KR100908045B1 - 발광다이오드 소자의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발광다이오드 소자를 기존의 삼각 또는 사각 기둥형이 아닌 원이나 적어도 육각 이상의 기둥형이 되도록 제조함으로써, 전극부에서 공급되는 전류가 발광다이오드부 전체에 걸쳐 균일하게 확산될 수 있도록 하고 이에 따라, 발광 효율이 향상될 수 있도록 한 발광다이오드 소자의 구조 및 제조에 관한 것이다.
또한, 본 발명에 따른 발광다이오드 소자의 제조방법은 사파이어기판 위에 N형 발광다이오드층, 활성층 및 P형 발광다이오드층을 포함하는 LED 구조물을 형성하는 (a) 단계; 상기 (a) 단계에서 형성된 LED 구조물 위에 원기둥이나 적어도 육각 이상의 기둥 형태인 구조지지층을 다수 형성하는 (b) 단계; 상기 (b) 단계에서 형성된 다수의 구조지지층을 가이드로 하여 건식 또는 습식 식각공법에 의해 상기 (a) 단계에서 형성된 LED 구조물을 원기둥이나 적어도 육각 이상의 기둥 형태인 다수의 LED 소자로 분리하는 (c) 단계 및 상기 사파이어기판을 제거한 후, 상기 사파이어기판이 제거됨으로써 노출되는 LED 소자의 표면에 전극부를 형성하는 (d) 단계를 포함하여 이루어진다.
발광다이오드, 구조지지층, 원기둥, 육각기둥, 전류확산, CLO, LLO
Description
본 발명은 발광다이오드 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 발광다이오드 소자를 기존의 삼각 또는 사각 기둥형이 아닌 원이나 적어도 육각 이상의 기둥형이 되도록 제조함으로써, 전극부에서 공급되는 전류가 발광다이오드부 전체에 걸쳐 균일하게 확산될 수 있도록 하고 이에 따라, 발광 효율이 향상될 수 있도록 한 발광다이오드 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 GaAs, AlGaAs, GaN, InGaN 및 AlGaInP 등의 화합물 반도체 재료의 선택 및 각 재료의 조성, 활성층의 구조 등을 변경함으로써, 다양한 색의 빛을 구현할 수 있는 반도체 소자를 말한다. 최근 LED 소자는 비약적인 반도체 기술의 발전에 힘입어, 저휘도의 범용제품에서 탈피하여, 고휘도, 고출력의 제품 생산이 가능해졌다. 특히, 질화갈륨(GaN)계 녹색(Green), 청색(Blue), 백색(White) LED 소자는 직접 천이형 반도체로서 발광 재결합 확률이 높아 디스플레이, 차세대 조명원 등으로 그 응용가치가 급격히 확대되고 있다.
종래의 방법에 의해 완성되는 질화갈륨계 LED 소자는 박막결정 성장을 위하 여 주로 사파이어 기판이 사용되는데, 수평형 소자의 경우 두 전극이 모두 소자의 한 면에 배치되어 있어 전류의 흐름이 활성층 전체에 고르게 확산되지 않아 발광의 면내 분포가 균일하지 않게 되어 주입전력에 대한 광 변환 효율이 낮게 되는 단점이 있다. 특히, 고출력을 얻기 위하여 대전류를 주입할 때 p형 전극과 n형전극의 배열 구조가 수평적으로의 이루어져있어 두전극 사이의 경계면 부근에서 전류흐름에 병목현상을 나타내어 국부적 과열이 일어나 소자가 쉽게 파괴되는 구조적인 문제점이 있다.
한편, 이러한 수평형 GaN계 LED 구조의 문제점을 해결하기 위하여 GaN계 박막 결정을 사파이어 기판으로부터 분리하여 박막 결정의 상하부에 전극을 형성하는 수직형 LED제작 기술이 개발되어 있다. 다시 말해, GaN계 박막결정을 사파이어 기판으로부터 분리하고 열전도성이 사파이어 기판보다 우수한 금속, Si등을 부착하여 전류의 균일 주입뿐만 아니라 효율적으로 열 방출을 시킴으로써 대전류 동작시의 발열에 의한 효율감소를 억제하고 신뢰성을 향상시키는 기술이 개발되어 있다.
