KR101330253B1

KR101330253B1 - 발광 다이오드 제조방법

Info

Publication number: KR101330253B1
Application number: KR20070029631A
Authority: KR
Inventors: 윤여진; 김창연
Original assignee: 서울바이오시스 주식회사
Priority date: 2007-03-27
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2013-11-15
Also published as: KR20080087420A

Abstract

본 발명은 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판상에 하부 반도체층, 활성층 및 상부 반도체층을 포함하는 화합물 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 화합물 반도체층이 형성된 기판을 칩단위로 다이싱하는 단계와, 상기 다이싱된 기판의 측벽 표면을 초경질 분말을 이용하여 거칠게 처리하는 단계를 포함하는 발광 다이오드 제조방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 초결정 분말을 발광 다이오드의 기판 측벽에 마찰시켜 기판 측벽을 거칠게 표면 처리함으로써 활성층에서 발광되어 기판쪽으로 진행한 광을 효과적으로 외부로 방출시킬 수 있다. 이에 따라 발광 다이오드의 광추출 효과를 개선할 수 있다.

발광 다이오드, 반도체층, 발광 효율, 전반사, 러프닝, 표면처리,

Description

발광 다이오드 제조방법{METHOD OF FABRICATING LIGHT EMITTING DIODE}

도 1은 일반적인 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조되는 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발광 다이오드의 제조방법을 설명하기 위한 도면.

본 발명은 발광 다이오드 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 발광 다이오드의 측벽 표면이 거칠게 처리된 발광 다이오드 제조방법에 관한 것이다.

대표적인 발광 소자인 발광 다이오드는 N형 반도체와 P형 반도체가 서로 접합된 구조를 가지는 광전변환 반도체 소자로서, 전자와 정공의 재결합에 의하여 빛을 발산하도록 구성된다.

위와 같은 발광 다이오드로는 GaN계 발광 다이오드가 공지되어 있다. GaN계 발광 다이오드는 예컨대, 사파이어 또는 SiC 등의 소재로 이루어진 기판 위에 GaN계의 N형 반도체층, 활성층(또는, 발광층), P형 반도체층을 순차적으로 적층하고, 투명전극을 형성하여 제조된다.

도 1은 일반적인 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.

이와 같은 발광 다이오드는 기판(10)위에 반도체층(21 - 23)을 형성한 다음, 금속 배선을 형성하고 식각공정을 거쳐서 패드를 형성한 다음, 다이아몬드 스크라이빙 또는 레이저 스크라이빙을 통하여 칩단위로 분리하여 개별 발광 다이오드로 완성된다.

이때, 스크라이빙에 의해 개별 발광 다이오드로 분리할 경우 각 개별 발광 다이오드 기판(10)의 측벽은 평탄한 표면을 가지게 된다.

기판(10)의 측벽이 평탄한 표면을 가짐에 따라 활성층(22)에서 발생된 광중에서 기판(10)쪽으로 진행하는 광은 기판의 바닥면에서 기판(10)의 측벽으로 반사되는 경우, 기판(10)의 측벽을 투과하여 방출되지 못하고 평탄한 표면에서 전반사되어 기판(10)내부에서 소멸됨으로써, 발광 다이오드의 광추출 효율이 낮아지게 되는 문제점이 발생된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 광추출 효율이 높은 발광 다이오드 제조방법을 제공하는 데 있다.

이러한 기술적 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 제조방법은 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판상에 하부 반도체층, 활성층 및 상부 반도체층을 포함하는 화합물 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 화합물 반도체층이 형성된 기판을 칩단위로 다이싱하는 단계와, 상기 다이싱된 기판의 측벽 표면을 초경질 분말을 이용하여 거칠게 처리하는 단계를 포함한다.

