KR101283444B1 - 수평형 파워 ｌｅｄ 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수평형 LED 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래 수평형 LED와 수직형 LED 제조방법의 장점을 이용하여 제조함으로써 고출력 및 고효율이 가능한 수평형 파워 LED소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

Description

수평형 파워 ＬＥＤ 소자 및 그 제조방법{Lateral power LED and manufacturing method of the same}
본 발명은 수평형 LED 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래 수평형 LED와 수직형 LED 제조방법의 장점을 이용하여 제조함으로써 고출력 및 고효율이 가능한 수평형 파워 LED소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 수평형 LED 소자의 구조는 도 1a에 도시된 바와 같이, 빛을 발광하는 하나의 활성층(MQWS)과 이를 둘러싼 두 개의 양쪽 클래딩층(p-GaN, n-GaN)으로 이루어진 발광구조물을 기본 형태로 구성된다. 전극에 접한 클래딩층은 각각 n-doping 되거나 p-doping 되어 있는데, 주로 기판과 접한 클래딩층 부분이 n-doping 되어 있고 다른 클래딩층 부분이 p-doping 되어 있다. 도핑된 클래딩층 극성에 맞게 전극을 통하여 전압을 인가하면 n-doping된 클래딩층에서는 전자를, pdoping된 클래딩층에서는 정공을 공급하여 전류가 흐르면서 이들 전자와 정공이 가운데 활성층에서 결합하여 빛을 발광한다. 기판은 발광되는 빛의 파장에 따라 방출되는 빛의 일부를 반사하거나 투과하는데 주로 저열전도성 및 절연성을 갖는 사파이어(Sappire)기판이 사용된다. 이와 같은 구조의 수평형 LED 소자는 수평 Current Spreading이 높고 Current Crowding이 많이 발생하며, 발광이 불균일하고 칩당 발광면적이 감소하여 대면적에 불리하다.
도 1b에 도시된 바와 같이 플립칩형 LED는 사실 수평형 LED를 거꾸로 뒤집어 실리콘 서브마운트 위에 stud bump를 통하여 고정한 형태로, 발광의 기본 구조면에서 보면 수평형 LED와 동일하다. 플립칩 방식의 LED는 기판을 통하여 빛을 방출하게 되므로 기판으로 빠지는 광추출이 향상되어 방열 특성과 고출력 특성이 우수하지만, Sub-mount와 soldering 공정이 추가되어야 한다.
도 1c에 도시된 바와 같이 수직형(thin GaN) LED도 수평형 LED와 같은 발광의 기본 구조에서 식각에 의해 적층된 일부분을 제거하지 않은 원래의 형태를 유지한다. 통상적으로 적층된 윗부분의 클래딩층에 bonding/reflector와 receptor 기판을 차례로 부착한 후, 전극을 형성하고 반대편의 기판을 분리한다. 분리된 기판의 클래딩층에 전극을 형성하면 수직형 LED의 기본 구조가 완성된다. 수직형 LED의 활성층에서 발광된 빛은 아래 면의 반사판에서 수직으로 반사되어 윗부분으로 방출되며, 방열 특성과 고출력 특성이 우수하다. 이와 같은 구조의 수직형 LED 소자는 수직 Current Spreading 이 낮고 Current Crowding이 감소하며, 발광면적이 확대되어 대면적에 유리하지만, 공정이 복잡하고 수율이 저하되는 문제점이 있다.
따라서 종래에 알려진 LED 소자의 단점이 제거된 새로운 구성의 LED 소자 및 그 제조 방법의 개발이 필요한 시점이다.
