KR101527869B1 - 발광 소자의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

대면적 본딩 웨이퍼를 이용한 웨이퍼 본딩 방식의 발광 소자 제조 방법이 개시된다. 개시된 발광 소자 제조 방법은 반도체 박막이 성장되어 있는 여러 장의 웨이퍼를 한 장의 대면적 본딩 웨이퍼 위에 접합한 후, 이러한 본딩 웨이퍼를 장비에 투입하여 발광 소자의 제조 공정을 진행한다. 이때, 사파이어와 같은 웨이퍼 재료와 본딩 웨이퍼 사이의 열팽창 계수의 차이로 인한 휨이나 뒤틀림 문제가 거의 발생하지 않도록 적당한 재질의 본딩 웨이퍼를 사용한다. 이 방식에 따르면 여러 장의 웨이퍼가 한 번의 공정으로 처리되기 때문에, 발광 소자의 대량 생산이 가능하다. 따라서 발광 소자의 제조 비용을 저감시킬 수 있다.

Description

발광 소자의 제조 방법{Method of fabricating light emitting device}
본 개시는 대면적 본딩 웨이퍼를 이용한 웨이퍼 본딩 방식으로 발광 소자를 제조하는 방법에 관한 것이다.
예를 들어, Ⅲ족 질화물 반도체와 같은 반도체 재료나 Zn-Mg-O 계열의 반도체 재료를 이용한 발광 다이오드(LED)는 소형 경량화가 가능하고 수명이 길다는 장점이 있다. 현재 이러한 LED의 효율을 향상시키기 위하여 다양한 기술이 개발되고 있다. 최근에는 LED를 일반 조명용으로 사용하기 위하여, 고출력 고휘도 LED가 많은 관심을 받고 있다. 따라서 LED는 일반 조명, 일반 표시 소자, 자동차 조명, 디스플레이 장치의 광원, 광통신 등에서 다양하게 적용되어 사용되고 있다.
현재 LED는 주로 사파이어 기판이나 GaN 기판 위에 반도체층을 성장시켜 제조된다. 그런데 아직까지 사파이어 기판이나 GaN 기판은 가격이 비싸고 대면적으로 만들기 어렵다. 예를 들어, 사파이어 기판은 주로 2인치 기판을 사용하고 있으며, 최근에야 4인치 기판이 제공되기 시작하였다. 대량 생산을 통해 가격 경쟁력을 확보하기 위해서는 더 큰 기판이 더욱 저렴하게 제공되어야 할 필요가 있다.
예를 들어, 현재 메모리 등의 제조에 사용되는 실리콘 기판의 경우, 8인치를 넘어 10인치를 사용하는 추세이다. 따라서 반도체 장비도 주로 8인치나 10인치 기판에 맞게 제조되고 있기 때문에, LED의 제조를 위하여 2인치나 4인치 사파이어 기판에 맞도록 장비를 개조하는 데에도 시간과 비용이 추가로 요구된다. 이에 대한 대안으로서, 한 장의 웨이퍼 고정용 지그(jig)에 여러 장의 사파이어 기판을 장착시켜 공정 장비에 투입하는 것이 제안되고 있다. 그러나 이 방식의 경우, 지그에 사파이어 기판을 장착하는 과정이 수작업으로 이루어지기 때문에 생산량 증가에 한계가 있다.
대면적 본딩 웨이퍼를 이용하여 웨이퍼 본딩 방식으로 대량 생산이 가능한 발광 소자의 제조 방법을 제공한다.
일 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법은, 발광을 위한 활성 영역을 갖는 반도체층을 성장 기판 위에 형성하는 단계; 반도체층이 각각 형성되어 있는 복수의 성장 기판을 하나의 본딩 기판 위에 배열하는 단계; 및 후공정을 통해 복수의 성장 기판 위에 각각 형성되어 있는 복수의 반도체층을 동시에 처리하는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 성장 기판은 성장 기판의 표면이 본딩 기판을 향하도록 하여 본딩 기판 위에 접합될 수 있다.
