KR100757802B1

KR100757802B1 - 수직형 발광 다이오드 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100757802B1
Application number: KR1020060095846A
Authority: KR
Inventors: 김윤구; 이명희
Original assignee: 서울옵토디바이스주식회사
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2007-09-11

Abstract

수직형 발광 다이오드 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명에 따른 수직형 발광 다이오드 제조방법은 희생 기판 상에 제1 도전형 화합물 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 화합물 반도체층을 포함하는 화합물 반도체층들을 형성하고, 화합물 반도체층들을 패터닝하여 개별 발광 다이오드 칩 영역들로 각각 분리하는 스크라이빙 라인들을 형성하고, 각각의 칩 영역을 구성하는 화합물 반도체층들을 패터닝하여 그 가장자리에서 내측으로 만입된 적어도 하나의 만입부를 형성하는 것을 포함한다. 또한, 이 방법은, 화합물 반도체층들 상에 도전성 기판을 형성하고, 화합물 반도체층들로부터 희생 기판을 분리하여 제1 도전형 화합물 반도체층을 노출시키고, 제1 도전형 화합물 반도체층 상에 전극 패드를 형성하고, 스크라이빙 라인들을 따라 도전성 기판을 절단하여 개별 발광 다이오드 칩들로 분리하는 것을 포함한다. 이에 따라, 희생기판을 화합물 반도체층들로부터 분리할 때 발생하는 가스에 의해 화합물 반도체층들이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

수직형 발광 다이오드, 스크라이빙, LLO, 가스, 만입부

Description

수직형 발광 다이오드 및 그 제조방법{VERTICAL LIGHT EMITTING DIODE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}

도 1은 종래기술에 따른 수직형 발광 다이오드 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예들에 따른 발광 다이오드 제조방법을 설명하기 위한 평면도들이다.

본 발명은 수직형 발광 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 칩 분리공정에서의 손상을 방지하는 수직형 발광 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN) 등과 같은 Ⅲ족 원소의 질화물은 열적 안정성이 우수하고 직접 천이형의 에너지 밴드(band) 구조를 갖고 있어, 최근 청색 및 자외선 영역의 발광소자용 물질로 많은 각광을 받고 있다. 특히, 질 화갈륨(GaN)을 이용한 청색 및 녹색 발광 소자는 대규모 천연색 평판 표시 장치, 신호등, 실내 조명, 고밀도광원, 고해상도 출력 시스템과 광통신 등 다양한 응용 분야에 활용되고 있다.

이러한 III족 원소의 질화물 반도체층, 특히 GaN은 그것을 성장시킬 수 있는 동종의 기판을 제작하는 것이 어려워, 유사한 결정 구조를 갖는 이종 기판에서 금속유기화학기상증착법(MOCVD) 또는 분자선 증착법(molecular beam epitaxy; MBE) 등의 공정을 통해 성장된다. 이종기판으로는 육방 정계의 구조를 갖는 사파이어(Sapphire) 기판이 주로 사용된다. 그러나, 사파이어는 전기적으로 부도체이므로, 발광 다이오드 구조를 제한하며, 기계적 화학적으로 매우 안정하여 절단 및 형상화(shaping) 등의 가공이 어렵다. 이에 따라, 최근에는 사파이어와 같은 이종기판 상에 질화물 반도체층들을 성장시킨 후, 이종기판을 분리하여 수직형 구조의 발광 다이오드를 제조하는 기술이 연구되고 있다.

도 1 (a)를 참조하면, 사파이어 기판과 같은 희생기판(11) 상에 질화갈륨 계열의 화합물 반도체층들이 차례로 성장된다. 상기 화합물 반도체층들은 제1 도전형 반도체층(15), 활성층(17) 및 제2 도전형 반도체층(19)을 포함한다. 또한, 상기 제1 도전형 반도체층(15)과 희생기판(11) 사이에 일반적으로 버퍼층(13)이 개재된다.

도 1 (b)를 참조하면, 상기 화합물 반도체층들 상에 도전성 기판(21)이 부착된다. 상기 도전성 기판(21)은 일반적으로 접합층(도시하지 않음)에 의해 상기 도 전성 기판(21) 상에 부착된다. 한편, 도전성 기판(21)과 화합물 반도체층들 사이에 반사층(도시하지 않음)이 또한 개재될 수 있다.