종래의 방법에 의해 완성되는 질화갈륨계 LED 소자는 수평형이나 수직형 모두 일반적으로 직사각 기둥형 또는 정사각 기둥형의 모양으로 구성되어 있다. 이것은, 수직구조를 갖는 소자를 구현한다 하더라도 종래 공정에서 이루어졌던 소잉(Sawing), 다이싱(Dicing), 스크라이빙(Scribing) 또는 브레이킹(Breaking) 등의 소자 분리 공정단계에서 형성할 수 있는 모양이 매우 제한적이어서 도3a, 도3b, 도3c과 같이 소자의 전체 배열이 직선 형태로만 소자를 분리할 수 있는 사각 기둥형, 삼각 기둥형 등의 모양을 채택할 수밖에 없었기 때문이다.
이러한 사각기둥형 혹은 삼각기둥형 소자는 수평형은 물론, 수직형에 있어서도 n형 전극의 모양을 소자 모양에 따라 사각형 혹은 삼각형으로 구성하게 되는데, 특히 소자 혹은 전극의 모서리 부분, 전극의 가지가 분기되는 부분 등 에서는 전류의 확산이 균일하지 못하게 된다. 전류의 흐름이 소자 전체에 고르게 확산되지 못하면 광 밝기의 균일도가 소자의 중앙 부분과 모서리 부분 혹은 각 변의 방향과 모서리 방향이 차이가 발생하는 등의 문제점을 가지게 되어 소자의 발광 효율이 저하됨은 물론 국부적 발열 등으로 인하여 증가하여 장시간 신뢰성에 열화를 가져온다.
따라서 전류의 흐름을 균일하게 확산시킬 수 있는 구조로서 원형기둥모양의 소자가 가장 이상적이나 종래의 소잉, 다이싱, 스크라이빙 또는 브레이킹 등을 사용하는 제조공정으로서는 제작이 곤란하였다.
도 1 내지 도 3은 종래 LED 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 종래 LED 소자의 제조방법에 따르면 SiC와 같은 전도성기판(11)상에 N형 질화갈륨층(12), 활성층(13), P형 질화갈륨층(14), P형 전극(15)을 순차적으로 적층하여 LED 소자를 만들기 위한 LED 구조물을 제조하게 된다. 그런 다음, 도 2에 도시한 바와 같이 소정의 커터(cutter)를 이용하여 도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같은 사각 기둥형태나, 도 3c에 도시한 바와 같은 삼각 기둥형태로 상기한 LED 구조물을 다수의 LED 소자(10)로 분리하게 된다. 이때, 이러한 분리 공정에는 잘 알려진 바와 같이, 소잉, 다이싱, 스크라이빙 또는 브레이킹 공정이 적용될 것이다.
