KR101139333B1 - 발광소자의 제조장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수직형 발광소자의 제조에 관한 것으로서, 레이저빔 광원; 상기 레이저빔 광원으로부터 방출된 레이저빔의 진행경로 상에 배치되며, 개구부를 갖는 마스크; 및 사파이어 기판과 상기 사파이어 기판 상에 형성된 GaN계열의 에피층을 분리하도록, 상기 마스크의 개구부를 통과한 레이저빔을 집중시켜 상기 사파이어 기판과 상기 에피층 사이의 경계면에 빔스팟을 형성하는 이미징렌즈를 포함하며, 상기 개구부는 상기 마스크의 중앙영역에 형성된 제1개구부와, 상기 제1개구부로부터 이격되어 상기 제1개구부보다 작은 크기로 형성된 복수개의 제2개구부를 포함한 것을 특징으로 한다.

Description

발광소자의 제조장치 및 그 제조방법 { APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING LED }
본 발명은 발광소자의 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는, 발광소자의 제조과정에서 기판으로부터 박막층을 분리하기 위한 발광소자의 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
발광소자(Light Emission Diode: LED)는 전자와 홀의 재결합에 기초하여 발광하는 반도체 소자이다. 이러한 발광소자는 조명기구 및 광통신, 전자기기 등에서 다양한 형태의 광원으로 사용되고 있다.
발광소자는 적색, 녹색, 청색, 황색 등과 같이 다양한 범위의 색을 발광하는데 사용된다. 그러나, 발광소자는 단색 발광소자라는 한계를 갖는다. 백색 광원은 적당한 비율로 빛을 발하는 적색, 녹색, 청색 발광소자를 서로 밀접하게 위치시킴으로써 구현될 수 있다. 이러한 발광소자 중 청색 발광소자의 제조가 상대적으로 어렵다. 그 이유는 청색 발광소자에 적절한 밴드 갭을 갖는 양질의 결정을 제조하기가 어렵기 때문이다. 이러한 어려움에도 불구하고, GaN을 이용한 청색 발광소자의 개발이 성공되어 급속도로 발전되고 있다. 이러한 GaN을 이용한 발광소자는 에피텍셜 성장시 결정 결함이 발생하는 것을 줄이기 위하여 사파이어(Al2O3)를 기판으로 사용한다.
도 1 및 도 2는 종래의 수평형 발광소자의 개략적인 구조를 도시한 단면도 및 평면도 이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 수평형 발광소자(10)는 사파이어 기판(11) 상에 형성된 n-GaN층(12), 다중 양자 우물(multiple quantum wells)을 갖는 활성층(13), p-GaN층(14) 및 투명 도전층(15)을 순차적으로 적층한 구조를 이루고 있다. 투명 도전층(15)의 특정부분 상에는 제1전극(16)이 형성된다. 제1전극(16)의 일측에 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 투명 도전층(15), p-GaN층(14) 및 활성층(13)이 선택적으로 식각된다. 그 후, 노출된 n-GaN층(12) 상에 제2전극(17)이 형성된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 종래 수평형 발광소자(10)는 두 전극(16, 17) 모두에 와이어 본딩을 실시해야 한다. 이와 같이, 와이어 본딩을 실시하기 위해서는 두 전극(16, 17)이 일정 크기 이상의 면적을 가지도록 해야한다. 따라서, 발광소자(10)의 칩 면적도 상대적으로 커지게 된다. 이러한 문제는 웨이퍼의 단위 면적당 칩 생산량을 감소시키게 되며, 패키징 공정에서 제조비용을 증가시킨다.
위와 같은 수평형 구조의 발광소자(10)의 단점을 보완하기 위하여 수직형 발광소자의 연구가 활발히 진행되고 있다. 수직형 발광소자는 제조공정에서 사파이어 기판이 제거된 수직형 구조를 갖는 발광소자를 말한다.
도 3 내지 도 7은 수직형 발광소자 공정들을 설명하기 위한 도면들이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 사파이어 기판(20) 상에 통상의 반도체 공정 기술에 의해 GaN 버퍼층(31), N형의 GaN 층(32), 다중 양자 우물을 갖는 InGaN/GaN/AlGaInN 활성층(33), 및 P형 GaN 층(34)을 포함하는 일련의 에피층(30)이 순차적으로 형성된다.
이어서, 도 4에 도시된 바와 같이, RIE(Plasma Reactive Ion Etching) 방법 등을 사용하여 에피층(30)을 관통하는 다수의 트렌치(trench)(30b)가 형성된다. 이어서, 도 5에 도시된 바와 같이, GaN 계열의 층들(30a) 상에 도전성 지지층(40)이 형성된다. 이어서, 사파이어 기판(20)을 GaN 계열의 층들(30a)로부터 분리하기 위한 레이저 리프트-오프 공정이 수행된다.
레이저 리프트-오프 공정은 레이저빔을 단일 펄스 방식으로 사파이어 기판(20)을 통해 사파이어 기판(20)과 에피층(30a) 사이의 경계면에 조사함으로써 수행된다. 레이저 리프트-오프 공정을 수행할 경우, 레이저빔이 조사되는 사파이어 기판(20)과 에피층(30a) 사이의 경계면에서 높은 압력을 동반하는 충격파가 발생하게 된다. 이러한 충격파로 인해 조사되는 레이저빔 스팟의 에지부에 해당되는 에피층(30)에는 균열(fracture) 또는 결함(crack)이 발생될 수 있다. 이에, 레이저빔 스팟의 에지부가 트렌치(30b)에 위치하도록 정밀하게 조절할 경우, 레이저 리프트-오프 공정에서 발생되는 충격파를 트렌치(30b)를 통해 방출함으로서 에피층(30a)의 손상을 줄일 수 있다.
이와 같은 방식으로, 레이저빔 펄스가 사파이어 기판(20)과 에피층(30a) 사이의 경계면 전영역에 순차적으로 조사됨으로써 사파이어 기판(20)을 에피층(30a)으로부터 분리할 수 있다.
이어서, 도 6에 도시된 바와 같이, 각각의 N형 GaN 층(32a) 상에 콘택층(50)이 형성된다. 콘택층(50)이 형성된 후에는, 다이싱(dicing) 공정을 통하여 각각의 개별 LED 소자로 분리된다. 다이싱 공정은 다양한 기계적 또는 화학적 방법을 통해 수행될 수 있다.
그러나, 이러한 종래의 레이저 리프트-오프 공정을 수행할 경우, 레이저빔의 조사영역에 인접한 에피층(30a)과 도전성 지지층(40) 사이의 접착영역이 손상되는 경우가 발생될 수 있다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 레이저 리프트-오프 공정은 에피층(30a)과 도전성 지지층(40)이 접착영역(A)에 의해 접착된 상태에서 레이저빔이 사파이어 기판(20)과 에피층(30a) 사이의 경계면을 조사하게 된다. 이때, 레이저빔에 의해 조사된 에피층(30a)으로부터 트렌치(30b)를 사이에 두고 이격된 에피층(30a)의 상측이 도전성 지지층(40)과 접착된 상태를 유지하지 못하고 분리되는 현상(B)이 발생될 수 있다. 이러한 현상이 발생되는 이유 중에 하나는 레이저 리프트-오프 공정을 수행할 때 발생되는 충격파(S)가 트렌치(30b)를 통해 방출되는 과정에서 레이저빔의 조사영역에 인접한 에피층(30a)과 도전성 지지층(40) 사이의 접착영역(A)에 충격을 가하여 접착력을 약화시키기 때문이라고 판단된다.