선행기술문헌
1. 국제공개공보 WO2011/010436(2011. 1.17)
2. 공개특허공보 제10-2008-0018084(2008.2.27)
본 발명자들은 종래 기술의 문제점을 해결하기 연구 노력한 결과 수직형 LED소자의 장점을 수평형 LED소자에 접목함으로써 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 전극으로 인한 발광면적 감소를 최소화할 수 있어 고출력 및 고효율을 나타낼 수 있는 구조의 수평형 파워 LED 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 n clad 층 두께를 유지할 수 있어 current Spreading에 유리하므로 고출력 및 고효율을 나타낼 수 있는 구조의 수평형 파워 LED 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 N-전극이 기존의 Ga-face에 형성되어 낮은 Vf 가능하므로 고출력 및 고효율을 나타낼 수 있는 구조의 수평형 파워 LED 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 Current Spreading이 수평으로 이루어지나 전체적인 Spreading은 매립되어 있는 Grid형 전극으로 이루어져 current crowding 현상이 나타나지 않으므로 고출력 및 고효율을 나타낼 수 있는 구조의 수평형 파워 LED 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 금속 기판으로 형성되어 기존 수직형 Chip의 특성을 가지고 Sub-mount나 Sodering 공정이 없는 플립 Chip 특성도 가지며, 요철 형성도 가능하여 광추출 효율의 향상을 기대할 수 있으므로 고출력 및 고효율을 나타낼 수 있는 구조의 수평형 파워 LED 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술된 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 n형 질화갈륨계 반도체층(n-GaN층), 활성층 및 p형 질화갈륨계 반도체층(p-GaN층)이 순차적으로 적층된 발광 구조물; 상기 발광 구조물의 p-GaN층 중 상기 활성층과 인접하지 않는 표면상에 형성된 p형 전극; 상기 발광 구조물의 n-GaN층 중 상기 활성층과 인접하는 이면상에 형성된 n형 전극; 상기 p형 전극이 노출되도록 상기 발광구조물의 p-GaN층 표면 측 전면에 형성된 절연막; 상기 절연막 및 p형 전극을 덮도록 형성된 금속기판; 및 상기 발광 구조물의 n-GaN층 표면에 형성되는 관통홀을 통해 상기 n형 전극과 연결되도록 형성된 n-pad;를 포함하는 수평형 파워 LED소자를 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 n-pad가 형성된 관통홀을 제외한 상기 발광 구조물의 n-GaN층 표면에 형성된 요철을 더 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 절연막 및 p형 전극과 상기 금속기판 사이에 형성된 시드(seed)층을 더 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 시드층은 상기 p형 전극이 투명전극인 경우 반사막층으로 사용된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 금속기판은 구리(Cu), 니켈, 금(Au), 몰리브덴(Mo) 중 하나 이상을 포함한다.
또한, 본 발명은 기판 상에 n형 질화갈륨계 반도체층(n-GaN층), 활성층 및 p형 질화갈륨계 반도체층(p-GaN층)이 순차적으로 적층된 발광 구조물을 형성하는 발광구조물형성단계; 상기 n-GaN층이 노출되고, 기 설정된 칩 크기에 해당하는 분리부가 형성되게 상기 기판이 노출되도록 상기 발광구조물을 식각하는 발광구조물식각단계; 상기 p-GaN층상에 p형 전극을 형성하고, 상기 노출된 n-GaN층상에 n형 전극을 형성하는 전극형성단계; 상기 p-GaN층 및 상기 노출된 n-GaN층을 덮도록 절연막을 증착한 후 상기 p-GaN층상에 형성된 p형 전극이 노출되도록 상기 증착된 절연막을 식각하는 절연막형성단계; 상기 절연막 및 상기 p형 전극을 덮도록 금속기판을 형성하는 금속기판형성단계; 상기 발광구조물로부터 기판을 제거하는 기판제거단계; 및 상기 발광 구조물의 n-GaN층 측 표면으로부터 상기 n형 전극과 연결되는 관통홀을 형성하고, 상기 관통홀을 통해 상기 n형 전극과 연결되도록 n-pad를 증착하는 n-pad형성단계; 를 포함하는 수평형 파워 LED 소자 제조방법을 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 n-pad형성단계를 수행하기 전 또는 수행한 후 상기 발광구조물의 n-GaN층 측 표면에 요철을 형성하는 요철형성단계를 더 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 금속기판형성단계를 수행하기 전에 상기 절연막 및 p형 전극을 덮도록 시드(seed)층을 형성하는 단계를 더 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 발광구조물식각단계는 상기 p-GaN층을 중심부에 두고 상기 n-GaN층이 노출되도록 p-GaN 층 및 활성층을 식각한 후, 상기 노출된 n-GaN층의 단부측으로 분리부가 형성되게 상기 기판이 노출되도록 식각하여 수행된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 발광구조물식각단계는 상기 분리부가 형성되게 상기 기판이 노출되도록 식각한 후 상기 발광구조물의 n-GaN층의 일부만 노출되도록 식각하여 수행된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 분리부를 절단하여 별개의 칩을 형성하는 단계를 더 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 금속기판은 구리(Cu), 니켈, 금(Au), 몰리브덴(Mo) 중 하나 이상을 포함한다.