또한, 상기 성장 기판과 본딩 기판 사이에 금속으로 이루어진 응력 이완층을 더 개재시킬 수도 있다.
상기 응력 이완층의 두께는, 예컨대, 10㎛ 내지 1mm의 범위에 있을 수 있다.
이때, 상기 성장 기판과 응력 이완층 사이 및 상기 응력 이완층과 본딩 기판 사이에 각각 본딩 재료층을 개재시킴으로써 상기 응력 이완층을 접합시킬 수 있다.
상기 본딩 재료층의 두께는, 예컨대, 0.5㎛ 내지 3㎛의 범위에 있을 수 있다.
여기서, 상기 응력 이완층은 상기 본딩 재료층보다 높은 용융점을 갖는 재료로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 상기 응력 이완층은 크롬(Cr), 니켈(Ni), 주석(Sn), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 구리(Cu) 및 이들의 합금으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 재료를 포함할 수 있다.
또한, 상기 성장 기판은 사파이어 기판일 수 있으며, 상기 본딩 기판은 예를 들어 5~8×10-6Å/K 범위의 열팽창 계수를 가질 수 있다.
예컨대, 상기 본딩 기판은 유리 계열의 기판일 수 있다.
예를 들어, 상기 본딩 기판은 티타늄, 텅스텐 또는 지르코늄 계열의 카바이드 재료, 실리케이트 유리 계열의 재료, 스테아타이트, 지르코니아, 로듐, 질화붕소, 컬럼븀, 알루미나 세라믹스, 하프늄, 및 몰리브덴으로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 재료로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 후공정을 통한 반도체층의 처리 단계는, 하나의 성장 기판 위에서 복수의 발광 소자 칩을 형성하기 위하여, 반도체층을 에칭하여 복수의 영역으로 분할하는 단계; 반도체층의 분할된 각 영역에서 일측면을 부분적으로 에칭하는 단계; 반도체층의 분할된 각 영역에서 에칭된 부분 위에 제 1 전극을 형성하고, 에칭되지 않은 부분 위에 제 2 전극을 형성하는 단계; 및 제 1 전극에 제 1 본딩 금속층을 연결하고, 제 2 전극에 제 2 본딩 금속층을 연결하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법은, 발광을 위한 활성 영역을 갖는 반도체층을 성장 기판 위에 형성하는 단계; 상기 반도체층 위에 제 1 전극을 형성하는 단계; 상기 반도체층과 제 1 전극이 각각 형성되어 있는 복수의 성장 기판을 하나의 본딩 기판 위에 배열하는 단계로서, 상기 제 1 전극이 본딩 기판을 향하도록 하여 본딩 기판에 접합시키는 단계; 상기 성장 기판을 제거하는 단계; 및 후공정을 통해 복수의 반도체층을 동시에 처리하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제 1 전극과 본딩 기판 사이에 금속으로 이루어진 응력 이완층을 더 개재시킬 수 있다.
여기서, 상기 제 1 전극과 응력 이완층 사이 및 상기 응력 이완층과 본딩 기판 사이에 각각 본딩 재료층을 개재시킴으로써 상기 응력 이완층을 접합시킬 수 있다.
또한, 상기 후공정을 통한 반도체층의 처리 단계는, 각각의 반도체층과 제 1 전극을 에칭하여 복수의 영역으로 분할하는 단계; 반도체층의 분할된 각 영역의 둘레 부분을 부분적으로 에칭하는 단계; 및 반도체층의 분할된 각 영역에서 에칭되지 않은 부분 위에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 각 영역의 둘레 부분을 부분적으로 에칭하는 단계는 제 1 전극이 드러날 때까지 수행될 수 있다.