도 1 (c)를 참조하면, 상기 화합물 반도체층들로부터 희생기판(11)이 분리된다. 이때, 버퍼층(13)도 함께 제거되고, 제1 도전형 화합물 반도체층(15)이 노출된다. 상기 희생기판(11)은 주로 레이저 리프트 오프(laser lift-off) 공정을 사용하여 화합물 반도체층들로부터 분리될 수 있으며, 다른 방법의 기계적 화학적 방법 등을 통해 분리될 수도 있다. 그 후, 노출된 제1 도전형 화합물 반도체층(15) 상에 전극 패드(23)가 형성되고, 도전성 기판(21)을 절단함으로써 개별 발광 다이오드 칩들이 완성된다.

종래의 레이저 리프트 오프 공정에 따르면, 조사된 레이저 빔에 의해 사파이어 희생기판(11)과 접한 화합물 반도체층의 GaN 일부가 Ga과 질소 가스로 분해되면서 사파이어 희생기판(11)이 화합물 반도체층들로부터 분리된다.

그러나, 이 과정에서 발생한 질소 가스의 압력은 일반적으로 0.6GPa 내지 1.2GPa로서 이러한 질소 가스의 높은 압력에 의해 화합물 반도체층 내부에 균열이 발생할 수 있으며, 이를 개선하기 위해 종래에는 칩 분리를 위한 스크라이빙 라인을 따라 화합물 반도체층들을 패터닝하여 트렌치(Trench)를 형성함으로써 분해된 질소 가스가 쉽게 외부로 방출될 수 있도록 하는 방법이 제시된 바 있다.

그러나, 이러한 방법을 이용하는 경우에도 발광 다이오드 칩의 크기가 증가하는 경우에는 칩을 구성하는 화합물 반도체층의 면적도 증가하므로, 칩 내부와 이에 근접하는 스크라이빙 라인에 형성된 트렌치까지의 거리가 길어져 칩 내부의 화 합물 반도체층에서 발생한 질소 가스가 충분히 짧은 시간 내에 트렌치를 통해 외부로 방출되기 어려워, 결국 발생된 고압의 질소 가스에 의해 화합물 반도체층들이 손상되는 문제점이 발생한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 화합물 반도체층에 만입부를 형성하여, 희생기판을 분리할 때 화합물 반도체층들의 손상을 방지할 수 있는 수직형 발광 다이오드 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 희생기판을 분리할 때 화합물 반도체층들의 손상을 방지하기 위한 만입부를 갖는 수직형 발광 다이오드를 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 이루기 위해, 본 발명의 일 태양은 수직형 발광 다이오드 제조방법을 제공한다. 이 방법은 희생 기판 상에 제1 도전형 화합물 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 화합물 반도체층을 포함하는 화합물 반도체층들을 형성하고, 상기 화합물 반도체층들을 패터닝하여 개별 발광 다이오드 칩 영역들로 각각 분리하는 스크라이빙 라인들을 형성하고, 상기 각각의 칩 영역을 구성하는 화합물 반도체층들을 패터닝하여 그 가장자리에서 내측으로 만입된 적어도 하나의 만입부를 형성하는 것을 포함한다. 또한, 상기 화합물 반도체층들 상에 도전성 기판을 형성하고, 상기 화합물 반도체층들로부터 상기 희생 기판을 분리하여 제1 도전형 화합물 반도체층을 노출시키고, 상기 제1 도전형 화합물 반도체층 상에 전극 패드를 형성 하고, 상기 스크라이빙 라인들을 따라 상기 도전성 기판을 절단하여 개별 발광 다이오드 칩들로 분리하는 것을 포함한다.

바람직하게는, 상기 만입부의 개수 및 형태는 상기 칩 영역의 면적에 따라 결정된다.

한편, 본 발명에 따른 수직형 발광 다이오드는, 도전성 기판, 상기 도전성 기판 상에 위치하고, 제1 도전형 화합물 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 화합물 반도체층을 포함하는 화합물 반도체층들, 및 상기 도전성 기판에 대향하여 상기 화합물 반도체층들 상에 위치하는 전극패드를 포함하며, 상기 화합물 반도체층들은 가장자리에서 그 내측으로 만입된 만입부를 갖는다.

