KR101189163B1

KR101189163B1 - 발광 다이오드의 제조방법

Info

Publication number: KR101189163B1
Application number: KR1020060087871A
Authority: KR
Inventors: 최재완; 나종호
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사; 엘지전자 주식회사
Priority date: 2006-09-12
Filing date: 2006-09-12
Publication date: 2012-10-10
Also published as: KR20080023820A

Abstract

본 발명은 발광 다이오드의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 기판 상에 마스크를 형성하고, 상기 기판을 선택적으로 식각하는 단계; 상기 선택적으로 식각된 기판 상에 적어도 하나의 질화물 반도체층을 성장시키는 단계; 및 상기 기판과 마스크를 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조방법을 제공한다.

따라서, 본 발명에 의하면 레이저 리프트 오프 공정에서 레이저의 조사에 따른 충격을 줄여서, GaN 발광 다이오드의 공정 수율을 높이고 GaN 발광 다이오드 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

레이저 리프트 오프법

Description

발광 다이오드의 제조방법{method for manufacturing light-emitting diode}

도 1은 발광 다이오드의 발광 원리를 나타낸 도면이고,

도 2는 본 발명에 따른 발광 다이오드 제조방법의 일실시예의 흐름도이고,

도 3a 내지 도 3h는 본 발명에 따른 발광 다이오드 제조방법의 일실시예의 공정을 나타낸 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

300 : 기판 310 : 마스크

320 : n-GaN 330 : 활성층

340 : p-GaN 350 : p 전극

360 : 절연 물질 370 : n 전극

380 : 금속 패드 390 : 캐리어 기판

본 발명은 발광 다이오드(Light emitting diode : LED) 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수직형 발광 다이오드의 제조방법에 관한 것이다.

발광 다이오드는 발광하는 반도체특성을 이용한 소자로서, 방전 또는 가열방 식에 의하여 빛을 생성하는 종래의 발광 소자와 상이하다. 즉, 전구 또는 형광등과 같은 종래의 발광 소자와 비교하여, 발광 다이오드는 높은 지속성, 오랜 수명, 고휘도 및 저전력소모 등의 특성을 가진다.

구체적으로 발광 다이오드는 p형과 n형 반도체의 접합으로 이루어져 있으며, 전압을 가하면 전자와 정공의 결합으로 반도체의 밴드캡(bandgap)에 해당하는 에너지를 빛의 형태로 방출하는 일종의 광전자 소자(optoelectronic device)이다.

도 1에 도시된 바와 같이, p-n 접합에 순방향으로 전압을 인가하면 n형 반도체의 전자 및 p형 반도체의 정공은 각각 p쪽, n쪽에 주입되어 소수 운반자(carrier)로서 확산된다. 상술한 소수 운반자는 확산 과정에서 다수 운반자와 재결합하며, 결합하는 전자와 정공의 에너지 차에 해당하는 빛을 방출한다.

상술한 구조를 갖는 발광 다이오드는 기판 상에 유기 금속 화학 기상 증착법(metalorganic chemical vapor depoon, MOCVD)으로 질화물 반도체를 성장시켜서 제조된다. 제조 공정을 구체적으로 설명하면 먼저, 기판 상에 약 20~30 나노 미터 정도의 버퍼를 성장시키고, 2~4 마이크로 미터 정도의 n형 GaN(n-GaN)을 성장시키는데, 이 때 도너(doner)로서 실리콘(Si)을 도핑한다. 그리고, 빛을 발산하는 활성층(active layer)과 P-GaN을 차례로 성장하여 질화물 반도체를 형성한 후, 이를 선택적으로 식각하고 본딩(bondign) 물질을 이용하여 캐리어(carrier) 기판과 사파이어 기판에 성장된 GaN 기판을 접합시키는데 GaN 식각된 부분의 트렌치(trench)에 절연 물질을 채워 넣고 오믹 전극을 형성하고 구리(Cu)로 도금을 한다. 이어서, LLO(laser lift-off)법으로 기판을 제거한 후, 패드(pad) 금속을 증착한 후 각 소 자를 분리하여 각각의 발광 다이오드 소자를 완성한다.

그러나, 상술한 종래의 발광 다이오드 제조방법은 다음과 같은 문제점이 있었다.

