KR101031350B1 - Method for fabricting light emitting diode - Google Patents
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제1 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 반도체층들을 형성하는 단계; 상기 반도체층들 상에 금속 패턴을 형성하고 상기 금속 패턴상에 제2 기판을 접합시키는 단계; 상기 제1 기판을 상기 반도체층들로부터 분리시키고, 상기 금속 패턴이 노출되도록 상기 반도체층들을 패터닝하여 서로 이격된 발광셀을 형성하는 단계; 레이저를 조사하여 상기 제2 기판을 상기 발광셀별로 스크라이빙하는 단계; 및 상기 발광셀별로 상기 스크라이빙된 상기 제2 기판을 브레이킹하여 개별소자로 분리하는 단계를 포함하는 발광 다이오드 제조방법이 제공된다.Forming semiconductor layers including a first conductive semiconductor layer, an active layer, and a second conductive semiconductor layer on the first substrate; Forming a metal pattern on the semiconductor layers and bonding a second substrate on the metal pattern; Separating the first substrate from the semiconductor layers, and patterning the semiconductor layers to expose the metal pattern to form light emitting cells spaced apart from each other; Irradiating a laser to scribe the second substrate for each of the light emitting cells; And breaking the scribed second substrate for each light emitting cell and separating the scribed second substrate into individual devices.
발광다이오드, LED, 사파이어, 병렬, 교류, 발광셀 Light Emitting Diode, LED, Sapphire, Parallel, AC, Light Emitting Cell
Description
본 발명은 발광 다이오드 제조 방법에 관한 것으로, 상세하게는 레이저 스크라이빙(laser scribing)을 이용한 발광 다이오드 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a light emitting diode, and more particularly, to a method of manufacturing a light emitting diode using laser scribing.
통상적으로 발광 다이오드(Light Emitting Diode : LED)는 GaN, 사파이어, 실리콘, 실리콘 나이트라이드와 같은 기판위에 GaN을 기본으로 하는 물질을 성장시켜 발광을 하는 구조이다. 이러한 구조에서 상부의 발광층으로부터 나온 빛은 상부와 하부로 진행하며, 반사, 산란, 굴절의 과정을 거쳐 발광 다이오드 외부로 나온다. 발광층으로부터 나오는 상하부의 빛을 굴절 및 반사시켜 발광효율을 증가시키기 위해서는 상부에 요철을 주거나 하부에 반사율이 좋은 반사기판을 사용해야 한다. In general, a light emitting diode (LED) is a structure that emits light by growing a GaN-based material on a substrate such as GaN, sapphire, silicon, or silicon nitride. In this structure, light emitted from the upper light emitting layer proceeds to the upper and lower portions, and is emitted to the outside of the light emitting diode through a process of reflection, scattering, and refraction. In order to increase light emission efficiency by refracting and reflecting the light emitted from the upper and lower parts of the light emitting layer, it is necessary to use a reflective substrate having a high unevenness or a high reflectivity at the bottom.
그러나, 발광층의 상부 P층은 얇아서 요철을 줄 수 없거나 요철이 생겨도 효율이 작다. 또한 하부의 사파이어 기판 밑에 반사율이 좋은 금속물질을 증착하더라도 사파이어 자체에서 흡수 소멸되는 빛은 항상 존재한다. 이와 같이, 하부로 나오는 빛은 기판을 통하여 나오며 기판을 통과할 때의 손실이 크다. 이러한 손실을 줄이고자 기판의 표면에서의 흡수를 지양하고 반사를 증가시키기 위해 요철을 만들거 나 기판에 반사율이 높은 금속을 사용하고자 성장기판을 제거하고 Si 기판 또는 메탈 기판을 추가하였다.However, the upper P layer of the light emitting layer is thin so that it cannot provide unevenness or the efficiency is small even if unevenness occurs. In addition, even though a highly reflective metal material is deposited under the sapphire substrate, there is always light absorbed and extinguished by the sapphire itself. As such, the light exiting through the substrate is largely lost when passing through the substrate. To reduce these losses, growth substrates were removed and Si or metal substrates were added to avoid irregularities on the surface of the substrate and to increase irregularities or to use metals with high reflectivity.
