KR101364719B1 - 수직형 발광 다이오드 제조방법 - Google Patents
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본 발명은 희생기판의 상부에 제 1 화합물 반도체층, 활성층, 제 2 화합물 반도체층을 포함하는 화합물 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 화합물 반도체층 상에 서로 이격된 다수의 제 1 본딩 메탈을 형성하는 단계와, 상기 화합물 반도체층상에 형성된 제 1 본딩 메탈에 대응하는 다수의 제 2 본딩 메탈을 리셉터 기판에 형성하는 단계와, 상기 제 1 본딩 메탈 및 제 2 본딩 메탈을 서로 본딩하는 단계와, 레이저 리프트 오프를 통해 상기 화합물 반도체층으로부터 상기 희생기판을 분리하는 단계를 포함하는 수직형 발광 다이오드 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 희생기판위에 화합물 반도체층을 형성하는 공정과 화합물 반도체층 위에 본딩 메탈을 본딩하는 공정을 연속적으로 수행함으로써 화합물 반도체층과 본딩 메탈간에 별도의 이물질이 삽입되지 않음으로 인해 누설전류의 발생을 줄여 발광특성을 향상시킬 수 있다.
VLED, 수직형, 다이오드, 발광, 리셉터기판, 크랙
Description
도 1은 종래기술에 따른 수직형 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도.
도 2내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 발광 다이오드 제조방법을 설명하기 위한 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 희생기판 20 : 화합물 반도체층
30 : 본딩 메탈 31 : 제 1 본딩 메탈
32 : 제 2 본딩 메탈 40 : 리셉터 기판
본 발명은 수직형 발광 다이오드 제조방법에 관한 것으로, 특히 희생기판위에 화합물 반도체층을 형성하는 공정과 화합물 반도체층 위에 본딩 메탈을 본딩하는 공정을 연속적으로 수행하여 발광특성 및 수율을 향상시키는 수직형 발광 다이 오드를 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN) 등과 같은 Ⅲ족 원소의 질화물은 열적 안정성이 우수하고 직접 천이형의 에너지 밴드(band) 구조를 갖고 있어, 최근 청색 및 자외선 영역의 발광소자용 물질로 많은 각광을 받고 있다. 특히, 질화갈륨(GaN)을 이용한 청색 및 녹색 발광 소자는 대규모 천연색 평판 표시 장치, 신호등, 실내 조명, 고밀도광원, 고해상도 출력 시스템과 광통신 등 다양한 응용 분야에 활용되고 있다.
이러한 III족 원소의 질화물 반도체층, 특히 GaN은 그것을 성장시킬 수 있는 동종의 기판을 제작하는 것이 어려워, 유사한 결정 구조를 갖는 이종 기판에서 금속유기화학기상증착법(MOCVD) 또는 분자선 증착법(molecular beam epitaxy; MBE) 등의 공정을 통해 성장된다. 이종기판으로는 육방 정계의 구조를 갖는 사파이어(Sapphire) 기판이 주로 사용된다. 그러나, 사파이어는 전기적으로 부도체이므로, 발광 다이오드 구조를 제한하며, 기계적 화학적으로 매우 안정하여 절단 및 형상화(shaping) 등의 가공이 어렵고, 열전도율이 낮다. 이에 따라, 최근에는 사파이어와 같은 이종기판 상에 질화물 반도체층들을 성장시킨 후, 이종기판을 분리하여 수직형 구조의 발광 다이오드를 제조하는 기술이 연구되고 있다.