이에 따라, 레이저 리프트 오프(LLO) 기법에 따라 희생기판을 화합물 반도체층들로부터 분리할 때 발생하는 가스에 의해 화합물 반도체층들이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 발광 다이오드 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이고, 도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 발 광 다이오드 제조방법을 설명하기 위한 평면도들이다. 여기서, 도 2의 단면도들은 도 4의 절취선 A-A를 따라 취해진 단면도들이다.

도 2 (a)를 참조하면, 희생기판(51) 상에 화합물 반도체층들이 형성된다. 상기 희생기판(51)은 일반적으로 사파이어 기판이나, 다른 이종기판일 수 있다. 한편, 상기 화합물 반도체층들은 제1 도전형 화합물 반도체층(55), 활성층(57) 및 제2 도전형 화합물 반도체층(59)을 포함한다. 상기 화합물 반도체층들은 III-N 계열의 화합물 반도체층들로, 금속유기화학기상증착법(MOCVD) 또는 분자선 증찹법(molecular beam epitaxy; MBE) 등의 공정에 의해 성장될 수 있다. 상기 제1 도전형 및 제2 도전형은 N형 및 P형, 또는 P형 및 N형을 나타낸다.

한편, 상기 화합물 반도체층들을 형성하기 전, 버퍼층(53)이 형성될 수 있다. 버퍼층(53)은 희생기판(51)과 화합물 반도체층들의 격자 부정합을 완화하기 위해 채택되며, 일반적으로 질화갈륨 계열의 물질층일 수 있다.

도 2 (b)를 참조하면, 상기 화합물 반도체층들을 패터닝하여 스크라이빙 라인(도 2(b)의 라인 C로 표시)을 따라 개별 칩 영역을 정의하는 트렌치(trench)를 형성한다.

이어서, 도 2 (c) 및 도 4를 참조하면, 상기 트렌치로 구별된 개별 칩 영역을 구성하는 화합물 반도체층들의 가장자리에서 그 내측으로 만입된 만입부(60)를 형성한다. 도 4는 도 2 (c)의 단면도에 대응하는 평면도로서, 도 4에는 만입부(60)가 화합물 반도체층들의 네 개의 가장자리에서 그 내측으로 일정 길이로 만입되어 형성되어 있으나, 만입부(56)의 개수 및 형태는 개별 칩 영역의 면적 등에 따라 적 절하게 결정할 수 있다. 예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이 화합물 반도체층의 네 개의 가장자리의 중간에 각각 하나씩 형성할 수도 있으나, 두 개의 대향하는 가장자리에만 형성하되 그 길이를 조절할 수도 있으며, 하나의 가장자리에 복수개의 만입부를 형성하는 방식 또는 이들을 조합하는 방식 등 다양한 형태가 가능하다. 또한, 여기서는 개별 칩 영역을 분리하는 트렌치를 먼저 형성하고 만입부(60)를 형성하는 것으로 기재되어 있으나 화합물 반도체층을 패터닝하여 동시에 형성할 수도 있다.

이에 따라, 레이저 리프트 오프(LLO) 기술을 사용하여 희생 기판(51)을 분리할 경우, 레이저의 에너지에 의해 희생기판(51)과 화합물 반도체층들의 계면에서 발생하는 가스가 만입부(60)를 따라 배출되어 화합물 반도체층들 표면 손상을 방지할 수 있다.

도 2 (d)를 참조하면, 상기 화합물 반도체층들 상에 도전성 기판(61)이 형성된다. 상기 도전성 기판(61)은 Si, GaAs, GaP, AlGaINP, Ge, SiSe, GaN, AlInGaN 또는 InGaN 등의 기판이나, Al, Zn, Ag, W, Ti, Ni, Au, Mo, Pt, Pd, Cu, Cr 또는 Fe의 단일 금속 또는 이들의 합금 기판을 상기 화합물 반도체층들 상에 부착하여 형성될 수 있다. 이때, 상기 도전성 기판(61)은 접합층(도시하지 않음)을 통해 상기 화합물 반도체층들에 부착될 수 있으며, 반사층(도시하지 않음)이 상기 도전성 기판(61)과 화합물 반도체층들 사이에 개재될 수 있다.

도 2 (e)를 참조하면, 희생기판(51)이 상기 화합물 반도체층들로부터 분리된다. 희생기판(51)은 레이저 리프트 오프(LLO) 기술 또는 다른 기계적 방법이나 화 학적 방법에 의해 분리될 수 있다. 이때, 상기 버퍼층(53)도 함께 제거되어 제1 도전형 화합물 반도체층(55)이 노출된다.