질화물 반도체의 선택적 식각 공정 후에, 트렌치에 유전물질이 제대로 채워지지 않아 공간(void)가 나타나게 된다. 따라서, LLO(laser lift off) 공정에서 입사되는 레이저의 열로 인하여 상술한 공간이 팽창되어 주위의 GaN 층에 충격을 주어 크랙(crack)이나 데미지(damage)를 발생시키게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 LLO 공정에서 레이저의 조사에 따른 충격을 줄이고 GaN 박막과 기판의 제거 공정을 수행하는 발광 다이오드 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 GaN 발광 다이오드의 공정 수율을 높이고 GaN 장치의 신뢰성을 향상시키고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판 상에 마스크를 형성하고, 상기 기판을 선택적으로 식각하는 단계; 상기 선택적으로 식각된 기판 상에 적어도 하나의 질화물 반도체층을 성장시키는 단계; 및 상기 기판과 마스크를 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조방법을 제공한다.

이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예 를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

종래와 동일한 구성 요소는 설명의 편의상 동일 명칭 및 동일 부호를 부여하며 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 발광 다이오드 제조방법은 종래의 LLO 공정에서 발생하는 열적 충격에 의한 질화물 반도체층의 크랙 등을 방지하기 위하여, 질화물 반도체층의 성장 이전에 마스크를 사용하여 기판을 선택적으로 식각하는 것을 특징으로 한다. 그리고, 선택적으로 식각된 기판 상에 질화물 반도체층을 성장시켜서, 결과적으로 마스크 부분에는 질화물 반도체층의 성장이 이루어지지 않아서 각각의 발광 다이오드 소자 단위로 성장이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 발광 다이오드 제조방법의 일실시예의 흐름도이고, 도 3a 내지 도 3h는 본 발명에 따른 발광 다이오드 제조방법의 일실시예의 공정을 나타낸 도면이다. 도 2 내지 도 3h를 참조하여 본 발명에 따른 발광 다이오드 제조방법의 일실시예를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이 기판(300) 상에 마스크(310)를 형성한다(S210). 질화물(GaN) 반도체의 경우 동종 기판이 없으므로, 사파이어(Al₂O₃) 기판을 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 마스크(310)는 SiO₂ 등의 옥사이드(Oxide) 마스크를 사용할 수 있다. 후술할 식각 공정 이후에 마스크(310)에 의하여 각각의 질화물 반도체가 구분되어야 하므로, 각각의 마스크(310)는 충분한 폭을 가져야 하며 적어도 20 마이크로 미터(㎛) 이상의 폭을 가지는 것이 바람직하다. 그리고, 공정 상의 효율을 위하여 마스크(310)는 폭이 50 마이크로 미터 이하인 것이 바람직하다. 3차원에서 도시하면 상술한 마스크(310)는 가로와 세로의 길이가 각각 20 마이크로 미터 이상이고 50 마이크로 미터 이하일 것이다.

이어서 기판을 선택적으로 식각하는데(S220), 도 3b에 도시된 바와 같이 기판(300) 중 마스크(310)가 형성되지 않은 부분을 식각하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 건식 공정으로 식각하여야 한다. 그리고, 질화물 반도체층이 5 마이크로 미터의 두께까지 성장되는 점을 고려하면, 기판(300)은 2 마이크로 미터 미만의 깊이만큼 식각될 수 있다. 그리고, 각각의 질화물 반도체층을 분리하여 성장시켜야 함을 고려하면 1000 옹스트롱(Å) 이상의 깊이로 식각되는 것이 바람직하다. 이 때, 식각되는 깊이가 깊을수록 각각의 발광 다이오드 소자의 분리에는 유리하나, 공정 상의 효율이 문제될 수 있다. 그리고, 질화물 반도체층이 5 마이크로 미터 정도의 두께까지 성장되는 점을 고려하면, 기판(300)은 2 마이크로 미터 정도의 두께까지 식각될 수 있다.

이어서 도 3c에 도시된 바와 같이, 선택적으로 식각된 기판(300) 상에 질화물 반도체층을 성장시키는데(S230), 제 1 전도성 반도체층(n-GaN, 320)과 다중 양자 우물(Multi Quantum Well) 구조의 활성층(330) 및 제 2 전도성 반도체층(p-GaN, 340)을 차례로 성장시키는 것이 바람직하다. 이 때, 질화물 반도체층은 수직 방향으로만 성장하고, 마스크(310)에 의하여 분리되기 때문에 칩(chip) 간의 분리 공정이 필요 없다. 그리고, 본 공정에서 성장되는 질화물 반도체층은 GaN 뿐만 아니라 인듐이나 알루미늄 등이 도핑된 InGaN과 AlGaN 등이 성장될 수 있다. 또한, 도면에 는 도시되지 않았으나 질화물 반도체층과 사파이어 기판(300) 사이에는 버퍼층이 형성될 수도 있다.