따라서, 본 발명은 위와 같은 관련 기술의 문제점들을 해결하기 위해 도출된 것으로, 발광소자의 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 이점은 사파이어 기판과 에피층을 분리하기 위해 레이저 리프트-오프 공정을 수행할 때, 레이저빔의 조사영역에 인접한 에피층과 도전성 지지층 사이의 접착영역이 손상되는 것을 최소화하여 생산성을 향상시킬 수 있는 발광소자의 제조장치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 이점은 레이저 리프트-오프 공정을 수행할 때, 레이저빔 스팟의 에지부가 트렌치에 정확히 정렬되지 않는 경우에도 에피층의 손상을 최소화 할 수 있으므로 공정의 용이성을 향상시킬 수 있는 발광소자의 제조장치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 이점은 레이저 리프트-오프 공정을 수행할 때, 제1빔스팟의 조사영역으로부터 이격된 에피층의 일부가 미리 제2빔스팟에 의해 조사됨으로서 분리시 에피층의 손상을 최소화할 수 있는 발광소자의 제조장치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징 및 이점들은 이하에서 기술될 것이고, 부분적으로는 그러한 기술로부터 자명할 것이다. 또는, 본 발명의 실시를 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 학습되어질 수 있을 것이다. 본 발명의 목적들 및 다른 이점들은 첨부된 도면, 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위에서 특정된 구조에 의해 실현되고 달성될 것이다.
위와 같은 이점들을 달성하기 위하여, 그리고 본 발명의 목적에 따라, 레이저빔 광원; 상기 레이저빔 광원으로부터 방출된 레이저빔의 진행경로 상에 배치되며, 개구부를 갖는 마스크; 및 사파이어 기판과 상기 사파이어 기판 상에 형성된 GaN계열의 에피층을 분리하도록, 상기 마스크의 개구부를 통과한 레이저빔을 집중시켜 상기 사파이어 기판과 상기 에피층 사이의 경계면에 빔스팟을 형성하는 이미징렌즈를 포함하며, 상기 개구부는 상기 마스크의 중앙영역에 형성된 제1개구부와, 상기 제1개구부로부터 이격되어 상기 제1개구부보다 작은 크기로 형성된 복수개의 제2개구부를 포함한 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조장치가 제공된다.
본 발명의 다른 측면으로서, 사파이어 기판 상에 GaN 계열의 에피층을 형성하는 단계; 상기 에피층을 복수개의 개별 에피층들로 분리하도록 상기 에피층에 트렌치를 형성하는 단계; 상기 트렌치가 형성된 상기 에피층 상에 도전성 지지층을 형성하는 단계; 및 상기 사파이어 기판을 상기 에피층으로부터 분리하는 단계를 포함하며, 상기 사파이어 기판을 분리하는 단계는, 레이저빔 광원으로부터 방출된 레이저빔을 개구부가 형성된 마스크에 통과시키는 단계; 및 상기 사파이어 기판과 상기 에피층을 분리하도록, 상기 마스크의 개구부를 통과한 레이저빔을 집중시켜 상기 사파이어 기판과 상기 에피층의 경계면에 빔스팟 형성하는 단계를 포함하며, 상기 개구부는 상기 마스크의 중심영역에 형성된 제1개구부와, 상기 제1개구부로부터 이격되어 상기 제1개구부보다 작은 크기로 형성된 복수개의 제2개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조방법이 제공된다.
위와 같은 일반적 서술 및 이하의 상세한 설명 모두는 본 발명을 예시하거나 설명하기 위한 것일 뿐이며, 특허청구범위의 발명에 대한 더욱 자세한 설명을 제공하기 위한 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 발광소자의 제조장치 및 그 제조방법에 의하면, 사파이어 기판과 에피층을 분리하기 위해 레이저 리프트-오프 공정을 수행할 때, 레이저빔의 조사영역에 인접한 에피층과 도전성 지지층 사이의 접착영역이 손상되는 것을 최소화하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 레이저 리프트-오프 공정을 수행할 때, 레이저빔 스팟의 에지부가 트렌치에 정확히 정렬되지 않는 경우에도 에피층의 손상을 최소화 할 수 있으므로 공정의 용이성을 향상시킬 수 있다.
또한, 레이저 리프트-오프 공정을 수행할 때, 제1빔스팟이 조사영역으로부터 이격된 에피층의 일부가 미리 제2빔스팟에 의해 조사됨으로서 분리시 에피층의 손상을 최소화할 수 있다.
첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕고 본 명세서의 일부를 구성하기 위한 것으로서, 본 발명의 실시예들을 예시하며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명한다.
도 1 및 도 2는 종래의 수평형 발광소자를 개략적으로 도시하며,
도 3 내지 도 6은 종래의 수직형 발광소자의 제조공정을 개략적으로 도시하며,
도 7은 종래의 수직형 발광소자의 제조공정에서 사파이어 기판이 에피층으로부터 분리되는 과정을 개략적으로 도시하며,
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 수직형 발광소자의 제조장치를 개략적으로 도시하며,
도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 수직형 발광소자의 제조장치의 마스크의 일실시예를 도시하며,
도 10 내지 도 12는 본 발명의 제1실시예에 따른 수직형 발광소자의 제조장치의 마스크의 다른 실시예를 도시하며,
도 13 내지 도 19는 본 발명의 제1실시예에 따른 수직형 발광소자의 제조장치를 이용한 제조공정의 일 실시예를 개략적으로 도시하며,
도 20은 본 발명의 제2실시예에 따른 수직형 발광소자의 제조장치의 마스크를 개략적으로 도시하며,
도 21은 본 발명의 제2실시예에 따른 수직형 발광소자의 제조장치를 이용한 제조공정의 일부를 도시하며,
도 22는 본 발명의 제3실시예에 따른 수직형 발광소자의 제조장치의 마스크를 개략적으로 도시하며,
도 23은 본 발명의 제4실시예에 따른 발광소자의 제조장치를 개략적으로 도시하며,
도 24 및 도 25는 본 발명의 제4실시예에 따른 수직형 발광소자의 제조장치를 이용한 제조공정의 일부를 도시하며,
도 26은 본 발명의 제5실시예에 따른 발광소자의 제조장치를 개략적으로 도시하고 있다.
본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서, 본 발명의 다양한 변경 및 변형이 가능하다는 점은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위에 기재된 발명 및 그 균등물의 범위 내에 있는 변경 및 변형을 모두 포함한다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예로 수직형 발광소자의 제조장치 및 그 제조방법을 상세하게 설명한다.
제1실시예
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 수직형 발광소자의 제조장치인 레이저 리프트-오프(Laser Lift-Off, LLO)장치를 개략적으로 도시하며, 도 9 내지 도 12는 본 발명의 제1실시예에 따른 레이저 리프트-오프장치에 장착된 마스크의 실시예들을 도시하고, 도 13 내지 도 19는 본 발명의 제1실시예에 따른 수직형 발광소자의 제조장치인 레이저 리프트-오프장치를 이용한 제조공정의 실시예들을 개략적으로 도시하고 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 레이저 리프트-오프장치(100)는 레이저빔을 방출하는 레이저빔 광원(110), 개구부(133, 135)가 형성된 마스크(130), 마스크(130)의 개구부(133, 135)를 통과한 레이저빔을 집중시켜 빔스팟(233, 235)을 형성하는 이미징렌즈(150)를 포함한다.
레이저빔 광원(110)은 본 발명의 일예로 KrF 엑시머 레이저 또는 ArF 엑시머 레이저이다. 그러나, 이러한 레이저빔 광원(110)은 이에 한정되지 않고 다양한 형태의 레이저빔을 방출하는 다른 종류의 레이저를 포함할 수도 있다.
