KR101108244B1 - 발광다이오드의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
발광다이오드 제조방법이 제공된다. 발광다이오드 제조방법은 기판 상에 버퍼 클래드층을 형성하는 단계, 상기 버퍼 클래드층 상에 금속 마스크 패턴을 형성하는 단계, 상기 금속 마스크 패턴 상에 제1 도전형 클래드층을 성장시키는 동시에 상기 버퍼 클래드층의 상기 금속 마스크 패턴의 하부에 접촉하는 부분을 식각하는 단계, 상기 제1 도전형 클래드층 상에 제2 도전형 클래드층을 형성하여 상기 제1 도전형 클래드층 및 상기 제2 도전형 클래드층을 구비하는 발광구조체를 형성시키는 단계 및 상기 발광구조체로부터 상기 기판을 분리시키는 단계를 포함한다.
발광다이오드, 기판 제거, 금속 마스크 패턴
Description
본 발명은 발광다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발광다이오드의 제조방법에 관한 것이다.
최근 고출력 발광다이오드를 구현하기 위해 기존의 수평형 발광다이오드를 대체하는 수직형 발광다이오드가 제안되고 있다. 수직형 발광다이오드는 기판과 발광다이오드의 분리를 통해 효율적인 열 방출 및 발광 출력을 증가시키는 장점을 갖는다.
그러나, 발광다이오드에 사용되는 기판은 전기적으로 부도체이며, 공유결합으로 인한 우수한 경도 특성을 가지므로 기계적, 화학적 가공이 어려운 문제점이 있다.
따라서, 기판에 전도성 박막을 형성하여 이종기판을 형성하고, 상기 전도성 박막을 레이저를 이용하여 제거함으로써 기판과 발광다이오드를 분리시켰다. 그러나, 기판 분리 시에 사용하는 고출력 레이저로 인하여 발광다이오드가 손상되며, 균열이 발생하는 등의 문제점이 발생된다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 과제는 발광다이오드의 손상을 감소시킬 수 있는 발광다이오드의 제조방법을 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 과제는 기판 상에 버퍼 클래드층을 형성하는 단계, 상기 버퍼 클래드층 상에 금속 마스크 패턴을 형성하는 단계, 상기 금속 마스크 패턴 상에 제1 도전형 클래드층을 성장시키는 동시에 상기 버퍼 클래드층의 상기 금속 마스크 패턴의 하부에 접촉하는 부분을 식각하는 단계, 상기 제1 도전형 클래드층 상에 제2 도전형 클래드층을 형성하여 상기 제1 도전형 클래드층 및 상기 제2 도전형 클래드층을 구비하는 발광구조체를 형성시키는 단계 및 상기 발광구조체로부터 상기 기판을 분리시키는 단계를 포함하는 발광다이오드 제조방법을 제공한다.
상기 버퍼 클래드층을 식각하는 단계는 상기 제1 도전형 클래드층 성장시 사용되는 가스와 상기 버퍼 클래드층의 화학적 반응에 의해 수행될 수 있다. 상기 가스는 수소를 포함할 수 있다. 상기 금속 마스크 패턴은 텅스텐 또는 몰리브덴을 사용하여 형성할 수 있다.
발광다이오드 제조방법은 상기 발광구조체로부터 상기 기판을 분리시키는 단계 이후에 상기 금속 마스크 패턴을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
발광다이오드 제조방법은 상기 발광구조체로부터 상기 기판을 분리시키는 단 계 이후에 상기 제1 도전형 클래드층 및 상기 제2 도전형 클래드층 각각에 전기적으로 접속된 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 상기 제1 도전형 클래드층 성장시 사용되는 가스 및 버퍼 클래드층의 화학적 반응을 이용하여 발광 구조체로부터 기판을 분리하는 경우, 기존의 레이저를 이용한 기판 제거방법에 비해 발광다이오드의 손상을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 금속 마스크 패턴들 상에 배치된 제1 도전형 클래드층은 상기 금속 마스크 패턴들에 의해 결함의 전파가 차단되어 결함밀도가 매우 낮을 수 있다.
첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1a 내지 도 1g는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드의 제조방법을 나타내는 개략도들이다.
도 1a를 참조하면, 기판(10) 상에 버퍼 클래드층(12)을 형성할 수 있다.