본 발명은 다음과 같이 우수한 효과를 갖는다.
먼저, 본 발명의 수평형 파워 LED 소자 및 그 제조방법에 의하면 전극으로 인한 발광면적 감소를 최소화할 수 있어 고출력 및 고효율을 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명의 수평형 파워 LED 소자 및 그 제조방법에 의하면 n clad 층 두께를 유지할 수 있어 고출력 및 고효율을 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명의 수평형 파워 LED 소자 및 그 제조방법에 의하면 N-전극이 기존의 Ga-face에 형성되어 낮은 Vf 가능하여 고출력 및 고효율을 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명의 수평형 파워 LED 소자 및 그 제조방법에 의하면 Current Spreading이 수평으로 이루어지나 전체적인 Spreading은 매립되어 있는 Grid형 전극으로 이루어져 current crowding 현상이 나타나지 않으므로 고출력 및 고효율을 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명의 수평형 파워 LED 소자 및 그 제조방법에 의하면 금속 기판으로 형성되어 기존 수직형 Chip의 특성을 가지고 Sub-mount나 Sodering 공정이 없는 플립 Chip 특성도 가지며, 요철 형성도 가능하여 광추출 효율의 향상을 기대할 수 있어 고출력 및 고효율을 나타낼 수 있다.
도 1a 및 도 1c는 각각 수평형 LED소자, 플립칩형 LED 소자 및 수직형 LED 소자의 개요를 나타내는 개략사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수평형 파워 LED 소자를 나타내는 분리 사시도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 수평형 파워 LED 소자 제조 방법을 나타내는 흐름도.
도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 수평형 파워 LED 소자를 제조하는 구체적인 공정을 나타내는 단면도 및 평면도.
도 4a 내지 도 4h는 도 2의 수평형 파워 LED 소자를 제조하는 구체적인 공정을 나타내는 단면도 및 평면도.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 본 발명을 설명하기 위해 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명의 기술적 특징은 수평형 LED소자를 제조함에 있어 수직형 LED소자를 제조하는 방법을 차용함으로써 전극으로 인한 발광면적 감소를 최소화하고, n clad 층 두께를 유지할 수 있으며, N-전극을 기존의 Ga-face에 형성할 수 있고, 금속기판으로 형성된 구조를 갖게 되므로 고출력 및 고효율을 갖는 수평형 파워 LED소자 및 그 제조방법에 있다.
따라서, 본 발명의 수평형 파워 LED소자는 n형 질화갈륨계 반도체층(n-GaN층), 활성층 및 p형 질화갈륨계 반도체층(p-GaN층)이 순차적으로 적층된 발광 구조물; 상기 발광 구조물의 p-GaN층 중 상기 활성층과 인접하지 않는 표면상에 형성된 p형 전극; 상기 발광 구조물의 n-GaN층 중 상기 활성층과 인접하는 이면상에 형성된 n형 전극; 상기 p형 전극이 노출되도록 상기 발광구조물의 p-GaN층 표면 측 전면에 형성된 절연막; 상기 절연막 및 p형 전극을 덮도록 형성된 금속기판; 및 상기 발광 구조물의 n-GaN층 표면에 형성되는 관통홀을 통해 상기 n형 전극과 연결되도록 형성된 n-pad;를 포함한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수평형 파워 LED소자의 대략적인 개요가 도시된 분리 사시도인 도 2를 참조하면, 측면상으로 수평형 파워 LED소자(100)는 금속기판(150)상에 절연막(140)이 형성된 구조임을 알 수 있다. 특히 발광구조물(110)은 수평형 파워 LED소자(100)의 상부중심측에 위치하도록 형성되고 있는데, 발광구조물(110)의 측면 및 하부 일면이 절연막에 둘러싸여 있고, 절연막으로 둘러싸여 있지 않은 하부에는 p형 전극이 형성되어 있으며, 발광구조물(110)의 n-GaN층(111)이 절연막(140)에 둘러싸인 형태로 수평형 파워 LED소자(100)의 상부면을 이루는 구조임을 알 수 있다.