그런 후, 상기 제 1 전극에 제 1 본딩 금속층을 연결하고, 상기 제 2 전극에 제 2 본딩 금속층을 연결하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서 제안된 발광 소자의 제조 방법에 따르면, 비교적 저렴하게 제작할 수 있는 대면적의 본딩 기판 위에 여러 장의 성장 기판을 접합시킨 후, 한꺼번에 발광 소자의 제조 공정을 진행할 수 있다. 따라서, 발광 소자의 대량 생산이 가능하고, 발광 소자의 제조 비용을 저감할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 대면적 본딩 웨이퍼를 이용하여 웨이퍼 본딩 방식으로 발광 소자를 제조하는 방법에 대해 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 4는 일 실시예에 따라 대면적 본딩 웨이퍼를 이용하여 웨이퍼 본딩 방식으로 발광 소자를 제조하는 과정을 개략적으로 도시하고 있다. 먼저, 도 1을 참조하면, 성장 기판(11) 위에 제 1 반도체층(21), 활성층(22) 및 제 2 반도체층(23)을 차례로 성장시킨다. 성장 기판(11)으로는 예컨대 사파이어 기판을 사용할 수 있다. 제 1 반도체층(21), 활성층(22) 및 제 2 반도체층(23)은 예를 들어 GaN와 같은 Ⅲ족 질화물 반도체 재료나 Zn-Mg-O 계열의 반도체 재료를 사용할 수 있다. 제 1 반도체층(21)은, 예컨대, n-타입으로 도핑된 n-반도체층일 수 있으며, 제 2 반도체층(23)은, 예컨대, p-타입으로 도핑된 p-반도체층일 수 있다. 대신에 제 1 반도체층(21)을 p-타입으로 도핑하고 제 2 반도체층(23)을 n-타입으로 도핑할 수도 있다. 활성층(22)은 전자와 정공을 재결합하여 광을 발생시키기 위한 활성 영역으로서 단일 또는 다중 양자우물 구조를 가질 수 있다.
또한, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 성장 기판(11)과 제 2 반도체층(21) 사이에는 결정 품질을 향상시키기 위한 버퍼층 등이 추가적으로 더 개재될 수 있다. 여기까지는 일반적인 공지의 발광 소자 제조 공정과 같을 수 있으므로 더 상세한 설명을 생략한다. 이하에서는, 도 1의 제 1 반도체층(21), 활성층(22) 및 제 2 반도체층(23) 전체를 편의상 반도체층(20)이라고 부르기로 한다. 따라서, 이하의 도면에서는 편의상 반도체층(20)으로 표시된 하나의 층만이 도시될 것이다.
다음으로, 발광 소자의 제조를 위한 후공정을 진행하기 전에, 도 2a에 도시된 바와 같이, 반도체층(20)이 각각 형성되어 있는 복수의 성장 기판(11)들을 하나의 본딩 기판(30) 위에 배열하여 웨이퍼 본딩법에 따라 접합시킨다. 성장 기판(11)과 본딩 기판(30)은 유택틱(eutactic) 본딩 재료, 예를 들어 AuSn 합금이나 또는 AuGe 합금을 본딩 재료층(31)으로서 사용하여 서로 접합될 수 있다. 예컨대, 본딩 재료층(32,34)은 e-beam 증착법, ALD(Atomic Layer Deposition), PVD, CVD 등의 화학적 또는 물리적 기상 증착법에 의해 형성시킬 수 있으며, 이때 본딩 재료층(31)의 두께는, 예컨대, 약 0.5~3㎛ 정도로 형성될 수 있다. 본 실시예에서는, 도 2a에 도시된 바와 같이, 성장 기판(11)의 표면이 본딩 기판(30)을 향하도록 하여 접합을 수행한다.
여기서 성장 기판(11)은, 예를 들어, 2인치 또는 4인치 직경의 사파이어 기 판이나 GaN 기판일 수 있다. 그리고 본딩 기판(30)은 일반적인 반도체 제조 공정에서 사용하는, 예컨대 8인치 또는 10인치의 직경을 갖는 기판일 수 있다. 따라서, 하나의 본딩 기판(30) 위에는 복수의 성장 기판(11)들이 배열되어 접합될 수 있다. 도 3에는 예시적으로 반도체층(20)이 각각 형성되어 있는 4개의 성장 기판(11)들이 하나의 본딩 기판(30) 위에 배열된 것이 도시되어 있다. 그러나 성장 기판(11)과 본딩 기판(30)의 크기에 따라 더 많은 개수의 성장 기판(11)들이 본딩 기판(30) 위에 배치될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 이렇게 복수의 성장 기판(11)들이 배치되어 있는 본딩 기판(30)을 반도체 공정 장비에 투입하여 나머지 후공정을 수행할 수 있다. 그러면, 8인치 또는 10인치 기판을 사용하는 기존의 반도체 공정 장비를 2인치 또는 4인치용으로 개조할 필요도 없으며, 더욱이 복수의 반도체층(20)을 동시에 처리할 수 있기 때문에, 발광 소자의 대량 생산이 가능할 수 있다.