성장기판을 제거하고 이종의 다른 기판을 사용할 경우, 기판을 서로 붙이기 위해서는 매개층이 있어야 하며, 매채층 상하부에서 열과 압력을 가하여야 한다. 열과 압력을 가할 경우 이종의 기판은 열팽창 계수가 달라 상온에서 변형이 일어난다. 이러한 변형은 이후 진행되는 공정에서 발생하는 특성 및 수율에 관련된 문제를 야기시킨다. If the growth substrate is removed and different types of substrates are used, it is necessary to have an intermediate layer in order to bond the substrates together, and heat and pressure must be applied to the upper and lower layers of each layer. When heat and pressure are applied, heterogeneous substrates have different coefficients of thermal expansion, causing deformation at room temperature. This deformation causes problems with the properties and yields that occur in subsequent processes.
아울러, Si 기판 또는 메탈 기판의 사용시 개별소자로 분리하는 공정이 용이하지 않은 문제점이 있다.In addition, there is a problem that the process of separating into individual elements when using a Si substrate or a metal substrate is not easy.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결할 수 있는 레이저 스크라이빙을 이용한 발광 다이오드 제조 방법을 제공하는데 있다.The problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing a light emitting diode using laser scribing that can solve such a conventional problem.
본 발명의 일측면에 의하면, 제1 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 반도체층들을 형성하는 단계; 상기 반도체층들 상에 금속 패턴을 형성하고 상기 금속 패턴상에 제2 기판을 접합시키는 단계; 상기 제1 기판을 상기 반도체층들로부터 분리시키고, 상기 금속 패턴이 노출되도록 상기 반도체층들을 패터닝하여 서로 이격된 발광셀을 형성하는 단계; 레이저를 조사하여 상기 제2 기판을 상기 발광셀별로 스크라이빙하는 단계; 및 상기 발광셀별로 상기 스크라이빙된 상기 제2 기판을 브레이킹하여 개별소자로 분리하는 단계를 포함하는 발광 다이오드 제조방법이 제공된다.According to one aspect of the invention, forming a semiconductor layer including a first conductive semiconductor layer, an active layer and a second conductive semiconductor layer on a first substrate; Forming a metal pattern on the semiconductor layers and bonding a second substrate on the metal pattern; Separating the first substrate from the semiconductor layers, and patterning the semiconductor layers to expose the metal pattern to form light emitting cells spaced apart from each other; Irradiating a laser to scribe the second substrate for each of the light emitting cells; And breaking the scribed second substrate for each light emitting cell and separating the scribed second substrate into individual devices.
바람직하게는, 상기 제2 기판은 상기 제1 기판과 동종이다.Preferably, the second substrate is the same type as the first substrate.
바람직하게는, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판은 사파이어 기판이다.Preferably, the first substrate and the second substrate are sapphire substrate.
바람직하게는, 상기 레이저의 촛점은 상기 노출된 금속패턴상에 형성한다.Preferably, the focus of the laser is formed on the exposed metal pattern.
바람직하게는, 상기 제2 기판을 접합시키는 단계는, 상기 반도체층들상에 제1 금속 매개층을 형성하는 단계; 상기 제1 기판과 동종의 제2 기판 상에 제2 금속 매개층을 형성하는 단계; 및 상기 제1 금속 매개층과 상기 제2 금속 매개층이 서로 마주보도록 상기 금속 매개층들을 접합시키는 단계를 포함한다.Advantageously, bonding the second substrate comprises: forming a first metal intermediate layer on the semiconductor layers; Forming a second metal intermediate layer on a second substrate of the same type as the first substrate; And bonding the metal intermediate layers such that the first metal intermediate layer and the second metal intermediate layer face each other.
바람직하게는, 상기 제2 기판을 접합시키는 단계는, 상기 제1 금속 매개층을 형성하기 전에 상기 반도체층들 상에 금속 반사층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.Preferably, the bonding of the second substrate may further include forming a metal reflective layer on the semiconductor layers before forming the first metal intermediate layer.