그러나, 상기한 분리 공정에 의하면 LED 소자의 모양이 도 3에 도시한 바와 같이, 사각이나 삼각 기둥형태로 제한되는바, 이에 따르면 N형 전극부(17)에서 공급되는 전류가 모서리 부분으로까지 균일하게 확산이 되지않아 LED 소자의 중앙 부분과 모서리 부분 사이에 밝기 차이가 생기고 이로 인해, 원래 LED 소자가 구현할 수 있는 밝기보다는 그 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
물론, 이러한 LED 소자의 구조적인 문제로 인한 전류확산의 불균일성을 감안하여 LED 소자에 보다 높은 전압을 인가한다면 원하는 밝기를 얻을 수는 있을 것이다. 그러나, 이렇게 된다면 전극부에서 열화 현상이 심화되기 때문에 LED 소자의 수명이 단축될 수가 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 레이저 리프트 오프 (Laser Lift-off; LLO), 케미컬 리프트 오프 (Chemical Lift-off; CLO)나 광화학 리프트오프(Photo-Chemical Lift-off; PCLO)등을 사용하여 소자의 구조를 기존의 삼각 또는 사각 기둥형이 아닌 원이나 적어도 육각 이상의 기둥형이 되도록 제조함으로써, 전극부에서 공급되는 전류가 발광다이오드부 전체에 걸쳐 균일하게 확산될 수 있도록 한 발광다이오드 소자의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 발광다이오드 소자의 제조 방법은 기판 위에 N형 발광다이오드층, 활성층 및 P형 발광다이오드층을 포함하는 LED 구조물을 형성하는 (a) 단계; 상기 (a) 단계에서 형성된 LED 구조물 위에 원기둥이나 적어도 육각 이상의 기둥 형태인 구조지지층을 다수 형성하는 (b) 단계; 상기 (b) 단계에서 형성된 다수의 구조지지층을 가이드로 하여 건식 혹은 습식식각공법에 의해 상기 (a) 단계에서 형성된 LED 구조물을 원기둥이나 적어도 육각 이상의 기둥 형태인 다수의 LED 소자로 분리하는 (c) 단계 및 상기 기판을 제거한 후, 상기 기판이 제거됨으로써 노출되는 LED 소자의 표면에 전극부를 형성하는 (d) 단계를 포함하여 이루어진다.
전술한 구성에서, 상기 (b) 단계는 원이나 적어도 육각 이상의 형태의 구멍 이 다수 천공되어 있는 형태의 가이드층을 상기 (a) 단계에서 형성된 LED 구조물 위에 형성하는 (b-1) 단계와, 상기 가이드층에 형성되어 있는 구멍을 이용하여 상기 LED 구조물 위에 다수의 구조지지층을 형성한 후, 상기 가이드층을 제거하는 (b-2) 단계를 포함하여 이루어질 수 있다. 이와는 다르게, 상기 (b) 단계는 상기 (a) 단계에서 형성된 LED 구조물 위에 구조지지층을 형성하는 (b-3) 단계 및 상기 (b-3) 단계에서 형성된 구조지지층을 식각하여 다수 개로 분리하는 (b-4) 단계를 포함하여 이루어지되, 상기 (b-4)에서 분리된 각각의 구조지지층은 원기둥이나 적어도 육각 이상의 기둥 형태인 것이 바람직하다. 또는, 상기 (b) 단계는 상기 (a) 단계에서 형성된 LED 구조물 위에 원기둥이나 적어도 육각 이상의 기둥 형태로 가공된 도전성 구조물을 접합하는 방법에 의해 이루어질 수 있다.
또한, 상기 (d) 단계에서 형성되는 전극부는 와이어에 본딩되는 주전극부와, 상기 주전극부에 이어지는 라인 형태의 보조전극부를 포함하여 이루어질 수 있다. 좀 더 구체적으로, 상기 주전극부의 직경은 200㎛ 이내인 것이 바람직하다. 또한, 상기 주전극부는 LED 소자의 표면 중심이나 가장자리 부분에 형성될 수 있다. 또한, 상기 보조전극부는 원형 라인이거나, 적어도 각이 6개 이상인 다각형 라인일 수 있다.
또한, 상기 기판은 레이저 리프트 오프, 케미컬 리프트 오프나 광화학 리프트오프를 이용하여 제거되는 것이 바람직하다.
본 발명의 발광다이오드 소자의 제조 방법에 따르면, 발광다이오드 소자의 모양을 원기둥 또는 원기둥에 가깝게 제작할 수 있기 때문에, 소자 내에서의 전류확산이 균등하게 되어 밝기가 일정한 소자를 구현할 수 있는 효과가 있다. 또한, 불균일한 전류의 확산에 의해 발생되는 피로도를 감소시켜 신뢰성 및 수명이 향상된 소자를 구현할 수 있다. 또한, 발광다이오드로 전류를 공급하는 주전극부와 함께, 이 주전극부에 이어지는 보조전극부를 적절하게 사용함으로써 소자의 면적이 넓어지더라도 전류확산이 균일한 효과가 있다.