한편, 성장 기판(11)과 본딩 기판(30) 사이의 접합 공정은 본딩 재료층(31)의 용융점 이상의 온도에서 진행된다. 이 과정에서 성장 기판(11)과 본딩 기판(30)도 함께 가열되었다가 냉각되기 때문에, 성장 기판(11)의 열팽창 계수와 유사한 열팽창 계수를 갖는 본딩 기판(30)이 선택된다. 그렇지 않으면, 냉각 과정에서 성장 기판(11)과 본딩 기판(30) 사이의 열팽창 계수의 차이로 인해 휨이나 뒤틀림이 발생할 수 있다. 예컨대, 발광 소자의 성장 기판(11)으로서 주로 사용되는 사파이어의 열팽창 계수는 약 7×10-6Å/K 정도인 반면, 반도체 기판으로서 일반적으로 많이 사용하는 실리콘의 열팽창 계수는 2.4~3.6×10-6Å/K 정도이다. 따라서, 본딩 기 판(30)으로서 실리콘 기판을 사용할 경우, 웨이퍼 본딩 과정에서 휨이나 뒤틀림이 발생할 수 있으며, 심지어 반도체층(20) 내에 크랙(crack)이 발생할 수도 있다.
본 실시예에 따르면, 본딩 기판(30)으로서, 이러한 휨이나 뒤틀림을 방지하기 위하여, 예를 들어 약 5~8×10-6Å/K 범위의 열팽창 계수를 갖는 재료를 사용할 수 있다. 예를 들어, 보로실리케이트(borosilicate) 유리는 사파이어의 열팽창 계수와 매우 유사한 약 7.2×10-6Å/K의 열팽창 계수를 갖기 때문에, 본딩 기판(30)으로서 보로실리케이트 유리를 사용하는 것이 적합할 수 있다. 보로실리케이트 유리 이외에도 실리케이트 계열의 유리는 조성에 따라 또는 제작하는 온도에 따라 다양한 열팽창 계수를 갖도록 제어할 수 있다. 따라서, 성장 기판(11)의 열팽창 계수에 유사하게 실리케이트 계열의 유리를 제조하여 본딩 기판(30)으로서 사용하는 것이 가능하다. 더욱이, 실리케이트 계열의 유리는 구하기 쉽고 가격이 저렴할 뿐만 아니라, 대면적으로 제조가 가능하고 고온 공정이나 저온 공정에 모두 적용할 수 있다는 점에서 유리할 수 있다. 실리케이트 계열의 유리 이외에도, 약 5~8×10-6Å/K 범위의 열팽창 계수를 갖는 다양한 재료가 존재한다. 예를 들어, 티타늄 계열의 카바이드 재료, 탄탈 계열의 카바이드 재료, 텅스텐 계열의 카바이드 재료, 지르코늄 계열의 카바이드 재료, 스테아타이트(steatite), 지르코늄이나 그 합금, 이리듐, 지르코니아(zirconia), 로듐(rhodium), 질화붕소, 컬럼븀(columbium)이나 그 합금, 알루미나 세라믹스(alumina ceramics), 하프늄, 몰리브덴이나 그 합금 등의 재료를 사용할 수 있다.