본 발명에 의하면, LLO 공정을 통하여 성장기판을 제거하여 발광 다이오드를 제조하는 경우에 지지기판을 성장기판과 열팽창 계수가 동일한 기판을 사용함으로써, 성장기판의 제거 후 반도체층들과 지기기판의 접합을 위해 수반되는 고압 고압의 접합과정에서 발생하는 변형을 효과적으로 방지할 수 있으며, 이로 인해 발광 다이오드의 생산 수율을 높일 수 있고 발광 특성을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, in the case of manufacturing a light emitting diode by removing the growth substrate through the LLO process, the support substrate is used as the growth substrate and the substrate having the same thermal expansion coefficient. It is possible to effectively prevent deformation caused in the process of bonding of high pressure and pressure accompanying, thereby increasing the production yield of the light emitting diode and improving the light emission characteristics.
또한, 예컨대 제2 기판, 예컨대 GaN 기반 화합물 반도체 기판 또는 사파이어 기판은 투명함에 따라 레이저의 초점을 맞추기가 어렵지만 금속 반사층의 표면을 이용하여 레이저의 초점을 맞추어 스크라이빙을 수행함에 따라 레이저의 에너지를 정확하게 조절할 수 있어 공정의 정확성을 향상시킬 수 있다.In addition, for example, a second substrate, such as a GaN-based compound semiconductor substrate or a sapphire substrate, is difficult to focus on the laser as it is transparent. Accurate adjustment can improve process accuracy.
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.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following embodiments are provided as examples to ensure that the spirit of the present invention to those skilled in the art will fully convey. Accordingly, the present invention is not limited to the embodiments described below and may be embodied in other forms. And, in the drawings, the width, length, thickness, etc. of the components may be exaggerated for convenience. Like numbers refer to like elements throughout.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 스크라이빙 방법을 적용하여 제조된 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a light emitting diode manufactured by applying a laser scribing method according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 지지 기판(51) 금속 패턴(40)이 위치한다. 상기 지지 기판(51)은 사파이어 기판, AlN, GaN을 포함할 수 있다. 상기 지지 기판(51)은 발광셀(30)을 구성하는 반도체층들을 성장시키기 위한 기판과 동종의 기판을 사용한다. 본 실시예에서는 지지 기판(51)은 절연성 기판인 사파이어 기판을 사용하는 경우를 설명하도록 한다.Referring to FIG. 1, the
상기 금속패턴(40)은 접합된 금속층들, 예컨대 금속 반사층(31a), 금속 보호층(32a), 제1 금속 매개층(33a), 제2 금속 매개층(53a)을 포함한다. 금속반사층(31a)은 반사율이 큰 금속물질, 예컨대 은(Ag) 또는 알루미늄(Al)으로 형성된다. 금속 보호층(32a)은 금속원소들이 금속 반사층(31a)으로 확산되는 것을 방지하기 위한 확산 방지층으로 금속 반사층(31a)의 반사도를 유지시킬 수 있다. 제1 금속 매개층(33a) 및 제2 금속 매개층(53a)은 금속 반사층(31a)와 지지 기판(51)의 접합을 위한 것으로 예컨대, Au 또는 Au와 Sn의 합금일 수 있다.The
상기 각 금속 패턴의 일부 영역 상에 발광셀(30)이 위치한다. 상기 발광셀(30)은 P형 반도체층(29a), 활성층(27a) 및 N형 반도체층(25a)을 포함한다. 상기 활성층(27a)은 P형 반도체층(29a)과 N형 반도체층(25a) 사이에 개재되며, P형 반도체층(29a)과 N형 반도체층(25a)은 서로 위치를 바꿀 수 있다.The