이미징렌즈(150)는 가공물(200)에 제1빔스팟(233) 및 제2빔스팟(235)을 형성하도록 마스크(130)의 개구부(133, 135)를 통과한 레이저빔을 가공물(200)에 집중시킨다. 즉, 도 15a 내지 도 15c에 도시된 바와 같이, 사파이어 기판(210)과 사파이어 기판(210) 상에 형성된 GaN계열의 에피층(220)을 분리하도록 마스크(130)의 개구부(133, 135)를 통과한 레이저빔을 집중시켜 사파이어 기판(210)과 에피층(220) 사이의 경계면에 빔스팟(233, 235)을 형성한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 마스크(130)는 레이저빔 광원(110)으로부터 방출된 레이저빔의 진행경로 상에 배치된 마스크본체(131)와, 마스크본체(131)의 중앙영역에 관통 형성된 제1개구부(133)와, 제1개구부(133)로부터 이격되어 제1개구부(133)보다 작은 크기로 관통 형성된 복수개의 제2개구부(135)를 갖는다.
마스크본체(131)는 레이저빔 광원(110)으로부터 방출된 레이저빔을 차단할 수 있도록 레이저빔의 진행경로 상에 배치된다. 마스크본체(131)는 본 발명의 일예로 사각형상으로 마련되나 이에 한정되지 않고 원형, 타원형 및 사각형을 제외한 다각형 형상 등 다양한 형상으로 마련될 수 있다.
제1개구부(133)는 본 발명의 일예로 마스크본체(131)의 중앙영역에 사각형 형상으로 관통 형성된다. 즉, 본 발명의 일예로 제1개구부(133)를 통해 형성된 제1빔스팟(233)은 사각형상으로 마련된다. 도 14a 내지 도 15c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일예로 GaN 계열의 에피층(220)은 트렌치(trench, 240)에 의해 사각형상으로 분리된다. 이에, 제1빔스팟(233)은 개별 에피층들(220)과 같이 사각형으로 형성되어 개별 에피층들(220)의 형상에 맞게 용이하게 조사될 수 있다. 또한, 본 발명의 일예로, GaN 계열의 에피층(220)이 트렌치(240)에 의해 정사각형으로 분리될 경우, 제1빔스팟(233)도 정사각형으로 형성되도록 제1개구부(133)를 정사각형으로 형성되는 것이 바람직하다.
제1개구부(133)의 크기는 제1빔스팟(233)이 트렌치(240)에 의해 분리된 개별 에피층들(220) 중 하나 혹은 복수개에 조사될 수 있도록 형성될 수 있다.
제1개구부(133)는 본 발명의 일예로 개구영역의 크기가 가변적으로 변경가능하게 마련될 수 있다. 예를 들어, 마스크(130)는 제1개구부(133)의 개구영역의 크기를 조절하도록 2개 혹은 4개로 상대이동가능하게 형성된 조리개 방식(미도시)으로 마련될 수 있다. 이러한 조리개 방식(미도시)은 전동모터와 같은 구동수단(미도시)에 의해 자동으로 제어될 수 있다. 제1개구부(133)의 형상은 사각형에 한정되지 않고, 원형, 타원형, 사각형을 제외한 다각형 형성 등 다양하게 형성될 수 있다.
제2개구부들(135)은 본 발명의 일예로 제1개구부(133) 외측에 위치한 마스크본체(131) 영역에 원형 형상으로 관통 형성된다. 즉, 제2개구부들(135)에 의해 형성된 제2빔스팟들(235)은 복수개의 원형 형상으로 마련된다. 제2개구부들(135)은 본 발명의 일예로 제1빔스팟(233)의 조사가 진행되는 방향에 따라 제1개구부(133)의 3개의 측면에 형성된다. 예를 들어, 도면 15c에 도시된 바와 같이 제1빔스팟(233)이 좌측 상부로부터 순차적으로 화살표 방향을 따라 조사되는 경우, 제2개구부들(135)은 도 9에 도시된 바와 같이 제1개구부(133)의 좌측을 제외한 3개의 측면에 배치되는 것이 바람직하다. 그 이유는 도 9에 도시된 마스크(130)에서 제1개구부(133)의 좌측 영역은 에피층(220)이 없거나 에피층(220)이 이미 분리된 후의 영역이므로, 제1개구부(133)의 좌측 영역에는 제2개구부(135)가 형성될 필요가 없기 때문이다. 제2개구부들(135)은 제1개구부(133)의 외측에 적어도 하나의 열로 형성된다. 본 발명의 일예로 도 9에 도시된 바와 같이, 제2개구부들(135)은 제1개구부(133)의 3개의 측면에 각각 하나의 열을 형성하도록 배치된다.
제2개구부들(135)은 본 발명의 일예로 제1개구부(133)의 일측에 복수개가 배치될 수 있도록 제1개구부(133)보다 작게 형성된다. 또한, 제2개구부들(135)은 제2빔스팟들(235)이 트렌치(240)에 의해 분리된 개별 에피층들(220)의 일부에 조사될 수 있을 정도의 크기로 형성될 수 있다. 제2개구부들(135)의 형상은 원형에 한정되지 않고, 타원형 및 다각형 형상 등 다양하게 형성될 수 있다.
제2개구부들(135)에는 각 제2개구부(135)의 크기를 조절하기 위한 조절수단(미도시)이 마련될 수 있다. 이러한 크기 조절수단(미도시)은 조리개 방식 등 다양한 방식에 의해 마련될 수 있으며, 전술한 제1개구부(133)와 같이 자동으로 조절가능하게 마련될 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 마스크(130)는 도 9에 도시된 바와 같이 제1개구부(133)의 3개의 측면에 제2개구부들(135)이 형성된다. 그러나, 이에 한정되지 않고 도 10에 도시된 바와 같이, 마스크(130a)의 제1개구부(133)의 일측에만 제2개구부들(135a)이 마련될 수 있으며, 도 11에 도시된 바와 같이, 마스크(130b)의 제1개구부(133)의 2개의 측면에만 제2개구부들(135b)이 마련될 수도 있다. 또한, 도 12에 도시된 바와 같이, 마스크(130c)의 제1개구부(133)의 4개의 측면 모두에 제2개구부들(135c)이 마련될 수도 있다. 이러한 실시예들은 개구부의 가공조건이나 빔스팟의 조사가 진행되는 방향 등을 고려하여 사용자에 의해 선택적으로 채택될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제1실시예에 따른 수직형 발광소자의 제조장치인 레이저 리프트-오프장치(100)를 이용한 제조공정을 설명한다.
도 13에 도시된 바와 같이, 사파이어 기판(210) 상에는 통상의 반도체 공정 기술(예를 들면, MOCVD(Metal Oxide Chemical Vapor Depositon) 또는 MBE(Molecular Beam Epitaxy))에 의해 GaN 버퍼층(221), N형의 GaN 층(223), 다중 양자 우물을 갖는 InGaN/GaN/AlGaInN 활성층(225), 및 P형 GaN 층(227)을 포함하는 일련의 GaN 계열의 에피층(220)이 순차적으로 형성된다. 사파이어(Al2O3) 기판(210)은 (001) 결정 구조를 갖는다. 이러한 사파이어 기판(210) 상에 GaN로 이루어지는 박막을 성장시킬 경우 격자 부정합이 생길 수 있으며, 이러한 격자 부정합에 의해 박막의 평면이 불균일해 질 수 있다. 이 때문에 사파이어 기판(210) 상에 먼저 GaN 버퍼층(221)을 형성하고, 그 버퍼층(221) 위에 GaN 박막들(223, 225, 227)을 순차적으로 형성하는 것이 바람직하다. 그러나, 이러한 버퍼층(221)은 필수구성은 아니며 선택적으로 적용될 수 있다.
사파이어 기판(210)은 본 발명의 일예로 약 330-430 ㎛의 두께를 갖는다. 그러나, 사파이어 기판(210)은 이에 한정되지 않고 330㎛ 보다 얇거나 430㎛ 보다 두껍게 마련될 수도 있다. 본 발명의 일예로 GaN 계열의 에피층(220)은 그 전체 두께가 약 10 ㎛이하이다. 그러나, GaN 계열의 에피층(220)은 이에 한정되지 않고 10 ㎛ 보다 더 두껍게 마련될 수도 있다.