이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 발광다이오드 소자의 제조 방법에 대해서 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 소자의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 5 내지 도 11은 도 4에서의 각 단계별 공정 단면도이다.
먼저 도 5의 단면도를 참조로 하여 본 발명을 설명하자면, 단계 S11에서는 사파이어기판(110) 상에 고품질 결정성장을 얻기 위하여 버퍼층(115)을 적층하게 된다. 단계 S13에서는 버퍼층(115)의 표면에 박막 결정체인 N형 질화갈륨층(120), 활성층(125), 박막 결정체인 P형 질화갈륨층(130), P형 전극부(135) 및 반사층(140)을 순차적으로 적층하여 발광다이오드부를 형성하게 된다. 다음으로, 단계 S15에서는 발광다이오드부의 표면 즉, 반사층(140) 위에 구조지지층의 분리 성장을 가이드하는 가이드층(145)을 형성하게 된다. 여기서, 가이드층(145)은 도 6a 및 도 6b에 도시한 바와 같이, 원이나 육각형(145a)의 구멍이 다수 천공되어 있는 형태인 것으로, 반사층(150)의 표면에 포토레지스트(photoresist)를 고르게 도포하고, 이 위에 마스크를 올린 다음 빛을 쪼여준 후, 빛을 받은 혹은 받지 않은 부분을 현상하는 방법에 의해 형성될 수 있다.
다음으로, 단계 S17에서는 이러한 가이드층(145)을 이용하여 발광다이오드부의 표면에 구조지지층(150)을 증착(Evaporation), 솔더링(soldering) 또는 도금(plating)등의 공정으로 분리 형성하게 된다. 즉, 이렇게 분리 형성되는 각각의 구조지지층(150)의 형태는 가이드층(145)에 의해 원이나 육각형 기둥이 되는 것이다. 다음으로, 단계 S19에서는 구조지지층(150) 및 가이드층(145)의 표면 전체에 표면보호막(155)을 형성하게 된다.
또한, 구조지지층(150)은 도 5에 도시한 바와 같이, 가이드층(145)보다는 낮게 형성시키는 것이 바람직하다. 그 이유는 구조지지층(150)을 가이드층(145)보다 높게 형성하게 되면 각 구조지지층(150)들이 상호 분리되어 있지 못하고 붙어버리기 때문에 이를 방지하기 위한 것이다. 아울러, 표면보호막(150)에서 구조지지층(150)의 표면에 형성되는 부분과 가이드층(145)의 표면에 형성되는 부분이 서로 분리되게 하여, 추후 가이드층(145)을 제거할 때에 가이드층(145)의 표면에 형성되는 부분이 같이 제거될 수 있도록 하기 위함이다.
또한, 구조지지층(150)은 발광다이오드부에서 발생되는 열을 외부로 방출하는 특성이 좋은 구리나 알루미늄 또는, 이들의 복합체로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 표면보호막(155)은 추후 가이드층(145)이 제거됨으로써 노출되는 구조지지층(150)의 측면을 부분적으로 식각할 때에 구조지지층(150)의 표면을 보호하기 위한 층으로써, 그 소재는 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 실리콘산화막, 실리콘질화막, 포토레지스트인 BCB(Benzo Cyclo Butene)등인 것이 바람직하다.
다음으로 단계 S21에서는 도 7에 도시한 바와 같이, 습식식각(wet etching) 공법을 이용하여 가이드층(145)을 제거하게 된다. 이때, 습식식각에 이용되는 용액으로는 다른 구조물 즉, 버퍼층(115), 구조지지층(150) 및 표면보호막(155)과는 반응하지 않는 이를 테면, 아세톤이 되어야 할 것이다.
다음으로 단계 S23에서는 도 8에 도시한 바와 같이, 가이드층(145)의 제거에 따라 노출되는 구조지지층(150)의 측면을 습식식각 공법을 이용하여 일정 부분 식각하게 된다. 이때, 이용되는 용액으로는 버퍼층(115) 및 표면보호막(155)과 반응하지 않는 용액이 되어야 할 것이다.