또한, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상술한 휨이나 뒤틀림을 완화하거나 방지하기 위하여, 성장 기판(11)과 본딩 기판(30) 사이에 금속 시트(metal sheet)로 이루어진 별도의 응력 이완층(33)을 더 삽입할 수 있다. 예를 들어, 본딩 기판(30)과 응력 이완층(33) 사이에 본딩 재료층(34)을 삽입하고, 응력 이완층(33)과 성장 기판(11) 사이에도 본딩 재료층(31)을 삽입한 다음, 상기 본딩 재료층(31,34)을 용융시킴으로써 이들의 접합이 가능하다. 이 경우, 금속 시트로 된 응력 이완층(33)이 본딩 기판(30)과 성장 기판(11) 사이의 열팽창 계수의 차이를 흡수하기 때문에, 접합 후의 냉각 과정에서 휨이나 뒤틀림을 완화하거나 방지할 수 있다. 따라서, 응력 이완층(33)을 사용하는 경우에는 본딩 기판(30)의 재료 선택이 상대적으로 자유로울 수 있다.
이를 위하여, 응력 이완층(33)으로서 연성이 우수한 금속 시트로 된 재료를 사용할 수 있다. 또한, 응력 이완층(33)의 재료는 접합 과정에서 변형이 일어나지 않도록 본딩 재료층(31,34)보다 높은 용융점을 갖는다. 이러한 조건을 만족하는 재료로서 예컨대, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 주석(Sn), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 구리(Cu) 또는 이들의 합금이 있다. 본딩 기판(30)과 성장 기판(11) 사이에 우수한 연성을 갖는 금속 시트가 개재되어 있으면, 냉각 과정에서 본딩 기판(30)과 성장 기판(11)이 서로 다르게 수축하더라도 그 사이에 개재된 금속 시트의 연성으로 인하여 서로에게 거의 영향을 주지 않게 된다. 이때, 본딩 기판(30)과 성장 기판(11) 사이의 열팽창 계수의 차이를 충분히 흡수할 수 있도록 하기 위해, 응력 이완층(33)은 충분히 두꺼울 필요가 있다. 예를 들어, 금속 시트로 이루어진 응력 이완 층(33)의 두께는 최소 약 10㎛에서 최대 약 1mm 정도일 수 있으며, 더욱 구체적으로는 약 50㎛ 내지 300㎛ 정도일 수 있다. 도 2b에는 응력 이완층(33)이 단일층인 것으로 도시되어 있으나, 상이한 재료로 적층된 다중층의 형태로 응력 이완층(33)을 형성하는 것도 가능할 것이다.
도 2a 또는 도 2b에 도시된 바와 같이, 반도체층(20)이 형성되어 있는 복수의 성장 기판(11)을 본딩 기판(30)에 접합한 후에는, 후공정을 통해 복수의 반도체층(20)을 동시에 처리하여 발광 소자를 완성한다. 도 4는 후공정을 통해 발광 소자의 제조가 완료한 상태를 예시적으로 도시하고 있다. 웨이퍼 본딩 후의 후공정은, 복수의 반도체층(20)이 동시에 처리된다는 점을 제외하면 일반적인 발광 소자의 제조 공정과 동일하게 수행될 수 있다.
예를 들어, 하나의 성장 기판(11) 위에 있는 하나의 반도체층(20)으로 복수의 발광 소자 칩을 형성하기 위하여, 반도체층(20)을 부분적으로 에칭하여 복수의 영역으로 분할한다. 그런 후에는, 분할된 각각의 영역마다 하나의 발광 소자가 제조될 수 있다. 예를 들어, 반도체층(20)의 분할된 각 영역의 일측면을 부분적으로 에칭할 수 있다. 예를 들어, 제 1 반도체층(21)의 일부가 드러날 때까지 분할된 각 영역의 일측면을 부분적으로 에칭할 수 있다. 그런 후, 도 4를 참조하면, 상기 반도체층(20)의 분할된 각 영역에서 에칭된 부분 위에 제 1 전극(24)을 형성하고, 에칭되지 않은 부분 위에 제 2 전극(26)을 형성할 수 있다. 여기서, 제 2 전극(26)은 ITO와 같이 광을 투과시키는 투명 전극일 수 있다. 제 1 및 제 2 전극(24,26)이 형성된 후에는, 제 1 전극(24)에 제 1 본딩 금속층(25)을 연결하고 제 2 전극(26)에 제 2 본딩 금속층(27)을 연결한다. 본딩 금속층(25,27)은, 완성된 발광 소자(40)를 패키징할 때 패키지(도시되지 않음)의 리드 프레임으로부터 연결된 와이어와 결합하게 된다. 따라서, 리드 프레임으로부터 와이어를 통해 인가된 전류는 제 1 및 제 2 본딩 금속층(25,27)을 통해 각각 제 1 및 제 2 전극(24,26)으로 전달될 수 있다.