이어서, 일련의 GaN 계열의 에피층(220)에 트렌치(240)가 형성된다. 도 14a는 본 발명의 일예로 에피층에 트렌치가 형성된 부분 정면도이며, 도 14b는 도 14a의 부분 평면도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 일련의 GaN 계열의 에피층(220)을 관통하는 다수의 트렌치(240)가 형성된다. 트렌치(240)에 의해 일련의 GaN 계열의 에피층(220)은 소정 크기의 사각형으로 형성된 복수의 개별 에피층들(220)로 분리될 수 있다. 각 개별 에피층(220)은 본 발명의 일예로 가로 세로의 길이가 약 1000 ㎛인 정사각형으로 형성될 수 있다. 그러나, 각 개별 에피층(220)은 이에 한정되지 않고 요구되는 LED소자의 크기 등에 따라 가로 세로의 길이가 약 1000 ㎛ 보다 작거나 크게 다양한 크기로 형성될 수 있다. 에피층들(220)은 그 경도가 강하기 때문에 RIE 방식, 특히 ICP RIE(Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching) 방식에 의해 트렌치(240)를 형성하는 것이 바람직하다. 트렌치(240) 형성을 위하여 감광막(미도시)이 스핀 코팅에 의해 에피층들(220) 상에 도포된다. 이후 도포된 감광막의 선택적 노광 및 현상 공정을 거쳐 감광막 패턴(미도시)이 형성된다. 이렇게 형성된 감광막 패턴을 에칭 마스크로 사용하여 ICP RIE 방식에 의해 에피층들(220)의 일부를 에칭하게 된다. 이에, 트렌치(240)가 형성된다. 트렌치(240)의 폭은 일예로 약 50 ㎛ 이하로 다양하게 설정될 수 있다.
이어서, 에피층(220) 상에 도전성 지지층(250)을 형성한다. 도 15a는 본 발명의 일예로 트렌치(240)가 형성된 에피층(220)에 도전성 지지층(250)이 형성된 정면도이다. 도 15a에 도시된 바와 같이, 에피층(220) 상에 도전성 지지층(250)을 형성한다. 도전성 지지층(250)은 물리증착방법(physical vapor deposition), 전기도금법, 또는 본딩(bonding) 등의 방법에 의해 형성될 수 있다. 도전성 지지층(250)은 약 100 ㎛ 이하의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 도전성 지지층(250)의 물질로는 Cu, Au, 또는 Al 등의 금속이 바람직하나 Si와 같이 전기 전도성을 갖는 물질이라면 그 어느 것이라도 가능하다. 한편, 에피층(220)과 도전성 지지층(250) 사이의 접착력을 향상시키기 위하여 그 사이에 Cr 또는 Au를 포함하는 접착층(미도시)이 더 형성될 수도 있다.
이어서, 레이저 리프트-오프 공정을 통해 에피층(220)이 사파이어 기판(210)으로부터 분리한다. 도 15a는 사파이어 기판(210)을 통해 레이저빔이 입사되는 것을 도시하는 정면도이며, 도 15b는 사파이어 기판(210)과 GaN 계열의 에피층(220) 사이에 제1빔스팟(233) 및 제2빔스팟(235)이 형성된 것을 도시한 하면도(bottom view)이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 레이저 리프트-오프 공정은 레이저빔을 단일 펄스 방식으로 사파이어 기판(210)을 통해 사파이어 기판(210)과 에피층(220)의 경계면에 조사함으로써 수행된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 사파이어 기판(210)과 에피층(220)의 분리 단계는, 사파이어 기판(210) 및 도전성 지지층(250) 상에 진공 척(vacuum chuck)(미도시)을 부착시키는 단계와, 단일 펄스의 레이저빔이 제1개구부(133) 및 제2개구부(135)가 형성된 마스크(130)를 통과하여 사파이어 기판(210)과 에피층(220) 사이의 경계면에 제1빔스팟(233) 및 제2빔스팟(235)을 형성하는 단계를 포함한다.
제1빔스팟(233)은 본 발명의 일예로 사각형 형상으로 마련된다. 제1빔스팟(233)은 트렌치(240)에 의해 분리된 개별 에피층들(220) 중 적어도 하나를 조사할 수 있도록 형성된다. 본 발명의 일예로, 레이저빔의 단일펄스에 의해 형성된 제1빔스팟(233)에 의해 사파이어 기판(210)으로 분리되는 개별 에피층들(220)의 영역을 단위분리영역(D)이라고 한다. 즉, 단위분리영역(D)은 개별 에피층들(220) 중 제1빔스팟(233)의 단일펄스 조사에 의해 분리되는 영역을 나타낸다. 이러한 단위분리영역(D)은 개별 에피층들(220) 중 하나에 해당되는 영역이거나 개별 에피층들(220) 중 복수개와 그 사이의 형성된 트렌치(240)를 포함한 영역일 수 있다. 본 발명의 일예로 도 14b에서는 단위분리영역(D)은 4개(2 x 2)의 에피층(220)과 그 사이에 형성된 트렌치(240)를 포함하는 영역이 된다. 그러나 단위분리영역(D)은 이에 한정되지 않고 하나의 개별 에피층(220)에 해당되는 영역이거나, 9개(3 x 3) 등 다양한 개수의 개별 에피층들(220)과 그 사이의 트렌치(240)를 포함하는 영역일 수 있다.
본 발명의 일예로, 제1빔스팟(233)의 에지부는 단위분리영역(D)의 외측에 형성된 트렌치(240)에 위치한다. 즉, 도 15b에 도시된 바와 같이, 제1빔스팟(233)의 에지부는 4개(2 x 2)의 개별 에피층(220)을 포함하는 단위분리영역(D)의 외측에 형성된 트렌치(240) 영역에 위치할 수 있다. 제1빔스팟(233)이 사파이어 기판(210)과 에피층(220) 사이의 경계면에 조사되면 사파이어 기판(210)과 에피층(220)이 분리되면서 높은 압력으로 인해 충격파가 발생될 수 있다. 이러한 충격파는 제1빔스팟(233)의 에지부에 응력을 집중시키게 된다. 예를 들어 제1빔스팟(233)의 에지부가 에피층(220) 영역에 위치하는 경우, 상기 충격파로 인해 제1빔스팟(233)의 에지부에 해당되는 에피층(220) 영역은 손상될 수 있다. 이에, 제1빔스팟(233)의 에지부가 트렌치(240) 영역에 위치함으로서 에피층(220) 영역의 손상을 줄일 수 있다.
제1빔스팟(233)의 에지부는 트렌치(240) 영역에 위치하는 경우에 한정되지 않고 개별 에피층들(220) 중 적어도 하나를 포함하는 단위분리영역(D)과 트렌치(240)의 경계면에 위치할 수도 있으며, 단위분리영역(D)의 내측에 위치할 수도 있다.
도 16은 제1빔스팟(233)의 에지부가 단위펄스영역(D) 및 트렌치(240)의 경계면에 위치한 경우를 도시한 것이다. 이런 경우는 제1빔스팟(233)의 에지부가 단위펄스영역(D) 및 트렌치(240)의 경계면과 일치되는 것뿐만 아니라 제1빔스팟(233)의 에지부가 단위펄스영역(D) 및 트렌치(240)의 경계면에 근접하게 위치하는 것을 포함한다. 이러한 위치설정은 본 발명의 일예로 에피층(220)을 지지하는 스테이지(미도시)의 이송을 제어함으로서 가능하다. 제1빔스팟(233)의 에지부가 단위펄스영역(D) 및 트렌치(240)의 경계면에 근접하게 위치하는 것은 본 발명의 일예로, 단위펄스영역(D) 및 트렌치(240)의 경계면을 기준으로 약 ㅁ 3 ㎛ 혹은 ㅁ 5 ㎛ 등의 공차 내에 위치하는 것으로 나타낼 수 있다. 이에, 도 16의 경우에도 제1빔스팟(233)의 에지부가 단위펄스영역(D) 및 트렌치(240)의 경계면에 위치하고 있으므로 에피층(220)의 손상을 줄일 수 있다.