N형 반도체층(25a)은 N형 AlxInyGa1-x-yN(0≤x,y,x+y≤1)으로 형성될 수 있으며, N형 클래드층을 포함할 수 있다. 또한, P형 반도체층(29a)은 P형 AlxInyGa1-x-yN(0≤x,y,x+y≤1)으로 형성될 수 있으며, P형 클래드층을 포함할 수 있다. 상기 N형 반도체층(25a)은 실리콘(Si)을 도우핑하여 형성할 수 있으며, P형 반도체층(29a)은 아연(Zn) 또는 마그네슘(Mg)을 도우핑하여 형성할 수 있다.The N-
활성층(27a)은 전자 및 정공이 재결합되는 영역으로서, InGaN을 포함하여 이루어진다. 상기 활성층(27a)을 이루는 물질의 종류에 따라 발광셀에서 방출되는 발광 파장이 결정된다. 상기 활성층(27a)은 양자우물층과 장벽층이 반복적으로 형성된 다층막일 수 있다. 상기 장벽층과 우물층은 일반식 AlxInyGa1-x-yN(0≤x,y,x+y≤1)으로 표현되는 2원 내지 4원 화합물 반도체층들일 수 있다.The
한편, 금속배선(57)은 금속패턴(40)에 전원을 공급하고, 금속배선(59)는 N형 반도체층(25a)에 전원을 공급한다. 이를 위해, 상기 각 N형 반도체층(25a) 상에 전 극 패드(55)가 형성될 수 있다. 상기 전극 패드(55)는 상기 N형 반도체층(25a)과 오믹접촉하여 접촉저항을 낮춘다.On the other hand, the metal wiring 57 supplies power to the
도 2 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 스크라이빙을 이용한 발광 다이오드 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.2 to 6 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a light emitting diode using laser scribing according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 제1 기판(21) 상에 버퍼층(23), N형 반도체층(25), 활성층(27) 및 P형 반도체층(29)을 포함하는 반도체층들을 형성하고, 상기 반도체층들 상에 금속 반사층(31)을 형성한다.Referring to FIG. 2, semiconductor layers including a
상기 제1 기판(21)은 사파이어 기판과 같이, 투광성이며, 상기 반도체층들에 격자 정합하는 기판이 유리하다.The
상기 버퍼층(23) 및 반도체층들(25, 27, 29)은 금속유기 화학기상증착(MOCVD), 분자선 성장(MBE) 또는 수소화물 기상 성장(HVPE) 방법 등을 사용하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 반도체층들(25, 27, 29)은 동일한 공정챔버에서 연속적으로 형성될 수 있다. The
상기 버퍼층(23)은 상기 제1 기판(21)과 반도체층들(25, 27, 29)의 격자 부정합을 완화할 수 있으면, 특별이 제한되지 않으며, 예컨대 언도프트 GaN로 형성될 수 있다.The
상기 금속 반사층(31)은 상기 P형 반도체층에 오믹접촉하는 금속으로 형성되며 반사율이 높은 금속이 바람직하며, 예컨대 Ag 또는 Al로 형성될 수 있다. 또한, 상기 열전도성 금속층은 열전도율이 높은 금속이면 바람직한데 예를 들어 Au 또는 Au와 Sn의 적층일 수 있다. 금속 반사층(31)상에는 금속 보호층(32)가 형성된다. 금속 보호층(32)은 확산 방지층으로 작용한다. 금속 보호층(32)위에 제1 금속 매개층(33)이 형성된다. 제1 금속 매개층(33)은 금속접합을 위한 것으로 특별히 제한되지 않으며 Au 또는 Au와 Sn의 적층일 수 있다.The metal
상기 제1 기판(21)과 별개의 제2 기판(51) 상에 제 2 금속 매개층(53)이 형성된다. 상기 제2 기판(51)은 제1 기판(21)과 동종의 기판을 사용한다.The second metal
상기 제2 금속 매개층(53)은 상기 제1 금속 매개층(31)과 금속접합을 위한 것으로, 특별히 제한되지 않으며, Au 또는 Au와 Sn의 적층일 수 있다.The second
도 3을 참조하면, 상기 제1 금속 매개층(33)과 상기 제2 금속층(53)이 서로 마주보도록 접합시킨다. 이러한 접합은 일정한 압력 및/또는 열을 가하여 쉽게 수행될 수 있다.Referring to FIG. 3, the first metal
그 후, 상기 제1 기판(21) 쪽에서 레이저를 조사한다. 상기 레이저는 예컨대 KrF(248nm) 레이저일 수 있다. 제1 기판(21)이 사파이어 기판과 같이 투광성 기판이므로, 상기 레이저는 제1 기판(21)을 통과하고, 버퍼층(23)에 의해 흡수된다. 이에 따라, 상기 버퍼층(23)과 상기 제1 기판(21)의 계면에서 상기 흡수된 방사 에너지에 의해 상기 버퍼층(23)이 분해(decomposition)되어, 상기 기판(21)이 상기 반도체층들로부터 분리된다.Thereafter, the laser is irradiated from the
도 4를 참조하면, 상기 기판(21)이 분리된 후, 잔존하는 버퍼층(23)을 제거하여 상기 N형 반도체층(25)의 표면을 노출시킨다. 상기 버퍼층(23)은 식각 기술 또는 폴리싱 기술을 사용하여 제거될 수 있다.Referring to FIG. 4, after the
