KR100858362B1 - Method for forming vertically structured light emitting diode device - Google Patents
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Description
본 발명은 수직구조(수직전극형) 발광다이오드(Light Emitting Diode; 이하, 'LED'라 칭함) 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구조지지층 형성 공정시, 발광 구조물의 손상을 방지할 수 있는 수직구조 LED 소자의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a vertical structure (vertical electrode type) light emitting diode (hereinafter, referred to as "LED") device, and more particularly, to the vertical structure that can prevent damage to the light emitting structure during the structure support layer forming process A method of manufacturing a structured LED device.
일반적으로, LED 소자는 사파이어 기판 위에 성장하지만, 이러한 사파이어 기판은 단단하고 전기적으로 부도체이며 열전도 특성이 좋지 않아 LED 소자의 크기를 줄여 제조원가를 절감하거나, 광출력 및 칩의 특성을 개선시키는 데는 한계가 있었다. 특히, LED 소자의 고출력화를 위해서는 대전류 인가가 필수이므로, LED 소자의 열 방출 문제를 해결하는 것이 중요하다.In general, LED devices grow on sapphire substrates, but these sapphire substrates are hard, electrically nonconducting, and have poor thermal conductivity, making them difficult to reduce the size of LED devices to reduce manufacturing costs, or to improve light output and chip characteristics. there was. In particular, in order to increase the output power of the LED device is required to apply a large current, it is important to solve the heat dissipation problem of the LED device.
이러한 문제를 해결하기 위한 수단으로 종래에는 레이저 리프트 오프(Laser Lift-Off:LLO; 이하, 'LLO' 라 칭함) 기술을 이용하여 사파이어 기판을 제거한 수직구조 LED 소자가 제안되었다.As a means to solve this problem, a vertical structure LED device has been proposed in which a sapphire substrate is removed using a laser lift-off (LLO) technique.
그러면, 이하 도 1a 내지 도 1e를 참조하여 종래 수직구조 LED 소자의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.Next, a method of manufacturing a conventional vertical structure LED device will be described in detail with reference to FIGS. 1A to 1E.
도 1a 내지 도 1e는 종래 기술에 따른 수직구조 LED 소자의 제조 방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도이다.1A through 1E are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a vertical LED device according to the prior art.
우선, 도 1a에 도시한 바와 같이, 사파이어 기판(110) 상에 질화갈륨계 반도체층으로 이루어진 발광 구조물(120)을 형성한다. 이때, 상기 발광 구조물(120)은 n형 질화갈륨계 반도체층(121)과 다중우물구조인 GaN/InGaN 활성층(122) 및 p형 질화갈륨계 반도체층(123)이 순차적으로 적층되어 있는 구조를 가진다.First, as shown in FIG. 1A, a
이어, 도 1b에 도시한 바와 같이, 상기 p형 질화갈륨계 반도체층(123) 상에 p형 전극(150)을 형성한다. 이때, 상기 p형 전극(150)은, 전극과 반사막의 역할을 한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 1B, a p-
다음으로, 도 1c에 도시한 바와 같이, 상기 p형 전극(150) 상에 구조지지층을 공융(eutectic) 접합법으로 부착하기 위한 접착층(160)을 형성한 후, 상기 접착층(160)에 소정의 온도와 압력을 가하여 상기 접착층(160) 상에 상기 구조지지층(170)을 접합하는 본딩(bonding) 공정을 진행한다. 이때, 상기 구조지지층(170)은 최종적인 LED 소자의 지지층 및 전극으로서의 역할을 수행하는 것으로, 실리콘 기판을 주로 사용한다.Next, as shown in FIG. 1C, after forming an
그런 다음, 도 1d에 도시한 바와 같이, LLO 공정을 통해 상기 사파이어 기판(110)을 제거한다.Thereafter, as shown in FIG. 1D, the
이어, 도 1e에 도시한 바와 같이, 상기 사파이어 기판(도시하지 않음)으로부터 분리되어 노출된 상기 n형 질화갈륨계 반도체층(121) 상에 n형 전극(180)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 1E, an n-
그러나, 상기와 같이 종래 기술에 따른 구조지지층(170)을 접합하는 본딩 공정은, 상기 접착층(160)으로 Au 등과 같은 금속을 사용하여 200℃~300℃의 고온에서 고압으로 본딩하기 때문에, 본딩된 결과물이 상온으로 냉각시, 상기 구조지지층(170)과 발광 구조물(120)의 서로 다른 격자상수 및 열팽창계수 차이에 의한 응력 등과 같은 물리적 스트레스가 발생되며, 심할 경우에는 발광 구조물(120)이 파손되는 문제가 있다.However, the bonding process of bonding the
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 구조지지층 형성 공정 및 사파이어 기판을 제거하기 위한 레이저 리프트 오프 공정시, 발광 구조물의 손상을 방지할 수 있는 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention, in order to solve the above problems, in the structure support layer forming process and the laser lift-off process for removing the sapphire substrate, the manufacturing method of the vertical structure gallium nitride-based LED device that can prevent damage to the light emitting structure To provide.