도 17은 제1빔스팟(233)의 에지부가 단위펄스영역(D) 내에 위치한 경우를 도시한 것이다. 이런 경우에는 제1빔스팟(233)의 에지부가 단위펄스영역(D) 내에 위치한 에피층들(220)에 형성된다. 그리고, 제2빔스팟(235)이 제1빔스팟(233)의 에지부의 외측에 위치한 에피층들(220)에 부분적으로 형성된다. 이러한 경우에는 제1빔스팟(233)의 에지부의 외측에 위치한 에피층들(220)이 제2빔스팟(235)에 의해 사파이어 기판(210)으로부터 부분적으로 분리되어 상대적으로 분리될 영역의 폭이 좁아지게 된다. 이에, 제1빔스팟(233)에 의해 발생된 충격파가 제1빔스팟(233)의 에지부의 외측에 위치한 폭이 좁아진 에피층들(220)을 사파이어 기판(210)으로부터 용이하게 분리시킬 수 있다. 즉, 제1빔스팟(233)의 에지부가 에피층(220) 영역에 위치하지만, 에피층들(220)의 분리될 영역의 폭이 좁아진 상태이기 때문에 충격파에 의해 에피층(220)은 거의 손상 없이 사파이어 기판(210)으로부터 분리될 수 있다. 또한, 제1빔스팟(233)의 에지부가 단위펄스영역(D) 및 트렌치(240)의 경계면에 근접한 단위펄스영역(D) 내에 위치한 경우에도 제1빔스팟(233)의 에지부의 외측에 형성된 에피층(220)의 분리될 영역의 폭이 좁기 때문에 제1빔스팟(233)에 의해 발생된 충격파에 의해 에피층(220)이 거의 손상 없이 용이하게 분리될 수도 있다. 이에, 도 17의 경우와 같이, 제1빔스팟(233)의 에지부가 단위펄스영역(D)의 내측에 위치하는 경우에도 분리시 에피층(220)의 손상을 줄일 수 있다.
제1빔스팟(233)은 마스크(130)의 위치를 변경함으로써 그 크기를 조절할 수 있다. 그러나, 이러한 경우, 파이어 기판(210)과 에피층(220) 사이에 조사되는 제1빔스팟(233)의 에너지밀도 등이 변하기 때문에 제1빔스팟(233)의 크기 조절은 마스크(130)에 형성된 제1개구부(133)의 크기를 조절함으로써 수행되는 것이 바람직하다.
제2빔스팟들(235)은 본 발명의 일예로 원형 형상으로 마련되며, 제1빔스팟(233)의 3개의 측면에 복수개로 형성된다. 제2빔스팟들(235)은 본 발명의 일예로 제1빔스팟(233)의 조사가 진행되는 방향에 따라 제1빔스팟(233)의 3개의 측면에 형성된다. 예를 들어, 도면 15c에 도시된 바와 같이 제1빔스팟(233)이 순차적으로 화살표 방향을 따라 조사되는 경우, 제2빔스팟들(235)은 도 15b 및 도 15c에 도시된 바와 같이 제1빔스팟(233)의 좌측을 제외한 3개의 측면에 배치되는 것이 바람직하다. 그 이유는 전술한 제2개구부(135)의 설명과 동일하므로 생략한다. 제2빔스팟들(235)은 제1빔스팟(233)의 외측에 적어도 하나의 열로 형성된다. 본 발명의 일예로 도 15b에 도시된 바와 같이, 제2빔스팟들(235)은 제1빔스팟(233)의 3개의 측면에 각각 하나의 열을 형성하도록 배치된다.
제2빔스팟들(235)은 본 발명의 일예로 제1빔스팟(233)의 일측에 복수개가 배치될 수 있도록 제1빔스팟(233)보다 작게 형성된다. 제2빔스팟들(235)은 본 발명의 일예로 제1빔스팟(233)에 근접하게 위치하여 트렌치(240)에 의해 분리된 개별 에피층들(220)의 일부에 조사될 수 있을 정도의 크기로 형성될 수 있다.
각 제2빔스팟(235)의 크기는 에피층(220)의 두께 및 제2빔스팟(235)을 형성하는 레이저빔의 에너지밀도 중 적어도 하나에 의해 결정될 수 있다. 각 제2빔스팟(235)의 크기는 본 발명의 일 실시예로, 단일 펄스의 레이저빔을 사파이어 기판(210)에 조사할 경우, 사파이어 기판(210) 상에 형성된 GaN 계열의 에피층(220)의 두께에 비례하고, 제2빔스팟(235)의 에너지밀도에 반비례할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예로, 제2빔스팟(235)은 아래의 식과 같은 범위를 갖는 반지름(r)의 원형의 형상을 가질 수 있다. 반지름(r)은 1.67 x 103(N/m) x t(m) x [Ed(J/cm2)]-1 < r < 20 x 103(N/m) x t(m) x [Ed(J/cm2)]-1의 식을 만족하도록 조절될 수 있다. 여기서, t(m)는 GaN 계열의 에피층(220)의 두께이고, Ed(J/cm2)는 각 제2빔스팟(235)의 에너지 밀도이다. 이러한 경우, 본 발명의 일예로 GaN 계열의 에피층(220)의 두께가 약 10 ㎛이고, 각 제2빔스팟(235)의 에너지밀도가 약 1J/cm2라고 한다면, 각 제2빔스팟(235)은 약 1.67 내지 20㎛의 반지름을 가질 수 있다. 본 발명의 일예로 제2빔스팟들(235)의 크기는 거의 동일하게 형성된다. 그러나, 제2빔스팟들(235)의 크기는 전술한 반지름의 범위와 같이 일정한 범위 내에서 다양하게 형성될 수도 있다. 각 제2빔스팟(235)의 크기는 위의 식에 한정되는 것은 아니며, 다양한 조건에 따라 변경될 수 있다. 또한, 각 제2빔스팟(235)에 의해 사파이어 기판(210)과 에피층(220)을 분리하는 힘(f)은 각 제2빔스팟(235)의 에너지밀도가 일정할 경우 각 제2빔스팟(235)의 면적에 비례한다. 따라서, 각 제2빔스팟(235)의 반지름이 예를 들어 0.1㎛ 이하와 같이 지나치게 작을 경우에는 제2빔스팟(235)의 사이즈가 지나치게 작아져 사파이어 기판(210)과 에피층(220)을 분리하지 못할 수 있다. 반대로 제2빔스팟(235)의 반지름이 예를 들어 200㎛ 이상과 같이 지나치게 큰 경우에는 제2빔스팟(235)의 에너지밀도에 비해 그 사이즈가 지나치게 커서 제2빔스팟(235)의 에지부에 과도한 응력이 집중될 수 있다. 이러한 과도한 응력은 에피층(220)에 균열 또는 결함을 발생시킬 수 있다.
각 제2빔스팟(235)의 크기 조절은 마스크(130)의 위치를 변경함으로써 조절될 수 있다. 그러나, 이러한 경우, 가공물(200)에 조사되는 제2빔스팟(235)의 에너지밀도가 변하게 되기 때문에 각 제2빔스팟(235)의 크기 조절은 마스크(130)에 형성된 각 제2개구부(135)의 크기를 조절함으로써 수행되는 것이 바람직하다. 제2개구부(135)의 크기조절에 대해서는 전술한 내용과 동일하다.