다음으로 단계 S25에서는 도 8에 도시한 바와 같이, 외부로 노출되어 있는 구조지지층(150)의 측면이 덮이도록 측면보호막(160)을 도포하게 된다. 이때, 측면보호막(160)의 형성에는 금, 백금, 니켈, 실리콘산화막, 실리콘질화막, 포토레지스트인 BCB등이 사용될 수 있다. 즉, 측면보호막(160)은 표면보호막(155)과 더불어, 추후 사파이어기판을 제거하게 될 때에 케미컬 리프트 오프(chemical lift-off; 이하 'CLO'라 한다) 공법에 이용되는 화학작용제로부터 구조지지층(150)을 보호하는 것이다.
다음으로 단계 S27에서는 도 9에 도시한 바와 같이, 습식식각이나 건식식각(dry etching) 공법을 이용하여 발광다이오드부와 구조지지층(150)을 포함하는 LED 구조물을 다수 개의 LED 소자로 분리하게 된다. 즉, LED 소자는 LED 구조물에 서 커터에 의해 물리적으로 분리된 것이 아니라, 앞서 다수 개로 분리 형성된 구조지지층(150)이 가이드가 되어 건식식각공법에 의해 분리되는 것이므로, 원기둥이나 육각 또는 그 이상의 기둥과 같은 다양한 형태로 분리 형성될 수 있는 것이다.
또한, 단계 S27 수행시 구조지지층(150) 사이 사이에 형성되어 있는 측면보호막(160)은 그 일부만이 식각되는 것이 중요하다. 즉, 상기한 단계 S23의 수행을 생략하고 단계 S21에서 단계 S25로 진행될 수도 있으나, 이렇게 되면 단계 S27의 수행시 측면보호막(160)이 모두 제거되어 구조지지층(150)의 측면이 노출될 염려가 있으므로 이를 방지하기 위해서는 단계 S23이 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 도 9에 표시한 부호 'A' 즉, 측면보호막(160)을 부분적으로 식각할 때에는 측면보호막(160)의 성분이 포토레지스트가 되는 것이 일반적이므로, 노광(exposure) 후에 현상(development)하는 공법을 이용할 수 있다. 그리고, 표시부호 'B' 즉, 발광다이오드부 및 버퍼층(115)를 부분적으로 식각할 때에는 건식식각 공법을 이용하게 된다.
다음으로 단계 S29에서는 도 10에 도시한 바와 같이, CLO나 PCLO 공법을 이용하여 버퍼층(115)을 제거함으로써, 사파이어기판(110)을 LED 소자들로부터 떼어내게 된다. 이 단계를 구체적으로 설명하자면, CLO나 PCLO 공법에 이용되는 용액이 일명, 터널링(tunneling) 효과에 의해 상기한 단계 S27이 수행됨에 따라 형성된 공간으로 침투하게 된다. 이에 따라, 버퍼층(115)은 이렇게 침투되는 화약약품에 의해 용해되는바, 사파이어기판(110)이 각 LED 소자로부터 안정적이고도 용이하게 떨어지게 된다. 물론, CLO나 PCLO 공법시 사용되는 용액이 측면보호막(160)을 손상시 킬 수는 있으나, 구조지지층(150)은 이 측면보호막(160)에 의해 보호되기 때문에 손상의 염려가 줄어들게 된다.
물론, 버퍼층을 제거하기 위해 LLO 공법도 사용될 수 있다. 따라서, 이때는 버퍼층(115)이 Laser 빛을 흡수하여 분리되는바, 사파이어기판(110)이 각 LED 소자로부터 떨어지게 된다.