발광 구조물(110)은 에피(epi) 층이라고도 불리우며, n형 질화갈륨계 반도체층(n-GaN층, 111), 활성층(112) 및 p형 질화갈륨계 반도체층(p-GaN층, 113)이 순차적으로 적층된 반도체층이다.
이때, n-GaN층(111), 활성층(112) 및 p-GaN층(113)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤x≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 질화갈륨계 반도체 물질일 수 있으며, 유기금속화학 증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD) 또는 분자선 결정 성장시스템(Molecular Beam Epitaxy, MBE) 공정과 같은 공지의 질화물 증착공정을 통해 형성될 수 있다. 그리고 활성층(112)은 양자우물이 여러 개 적층되어 있는 다중양자우물(Multi Quantum Well) 또는 단일양자우물 중 어느 하나의 구조로 형성될 수 있다.
이와 같이 발광구조물(110)은 상부에서 하부측으로 n-GaN층(111), 활성층(112) 및 p-GaN층(113)이 순차적으로 적층된 구조로서, p-GaN층(111) 중 활성층(112)에 인접하지 않는 표면상에 p형 전극(120)이 형성되고, n-GaN층 중 활성층(112)에 인접하는 이면 상에 n형 전극(130)이 형성되며, n형 전극(130)이 발광구조물(110) 특히 n-GaN층(111) 하부에 매립되는 형태로 구성되므로 발광 구조물(110)의 n-GaN층(111)표면 즉 수평형 파워 LED소자(100)의 상부면에 형성되는 관통홀을 통해 n형 전극(111)과 연결되도록 n-pad(160)가 형성된다.
금속기판(150)은 구리(Cu), 니켈, 금(Au), 몰리브덴(Mo) 중 하나 이상을 포함하여 형성될 수 있는데, 특히 구리(Cu)층, 니켈(Ni)층, 구리(Cu)/금(Au)층, 니켈(Ni)/금(Au)층, 구리(Cu)/니켈(Ni)/금(Au)층, 니켈(Ni)/구리(Cu)/금(Au)층, 니켈(Ni)/몰리브덴(Mo)/니켈(Ni)/금(Au)층일 수 있다.
또한, 금속기판(150)은 반도체 구조를 지지할 수 있는 충분한 두께로 형성되고, 최종적으로 각각 단위 LED 소자로 분리하기 위해 레이저 스크라이빙(laser scribing) 공정을 포함한 절단공정을 수행할 때 레이저 등 절단장치에 의해 직접 노치가 형성되는 면을 제공하여 발광 구조물(110)이 손상되는 것을 방지한다.
또한, 도시하지는 않았지만, n-GaN층(111)의 표면에는 표면 거칠기 공정을 통해 광추출 효율성을 증가시켜 광자 탈출 각도가 최적화되도록 구성된 요철(114)이 더 형성될 수 있다.
즉, 발광 구조물(110)의 상부면이 편평할 경우 발광 구조물(110)의 상부면과 수직하거나 비슷한 각을 가지고 외부로 나가는 빛은 대부분 반사되어 외부로 추출될 수 없지만, 상부면에 요철을 형성하게 되면 빛이 외부로 추출될 때 상부면과 가지는 탈출 각을 줄일 수 있어 다시 말해, 외부 광추출효율을 높여 수평형 LED 칩의 발광효율을 높일 수 있기 때문이다.
한편, 도시하지는 않았지만 절연막(140) 및 p형 전극(120)과 금속기판(150) 사이에 형성된 시드(seed)층이 더 포함될 수 있는데, 시드층의 유무는 금속기판(150)의 형성방법에 따라 달라질 수 있는데, 금속기판(150)이 도금공정에 의해 형성되는 경우 시드층이 포함되는 것이 바람직하다. 선택적으로 본 발명의 수평형 파워 LED소자에서 p형 전극이 투명전극인 경우 시드층은 반사막층으로 사용되도록 형성될 수 있다.
