계에서 잔류한 상기 발광구조물은 상기 예비기판과 분리하는 단계에서 제거됨으로써 개별 발광다이오드로 분리되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 부분적으로 절단하는 단계에서 잔류한 상기 발광구조물의 두께는 5㎚∼500㎚인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리머 지지층을 형성하는 단계는, 상기 부분적으로 절단하는 단계에서 절단된 홈까지 상기 경화성 접착물질이 충전되도록 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  15. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부분적으로 절단하는 단계에서 절단되는 폭은 10∼500㎛인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 예비기판은 상기 제1 도전형 질화물 반도체층의 밴드갭보다 큰 에너지 밴드갭을 갖는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 예비기판은 사파이어, SiC, Si, MgAl2O4, MgO, LiAlO2 및 LiGaO2로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 기판인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  18. 제9항에 있어서,
    상기 경화성 접착물질은 상기 질화물 발광구조물과 접착력을 가지며, 열경화성 수지, 자외선경화성 수지 및 자연경화성 수지로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 경화성 접착물질은 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  20. 제9항에 있어서,
    상기 경화성 접착물질을 도포하는 공정은 스핀코팅 또는 핸드 프린팅에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  21. 제9항에 있어서,
    상기 폴리머 지지층의 두께는 0.01∼5㎜인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  22. 제9항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 도전형 질화물 반도체층은 각각 p형 및 n형 질화물 반도체층인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  23. 예비기판 상에 제1 도전형 질화물 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 질화물 반도체층이 순차적으로 적층된 질화물 발광구조물을 형성하는 단계;
    상기 질화물 발광구조물을 원하는 개별 발광다이오드 크기로 절단하는 단계;
    상기 제2 도전형 질화물 반도체층 상에 전극을 형성하는 단계;
    상기 질화물 발광구조물 상면에 유동성을 갖는 경화성 접착물질을 도포하고, 상기 접착물질을 경화시켜 폴리머 지지층을 형성하는 단계;
    상기 예비기판 하면에 레이저를 조사하여 상기 예비기판으로부터 상기 발광구조물을 분리하는 단계; 및
    상기 발광구조물로부터 상기 폴리머 지지층을 제거하는 단계를 포함하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 발광구조물을 절단하는 단계는, 상기 발광구조물을 원하는 개별 발광다이오드의 크기로 부분적으로 절단하는 단계이며,
    상기 부분적으로 절단하는 단계에서 잔류한 상기 발광구조물 부분은 상기 예비기판과 분리하는 단계에서 제거됨으로써 개별 발광다이오드로 분리되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 부분적으로 절단하는 단계에서 잔류한 상기 발광구조물의 두께는 5㎚∼500㎚인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  26. 제24항 또는 제25항에 있어서,
    상기 폴리머 지지층을 형성하는 단계는, 상기 부분적으로 절단하는 단계에서 절단된 홈까지 상기 경화성 접착물질이 충전되도록 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  27. 제24항 또는 제25항에 있어서,
    상기 부분적으로 절단하는 단계에서 절단되는 폭은 10∼500㎛인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  28. 제23항에 있어서,
    상기 예비기판은 상기 제1 도전형 질화물 반도체층의 밴드갭보다 큰 에너지 밴드갭을 갖는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 예비기판은 사파이어, SiC, Si, MgAl2O4, MgO, LiAlO2 및 LiGaO2로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 기판인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  30. 제23항에 있어서,
    상기 경화성 접착물질은 상기 질화물 발광구조물과 접착력을 가지며, 열경화성 수지, 자외선경화성 수지 및 자연경화성 수지로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 경화성 접착물질은 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  32. 제23항에 있어서,
    상기 경화성 접착물질을 도포하는 공정은 스핀코팅 또는 핸드 프린팅에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  33. 제23항에 있어서,
    상기 폴리머 지지층의 두께는 0.01~5㎜인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
KR1020050074246A 2005-08-12 2005-08-12 질화물 단결정 기판 제조방법 및 질화물 반도체 발광소자 제조방법 KR100632004B1 (ko)

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