다음으로, 단계 S31에서는 잔존하는 측면보호막(160)을 제거하게 되고, 단계 S33에서는 표면보호막(155)을 제거하게 된다. 이후, 단계 S35에서는 사파이어기판(110) 및 버퍼층(115)이 제거됨에 따라 외부로 노출되는 N형 질화갈륨층(120)에 N형 주전극부를 형성하게 된다. 여기서, N형 주전극부 일명, 본딩패드(bonding pad)는 전도성 물질로 이루어진 와이어(예, Au-wire)와 접합되는 부분으로서, 직경이 200㎛ 이내인 것이 바람직하다.
한편, 학술지, "Journal of applied physics"에 개재된 논문, "B. Laikhtman, A. Gourevitch, D Donetsky, D Westerfeld, and G. Belenky, J. Appl. Phys., Vol. 95, No.8, 15 April 2004 "에 따르면, 발광다이오드 소자에서의 전류 확산은 방사 형태로 이루어지게 된다. 따라서, 일정한 전류밀도를 가지는 지점을 연결한 전류확산영역은 원형을 이루기 때문에, 원형의 소자가 가장 이상적인 전류밀도 균일성을 가지게 된다. 이러한 전류확산 메커니즘을 본 발명에 적용하여 보면 N형 질화갈륨층(120)에서 N형 주전극부를 중심으로 동일한 직경에 해당하는 영역은 동일한 '전류밀도'를 갖는 것을 알 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 소자의 정면도를 보인 것 으로, 도 12a는 원기둥 형태를 갖는 발광다이오드 소자의 정면도이고, 도 12b는 육각기둥 형태를 갖는 발광다이오드 소자의 정면도이다. 아울러, 도 13은 도 12에 대비되는 종래 발광다이오드 소자의 정면도를 보인 것으로, 도 13a는 사각기둥 형태의 발광다이오드 소자의 정면도이고, 도 13b는 삼각기둥 형태의 발광다이오드 소자의 정면도이다. 여기서, 도면부호 10 및 100은 각각, 발광다이오드 소자를 나타내고, 도면부호 'A'는 상기한 전류확산 메커니즘에 의거하여, 전류밀도가 균일한 전류확산영역을 나타내며, 도면부호 10a 및 100a는 각각, 전류확산영역(A)에 해당하지 않는 모서리부분을 나타내는 것이다. 임의의 모양의 소자의 전류밀도 균일성을 정량화하여 비교하기 위하여 '전류확산효율'을 소자면적 대비 전류확산영역(A)으로 정의하였다.
이에 따라, 도 13b에 도시한 바와 같은 삼각형의 발광다이오드 소자(10)는 그 전체면적을 'AT', 한변의 길이를 'L1', 높이를 'H', 전류확산영역(A)의 반지름을 'R'이라고 한다면, 아래 수학식 1에 의해 전류확산효율(A/AT)이 대략, 60.4%인 것을 알 수 있다.
또한, 도 13a에 도시한 바와 같은 사각형의 발광다이오드 소자(10)는 그 전체면적을 'AS', 한변의 길이를 'L2'라고 한다면, 아래 수학식 2에 의해 전류확산효율(A/AS)이 대략, 78.5%인 것을 알 수 있다.
이에 대비하여, 도 12b에 도시한 바와 같은 육각형의 발광다이오드 소자(100)는 그 전체면적을 'AH', 한변의 길이를 'L3'라고 한다면, 아래 수학식 3에 의해 전류확산효율(A/AH)이 대략, 90.7%인 것을 알 수 있다.
또한, 도 12a에 도시한 바와 같은 원형의 발광다이오드 소자(100)는 전체면적 대비 전류확산영역(A)의 비율이 동일하므로, 그 전류확산효율은 100%인 것을 알 수 있다. 즉, 중심으로부터 같은 반경에 있는 점은 같은 전류밀도를 가지게 되어 동심원적으로 균일한 전류 분포를 얻게 된다. 특히 육각형 구조는 생산성 향상을 위하여 원형기둥형의 특성을 최대한 유지하면서 단위면적당 얻을 수 있는 소자의 수를 늘이기 위해 소자와 소자사이의 공극률을 최소화한 구조이다. 오각형이나 팔 각형 이상의 다각형의 경우 밀집된 배열을 얻을 수 없어 소자로서 활용할 수 없는 면적 손실이 발생하게 되어 바람직하지 못하다. 그러나 전류확산효율 면에서는 사각형 소자보다는 크게 유리하다.