그 결과, 본 발명에 따른 수평형 파워 LED소자(100)의 구조에 의하면 n-pad(160)만으로 전류가 주입되고 그리드형을 포함하여 일정형태로 형성된 n-전극(130)은 매립된 형태가 되므로 전극으로 인한 발광면적 감소를 최소화할 수 있다.
즉 본 발명의 수평형 파워 LED소자는 기존 수직형 Chip이 대면적화 되면서 Current Spreading을 원활하게 하기 위해 발광면에 grid pattern으로 n형 전극을 형성하고 있어 발생할 수 있는 발광면적감소를 제거할 수 있는 구조를 갖게 되기 때문이다.
또한, Current Spreading이 수평으로 이루어지나 전체적인 Spreading은 매립되어 있는 Grid형 전극으로 이루어져 current crowding 현상은 없으며, 금속기판(150)으로 형성되어 기존 수직형 Chip의 특성을 가지고 Sub-mount나 Soldering 공정이 없는 플립 Chip 특성도 가지게 되는 것을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 수평형 파워 LED 소자 제조 방법을 나타내는 흐름도이고, 도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 수평형 파워 LED 소자를 제조하는 구체적인 공정을 나타내는 단면도 및 평면도이고, 도 4a 내지 도 4h는 도 2의 수평형 파워 LED 소자를 제조하는 구체적인 공정을 나타내는 단면도 및 평면도이다.
도 3을 참조하여, 본 발명의 수평형 파워 LED 소자 제조방법을 구체적으로 설명하기로 한다. 먼저 본 발명의 수평형 파워 LED소자 제조방법은 발광구조물형성단계(S210), 발광구조물식각단계(S220), 전극형성단계(S230), 절연막형성단계(S240), 금속기판형성단계(S250), 기판제거단계(S260), n-pad형성단계(S270)을 포함한다. 다수개의 칩을 형성한 경우에는 절단단계(S280)를 더 포함할 수 있다.
먼저, 발광구조물형성단계(S210)가 수행되는데, 발광구조물형성단계(S210)는 기판 상에 n형 질화갈륨계 반도체층(n-GaN층), 활성층 및 p형 질화갈륨계 반도체층(p-GaN층)이 순차적으로 적층된 발광 구조물을 형성하는 단계이다.
도 4a에 도시된 바와 같이 기판(101)을 준비한다. 기판(101)은 사파이어를 포함하는 투명한 재료를 이용하여 형성하며, 사파이어 이외에 징크옥사이드(ZnO), 갈륨 나이트라이드(GaN), 실리콘 카바이드(SiC) 및 알루미늄 나이트라이드(AIN)를 사용할 수 있다. 그리고 기판(101) 상에 n-GaN층(111), 활성층(112) 및 p-GaN층(113)을 순차적으로 적층한다.
경우에 따라서는 n-GaN층(111)을 형성하기 전에 기판(101) 상에 도핑되지 않는 질화갈륨계 반도체층(u-GaN층, 미도시)을 더 형성할 수도 있다. 또한 발광 구조물(110) 즉 에피층의 특성을 향상시키고, 이후의 공정에서 기판(101)을 제거할 때 에피층의 손실을 최소화하기 위해 기판(101)상에 u-GaN층(미도시)을 적층하기 전에 버퍼층(미도시)을 추가로 더 적층할 수도 있다.
다음으로, 발광구조물식각단계(S220)가 수행되는데, 발광구조물식각단계(S220)는 n-GaN층(111)이 노출되고, 기 설정된 칩 크기에 해당하는 분리부가 형성되게 기판(101)이 노출되도록 발광구조물(110)을 식각하는 단계이다.