상기 기판(10)은 Al2O3(사파이어), SiC, ZnO, Si, GaAs, LiAl2O3, InP, BN, AlN 또는 GaN 기판일 수 있다. 바람직하게는 상기 기판(10)은 Al2O3 기판일 수 있다.
상기 버퍼 클래드층(12)은 SiC층, ZnO층, Si층, GaAs층, NCO층, BN층, AlN층 또는 GaN층일 수 있다. 바람직하게는 상기 버퍼 클래드층(12)은 GaN층일 수 있다. 상기 버퍼 클래드층(12)은 MOCVD법, MOVPE법, HVPE법 또는 MBE법을 사용하여 형성할 수 있다.
도 1b를 참조하면, 상기 버퍼 클래드층(12) 상에 금속 마스크 패턴(13)을 형성할 수 있다. 금속 마스크 패턴(13)은 고융점 금속막일 수 있다. 상기 고융점 금속막은 후술할 제1 도전형 클래드층 성장시 수행되는 열처리에 의해 용해되지 않을 정도의 융점을 갖는 금속일 수 있다. 구체적으로, 상기 고융점 금속은 텅스텐(W) 또는 몰리브덴(Mo)일 수 있다.
상기 금속 마스크 패턴(13)은 상기 버퍼 클래드층(12) 상에 금속층을 형성한 후, 상기 금속층을 패터닝하여 형성할 수 있다.
그 결과, 상기 버퍼 클래드층(12) 상에는 금속 마스크 패턴들(13)이 배치될 수 있으며, 상기 금속 마스크 패턴들(13) 사이에 상기 버퍼 클래드층(12)이 노출될 수 있다.
상기 금속층은 전자선증착 또는 스퍼터링을 이용하여 형성할 수 있으며, 상기 패터닝은 포토리소그라피법, 건식식각법, 또는 습식식각법을 사용하여 수행할 수 있다. 상기 금속 마스크 패턴(13)은 도트형상 또는 박막형상을 가질 수 있다.
도 1c를 참조하면, 상기 노출된 버퍼 클래드층(12) 및 상기 금속 마스크 패턴(13) 상에 제1 도전형 클래드층(14)을 성장시킬 수 있다. 이와 동시에, 상기 버퍼 클래드층(12)의 금속 마스크 패턴(13) 하부에 접촉하는 부분을 식각할 수 있다.
상기 제1 도전형 클래드층(14)은 제1형 불순물 예를들어, n형 불순물이 주입된 반도체층일 수 있다. 상기 n형 반도체층은 SiC층, ZnO층, Si층, GaAs층, NCO층, BN층, AlN층, GaN층, MgxZnyCdZO층 (0≤x, y, z≤1) 또는 AlxGa(1-x)N(0≤x≤1)층일 수 있다. 바람직하게는 상기 제1 도전형 클래드층(14)은 GaN층 또는 AlxGa(1-x)N(0≤x≤1)층일 수 있다.
상기 제1 도전형 클래드층(14)은 ELO(epitaxiial lateral overgrowth)법을 이용하여 형성된 수평성장된 단결정층일 수 있다.
일반적으로, 결함은 수평방향보다는 수직방향으로 더 쉽게 전파하는 경향이 있다. 그러나, 상술한 바와 같이 형성된 수평성장된 단결정층 특히, 상기 금속 마스크 패턴들(13) 상에 배치된 제1 도전형 클래드층(14)은 상기 금속 마스크 패턴들(13)에 의해 결함의 전파가 차단되어 결함밀도가 매우 낮을 수 있다.
상기 ELO법은 MOCVD, MOVPE, LPE, MBE 또는 HVPE 기술을 사용하여 수행할 수 있다. 상기 제1 도전형 클래드층(14)을 형성하는 경우 반응용기 내에 가스를 주입할 수 있다. 상기 가스는 수소를 포함할 수 있으며, 구체적으로 수소, 과산화수소 또는 수증기일 수 있다. 또한, 상기 가스 내에는 상기 제1 도전형 클래드층(14)을 성장시키기 위한 반응가스를 더 포함할 수 있다. 상기 반응가스는 Al, Ga, In 또는 N일 수 있다.
상기 제1 도전형 클래드층(14)을 형성하는 단계에 열처리가 수행될 수 있다. 상기 열처리는 상기 반응가스들의 반응을 촉진시켜 상기 제1 도전형 클래드층(14)의 형성을 촉진시킬 수 있다. 상기 열처리는 500℃ 내지 1000℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다.