발광 소자(40)의 제조가 완료된 후에는, 본딩 기판(30)을 떼어낸 후 각각의 발광 소자(40)를 분리하여 개별적으로 패키징을 할 수 있다. 또는, 본딩 기판(30)을 떼어내지 않고, 발광 소자(40)와 함께 절단하여 개개의 발광 소자(40)와 함께 패키징할 수도 있다.
도 4에 도시된 발광 소자(40)는 수평형 발광 소자이다. 더욱 효율적인 전류 인가를 위하여 반도체층의 상면과 하면에 직접 전극이 위치하는 수직형 발광 소자를 제조하는 것도 가능하다. 도 5 내지 도 8은 일 실시예에 따라 대면적 본딩 웨이퍼를 이용하여 웨이퍼 본딩 방식으로 수직형 발광 소자를 제조하는 과정을 개략적으로 도시하고 있다.
먼저, 도 5를 참조하면, 성장 기판(11) 위에 제 1 반도체층(51), 활성층(52) 및 제 2 반도체층(53)을 차례로 성장시킨다. 그런 후, 제 2 반도체층(53) 위에 제 1 전극(54)을 형성한다. 성장 기판(11), 제 1 반도체층(51), 활성층(52) 및 제 2 반도체층(53)의 재료와 구성은 도 1과 관련하여 설명한 것과 동일할 수 있다. 예를 들어, 제 1 반도체층(51)은 n-반도체층일 수 있으며 제 2 반도체층(53)은 p-반도체층일 수 있다. 이 경우, 제 1 전극(54)은 p-형 전극일 수 있다. 반대로, 제 1 반도체층(51)이 p-반도체층이고 제 2 반도체층(53)이 n-반도체층인 경우에는, 제 1 전 극(54)은 n-형 전극일 수 있다. 이하에서, 도 5의 제 1 반도체층(51), 활성층(52), 제 2 반도체층(53) 및 제 1 전극(54) 전체를 편의상 반도체층(50)이라고 부르기로 한다. 따라서, 이하의 도면에서는 편의상 반도체층(50)으로 표시된 하나의 층만이 도시될 것이다.
다음으로, 발광 소자의 제조를 위한 후공정을 진행하기 전에, 도 6에 도시된 바와 같이, 반도체층(50)이 각각 형성되어 있는 복수의 성장 기판(11)들을 하나의 본딩 기판(30) 위에 배열하여 웨이퍼 본딩법에 따라 접합시킨다. 이때, 도 2a에 도시된 실시예와는 반대로, 성장 기판(11)이 위를 향하도록 하여 반도체층(50)이 본딩 기판(30)과 접합하게 된다. 특히, 반도체층(50) 내의 제 1 전극(54)이 본딩 기판(30)을 향하도록 하여, 제 1 전극(54)의 표면과 본딩 기판(30)의 표면이 본딩 재료층(31)을 통해 서로 접하도록 한다. 그 외에는 도 2a, 도 2b 및 도 3과 관련하여 설명된 내용이 본 실시예에서도 그대로 적용될 수 있다.