도 4b에 도시된 바와 같이, p-GaN층(113)을 중심부에 두고 n-GaN층(111)이 노출되도록 p-GaN 층(113) 및 활성층(112)을 식각한 후, 노출된 n-GaN층(111)의 단부측으로 분리부가 형성되게 기판(101)이 노출되도록 식각한다. 이 때 n-GaN층(111)의 노출 형상은 n형 전극을 형성하고자 하는 패턴에 따라 결정되는데 평면도에 도시된 바와 같이 그리드 형상으로 n-GaN층(111)이 노출되도록 p-GaN 층(113) 및 활성층(112)이 식각되었으며, 노출된 n-GaN층의 단부를 둘러싸도록 분리부가 형성되게 기판(101)이 노출되도록 식각되었음을 알 수 있다.
도시하지는 않았지만 발광구조물식각단계(S220)는 분리부가 형성되게 기판(101)이 노출되도록 식각한 후 발광구조물(110)의 n-GaN층(111)의 일부만 노출되도록 식각하여 수행될 수도 있다. 즉 먼저 기판(101)이 노출되도록 발광구조물(110)을 칩 크기로 식각한 다음, 식각되어 n-GaN층(111), 활성층(112), 및 p-GaN층(113)의 적층된 측면이 노출된 상태에서 p-GaN층(113)을 식각하지 않고, 활성층(112)에 홀을 형성하는 등의 방식으로 n-GaN층(111)이 노출되도록 식각할 수도 있기 때문이다. 이 경우 최종적으로 LED소자가 완성된 상태에서 n-GaN층(111)과 p-GaN층(113)은 동일한 면적을 갖게 된다.
다음으로, 전극형성단계(S230)가 수행되는데, 전극형성단계(S230)는 p-GaN층(113)상에 p형 전극(120)을 형성하고, 노출된 n-GaN층(111)상에 n형 전극(130)을 형성하는 단계이다.
도 4c에 도시된 바와 같이, p형 전극(120)과 n형 전극(130)을 형성하는데, p형 전극(120)과 n형 전극(130)은 각각 순서에 무관하게 다른 시점에서 형성될 수도 있고 동시에 형성될 수도 있다. 여기서, n형 전극(130)은 발광구조물식각단계(S220)에서 노출된 n-GaN층(111) 형상에 따라 그리드 형상으로 형성될 수 있다.
다음으로, 절연막형성단계(S240)가 수행되는데, 절연막형성단계(S240)는 p-GaN층(113) 및 노출된 n-GaN층(111)을 덮도록 절연막(140)을 증착한 후 p-GaN층상(113)에 형성된 p형 전극(120)이 노출되도록 증착된 절연막(140)을 식각하는 단계이다.
도 4d에 도시된 바와 같이, 절연막형성단계(S40)가 수행되면 기판(101)이 노출되어 형성된 분리부까지도 절연막(140)으로 덮여서 평면도에서 알 수 있듯이 p형전극(120)과 절연막(140)만을 관찰할 수 있게 된다.
다음으로, 금속기판형성단계(S250)가 수행되는데, 금속기판형성단계(S250)는 절연막(140) 및 p형 전극(120)을 덮도록 금속기판을 형성하는 단계이다.
도 4e에 도시된 바와 같이, 금속기판형성단계(S250)가 수행되면 하부에 위치한 기판(101)과 평행한 상면을 갖도록 일정 두께의 금속기판이 발광구조물(110)을 덮도록 형성되는 것을 알 수 있다. 금속기판(150)은 여러 가지 방법으로 형성될 수 있는데, 도금공정으로 형성하는 경우에는 도시하지는 않았지만 금속기판형성단계(S250)를 수행하기 전에 도금공정을 용이하게 수행할 수 있도록 절연막(140) 및 p형 전극(120)을 덮도록 시드(seed)층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 시드층이 형성되면 p형 전극이 투명전극인 경우 반사막층으로 사용될 수 있다.
다음으로, 기판제거단계(S260)가 수행되는데, 기판제거단계(S260)는 발광구조물(110)로부터 기판(101)을 제거하는 단계이다.