본 발명의 일예로 제1빔스팟(233) 및 제1빔스팟(233)과 인접한 제2빔스팟(235) 사이의 거리(도 9의 L1)는 인접한 제2빔스팟(235)의 직경 혹은 그 직경보다 작게 마련될 수 있다. 이와 같이, 제1빔스팟(233)과 인접한 제2빔스팟(235) 사이의 거리(도 9의 L1)를 제2빔스팟(235)의 직경 이하로 제한하는 것은 예를 들어, 제1빔스팟(233)과 인접한 제2빔스팟(235) 사이에 에피층(220)이 존재할 경우에 제1빔스팟(233)에 의해 발생되는 충격파가 에피층(220)을 사파이어 기판(210)으로부터 용이하게 분리하기 위함이다. 그러나, 제1빔스팟(233)과 인접한 제2빔스팟(235) 사이의 거리(L1)는 이에 한정되지 않고 트렌치(240)의 폭이나 에피층(220)의 두께 등에 따라 제2빔스팟(235)의 직경보다 더 크게 형성될 수도 있다.
본 발명의 일예로 서로 인접한 제2빔스팟들(235) 사이의 거리(도 9의 L2)는 한 쌍의 제2빔스팟들(235) 중 하나의 직경 혹은 그 직경보다 작게 마련될 수 있다. 이와 같이, 서로 인접한 제2빔스팟(235)들의 사이의 거리를 제2빔스팟(235)의 직경 이하로 인접하게 제한하는 것은 제2빔스팟(235)에 의해 발생되는 충격파를 이용하여 서로 인접한 제2빔스팟(235)들의 사이에 존재하는 에피층(220)을 완전 분리하거나 혹은 일부가 분리되도록 하기 위함이다. 그러나, 서로 인접한 제2빔스팟(235) 사이의 거리는 이에 한정되지 않고 트렌치(240)의 폭이나 에피층(220)의 두께 등에 따라 제2빔스팟(235)의 직경보다 더 크게 형성될 수도 있다.
제2빔스팟(235)들은 본 발명의 실시예와 같이 GaN 계열의 에피층(220)에 가해지는 응력이 균일하게 분산되도록 하기 위하여 원형의 형상을 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 제2빔스팟들(235)의 형상은 원형에 한정되지 않고, 타원형 및 다각형 형상 등 다양하게 형성될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 레이저 리프트-오프장치(100)를 이용하여 분리공정을 수행하는 경우, 제1빔스팟(233)에 인접하게 위치한 제2빔스팟(235)이 제1빔스팟(233)의 외측에 위치한 에피층(220)의 일부를 분리시킬 수 있다. 이에, 제2빔스팟(235)이 에피층(220)의 일부를 사파이어 기판(210)으로부터 분리시킴으로서 제1빔스팟(233)에 의해 발생되는 충격파로 인해 인접한 에피층(220)과 도전성 지지층(250) 사이의 접착영역의 손상을 줄일 수 있다. 이러한 현상은 도 18에 도시된 바와 같이, 제2빔스팟(235)이 에피층(220)의 일부(C)를 분리시킴으로서 충격파(S)로 인해 인접한 에피층(220)과 도전성 지지층(250) 사이의 접착영역(A)의 손상되는 것을 완충시키는 작용을 하기 때문이다. 이러한 효과는 도 15b 및 도 16에 도시된 바와 같이, 제2빔스팟(235)이 제1빔스팟(233)에 의해 조사되는 에피층(220)과 이격된 에피층(220)에 조사되는 경우에 적용될 수 있다. 그리고, 도 17의 도시된 바와 같이, 제2빔스팟(235)이 제1빔스팟(233)에 의해 조사되는 에피층(220)과 동일한 에피층(220)에 조사되는 경우에는 제1빔스팟(233)에 의해 발생되는 충격파가 제1빔스팟(233)의 외측에 위치한 에피층(220)에 충격을 가하여 분리하는 과정에서 약해지기 때문에 도전성 지지층(250) 사이의 접착영역(A)의 손상을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 제1실시예에 따른 레이저 리프트-오프장치(100)를 이용하여 분리공정을 수행하는 경우, 제1빔스팟(233)의 에지부가 트렌치(240)와 같은 특정영역에 정확하게 위치하도록 정밀하게 제어할 필요가 없기 때문에 공정이 수월할 뿐만 아니라 공정 오차를 최소화할 수 있다. 즉, 도 15b, 도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 제1빔스팟(233)의 에지부가 트렌치(240)영역, 단위분리영역(D)과 트렌치(240)의 경제면 혹은 단위분리영역(D) 내의 에피층(220)에 존재하는 경우에도 에피층(220)의 손상을 줄일 수 있기 때문이다.
또한, 본 발명의 제1실시예에 따른 레이저 리프트-오프장치(100)를 이용하여 분리공정을 수행할 때 제1빔스팟(233)이 조사되는 에피층(220)으로부터 트렌치(240)를 사이에 두고 이격된 에피층(220)의 일부가 제2빔스팟들(235)에 의해 미리 조사됨으로서 에피층(220)의 분리시 에피층(220)의 손상을 최소화할 수 있다. 즉, 레이저 리프트-오프 공정을 수행할 때 제2빔스팟들(235)에 의해 일부가 조사된 에피층(220)을 다시 제1빔스팟(233)을 조사하여 분리함으로써 에피층(220)을 더욱 용이하게 분리할 수 있을 뿐만 아니라 에피층(220)의 손상을 최소화할 수 있다.
이와 같은 방식으로, 레이저빔 펄스를 사파이어 기판(210)을 통해 사파이어 기판(210)과 접촉하는 GaN 계열의 에피층(220)의 접촉면의 전영역에 순차적으로 조사함으로써 사파이어 기판(210)을 GaN 계열의 에피층(220)으로부터 분리할 수 있다. 예를 들어, 도 15c에 도시된 바와 같이, 제1펄스에 의해 제1빔스팟(233) 및 제2빔스팟(235)을 형성한 후에, 웨이퍼를 y축 방향으로 제1빔스팟(233)에 의해 조사된 단위펄스영역(D) 만큼 이동하여 다시 제2펄스에 의해 제1빔스팟(233) 및 제2빔스팟(235)을 형성하는 방식으로 조사하게 된다. 이때, 제2펄스에 의해 형성된 제1빔스팟(233)은 제1펄스에 의해 형성된 제2빔스팟(235)에 중복 조사할 수 있다. 이러한 방식으로 화살표를 따라 순차적으로 조사함으로써 개별 에피층들(220)의 전영역에 걸쳐 사파이어 기판(210)의 분리가 일어나도록 할 수 있다.
이어서, 도 19에 도시되어 있는 바와 같이, 각각의 N형 GaN 층(223) 상에 콘택층(270)이 형성된다. 이와 같이 콘택층(270)을 형성시킨 후에는, 다이싱(dicing) 공정을 통하여 각각의 개별 LED 소자로 분리한다. 다이싱 공정은 다양한 기계적 또는 화학적 방법을 통해 수행될 수 있다.
제2실시예
도 20은 본 발명의 제2실시예에 따른 수직형 발광소자의 제조장치의 마스크를 개략적으로 도시하며, 도 21은 본 발명의 제2실시예에 따른 수직형 발광소자의 제조장치의 마스크를 이용한 제조공정의 일부를 도시한 것이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 발광소자의 제조장치인 레이저 리프트-오프장치는 마스크(130d)의 제2개구부들(135d)이 복수개의 열로 형성된 것을 제외하고는 제1실시예와 동일하다.