따라서, 발광다이오드 소자의 형태가 원기둥에 가까울수록 전류확산영역(A)에 해당하지 않는 모서리부분(10a, 100a)이 줄어들게 되어 LED 소자의 전류확산효율이 개선된다는 것을 알 수 있다. 한편, 도 12에서 도면부호 170은 상기한 단계 S35에서, 외부로 노출된 N형 질화갈륨층(120)에 형성된 N형 주전극부를 나타내는 것이다.
다시 도 4로 돌아가서, 발광다이오드 소자가 육각기둥이나 원기둥 형태로 제조된다 하여도 소자의 평면적이 커지면 커질수록 상기한 N형 주전극부(170)만으로는 발광효율의 개선에 한계가 있다. 따라서, 대면적의 발광다이오드 소자에 대해 발광효율 특성을 좀 더 개선하기 위해서는 단계 S37을 더 진행하여 N형 주전극부(170)에 이어지는 라인 형태의 N형 보조전극부 일명, 브렌치(branch)를 N형 질화갈륨층(120)에 형성하게 되는데, 아래에서는 이러한 N형 보조전극부의 형태를 도 14를 참조로 하여 설명한다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드 소자의 정면도를 보인 것이다.
즉, N형 보조전극부(170a)는 도 14a에 도시한 바와 같이, LED 소자의 중심부에 형성되어 있는 N형 주전극부(170)를 둘러싸는 소위, 원형브렌치와 N형 주전극부(170)와 원형브렌치를 이어지는 연결보조전극부를 포함하여 이루어질 수 있다.
또는 도 14b에 도시한 바와 같이, LED 소자의 가장자리에 형성되어 있는 N형 주전극부(170)와 이어지는 원형브렌치가 될 수도 있다.
또는 도 14c에 도시한 바와 같이, 다수의 원형브렌치와 LED 소자의 가장자리에 형성되어 있는 N형 주전극부(170)를 각각의 원형브렌치에 이어주는 연결보조전극부를 포함하여 이루어질 수도 있다. 한편, 위에서 설명한 보조전극부는 그 형태가 원형에 국한되는 것은 아니며, 다양한 형태 이를 테면, 육각형 또는 그 이상의 다각형 형태가 될 수도 있다.
이상으로, 본 발명에 따른 발광다이오드 소자의 제조방법은 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.
예를 들면, 도 11은 도 5에서 보인 제조공정의 변형 예를 보인 단면도인바, 도 11에 도시한 바와 같이 반사층(140)의 표면 전체에 증착, 솔더링, 도금, 접합(Bonding) 등의 방법으로 구조지지층(150)을 형성하게 한 다음, 표면보호막(155)을 분리 형성시키고 나서, 구조지지층(150)에서 상기한 가이드층(145)에 대응되는 부분을 식각하게 된다. 이때, 식각에 사용되는 공법은 습식이나 건식식각 또는 샌드블러스팅(Sand Blasting)이 될 것이며, 이렇게 식각됨으로써 분리 형성되는 구조지지층은 지금까지 살펴본 바와 같이, 원이나 적어도 육각 이상의 기둥 형태가 될 것이다. 그리고, 이후 공정은 전술한 단계 S23 내지 S37과 동일하게 진행하면 될 것이다.
또 다른 예를 들자면, 단계 S13까지는 위와 같은 방법으로 진행한 후에 원이 나 적어도 육각 이상의 기둥으로 가공된 도전성 구조물을 접합하는 방법으로 구조지지층을 형성한 다음, 단계 S23 내지 S37과 동일하게 진행하면 될 것이다. 이때 접합하는 방법으로는 도전성 구조물과 LED 구조물을 열 압착에 의한 Au-Sn합금 접합이나 솔더페이스트 또는 솔더 범프형성에 의한 열 접합 등을 이용할 수 있다.