이어서, 전극패드들(63)이 발광 다이오드 칩 영역들 상에 형성된다. 상기 전극패드들(63)은 제1 도전형 화합물 반도체층(55)에 오믹콘택된다.

도 2 (f)를 참조하면, 스크라이빙 라인들(C)을 따라 도전성 기판(61)을 절단하여 개별 발광 다이오드 칩들로 분리함으로써 수직형 발광 다이오드가 완성된다.

본 실시예에 따르면, 도전성 기판(61) 상에 화합물 반도체층들이 위치한 수직형 발광 다이오드가 제공된다. 도 2 (f) 및 도 5를 참조하면, 상기 화합물 반도체층들은 제1 도전형 화합물 반도체층(55), 활성층(57) 및 제2 도전형 화합물 반도체층(59)을 포함한다. 한편, 상기 도전성 기판(61)과 화합물 반도체층들 사이에 반사층(도시하지 않음)이 개재될 수 있다. 또한, 상기 도전성 기판(61)에 대향하여 상기 화합물 반도체층들 상에 전극패드(63)가 위치한다.

한편, 도 5를 참조하면 본 실시예에 따라 제조된 수직형 발광 다이오드 칩의 도전성 기판(61) 상에 위치한 화합물 반도체층들은 그 가장자리에서 내측으로 만입된 만입부(60)를 구비한다. 만입부(60)는 레이저 리프트 오프(LLO) 기법에 따라 화합물 반도체층들을 희생기판(51)으로부터 분리할 때 발생할 수 있는 화합물 반도체층들의 손상을 방지하기 위한 것이다. 만입부(60)의 위치와 형태에 대해서는 상술하였다.

따라서, 상기 수직형 발광 다이오드 칩은, 칩의 면적이 넓은 대면적 칩의 경우에도 화합물 반도체층들의 가장자리에서 내측으로 만입된 만입부를 채택함으로써 레이저 리프트 오프(LLO) 기법에 따른 화합물 반도체층들의 손상을 방지할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 트렌치에 의해 정의된 개별 칩 영역을 구성하는 화합물 반도체층들의 가장자리에서 내측으로 만입된 만입부를 채택함으로써 레이저 리프트 오프(LLO) 기법에 따라 희생기판을 화합물 반도체층들로부터 분리할 때 발생하는 가스에 의해 화합물 반도체층들이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

Claims

희생 기판 상에 제1 도전형 화합물 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 화합물 반도체층을 포함하는 화합물 반도체층들을 형성하고,

상기 화합물 반도체층들을 패터닝하여 개별 발광 다이오드 칩 영역들로 각각 분리하는 스크라이빙 라인들을 형성하고,

상기 각각의 칩 영역을 구성하는 화합물 반도체층들을 패터닝하여 그 가장자리에서 내측으로 만입된 적어도 하나의 만입부를 형성하고,

상기 화합물 반도체층들 상에 도전성 기판을 형성하고,

상기 화합물 반도체층들로부터 상기 희생 기판을 분리하여 제1 도전형 화합물 반도체층을 노출시키고,

상기 제1 도전형 화합물 반도체층 상에 전극 패드를 형성하고,

상기 스크라이빙 라인들을 따라 상기 도전성 기판을 절단하여 개별 발광 다이오드 칩들로 분리하는 것을 포함하는 수직형 발광 다이오드 제조방법.
청구항 1에 있어서,

상기 만입부의 개수 및 형태는 상기 칩 영역의 면적에 따라 결정되는 수직형 발광 다이오드 제조방법.
도전성 기판;

상기 도전성 기판 상에 위치하고, 제1 도전형 화합물 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 화합물 반도체층을 포함하는 화합물 반도체층들; 및

상기 도전성 기판에 대향하여 상기 화합물 반도체층들 상에 위치하는 전극패드를 포함하며,

상기 화합물 반도체층들은 가장자리에서 그 내측으로 만입된 만입부를 갖는 수직형 발광 다이오드.
청구항 3에 있어서,

상기 만입부의 개수 및 형태는 상기 화합물 반도체층들의 면적에 따라 상이하게 결정되는 수직형 발광 다이오드.