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 사파이어 기판을 준비하는 단계와, 상기 사파이어 기판 상에 n형 질화갈륨계 반도체층과 활성층 및 p형 질화갈륨계 반도체층이 순차 적층되어 이루어진 발광 구조물을 형성하는 단계와, 상기 p형 질화갈륨계 반도체층 상에 p형 전극을 형성하는 단계와, 상기 p형 전극 상에 버퍼층을 형성하는 단계와, 상기 버퍼층 상에 구조지지층을 형성하는 단계와, 상기 사파이어 기판을 제거하여 n형 질화갈륨계 반도체층을 노출하는 단계 및 상기 노출된 n형 질화갈륨계 반도체층 상에 n형 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 버퍼층은 상기 발광 구조물을 이루는 질화갈륨계 반도체 및 상기 구조지지층과 격자상수 차이가 1% 이하인 금속을 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 수직구조 LED 소자의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is to prepare a sapphire substrate, and to form a light emitting structure formed by sequentially stacking an n-type gallium nitride-based semiconductor layer, an active layer and a p-type gallium nitride-based semiconductor layer on the sapphire substrate Forming a p-type electrode on the p-type gallium nitride-based semiconductor layer, forming a buffer layer on the p-type electrode, forming a structure support layer on the buffer layer, and sapphire Removing the substrate to expose an n-type gallium nitride-based semiconductor layer and forming an n-type electrode on the exposed n-type gallium nitride-based semiconductor layer, wherein the buffer layer comprises a gallium nitride-based constituting the light emitting structure. It provides a method of manufacturing a vertical structure LED device, characterized in that formed using a semiconductor and a metal having a lattice constant difference of less than 1%.
또한, 상기 본 발명의 수직구조 LED 소자의 제조방법에서, 상기 버퍼층은, ZrB2로 형성하는 것이 바람직하다.In addition, in the manufacturing method of the vertical structure LED device of the present invention, the buffer layer is preferably formed of ZrB 2 .
또한, 상기 본 발명의 수직구조 LED 소자의 제조방법에서, 상기 버퍼층 상에 구조지지층을 형성하는 단계 이전에 상기 버퍼층 상에 접착층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, in the manufacturing method of the vertical structure LED device of the present invention, it is preferable to further include forming an adhesive layer on the buffer layer before the step of forming a structure support layer on the buffer layer.
또한, 상기 본 발명의 수직구조 LED 소자의 제조방법에서, 상기 구조지지층은, 전기적으로 전도성을 갖는 물질을 사용하여 웨이퍼 본딩 방법이나 전기 도금을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다.In addition, in the manufacturing method of the vertical structure LED device of the present invention, it is preferable that the structure supporting layer is formed by using a wafer bonding method or electroplating using an electrically conductive material.
또한, 상기 본 발명의 수직구조 LED 소자의 제조방법에서, 상기 p형 전극은 오믹층, 반사막 및 장벽층 중 선택된 적어도 어느 하나 이상의 층으로 형성하는 것이 바람직하다.In addition, in the manufacturing method of the vertical structure LED device of the present invention, the p-type electrode is preferably formed of at least one layer selected from the ohmic layer, the reflective film and the barrier layer.
본 발명은 발광 구조물과 구조지지층 사이에 이들과 유사격자상수를 갖는 물질로 형성된 버퍼층을 구비함으로써, 발광 구조물과 구조지지층 접합시, 고온/고압으로 접합한 다음, 접합된 결과물을 상온으로 냉각시, 발광구조물과 구조지지층의 서로 다른 격자상수 및 열팽창계수 차이에 의해 발광 구조물이 손상되는 문제를 방지할 수 있다.The present invention has a buffer layer formed of a material having a pseudo lattice constant therebetween between the light emitting structure and the structure support layer, and when bonding the light emitting structure and the structure support layer, and then bonded at a high temperature / high pressure, and then cooling the bonded result to room temperature, It is possible to prevent a problem that the light emitting structure is damaged by different lattice constants and thermal expansion coefficients of the light emitting structure and the structure support layer.
따라서, 본 발명은 수직구조 LED 소자의 제조 수율을 향상시킬 수 있다.Therefore, the present invention can improve the manufacturing yield of the vertical structure LED device.
본 발명의 수직구조 LED 소자의 제조방법에 대한 구체적인 기술적 구성에 관 한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조하여 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.Detailed technical configuration of the manufacturing method of the vertical structure LED device of the present invention will be clearly understood by the following detailed description with reference to the drawings showing preferred embodiments of the present invention.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 병기하였다.In the drawings, the thickness of layers, films, panels, regions, etc., are exaggerated for clarity. Like reference numerals designate like parts throughout the specification.
실시예Example
이하, 첨부된 도 2a 내지 도 2f를 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 수직구조 LED 소자의 제조방법에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a vertical structure LED device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2A to 2F.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직구조 LED 소자의 제조방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도이다.2A through 2F are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a vertical LED device according to an embodiment of the present invention.