한편, 전술한 바에 따르면 발광다이오드소자의 제조 기반이 되는 기판으로는 사파이어기판이 적용되는 것이 바람직하겠으나 이에 국한되는 것은 아니며, 그 대신 실리콘기판이나 실리콘카바이드(SiC)기판이 적용될 수도 있을 것이다.
도 1 내지 도 3은 종래 LED 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 소자의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이며,
도 5 내지 도 11은 도 4에서의 각 단계별 공정 단면도이며,
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 소자의 정면도이며,
도 13은 도 12에 대비되는 종래 발광다이오드 소자의 정면도이며,
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드 소자의 정면도이다.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
100: 발광다이오드 소자
110: 사파이어기판 115: 버퍼층
120: N형 질화갈륨층 125: 활성층
130: P형 질화갈륨층 135: P형 전극부
140: 반사층 145: 가이드층
150: 구조지지층 155: 표면보호막
160: 측면보호막 170: N형 주전극부
170a: N형 보조전극부
Claims (10)
- 기판 위에 N형 발광다이오드층, 활성층 및 P형 발광다이오드층을 포함하는 LED 구조물을 형성하는 (a) 단계;상기 (a) 단계에서 형성된 LED 구조물 위에 원기둥이나 육각 이상의 기둥 형태인 구조지지층을 다수 형성하는 (b) 단계;상기 (b) 단계에서 형성된 다수의 구조지지층을 가이드로 하여 건식 또는 습식 식각공법에 의해 상기 (a) 단계에서 형성된 LED 구조물을 원기둥이나 육각 이상의 기둥 형태인 다수의 LED 소자로 분리하는 (c) 단계 및상기 기판을 제거한 후, 상기 기판이 제거됨으로써 노출되는 LED 소자의 표면에 전극부를 형성하는 (d) 단계를 포함하여 이루어지는 발광다이오드 소자의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 (b) 단계는,원이나 육각 이상의 형태의 구멍이 다수 천공되어 있는 형태의 가이드층을 상기 (a) 단계에서 형성된 LED 구조물 위에 형성하는 (b-1) 단계 및상기 가이드층에 형성되어 있는 구멍을 이용하여 상기 LED 구조물 위에 다수의 구조지지층을 형성한 후, 상기 가이드층을 제거하는 (b-2) 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 소자의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 (b) 단계는,상기 (a) 단계에서 형성된 LED 구조물 위에 구조지지층을 형성하는 (b-3) 단계 및상기 (b-3) 단계에서 형성된 구조지지층을 식각하여 다수 개로 분리하는 (b-4) 단계를 포함하여 이루어지되,상기 (b-4)에서 분리된 각각의 구조지지층은 원기둥이나 육각 이상의 기둥 형태인 것을 특징으로 하는 발광다이오드 소자의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 (d) 단계에서 형성되는 전극부는 와이어에 본딩되는 주전극부와, 상기 주전극부에 이어지는 라인 형태의 보조전극부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 소자의 제조방법.
- 제 4항에 있어서,상기 주전극부의 직경은 200㎛ 이내인 것을 특징으로 하는 발광다이오드 소자의 제조방법.
- 제 4항에 있어서,상기 주전극부는 LED 소자의 표면 중심에 위치하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 소자의 제조방법.
- 제 4항에 있어서,상기 보조전극부는 원형 라인이거나, 각이 6개 이상인 다각형 라인인 것을 특징으로 하는 발광다이오드 소자의 제조방법.
- 제 7항에 있어서,상기 주전극부는 LED 소자의 표면 중심에 대하여 가장자리 부분에 위치하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 소자의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 (b) 단계는 상기 (a) 단계에서 형성된 LED 구조물 위에 원기둥이나 육각 이상의 기둥 형태로 가공된 도전성 구조물을 접합하는 방법에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 소자의 제조방법.
- 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,상기 기판은 레이저 리프트 오프, 케미컬 리프트 오프나 광화학 리프트 오프를 이용하여 제거하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 소자의 제조방법.
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