그리고, 도 3d에 도시된 바와 같이, 기판(300) 상에 형성된 질화물 반도체 상에 제 1 전극, 즉 p형 전극을 형성한다. 제 1 전극은 ITO(Indium-Tin-Oxide, 350a)로 이루어진 오믹 전극과, 반사 전극(350b) 및 구리 등의 금속 도금층(350c)을 형성하여 이루어지는 것이 바람직하다. 그리고, 각각의 반도체 사이의 빈 공간, 즉 트렌치(trench)에 절연 물질을 채운다. 즉, 식각되어 분리된 면에 보이드(void)가 존재하지 않도록, 폴리이미드(polyimide)나 스핀 온 글래스(spin on glass)또는 포토 레지스트(photo-resist) 등을 채워 트렌치 내의 빈 공간을 제거하는 것이 바람직하다.

즉, 본 발명은 트렌치를 채우는 물질로서 절연 물질(360)을 사용하여, 본딩시 가해지는 열에 의하여 트렌치 내에서 공간이 팽창되지 않으므로 주위의 GaN 층에 충격을 주지 않는다. 그리고, 질화물 반도체층을 성장한 후 식각하던 종래의 기술과는 달리, 처음부터 각각의 질화물 반도체층이 분리되어 성장하므로 식각 공정에서 소자의 계면과의 반응이 없으므로 소자의 전기적 특성과 광학적 특성의 저하를 방지할 수 있다. 그리고, 절연 물질(360)의 절연성으로 인하여 소자와 소자 사이의 전기적 분리(isolation)이 형성되고, 소자의 보호막(protection layer)로 사용될 수 있다.

이어서, 도 3e에 도시된 바와 같이 LLO 공법으로 기판(300)을 분리한다(S240). 이 때, LLO 공정으로 기판(300)의 제거시에 레이저 전파가 마스크(310) 에서 차단되어, 결과적으로 레이저 전파를 기판(300)의 벽계면에서 끝나게 하여 질화물 반도체층의 크랙을 방지할 수 있다. 그리고 LLO 공정을 적용하여 질화물 반도체층을 분리함으로써, 랩핑(Lapping) 공정시에 발생할 수 있는 기계적 스트레스(mechanical stress)를 줄일 수 있다.

그리고, 도 3f에 도시된 바와 같이 기판(300)과 마스크(310)가 모두 제거된 후에, 도 3g에 도시된 바와 같이, 제 1 전극(350c) 상에 청색 테이프 등을 캐리어(carrier) 기판(370)으로 형성하고, 제 1 전도성 반도체층(320) 상에 금속 패드 등의 제 2 전극 즉 n형 전극(380)을 형성한다. 상술한 청색 테이프는 후의 공정에서 팽창되어 각각의 질화물 반도체층이 분리되게 한다. 이어서, 도 3h에 도시된 바와 같이, 각각의 소자 사이에 형성된 S.O.G(스핀 온 글래스) 등의 절연물질(360)을 제거하면 각각의 발광 다이오드 소자가 완성된다.

상술한 본 발명에 따른 발광 다이오드 제조방법의 일실시예는, 각각의 발광 다이오드가 처음부터 분리되어 성장되므로 식각을 통한 분리 공정이 필요없다. 그리고, LLO 공정에서 레이저의 전파가 마스크에 의해 차단되어, 질화물 반도체층에 충격이 가해지는 것을 방지할 수 있다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형이 가능해도 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.

상기에서 설명한 본 발명에 따른 발광 다이오드 제조방법의 효과를 설명하면 다음과 같다.

첫째, LLO 공정에서 레이저의 조사에 따른 충격을 줄여서 GaN 박막과 기판을 제거할 수 있다.

둘째, GaN 발광 다이오드의 공정 수율을 높이고 GaN 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims

기판 상에 마스크를 형성하고, 상기 기판을 선택적으로 식각하여 성장 영역을 설정하는 단계;

상기 기판의 성장 영역 상에 질화물 반도체층을 성장시키는 단계;

상기 기판의 성장 영역 외의 부분에 절연 물질을 채우는 단계; 및

상기 기판과 마스크를 상기 질화물 반도체층으로부터 분리하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 마스크는,

폭이 20~50 마이크로 미터로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 기판을 선택적으로 식각하는 단계는,

상기 마스크가 형성되지 않은 부분의 기판을 1000 옹스트롱 내지 2 마이크로 미터의 깊이로 식각하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 질화물 반도체층을 형성하는 단계는,

제 1 전도성 반도체층과 활성층 및 제 2 전도성 반도체층을 차례로 형성하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 기판과 마스크를 제거하는 단계는,

레이저 리프트 오프법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조방법.
삭제
제 4 항에 있어서,

상기 제 2 전도성 반도체 상에 제 1 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
제 4 항에 있어서,

상기 기판과 마스크를 제거한 후에, 상기 제 1 전도성 반도체 상에 제 2 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 발광 다이오드 제조방법.