도 4f에 도시된 바와 같이, 기판제거단계(S260)가 수행되면, 이후 공정을 수월하게 하기 위해 발광구조물(110)이 상부면이 되고, 금속기판(150)이 하부면이 되도록 뒤집어 배치하는 것이 바람직하다. 기판(101)의 제거는 공지된 방식으로 수행될 수 있으며 레이저를 이용하는 레이저 리프트 오프 방식(LLO) 또는 화학적 리프트 오프 방식(Chemical Lift Off; CLO)을 통해 이루어지는 것이 바람직 한데, 생산성을 고려할 때 LLO 방식이 보다 유리하다.
다음으로, n-pad형성단계(S270)가 수행되는데, n-pad형성단계(S270)는 발광 구조물(110)의 n-GaN층(111) 측 표면 즉 상부면으로부터 n형 전극(130)과 연결되는 관통홀을 형성하고, 관통홀을 통해 n형 전극(130)과 연결되도록 n-pad(160)를 증착하는 단계이다.
도 4g에 도시된 바와 같이, n-pad형성단계(S270)가 수행되면 본 발명의 다른 실시예에 따른 수평형 파워 LED소자가 완성되었다고 볼 수 있다. 즉 n-pad(160)가 형성되면 발광구조물(110)에 매립되어 형성된 n형 전극에 n-pad를 통해 전류를 주입할 수 있게 되기 때문이다.
따라서, 기존 수직형 LED 소자는 사파이어 기판을 제거하고 n-GaN 층을 노출시키기 위해 상당부분 식각을 수행하여 Current spreading을 위한 n Clad층의 손실이 있지만 본 발명과 같은 제조방법에 따른 n clad 층 두께를 유지할 수 있어 current Spreading에 유리하다. 또한, 기판(101) 제거 후 노출된 n-GaN층의 표면은 N-face polarity를 가져 기존의 Ga-face polarity 면에서의 오믹형성과 기구적 차이가 있어 n-오믹 전극형성에 대한 손실이 있지만, n형 전극은 기존의 Ga-face에 형성되어 낮은 Vf 가능하다.
선택적으로, 도 3에 도시하지는 않았으나 도 4h에 도시한 바와 같이 n-pad형성단계(S270)를 수행하기 이전 또는 이후에 발광구조물(110)의 n-GaN층(111) 측 표면에 요철(114)을 형성하는 요철형성단계를 더 수행할 수 있다.
도 4h에 도시한 바와 같이, 발광 구조물(110)의 상부면 즉 n-GaN층(111) 표면에 광자 탈출 각도를 최적화하기 위한 요철(114)을 형성하는데, 예를 들어 습식식각을 통해 요철(114)을 형성할 수 있으며, 요철(114)의 형태는 도시된 삼각형 이외에 마름모 형상 등과 같은 다각형 형상 또는 랜덤한 형상으로 형성될 수 있고 특정 형상으로 한정되지는 않는다.
마지막으로 도 3에 도시된 바와 같이 도 4a 내지 도 4g 또는 도 4a 내지 도 4h의 공정을 다수개의 칩을 형성하기 위해 수행한 경우에는 각각의 발광 구조물(110)을 포함하도록 분리부를 커팅하여 단위 LED 소자(100)로 각각 분리한다. 커팅은 레이저 스크라이빙(laser scribing) 또는 휠 커팅에 의해 수행될 수 있다.
이와 같은 과정(도 4a 내지 도 4h)을 통해 도 2에 도시된 바와 같은 수평형 파워 LED 소자(100)가 제조될 수 있다.