본 발명의 일예로, 도 20의 경우에는 마스크(130d)의 제1개구부(133)의 3개의 측면에 각각 제2개구부(135d)가 2개의 열로 형성된 것을 도시하고 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고 마스크(130d)의 제1개구부(133)의 3개의 측면에 각각 제2개구부(135d)가 3개 이상의 열로도 마련될 수 있다. 또한, 제1실시예에서 마스크의 다른 예들을 도시한 도 10 내지 도 12와 같은 경우에도 제2실시예와 같이 복수개의 열로 형성된 제2개구부(135d)가 마련될 수 있다. 이에, 본 발명의 제2실시예에 따른 마스크(130d)를 사용한 경우, 제1실시예와 같이 제2개구부들(135)이 하나의 열로 형성된 경우에 비해 제2개구부(135d)를 형성하는 폭이 더욱더 넓게 형성되기 때문에, 도 21에 도시된 바와 같이, 제2빔스팟(235a)이 상대적으로 넓은 면적의 에피층(220)을 분리시킴으로서 제1빔스팟(233)에 의해 발생된 충격파를 더욱더 효과적으로 완충시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일예로, 본 발명의 제2실시예에 따른 마스크(130d)의 제2개구부들(135d)은 복수개의 열을 형성하도록 마련된다. 그러나, 마스크(130d)의 제2개구부들(135d)은 별도의 열을 형성할 필요 없이 제1개구부(133) 외측의 소정의 폭을 갖는 영역에 규칙적으로 혹은 불규칙으로 복수개가 형성될 수도 있다. 이러한 소정의 폭을 갖는 영역은 제1빔스팟(233)의 면적, 에피층(220)의 두께 및 트렌치(240)의 폭 등에 의해 결정될 수 있다.
제3실시예
도 22는 본 발명의 제3실시예에 따른 수직형 발광소자의 제조장치의 마스크를 개략적으로 도시한 것이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 발광소자의 제조장치인 레이저 리프트-오프장치의 마스크(130e)는 복수개의 열로 형성된 제2개구부(135e)의 각 열의 면적이 제1개구부(133)로부터 멀어질수록 작아지는 것을 제외하고는 제1실시예와 동일하다.
본 발명의 일예로, 도 22의 경우에는 마스크(130e)의 제1개구부(133)의 3개의 측면에 각각 제2개구부(135e)가 2개의 열로 형성되며, 제1개구부(133)로부터 멀어질수록 작아지게 도시하고 있다. 그러나, 제3실시예에 따른 마스크(130e)는 이에 한정되지 않고 제1개구부(133)로부터 멀어질수록 작아지게 3개 이상의 열로도 마련될 수 있다. 또한, 제1실시예에서 마스크(130)의 다른 예들을 도시한 도 10 내지 도 12와 같은 경우에도 도 22와 같은 방식이 적용될 수 있다. 이에, 본 발명의 제3실시예에 따른 마스크(130e)를 사용한 경우, 제1실시예에의 경우와 같이 제2빔스팟(235)이 하나의 열로 형성된 경우에 비해 제2빔스팟(235)의 폭을 더욱더 넓게 형성될 수 있다. 또한, 본 발명의 제3실시예에 따른 마스크(130e)는 제1빔스팟(233)에서 가까울수록 더 큰 면적의 제2빔스팟(235)으로 에피층(220)을 더 넓게 분리할 수 있기 때문에, 제1빔스팟(233)에 의해 발생된 충격파를 더욱더 효과적으로 완충시킬 수 있다.
제4실시예
도 23은 본 발명의 제4실시예에 따른 수직형 발광소자의 제조장치인 레이저 리프트-오프장치를 개략적으로 도시하며, 도 24 및 도 25는 본 발명의 제4실시예에 따른 레이저 리프트-오프장치를 이용한 제조공정에서 레이저빔이 마스크를 통과하는 과정을 도시한 것이다.
도 23에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4실시예에 따른 발광소자의 제조장치인 레이저 리프트-오프장치(100a)는 레이저빔 광원(110)과 마스크(130) 사이에 마련된 빔 균일제(160)를 더 포함하는 것을 제외하고는 제1실시예 내지 제3실시예와 동일하다.
빔 균일제(160)는 레이저빔 광원(110)으로부터 방출된 레이저빔의 에너지세기의 균일도를 향상시킴으로써 균일한 에너지세기 프로파일(energy intensity profile)을 갖는 빔스팟들이 가공물(200) 상에 형성될 수 있도록 한다. 빔 균일제(160)를 통과하는 레이저빔(190)의 빔 프로파일은 중간영역에 에너지세기가 균일하게 형성된 균일빔(191)과, 균일면(191)의 외측에 에너지세기가 경사지게 형성된 비균일빔(195)을 갖는다.
빔 균일제(160)에 의해 가공된 레이저빔(190)은 제1개구부(133) 및 제2개구부(135)가 형성된 마스크(130)를 통과하게 된다. 본 발명의 일예로, 도 24에 도시된 바와 같이, 빔 균일제(160)에 의해 가공된 레이저빔(190) 중 균일빔(191)이 마스크(130)의 제1개구부(133) 및 제2개구부(135)를 통과하도록 구성될 수 있다. 이 경우에는, 마스크(130)의 제1개구부(133) 및 제2개구부(135)에 의해 형성된 제1빔스팟(233) 및 제2빔스팟(235)이 빔 균일제(160)에 의해 에너지세기가 균일화된 균일빔(191)으로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 예로, 도 25에 도시된 바와 같이, 빔 균일제(160)에 의해 가공된 레이저빔(190) 중 균일빔(191)은 마스크(130)의 제1개구부(133)를 통과하고, 비균일빔(195)은 마스크(130)의 제2개구부(135)를 통과하도록 구성될 수 있다. 이 경우에는, 마스크(130)의 제1개구부(133)에 의해 형성된 제1빔스팟(233)은 빔 균일제(160)에 의해 에너지세기가 균일화된 균일빔(191)으로 형성되나, 마스크(130)의 제2개구부(135)에 의해 형성된 제2빔스팟(235)은 에너지세기가 균일하지 않은 비균일빔(195)으로 형성된다. 이때, 제2빔스팟(235)의 에너지세기가 도 24와 같이 균일빔(191)을 사용하는 경우에 비해 상대적으로 약하기 때문에 제2빔스팟(235)을 더 크게 형성해야하는 등이 변경사항이 있을 수 있지만, 빔 균일제(160)에 의해 가공된 레이저빔(190) 중 균일빔(191) 전체를 제1빔스팟(233)에 사용할 수 있어 도 24의 경우에 비해 상대적으로 더 큰 빔스팟을 형성할 수 있다.
제5실시예
도 26은 본 발명의 제5실시예에 따른 수직형 발광소자의 제조장치인 레이저 리프트-오프장치(100b)를 개략적으로 도시한 것이다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 제5실시예에 따른 레이저 리프트-오프장치(100b)는 레이저빔 광원(110)과 빔 균일제(160) 사이에 마련된 빔 확장 망원경(170)을 더 포함하며, 빔 균일제(160)와 마스크(130) 사이에 마련된 필드렌즈(180)를 더 포함하는 것을 제외하고는 제4실시예와 동일하다.
빔 확장 망원경(170)은 레이저빔 광원(110)으로부터 방출된 레이저빔을 확장함으로써 레이저빔의 조사면적을 키울 수 있다. 이와 같이, 빔 확장 망원경(170)을 사용할 경우에는 제1실시예의 경우에 비하여 마스크(130)의 제1개구부(133)를 더 크게 형성할 수 있어 가공물(200) 상에 더 큰 빔스팟을 형성시킬 수 있다.
필드렌즈(180)는 오목 렌즈 또는 볼록 렌즈일 수 있다. 필드렌즈(180)로 오목 렌즈를 사용할 경우에는 필드렌즈(180)를 투과한 레이저빔은 더 확대되나 에너지밀도가 낮아진다. 이에 반해, 필드렌즈(180)로 볼록 렌즈를 사용할 경우에는 필드렌즈(180)를 투과한 레이저빔은 좁아지나 에너지밀도는 높아진다. 이에, 필드렌즈(180)는 빔 균일제(160)와 마스크(130) 사이의 간격을 조절하기 위하여 사용될 수 있다.