상기 바람직하게 처리 단계는, 상기 초경질 분말을 용매에 혼입하여 준비하는 단계와, 상기 칩단위로 다이싱된 기판을 초음파 반응기내에 위치시키는 단계와, 상기 용매에 혼입된 초경질 분말을 상기 초음파 반응기내에 넣은 후 초음파를 발생시켜 상기 초경질 분말을 활성화시켜 활성된 초경질 분말에 의해 상기 기판의 측벽 표면을 거칠게 표면처리하는 단계를 포함한다.

상기 초경질 분말은 다이아몬드, SiC, cBN(cubic Boron Nitride), DLC(Diamond like cubic)중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

바람직하게 초경질 분말의 크기는 1㎛ 이상이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조되는 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.

도 2를 참조하면, 기판(100) 상에 반도체층들(210 - 230)이 위치한다. 기판(100)은 절연 또는 도전성 기판일 수 있다. 기판(100)은 사파이어(Al₂O₃), 탄화실리콘(SiC), 산화아연(ZnO), 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs), 갈륨인(GaP), 리튬-알루미나(LiAl₂O₃), 질화붕소(BN), 질화알루미늄(AlN) 또는 질화갈륨(GaN) 기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 기판(100) 상에 형성될 반도체층의 물질에 따라 다양하게 선택될 수 있다. 또한, 기판(100)은 그 상부면 및/또는 하부면이 패터닝된 기판일 수 있다.

기판(100)의 측벽(110)은 거친 표면을 가지고 있다.

반도체층들(210 - 230)은 하부 반도체층(210), 하부 반도체층의 일영역 상에 위치하는 상부 반도체층(230) 및 하부 반도체층(210)과 상부 반도체층(230) 사이에 개재된 활성층(220)을 포함한다. 여기서, 하부 및 상부 반도체층(210, 230)은 각각 n형 및 p형, 또는 p형 및 n형이다.

하부 반도체층(210), 활성층(220) 및 상부 반도체층(220)은 각각 질화갈륨 계열의 반도체 물질 즉, (B, Al, In, Ga)N으로 형성될 수 있다. 활성층(220)은 요구되는 파장의 광 예컨대 자외선 또는 청색광을 방출하도록 조성 원소 및 조성비가 결정되며, 하부 반도체층(210) 및 상부 반도체층(230)은 활성층(220)에 비해 밴드갭이 큰 물질로 형성된다.

하부 반도체층(210) 및/또는 상부 반도체층(230)은, 도시한 바와 같이, 단일층으로 형성될 수 있으나, 다층 구조로 형성될 수도 있다. 또한, 활성층(220)은 단일 양자웰 또는 다중 양자웰 구조를 가질 수 있다.

한편, 반도체층들(210 - 230)과 기판(100) 사이에 버퍼층(미도시됨)이 개재될 수 있다. 버퍼층은 기판(100)과 그 위에 형성될 하부 반도체층(210)의 격자부정합을 완화시키기 위해 채택된다.

한편, 하부 반도체층(210)에 전극패드(미도시됨)가 형성될 수 있다. 전극패드는 하부 반도체층(210)에 오믹콘택된다. 그리고, 배선(미도시)이 전극패드에 접촉되어 하부 반도체층(210)에 전기적으로 연결된다.

또한, 투명전극층(미도시됨)이 상부 반도체층(230)에 형성될 수 있다. 투명전극층은 활성층(220)에서 생성된 광을 투과시키며, 상부 반도체층(230)에 전류를 분산시키어 공급한다. 한편, 투명전극층 상에 전극패드가 더 형성될 수 있으며, 와이어(미도시)가 전극패드에 본딩된다.

기판(100)의 측벽(110)이 거친 표면을 가지도록 형성되어 있음에 따라, 활성층(220)에서 발광되어 기판(100)쪽으로 진행하는 광은 측벽(110)에서 전반사되지 않고 측벽(110)의 거친 표면을 통해 효과적으로 방출될 수 있다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발광 다이오드의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.