우선, 도 2a에 도시한 바와 같이, 사파이어 기판(110) 상에 질화갈륨계 반도체층으로 이루어진 발광 구조물(120)을 형성한다. 이때, 상기 발광 구조물(120)은 n형 질화갈륨계 반도체층(121)과 다중우물구조인 GaN/InGaN 활성층(122) 및 p형 질화갈륨계 반도체층(123)을 순차적으로 적층되어 있는 구조를 가진다.First, as shown in FIG. 2A, a
여기서, 상기 p형 및 n형 질화갈륨계 반도체층(121, 123) 및 활성층(122)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 질화갈륨계 반도체 물질일 수 있으며, MOCVD 및 MBE 공정과 같은 공지의 질화물 증착공정을 통해 형성될 수 있다.Herein, the p-type and n-type gallium nitride based
한편, 상기 활성층(130)은 하나의 양자우물층 또는 더블헤테로 구조로 형성 될 수 있다.On the other hand, the active layer 130 may be formed of one quantum well layer or a double hetero structure.
이어서, 도 2b에 도시한 바와 같이, 상기 p형 질화갈륨계 반도체층(123) 상에 p형 전극(150)을 형성한다. 이때, 상기 p형 전극(150)은, 전극과 반사막의 역할을 동시에 할 수 있도록 형성하는 것이 바람직하며, 그에 따라, 오믹층, 반사막 및 장벽층 중 선택된 적어도 어느 하나 이상의 층으로 형성할 수 있다.Subsequently, as shown in FIG. 2B, a p-
그런 다음, 도 2c에 도시한 바와 같이, 상기 p형 전극(150) 상에 버퍼층(200)을 형성한다. 이때, 상기 버퍼층(200)은 후술하는 구조지지층 형성 공정시, 서로 다른 격자상수 및 열팽창계수의 차이로 인해 발생하는 물리적 스트레스를 완충시키는 역할을 하는 것으로, 상기 발광 구조물(120) 및 후술하는 구조지지층과의 격자상수 차이가 1% 이하인 금속을 사용하여 형성하는 것이 바람직하며, 이에 따라, 본 실시예에서는 ZrB2로 형성하였다.Next, as shown in FIG. 2C, a
이어서, 도 2d에 도시한 바와 같이, 상기 버퍼층(200) 상에 구조지지층을 공융(eutectic) 접합법으로 부착하기 위한 접착층(160)을 형성한 후, 상기 접착층(160)에 고온/고압을 가하여 상기 접착층(160) 상에 상기 구조지지층(170)을 접합하는 본딩(bonding) 공정을 진행한다. 이때, 상기 구조지지층(170)은 최종적인 LED 소자의 지지층 및 전극으로서의 역할을 수행하는 것이 바람직하므로, 열전도도가 좋고 전도성이 있는 물질, 예를 들어 실리콘(Si) 기판, GaAs 기판, Ge 기판 또는 금속층 등을 이용하여 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 2D, an
또한, 상기 접합층(160)은 금(Au) 또는 금을 포함한 합금(예를 들어, AuSn)을 사용하여 형성할 수 있다.In addition, the
한편, 본 실시예에서는 상기 구조지지층(170)을 형성하는 방법으로 접착층(160)을 사용하는 웨이퍼 본딩 방법을 설명하고 있으나, 이는 이에 한정되지 않으며, 상기 구조지지층은 최종적인 LED 소자의 지지층 및 전극으로서의 역할을 수행하는 것으로서, 도금 결정핵층을 사용하는 전기 도금 방법으로 형성할 수 있다.Meanwhile, in the present embodiment, the wafer bonding method using the
이어서, 도 2e에 도시한 바와 같이, LLO 공정을 통해 상기 기판(110)을 제거하여 n형 질화갈륨계 반도체층(121)의 표면을 노출시킨다.Subsequently, as shown in FIG. 2E, the
그런 다음, 도 2f에 도시한 바와 같이, 상기 사파이어 기판(도시하지 않음)이 제거되어 노출된 상기 n형 질화갈륨계 반도체층(121) 상에 n형 전극(180)을 형성한다.Then, as illustrated in FIG. 2F, the n-
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Accordingly, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims also fall within the scope of the present invention.
도 1a 내지 도 1e는 종래 기술에 따른 수직구조 LED 소자의 제조방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도.1A to 1E are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a vertical LED device according to the prior art.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직구조 LED 소자의 제조방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도.2A to 2F are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a vertical structure LED device according to an exemplary embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
110 : 사파이어 기판 120 : 발광 구조물110: sapphire substrate 120: light emitting structure
121 : n형 질화물 반도체층 122 : 활성층121 n-type
123 : p형 질화물 반도체층 150 : p형 전극123: p-type nitride semiconductor layer 150: p-type electrode
160 : 접착층 170 : 구조지지층160: adhesive layer 170: structural support layer
180 : n형 전극180: n-type electrode
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KR1020070122873A KR100858362B1 (en) | 2007-11-29 | 2007-11-29 | Method for forming vertically structured light emitting diode device |
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KR1020070122873A KR100858362B1 (en) | 2007-11-29 | 2007-11-29 | Method for forming vertically structured light emitting diode device |
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2007
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