100 : 레이저 리프트-오프장치 110 : 레이저빔 광원
130 : 마스크 133 : 제1개구부
135 : 제2개구부 150 : 이미징렌즈
160 : 빔 균일제 170 : 빔 확장 망원경
180 : 필드렌즈
210 : 사파이어 기판 220 : 에피층
233 : 제1빔스팟 235 : 제2빔스팟
250 : 전도성 지지층 270 : 콘택층

Claims (24)

  1. 레이저빔 광원;
    상기 레이저빔 광원으로부터 방출된 레이저빔의 진행경로 상에 배치되며, 개구부를 갖는 마스크; 및
    사파이어 기판과 상기 사파이어 기판 상에 형성된 GaN계열의 에피층을 분리하도록, 상기 마스크의 개구부를 통과한 레이저빔을 집중시켜 상기 사파이어 기판과 상기 에피층 사이의 경계면에 빔스팟을 형성하는 이미징렌즈를 포함하며,
    상기 개구부는 상기 마스크의 중앙영역에 형성된 제1개구부와, 상기 제1개구부로부터 이격되어 상기 제1개구부보다 작은 크기로 형성된 복수개의 제2개구부를 포함한 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1개구부는 사각형 형상을 가지며, 상기 제2개구부들은 상기 제1개구부의 적어도 하나의 변의 외측에 형성된 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2개구부들은 상기 제1개구부의 3개의 변의 외측에 각각 형성된 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2개구부들은 상기 제1개구부의 외측에 적어도 하나의 열로 형성된 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2개구부들은 상기 제1개구부의 외측에 복수개의 열로 형성되며, 상기 각 제2개구부의 크기는 상기 제1개구부로부터 멀어질수록 작아지는 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 한 항에 있어서,
    상기 제2개구부들의 형상은 원형, 타원형, 또는 다각형 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 에피층은 트렌치(trench)에 의해 서로 이격된 복수의 개별 에피층들을 포함하고,
    상기 마스크의 제1개구부에 의해 형성된 제1빔스팟은 상기 개별 에피층들 중 적어도 하나에 조사되며, 상기 마스크의 제2개구부들에 의해 형성된 제2빔스팟들은 상기 제1빔스팟의 외측에 위치한 상기 개별 에피층들의 일부영역에 조사되도록 복수개로 형성된 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1빔스팟의 에지부는 상기 개별 에피층들 중 상기 제1빔스팟의 단일펄스 조사에 의해 분리되는 단위분리영역의 외측에 형성된 트렌치에 위치하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1빔스팟의 에지부는 상기 개별 에피층들 중 상기 제1빔스팟의 단일펄스 조사에 의해 분리되는 단위분리영역의 경계면 혹은 상기 단위분리영역의 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1빔스팟은 사각형 형상으로 마련되며, 상기 제2빔스팟들은 상기 제1빔스팟의 3개의 변의 외측에 형성된 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제2빔스팟들은 상기 제1빔스팟의 외측에 적어도 하나의 열로 형성된 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2빔스팟들은 상기 제1빔스팟의 외측에 복수개의 열로 형성되며,
    상기 각 제2빔스팟의 크기는 상기 제1빔스팟으로부터 멀어질수록 작아지는 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조장치.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 각 제2빔스팟의 크기는 수학식 1.67 x 103(N/m) x t(m) x [Ed(J/cm2)]-1 < r < 20 x 103(N/m) x t(m) x [Ed(J/cm2)]-1를 이용하여 결정되고, 상기 수학식에서 r은 상기 각 제2빔스팟의 반지름이고, t(m)은 상기 에피층의 두께이며, Ed(J/cm2)는 상기 각 제2빔스팟을 형성하는 에너지 밀도인 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조장치.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 제2빔스팟들은 원형 형상으로 마련되며, 상기 제1빔스팟과 상기 각 제2빔스팟 사이의 거리는 상기 각 제2빔스팟의 직경 이하인 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조장치.
  15. 제7항에 있어서,
    상기 제2빔스팟들은 원형 형상으로 마련되며, 서로 인접한 상기 한 쌍의 제2빔스팟들의 사이의 거리는 상기 한 쌍의 제2빔스팟 중 하나의 직경 이하인 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조장치.
  16. 제7항에 있어서,
    상기 레이저빔 광원과 상기 마스크 사이에 마련된 빔균일제(beam homogenizer)를 더 포함하며,
    상기 제1빔스팟 및 상기 제2빔스팟들은 상기 빔균일제에 의해 에너지세기가 균일화된 균일빔으로 형성된 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조장치.
  17. 제7항에 있어서,
    상기 레이저빔 광원과 상기 마스크 사이에 마련된 빔균일제(beam homogenizer)를 더 포함하며,
    상기 제1빔스팟은 상기 빔균일제에 의해 에너지세기가 균일화된 균일빔으로 형성되며, 상기 제2빔스팟들은 상기 균일빔의 외측에 형성된 비균일빔으로 형성된 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조장치.
  18. 사파이어 기판 상에 GaN 계열의 에피층을 형성하는 단계;
    상기 에피층을 복수개의 개별 에피층들로 분리하도록 상기 에피층에 트렌치를 형성하는 단계;
    상기 트렌치가 형성된 상기 에피층 상에 도전성 지지층을 형성하는 단계; 및
    상기 사파이어 기판을 상기 에피층으로부터 분리하는 단계를 포함하며,
    상기 사파이어 기판을 분리하는 단계는,
    레이저빔 광원으로부터 방출된 레이저빔을 개구부가 형성된 마스크에 통과시키는 단계; 및 상기 사파이어 기판과 상기 에피층을 분리하도록, 상기 마스크의 개구부를 통과한 레이저빔을 집중시켜 상기 사파이어 기판과 상기 에피층의 경계면에 빔스팟 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 개구부는 상기 마스크의 중심영역에 형성된 제1개구부와, 상기 제1개구부로부터 이격되어 상기 제1개구부보다 작은 크기로 형성된 복수개의 제2개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 빔스팟 형성하는 단계는,
    상기 개별 에피층들 중 적어도 하나에 조사되도록 상기 마스크의 제1개구부에 의해 제1빔스팟을 형성하며, 상기 제1빔스팟의 외측에 위치한 상기 개별 에피층들의 일부영역에 조사되도록 상기 마스크의 제2개구부들에 의해 복수의 제2빔스팟들을 형성하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1빔스팟의 에지부는 상기 개별 에피층들 중 상기 제1빔스팟의 단일펄스 조사에 의해 분리되는 단위분리영역의 외측에 형성된 트렌치에 위치하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 제1빔스팟의 에지부는 상기 개별 에피층들 중 상기 제1빔스팟의 단일펄스 조사에 의해 분리되는 단위분리영역의 경계면 혹은 상기 단위분리영역의 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조방법.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 제1빔스팟은 사각형 형상으로 마련되며, 상기 제2빔스팟들은 상기 제1빔스팟의 3개의 변의 외측에 형성된 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조방법.
  23. 제19항에 있어서,
    상기 제2빔스팟들은 상기 제1빔스팟의 외측에 복수개의 열로 형성되며,
    상기 각 제2빔스팟의 크기는 상기 제1빔스팟으로부터 멀어질수록 작아지는 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조방법.
  24. 제19항에 있어서,
    상기 각 제2빔스팟의 크기는 수학식 1.67 x 103(N/m) x t(m) x [Ed(J/cm2)]-1 < r < 20 x 103(N/m) x t(m) x [Ed(J/cm2)]-1를 이용하여 결정되고, 상기 수학식에서 r은 상기 각 제2빔스팟의 반지름이고, t(m)은 상기 에피층의 두께이며, Ed(J/cm2)는 상기 각 제2빔스팟을 형성하는 에너지 밀도인 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조방법.
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