기판(100)을 준비한다. 기판(110)은 예컨대 사파이어 기판 또는 탄화실리콘 기판일 수 있다.

이어서, 기판(100) 상에 하부 반도체층(210), 활성층(220), 상부 반도체층(230)을 형성한다. 상부 반도체층(230) 및 활성층(220)의 일부를 식각하여 하부 반도체층(210)을 노출시킨다. 노출된 하부 반도체층(210) 및 상부 반도체층(230)에 전극(미도시됨)을 형성한다.

이후, 다이아몬드 스크라이빙 또는 레이저 스크라이빙을 통하여 개별 발광 다이오드로 분리한다.

초경질 분말을 준비한다. 초경질 분말은 사파이어의 모스 경도(9)와 동등하거나 그 이상인 물질로써 다이아몬드, SiC, cBN(cubic Boron Nitride), DLC(Diamond like cubic)로 1종 혹은 2종 이상의 혼합물로 한다. 이때, 초경질 분말의 크기는 1㎛ 이상의 것으로 한다. 준비한 초경질 분말을 용매에 혼입하여 준비한다.

초음파 반응기를 준비한다. 초음파 반응기는 소닉(sonic), 울트라소닉(ultrasonic), 메가 소닉(megasonic)의 초음파를 발생시키는 초음파 반응기가 사용될 수 있다.

초음파 반응기내에 개별 발광 다이오드를 위치시킨다. 용매에 혼입된 초경질 분말(300)을 반응기내에 넣은 후 초음파를 발생시켜 초경질 분말(300)을 활성화시킨다.

초음파 반응기에서 초음파 진동이 발생되면 초경질 분말(300)들은 초음파 반응기내에서 활성화되어 기판(100)의 측벽(110) 표면을 마찰하게 된다. 초경질 분말(300)의 마찰에 의해 기판(100)의 측벽(110) 표면이 불규칙적으로 마모되어 거칠 게 처리된다.

도면에서는 기판의 측벽이 울퉁불퉁 라운지게 표면 처리되어 있으나 이는 일예를 나타내는 것으로, 표면의 거칠기 및 형상은 초경질 분말(300)의 입자 크기와 초음파 반응기의 초음파 발생시간에 의해 얼마든지 변형이 가능하다.

본 발명의 실시예에 따르면, 초결정 분말을 발광 다이오드의 기판 측벽에 마찰시켜 기판 측벽을 거칠게 표면 처리함으로써 활성층에서 발광되어 기판쪽으로 진행한 광을 효과적으로 외부로 방출시킬 수 있다. 이에 따라 발광 다이오드의 광추출 효과를 개선할 수 있다.

Claims

기판을 준비하는 단계와,

상기 기판상에 하부 반도체층, 활성층 및 상부 반도체층을 포함하는 화합물 반도체층을 형성하는 단계와,

상기 화합물 반도체층이 형성된 기판을 칩단위로 다이싱하는 단계와,

상기 다이싱된 기판의 측벽 표면을 초음파 발생으로 활성화된 초경질 분말을 이용하여 요철 구조를 형성하는 단계를 포함하고,

상기 초경질 분말은 다이아몬드, SiC, cBN(cubic Boron Nitride), DLC(Diamond like cubic)중 적어도 하나를 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
청구항 1에 있어서, 상기 처리 단계는,

상기 초경질 분말을 용매에 혼입하여 준비하는 단계와,

상기 칩단위로 다이싱된 기판을 초음파 반응기내에 위치시키는 단계와,

상기 용매에 혼입된 초경질 분말을 상기 초음파 반응기내에 넣은 후 초음파를 발생시켜 상기 초경질 분말을 활성화시켜 활성된 초경질 분말에 의해 상기 기판의 측벽 표면을 거칠게 표면처리하는 단계를 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
삭제
청구항 1에 있어서,

초경질 분말의 크기는 1㎛ 이상인 발광 다이오드 제조방법.