상기 버퍼 클래드층(12)을 식각하는 단계는 상기 상부 제1 클래드층을 성장시 사용되는 가스와 상기 버퍼 클래드층(12)의 화학적 반응에 의해 수행될 수 있다.
일 예로서, 상기 가스가 수소인 경우에, 상기 금속 마스크 패턴(13)은 수소 가스를 수소 라디칼로 분해시키기 위한 촉매로 작용될 수 있다. 상기 금속 마스크 패턴(13)을 통과한 수소 라디칼은 상기 금속 마스크 패턴(13) 하부에 배치된 버퍼 클래드층(12)을 선택적으로 식각할 수 있다. 이를 위해, 상기 금속 마스크 패턴(13)은 다소 낮은 밀도를 가질 수 있다.
그 결과, 기판(10) 상에 차례로 형성된 버퍼 클래드층(12), 금속 마스크 패턴(13) 및 제1 도전형 클래드층(14)이 배치될 수 있으며, 버퍼 클래드층(12)은 상기 금속 마스크 패턴(13) 하부에 위치하는 영역이 선택적으로 식각되어 형성된 보이드(15)를 구비할 수 있다.
도 1d를 참조하면, 상기 제1 도전형 클래드층(14) 상에 활성층(16)이 형성될 수 있다. 상기 활성층은(16) 제1 도전형 클래드층 (14) 및 후술하는 제2 도전형 클 래드층 사이에서 전자들 및 홀들의 재결합에 의해 광을 방출시키는 층일 수 있다. 상기 활성층(16)은 양자점 구조 또는 다중양자우물 구조(Multiple Quantum Wells Structure)를 가질 수 있다.
상기 활성층(16)은 상기 전자들 및 홀들이 서로 재결합될 때 에너지 갭에 해당하는 파장광이 방출될 수 있다. 일 예로서, 상기 에너지 갭이 큰 경우, 단파장 즉, 자외선광이 방출될 수 있으며, 에너지 갭이 작은 경우, 장파장, 즉, 적외선광이 방출될 수 있다.
그러나, 상기 활성층(16)은 생략될 수도 있다. 상기 활성층(16)이 생략되는 경우, 상기 제1 도전형 클래드층(14) 및 제2 도전형 클래드층은 p-n 접합에 의해 파장광을 발생시킬 수 있다.
도 1e를 참조하면, 상기 활성층(16) 상에 제2 도전형 클래드층(18)을 형성하여 상기 제1 도전형 클래드층(14), 활성층(16) 및 제2 도전형 클래드층(18)을 구비하는 발광 구조체(S)를 형성할 수 있다. 상기 활성층(16)이 생략되는 경우 상기 발광 구조체(S)는 제1 도전형 클래드층(14) 및 제2 도전형 클래드층(18)으로 구비될 수 있다.
상기 제2 도전형 클래드층(18)은 제2형 불순물 즉, p형 불순물이 주입된 반도체층일 수 있다. 상기 p형 반도체층은 SiC층, ZnO층, Si층, GaAs층, NCO층, BN층, AlN층, GaN층, MgxZnyCdZO층 (0≤x, y, z≤1) 또는 AlxGa(1-x)N(0≤x≤1)층일 수 있다.
도 1f를 참조하면, 상기 발광 구조체(S)로부터 상기 기판(10)을 분리시킬 수 있다. 상기 기판(10)은 상기 금속 마스크 패턴(13) 및 버퍼 클래드층(12) 사이에 배치된 보이드(15)에 의해 분리가 용이할 수 있다.
상기 발광 구조체(S)로부터 상기 기판(10)을 분리한 이후 식각제를 사용하여 상기 발광 구조체(S)의 하부에 존재하는 잔여 버퍼 클래드층(12)을 제거할 수 있다. 상기 제1 식각제는 KOH, NaOH, HF, HCL 또는 H2SO4 일 수 있다.
상술한 바와 같이 상기 제1 도전형 클래드층(14) 성장시 사용되는 가스 및 버퍼 클래드층(12)의 화학적 반응을 이용하여 발광 구조체(S)로부터 기판(10)을 분리하는 경우, 기존의 레이저를 이용한 기판 제거방법에 비해 발광다이오드의 손상을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
상기와 같이 발광 구조체(S)로부터 기판(10)을 제거한 이후에, 상기 금속 마스크 패턴(13)을 제거할 수 있다. 상기 금속 마스크 패턴(13)은 제2 식각제을 사용하여 제거할 수 있다.