도 1은 종래기술에 따른 수직형 발광 다이오드의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 수직형 발광 다이오드는 일반적으로 사파이어 기판과 같은 희생기판(1)위에 제 1 화합물 반도체층, 활성층, 제 2 화합물 반도체층을 포함하는 화합물 반도체층(2)을 금속유기화학기상증착법 등을 사용하여 성장된 후, 화합물 반도체층(2) 상에 금속 반사층(미도시됨) 및 본딩 메탈(미도시됨)이 형성되고, 도전성 기판(미도시됨)이 부착된다. 이어서, 레이저 리프트 오프(laser lift-off) 기술 등을 사용하여 희생기판이 화합물 반도체층들로부터 분리된 후 노출된 제 1 화합물 반도체층에 전극 패드(미도시됨)이 형성된다.
그러나, 종래의 수직형 구조의 발광 다이오드를 제조할 때는 희생기판(1)위에 화합물 반도체층(2)을 성장시킨 후, 화합물 반도체층(2)상에 금속 반사층, 본딩 메탈, 도전성 기판을 형성하기 전에 화합물 반도체층(2)에 대한 트렌치 에칭 공정을 수행한다.
이러한 공정은 희생기판위에 화합물 반도체층을 형성하고, 그 위에 금속 반사층, 본딩 메탈, 도전성 기판을 형성한 후에 레이저 리프트 오프를 통하여 희생기판을 분리해낼 때 화합물 반도체층에 발생될 수 있는 크랙(crack)이나 손상(damage)를 줄이기 위한 것이다.
그러나, 희생기판위에 화합물 반도체층을 형성하고, 그 위에 금속 반사층, 본딩 메탈, 도전성 기판을 형성하기 전에 화합물 반도체층에 대한 트렌치 에칭이 수행되면, 트렌치 에칭을 통해 화합물 반도체층에 금속 반사층이 형성될 때 평탄하지 않은 표면 때문에 금속 반사층과의 접합이 원할하지 않고, 트렌치 에칭 공정중에 제거되지 않은 불순물들이 남아 있어 누설 전류를 발생시킴으로 인해 발광 다이오드의 발광 효율이 저하되고 이로 인해 수율이 낮아지는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 희생기판 위에 화합물 반도체층을 형성하여 수직형 발광 다이오드를 제조할 때 발광 효율을 높이고 수율을 높일 수 있는 수직형 발광 다이오드 제조방법을 제공하는 데 있다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 희생기판의 상부에 제 1 화합물 반도체층, 활성층, 제 2 화합물 반도체층을 포함하는 화합물 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 화합물 반도체층상에 서로 이격된 다수의 제 1 본딩 메탈을 형성하는 단계와, 상기 화합물 반도체층상에 형성된 제 1 본딩 메탈에 대응하는 다수의 제 2 본딩 메탈들을 리셉터 기판에 형성하는 단계와, 상기 제 1 본딩 메탈 및 제 2 본딩 메탈을 서로 본딩하는 단계와, 레이저 리프트 오프를 통해 상기 화합물 반도체층으로부터 상기 희생기판을 분리하는 단계를 포함하는 수직형 발광 다이오드 제조방법을 제공한다.
상기 수직형 발광 다이오드 제조방법은 상기 분리 단계에 의해 노출된 상기 화합물 반도체층중에서 상기 희생기판의 분리시 크랙이 발생된 부분을 제거하여 상기 화합물 반도체층을 일정한 크기로 이격시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 수직형 발광 다이오드 제조방법은 상기 이격 단계를 수행한 후 상기 리셉터 기판을 절단하여 개별 수직형 발광 다이오드로 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 수직형 발광 다이오드 제조방법은 상기 화합물 반도체층에 상기 제 1 본딩 메탈들을 형성하기 전에 상기 화합물 반도체층상에 금속 반사층 및 확산 방지층을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 금속 반사층 및 확산 방지층은 상기 제 1 본딩 메탈과 형상 및 크기 또는 면적이 같을 수 있다.
바람직하게 상기 리셉터 기판은 도전성 기판일 수 있다.
바람직하게 상기 본딩 단계는 기계적 또는 화학적 방법에 의해 수행될 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 발광 다이오드를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 2를 참조하면, 희생기판(10)을 준비한다. 희생기판(10)은 사파이어 기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 이종기판일 수 있다.