상술된 제조방법으로 제조된 본 발명의 수평형 파워 LED 소자는 전극으로 인한 발광면적 감소를 최소화하고, n clad 층 두께를 유지할 수 있으며, N-전극을 기존의 Ga-face에 형성할 수 있고, 금속기판으로 형성된 구조를 가질 뿐만 아니라, 발광 구조물의 상면에 요철이 형성되어 빛의 반사율을 줄임으로서 활성층에서 형성된 빛이 외부로 나오는 광추출효율을 증대시킬 수 있으므로 고출력 및 고효율을 가질 수 있게 된다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
100 : 수평형 파워 LED 소자 101 : 기판
110 : 발광 구조물 111 : n-GaN층
112 : 활성층 113 : p-GaN층
114 : 요철 120 : p형 전극
130 : n형 전극 140 : 절연막
150 : 금속기판 160 : n-pad

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 기판 상에 n형 질화갈륨계 반도체층(n-GaN층), 활성층 및 p형 질화갈륨계 반도체층(p-GaN층)이 순차적으로 적층된 발광 구조물을 형성하는 발광구조물형성단계;
    상기 n-GaN층이 노출되고, 기 설정된 칩 크기에 해당하는 분리부가 형성되게 상기 기판이 노출되도록 상기 발광구조물을 식각하는 발광구조물식각단계;
    상기 p-GaN층상에 p형 전극을 형성하고, 상기 노출된 n-GaN층상에 n형 전극을 형성하는 전극형성단계;
    상기 p-GaN층 및 상기 노출된 n-GaN층을 덮도록 절연막을 증착한 후 상기 p-GaN층상에 형성된 p형 전극이 노출되도록 상기 증착된 절연막을 식각하는 절연막형성단계;
    상기 절연막 및 상기 p형 전극을 덮도록 금속기판을 형성하는 금속기판형성단계;
    상기 발광구조물로부터 기판을 제거하는 기판제거단계; 및
    상기 발광 구조물의 n-GaN층 측 표면으로부터 상기 n형 전극과 연결되는 관통홀을 형성하고, 상기 관통홀을 통해 상기 n형 전극과 연결되도록 n-pad를 증착하는 n-pad형성단계; 를 포함하는데,
    상기 발광구조물식각단계는 상기 p-GaN층을 중심부에 두고 상기 n-GaN층이 노출되도록 p-GaN 층 및 활성층을 식각한 후, 상기 노출된 n-GaN층의 단부측으로 분리부가 형성되게 상기 기판이 노출되도록 식각하여 수행되는 것을 수평형 파워 LED 소자 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 n-pad형성단계를 수행하기 전 또는 수행한 후 상기 발광구조물의 n-GaN층 측 표면에 요철을 형성하는 요철형성단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수평형 파워 LED 소자 제조방법.

  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 금속기판형성단계를 수행하기 전에 상기 절연막 및 p형 전극을 덮도록 시드(seed)층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수평형 파워 LED 소자 제조방법.
  9. 삭제
  10. 기판 상에 n형 질화갈륨계 반도체층(n-GaN층), 활성층 및 p형 질화갈륨계 반도체층(p-GaN층)이 순차적으로 적층된 발광 구조물을 형성하는 발광구조물형성단계;
    상기 n-GaN층이 노출되고, 기 설정된 칩 크기에 해당하는 분리부가 형성되게 상기 기판이 노출되도록 상기 발광구조물을 식각하는 발광구조물식각단계;
    상기 p-GaN층상에 p형 전극을 형성하고, 상기 노출된 n-GaN층상에 n형 전극을 형성하는 전극형성단계;
    상기 p-GaN층 및 상기 노출된 n-GaN층을 덮도록 절연막을 증착한 후 상기 p-GaN층상에 형성된 p형 전극이 노출되도록 상기 증착된 절연막을 식각하는 절연막형성단계;
    상기 절연막 및 상기 p형 전극을 덮도록 금속기판을 형성하는 금속기판형성단계;
    상기 발광구조물로부터 기판을 제거하는 기판제거단계; 및
    상기 발광 구조물의 n-GaN층 측 표면으로부터 상기 n형 전극과 연결되는 관통홀을 형성하고, 상기 관통홀을 통해 상기 n형 전극과 연결되도록 n-pad를 증착하는 n-pad형성단계; 를 포함하는데,
    상기 발광구조물식각단계는 상기 분리부가 형성되게 상기 기판이 노출되도록 식각한 후 상기 발광구조물의 n-GaN층의 일부만 노출되도록 식각하여 수행되는 것을 특징으로 하는 수평형 파워 LED 소자 제조방법.
  11. 제 6 항, 제 7 항, 및 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리부를 절단하여 별개의 칩을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수평형 파워 LED 소자 제조방법.
  12. 제 6 항, 제 7 항, 및 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속기판은 구리(Cu), 니켈, 금(Au), 몰리브덴(Mo) 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 수평형 파워 LED 소자 제조방법.
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