도 1g를 참조하면, 제1 도전형 클래드층(14)의 하부 및 제2 도전형 클래드층(18) 상부의 각각과 전기적으로 접속된 제1 전극(22) 및 제2 전극(24)을 형성할 수 있다.
상기 전극들(22, 24)은 Al 및/또는 Au를 함유할 수 있으며, 구체적으로 상기 전극들(22, 24)은 Ti/Al 또는 NiO/Au일 수 있다.
상술한 바와 같이 제조된 발광다이오드는 제1 전극(22)과 직접적으로 연결된 제1 도전형 클래드층(14) 하부의 표면이 불균일할 수 있다. 상기 불균일한 표면은 발광다이오드로부터 외부로 방출되는 빛이 전반사에 의해 다이오드 내부에 갇히는 현상을 방지하고, 외부양자 효율을 향상시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 버퍼 클래드층이 선택적으로 제거된 상태를 나타내는 SEM 이미지이다. 상기 버퍼 클래드층 및 제1 도전형 클래드층은 GaN을 사용하여 형성하였으며, 금속 마스크 패턴은 텅스텐을 사용하여 형성하였다.
도 2를 참조하면, 기판(10) 상에 차례로 버퍼 클래드층(12), 금속 마스크 패턴(13) 및 제1 도전형 클래드층(14)이 위치하며, 상기 금속 마스크 패턴(13) 하부에 배치된 버퍼 클래드층(12)의 일부가 선택적으로 제거된 것을 알 수 있다.
상기 버퍼 클래드층(12)이 제거되어 형성된 보이드(15)는 상기 제1 도전형 클래드층(14) 및 기판(10)의 분리를 용이하게 할 수 있다. 또한, 상기 금속 마스크 패턴(13)은 버퍼 클래드층(12)으로부터 수직하여 전파되는 결함을 방지할 수 있기 때문에 상기 제1 도전형 클래드층(14)의 결함밀도를 감소시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1a 내지 도 1g는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드의 제조방법을 나타내는 개략도들이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 버퍼 클래드층이 선택적으로 제거된 상태를 나타내는 SEM 이미지이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 기판 12: 버퍼 클래드층
13: 금속 마스크 패턴 14: 제1 도전형 클래드층
15: 보이드 16: 활성층
18: 제2 도전형 클래드층 22: 제1 전극
24: 제2 전극
Claims (6)
- 기판 상에 버퍼 클래드층을 형성하는 단계;상기 버퍼 클래드층 상에 금속 마스크 패턴을 형성하는 단계;상기 금속 마스크 패턴 상에 제1 도전형 클래드층을 성장시키는 동시에 상기 버퍼 클래드층의 상기 금속 마스크 패턴의 하부에 접촉하는 부분을 식각하는 단계;상기 제1 도전형 클래드층 상에 제2 도전형 클래드층을 형성하여 상기 제1 도전형 클래드층 및 상기 제2 도전형 클래드층을 구비하는 발광구조체를 형성시키는 단계; 및상기 발광구조체 및 상기 금속 마스크 패턴으로부터 상기 기판 및 상기 버퍼 클래드층을 분리시키는 단계를 포함하는 발광다이오드 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 버퍼 클래드층을 식각하는 단계는상기 제1 도전형 클래드층 성장시 사용되는 가스와 상기 버퍼 클래드층의 화학적 반응에 의해 수행되는 발광다이오드 제조방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 가스는 수소를 포함하는 발광다이오드 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 금속 마스크 패턴은 텅스텐 또는 몰리브덴을 사용하여 형성하는 발광다이오드 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 발광구조체 및 상기 금속 마스크 패턴으로부터 상기 기판 및 상기 버퍼 클래드층을 분리시키는 단계 이후에상기 금속 마스크 패턴을 제거하는 단계를 더 포함하는 발광다이오드 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 발광구조체 및 상기 금속 마스크 패턴으로부터 상기 기판 및 상기 버퍼 클래드층을 분리시키는 단계 이후에상기 제1 도전형 클래드층 및 상기 제2 도전형 클래드층 각각에 전기적으로 접속된 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 발광다이오드 제조방법.
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Payment date: 20151217 Year of fee payment: 5 |
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| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20161219 Year of fee payment: 6 |
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