희생기판(10)의 상부에 화합물 반도체층(20)을 형성한다. 화합물 반도체층(20)은 제 1 화합물 반도체층, 활성층, 제 2 화합물 반도체층을 포함한다.
화합물 반도체층들은 III-N 계열의 화합물 반도체층들이다. 예를 들어, (Al,Ga,In)N 반도체층이다. 제 1 화합물 반도체층은 N형 반도체층, 제 2 화합물 반도체층은 P형 반도체층일 수 있다.
화합물 반도체층(20)은 금속유기화학기상증착법(MOCVD) 또는 분자선 증착법(molecular beam epitaxy; MBE) 등의 공정에 의해 성장될 수 있다.
한편, 화합물 반도체층(20)은 버퍼층을 포함할 수 있다. 버퍼층은 희생기판(10)과 화합물 반도체층(20)의 격자 부정합을 완화하기 위해 채택되며, 일반적으로 질화갈륨 계열의 물질층일 수 있다.
도 3을 참조하면, 화합물 반도체층(20)위에 다수의 제 1 본딩 메탈(31)을 형성한다. 다수의 제 1 본딩 메탈(31)은 서로 이격되어 형성되며, 동일한 형상 및 크기 또는 면적을 가지도록 한다. 그러나, 이에 한정되지 않고 형상 및 크기 또는 면적의 변형이 가능하다.
화합물 반도체층(20)위에 다수의 제 1 본딩 메탈(31)을 형성하는 것은 레이저 리프트 오프 또는 식각을 이용하여 수행될 수 있다.
이때, 화합물 반도체층(20)위에 제 1 본딩 메탈(31)이 형성되기 전에, 금속 반사층(미도시됨)이 형성될 수 있다. 금속 반사층은 예컨대, 은(Ag) 또는 알루미늄(Al)으로 도금 또는 증착기술을 사용하여 형성될 수 있다.
아울러, 도시되지는 않았지만 금속원소의 확산을 방지하기 위한 확산방지층이 제 1 본딩 메탈(31)을 형성하기 전에 금속 반사층위에 형성될 수 있다.
아울러, 리셉터 기판(40)을 준비한다. 리셉터 기판(40)은 도전성 기판일 수 있다. 도전성 기판은 Si, Ge, GaAs, GaN, ZnO, GaP, AlGaINP, SiSe, AlInGaN 또는 InGaN 등의 반도체 기판이나, Cu, CuW, Mo, Ni, Au, Al, Zn, Ag, W, Ti, Pt, Pd, Cr 또는 Fe의 단일 금속 또는 이들의 합금 기판일 수 있다.
이때, 리셉터 기판(40)은 희생기판(10)이 분리된 이후에도 화합물 반도체층(20)에 남아서 수직형 발광소자로 사용될 수 도 있고, 희생기판(10)을 분리하기 위한 임시 기판으로 사용되어 희생기판(10)이 분리된 후 제거될 수 도 있다.
리셉터 기판(40)에 다수의 제 2 본딩 메탈(32)을 형성한다. 리셉터 기판(40)에 다수의 제 1 본딩 메탈(31)을 형성하는 것은 레이저 리프트 오프 또는 식각을 이용하여 수행될 수 있다.
리셉터 기판(40)에 형성된 다수의 제 2 본딩 메탈(32)은 화합물 반도체층(20)에 형성된 제 1 본딩 메탈(32)에 대응하여 형성된다. 따라서, 제 1 본딩 메탈(31) 및 제 2 본딩 메탈(32)은 서로 본딩될 수 있도록 서로 대향하는 위치에 형성된다. 아울러, 제 1 본딩 메탈(31) 및 제 2 본딩 메탈(32)은 동일한 형상 및 크기 또는 면적을 가진다. 그러나, 이에 한정되지 않고 형상 및 크기 또는 면적에 변형이 가능하다.