도 5를 참조하면, 사진 및 식각 기술을 사용하여 상기 반도체층들(25, 27, 29)을 패터닝하여 상기 금속 반사층(31)을 노출시킴에 의해 서로 이격된 발광셀(30)을 형성한다.Referring to FIG. 5, the semiconductor layers 25, 27, and 29 are patterned using photolithography and etching techniques to form the
상기 발광셀(30)은 패터닝된 P형 반도체층(29a), 활성층(27a) 및 N형 반도체층(25a)을 포함한다. 이들 반도체층들(25a, 27a, 29a)은 동일한 형상으로 패터닝될 수 있다.The
상기 발광셀들(30)이 서로 격리된 상태에서 제1 기판(51)을 발광셀별로 스크라이빙하기 위한 레이저의 초점을 상기 노출된 상기 금속 반사층(31)의 표면에 일치하도록 조절한다. 사파이어와 같은 제2 기판(51)은 투명함에 따라 레이저의 초점을 맞추기가 어렵지만 금속 반사층(31)의 표면은 투명하지 않음에 따라 레이저의 초점을 효과적으로 맞출 수 있다.In the state where the
도 6을 참조하면, 레이저의 초점이 상기 노출된 상기 금속 반사층(31)에 맞추워진 상태에서 레이저를 조사하여 제2 기판(51)을 발광셀별로 스크라이빙한다. 레이저 스크라이빙에 사용될 수 있는 레이저의 파장은 예컨대, 265nm, 305nm, 365nm의 파장일 수 있다. 레이저 스크라이빙이 수행됨에 따라 도 5에 도시되어 있는 금속 반사층(31), 금속 보호층(32), 제1 금속 매개층(33), 제2 금속 매개층(53)은 조사되는 레이저에 의해 고온에서 분해되어 레이저가 조사되는 부분을 기점으로 하여 금속 반사층(31a), 금속 보호층(32a), 제1 금속 매개층(33a), 제2 금속 매개층(53a)으로 이루어지는 금속패턴(40)으로 분리되고, 제2 기판(51)의 일부도 제거된다.Referring to FIG. 6, the laser is irradiated with the laser focused on the exposed metal
이후, 제2 기판(51)을 발광셀(30)별로 브레이킹함으로서 개별소자로 분리한 다. 이후, 금속패턴(40)과 발광셀(30)의 상부면 각각에 전원을 공급하기 위한 금속배선(57, 59)을 형성하면 도 1에 도시된 발광 다이오드가 완성된다. 한편, 제2 기판(51)을 브레이킹하기 전에 래핑(Breaking)공정을 통해 제2 기판(51)을 얇게 할 수 있다. 제2 기판(51)에 대한 래핑 공정은 레이저 스크라이빙 전에 수행할 수 도 있고, 레이저 스크라이빙 후에 수행할 수 도 있다.Subsequently, the
한편, 상기 금속배선들을 형성하기 전, 상기 N형 반도체층(25a) 상에 전극패드(55)가 형성될 수 있다. 상기 전극 패드(55)는 N형 반도체층(25a)에 오믹접촉된다. 이때, 도면에서는 금속배선(57)이 금속패턴(40)의 우측상부에 연결되어 있으나, 필요에 따라 좌측상부에 연결될 수 도 있다.Meanwhile, before forming the metal wires, an
본 실시예에 따르면, 금속패턴(40)이 형성됨에 따라, P형 반도체층(29a) 상에 별도의 전극 패드를 형성하는 공정은 생략된다.According to the present embodiment, as the
한편, 본 실시예에 있어서, 상기 P형 반도체층(29)과 상기 N형 반도체층(25)은 서로 순서를 바꾸어 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 버퍼층(23)을 제거한 후, 상기 P형 반도체층(29) 상에 투명전극이 형성될 수 있다.In the present exemplary embodiment, the P-
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.The present invention is not limited to the above described embodiments, and various modifications and changes can be made by those skilled in the art, which are included in the spirit and scope of the present invention as defined in the appended claims.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 스크라이빙 방법을 적용하여 제조된 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a light emitting diode manufactured by applying a laser scribing method according to an embodiment of the present invention.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.2 to 6 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
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