도 4를 참조하면, 제 1 본딩 메탈(31)과 제 2 본딩 메탈(32)을 본딩한다. 본딩하는 방법에는 기계적, 화학적 방법 등의 다양한 방법이 사용된다. 이에 따라, 희생기판(10), 화합물 반도체층(20), 본딩 메탈(30), 리셉터 기판(40)의 구조가 이루어진다.
도 5를 참조하면 화합물 반도체층(20)으로부터 희생기판(10)를 분리하기 위해 희생기판(10)의 후면에 레이저를 조사한다. 예를 들어 레이저는 248㎚의 파장이 사용될 수 있으며, 본딩 메탈(30)의 크기와 면적의 조사영역(50)을 가지도록 조절된다.
도 6을 참조하면, 희생기판(10)이 화합물 반도체층(20)으로부터 분리된다. 희생기판(10)에 레이저가 조사되면 화합물 반도체층(20)이 분해되면서 질소 가스가 발생된다. 이때, 질소 가스의 충격으로 화합물 반도체층(20)중에서 본딩 메탈(30)이 없는 부분에 크랙이 유도된다.
희생기판(10)이 분리되면 화합물 반도체층(20)의 하면이 노출된다. 아울러, 화합물 반도체층(20)에는 본딩 메탈(30)이 형성되어 있지 않은 부분에 크랙이 발생되어 있다.
이후, 도 7을 참조하면, 노출된 화합물 반도체층(20)을 식각하여 화합물 반도체층(20)중에서 크랙이 발생된 부분을 제거한다.
화합물 반도체층(20)에서 크랙이 발생된 부분을 제거함으로 인해 화합물 반도체층(20)은 매끈한 절단면을 가지게 되고, 각 본딩 메탈(30)이 서로 이격되어 있는 것처럼 화합물 반도체층(20)들로 서로 이격되어진다.
화합물 반도체층(20)간에 이격된 부분은 이후 개별 발광 다이오드로 분리하기 위해 리셉터 기판(40)을 절단할 때 필요하다.
이어, 전극패드(미도시됨)가 화합물 반도체층(20)상에 각각 형성하면 수직형 발광 다이오드가 완성된다. 전극패드는 화합물 반도체층(20) 상에 오믹콘택된다.
도시되지 않았지만, 화합물 반도체층 상에 ITO 또는 Ni/Au 등의 도전성 투명 전극층을 형성한 후 전극패드를 형성할 수 있다.투명전극층이 형성되면 광효율이 더욱 향상될 수 있다.
이어, 리셉터 기판(40)을 절단하여 개별 발광 다이오드들로 분리함으로써 복수개의 수직형 발광 다이오드들이 제조될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서는 희생기판(10)위에 화합물 반도체층(20)이 형성된 후 그 화합물 반도체층(20)위에 본딩 메탈(30) 및 리셉터 기판(40)을 형성하고, 희생기판(10)을 분리한 후에 화합물 반도체층을 개별 발광 다이오드로 분리하는 공정을 수행하고 있다.
이와 같이 화합물 반도체층을 분리하는 공정을 화합물 반도체층위에 본딩 메탈을 본딩한 다음에 수행함으로써 화합물 반도체층과 본딩 메탈간에 별도의 이물질이 삽입되는 것을 방지할 수 있다.
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.
본 발명에 의하면, 희생기판위에 화합물 반도체층을 형성하는 공정과 화합물 반도체층 위에 본딩 메탈을 본딩하는 공정을 연속적으로 수행함으로써 화합물 반도체층과 본딩 메탈간에 별도의 이물질이 삽입되지 않음으로 인해 누설전류의 발생을 줄여 발광특성을 향상시킬 수 있다.
종래의 경우, 희생기판위에 화합물 반도체층을 형성한 후 희생기판의 분리시 화합물 반도체층들에 발생될 수 있는 크랙을 방지하기 위해 희생기판을 분리하기 전에 화합물 반도체층에 트렌치 에칭을 하는 공정을 수행하게 되면 화합물 반도체층과 본딩 메탈간에 이물질이 삽입되면 누설전류가 발생될 수 있음에 반하여, 본 발명에 의하면 화합물 반도체층과 본딩 메탈간에 이물질이 삽입되지 않음에 따라 누설전류가 발생되지 않아 발광특성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 기판분리시에 화합물 반도체층에 크랙이 발생될 때 본딩 메탈이 형성되지 않은 부분으로 크랙을 유도할 수 있음에 따라 화합물 반도체층중에서 발광 다이오드 영역으로 사용될 부분에 손상 주지 않음에 따라 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
Claims (7)
- 희생기판의 상부에 제 1 화합물 반도체층, 활성층, 제 2 화합물 반도체층을 포함하는 화합물 반도체층을 형성하는 단계와,상기 화합물 반도체층상에 서로 이격된 다수의 제 1 본딩 메탈들을 형성하는 단계와,상기 화합물 반도체층상에 형성된 제 1 본딩 메탈에 대응하는 위치에 제 2 본딩 메탈들을 리셉터 기판에 형성하는 단계와,상기 리셉터 기판과 상기 화합물 반도체층을 서로 본딩하는 단계와,레이저 리프트 오프를 통해 상기 화합물 반도체층으로부터 상기 희생기판을 분리하는 단계를 포함하고,상기 리셉터 기판과 상기 화합물 반도체층을 서로 본딩하는 단계는, 상기 제 1 본딩 메탈 및 제 2 본딩 메탈을 서로 본딩하여 서로 이격된 다수의 본딩 메탈을 형성하는 것을 포함하는 수직형 발광 다이오드 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 화합물 반도체층으로부터 상기 희생기판을 분리함으로써, 상기 화합물 반도체층에서, 상기 서로 이격된 본딩 메탈들 사이 영역 상에 위치하는 부분에 크랙이 형성되고,상기 화합물 반도체층의 상기 크랙이 형성된 부분을 제거하여, 서로 이격된 다수의 화합물 반도체층을 형성하는 단계를 더 포함하는 수직형 발광 다이오드 제조방법.
- 청구항 2에 있어서,상기 서로 이격된 다수의 화합물 반도체층을 형성하는 단계 이후,상기 리셉터 기판을 절단하여 개별 수직형 발광 다이오드로 분리하는 단계를 더 포함하는 수직형 발광 다이오드 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 화합물 반도체층에 상기 제 1 본딩 메탈들을 형성하기 전에 상기 화합물 반도체층상에 금속 반사층 및 확산 방지층을 형성하는 단계를 더 포함하며,상기 금속 반사층 및 확산 방지층은 상기 제 1 본딩 메탈과 형상이 동일하고, 그 크기 또는 면적이 동일한 수직형 발광 다이오드 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 리셉터 기판은 도전성 기판인 수직형 발광 다이오드 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 본딩 단계는 기계적 또는 화학적 방법에 의해 수행되는 수직형 발광 다이오드 제조방법.
- 청구항 3에 있어서,상기 개별 수직형 발광 다이오드의 리셉터 기판의 면적은 상기 본딩 메탈의 면적보다 큰 수직형 발광 다이오드 제조방법.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR101948518B1 (ko) * | 2018-01-29 | 2019-05-02 | 한국광기술원 | 가요성 태양전지 제작 방법 |
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| JPH11307870A (ja) * | 1998-04-22 | 1999-11-05 | Sony Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
| KR20040058479A (ko) * | 2002-12-27 | 2004-07-05 | 삼성전기주식회사 | 수직구조 갈륨나이트라이드 발광다이오드 및 그 제조방법 |
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| KR20080088220A (ko) | 2008-10-02 |
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