예를 들어, 성장 기판(11)은 2 또는 4인치 직경의 사파이어 기판이나 GaN 기판일 수 있으며, 본딩 기판(30)은 일반적인 반도체 제조 공정에서 사용하는 8 또는 10인치의 직경을 갖는 기판일 수 있다. 따라서, 하나의 본딩 기판(30) 위에 복수의 반도체층(50)이 배열될 수 있다. 또한, 본딩 기판(30)은 실리케이트 계열의 유리 또는 앞서 설명한 다른 재료들과 같이 성장 기판(11)의 열팽창 계수와 유사한 열팽창 계수를 갖는 재료로 이루어질 수 있다. 또는 그 대신에, 본딩 기판(30)과 반도체층(50) 사이에 금속으로 이루어진 별도의 응력 이완층을 삽입할 수도 있다.
그런 후에는, 도 7에 도시된 바와 같이, 반도체층(50) 위의 성장 기판(11)을 제거한다. 예를 들어, 레이저 리프트 오프(laser lift-off; LLO) 방식을 이용하여 성장 기판(11)을 제거하는 것이 가능하다. 그러면, 반도체층(50)이 외부로 노출된다. 특히, 도 5를 참조하면, 반도체층(50) 중에서 제 1 반도체층(51)이 외부로 노출된다.
성장 기판(11)을 제거한 후에는, 복수의 반도체층(50)들이 배치되어 있는 본딩 기판(30)을 반도체 공정 장비에 투입하여, 후공정을 통해 복수의 반도체층(50)을 동시에 처리함으로써 발광 소자를 완성한다. 도 8은 후공정을 통해 발광 소자의 제조가 완료한 상태를 예시적으로 도시하고 있다. 이러한 후공정은 복수의 반도체층(50)이 동시에 처리된다는 점을 제외하면 일반적인 수직형 발광 소자의 제조 공정과 동일하게 수행될 수 있다.
예를 들어, 본딩 기판(30) 위에 있는 각각의 반도체층(50)으로 복수의 발광 소자 칩을 형성하기 위하여, 각각의 반도체층(50)을 부분적으로 에칭하여 복수의 영역으로 분할한다. 그런 후에는, 분할된 각각의 영역마다 하나의 발광 소자가 제조될 수 있다. 예를 들어, 반도체층(50)의 분할된 각 영역의 둘레 부분을 부분적으로 에칭할 수 있다. 그러면 분할된 각 영역의 둘레 부분에서 반도체층(50)의 제 1 전극(54)의 일부가 부분적으로 드러나게 된다. 그런 후, 도 8을 참조하면, 반도체층(50)의 분할된 각 영역에서 에칭되지 않은 부분 위에 제 2 전극(55)을 형성할 수 있다. 따라서, 제 2 전극(55)은 반도체층(50)의 제 1 반도체층(51) 위에 형성된다. 여기서, 제 2 전극(55)은 ITO와 같이 광을 투과시키는 투명 전극일 수 있다. 제 2 전극(55)이 형성된 후에는, 제 1 전극(54)에 제 1 본딩 금속층(56)을 연결하고 제 2 전극(55)에 제 2 본딩 금속층(57)을 연결한다. 도 8의 단면도에는 제 1 본딩 금속층(56)이 반도체층(50)의 양쪽 측면에 배치된 것으로 도시되어 있다. 그러나, 제 1 본딩 금속층(56)은 반도체층(50)의 주위를 둘러싸는, 예컨대, 링형으로 형성될 수도 있다.
이렇게 해서 수직형 발광 소자(60)의 제조가 완료될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 발광 소자(60)의 제조가 완료된 후에는, 본딩 기판(30)을 떼어낸 후 각각의 발광 소자(60)를 분리하여 개별적으로 패키징을 할 수 있다. 대신에, 본딩 기판(30)을 떼어내지 않고, 발광 소자(60)와 함께 절단하여 개개의 발광 소자(60)와 함께 패키징할 수도 있다.
지금까지, 발명의 이해를 돕기 위하여 다양한 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 도시되고 설명된 설명에 발명이 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
도 1은 일 실시예에 따라 성장 기판 위에 반도체층을 성장시킨 후의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 반도체층이 형성되어 있는 복수의 성장 기판을 본딩 기판 위에 접합한 상태를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 반도체층이 형성되어 있는 복수의 성장 기판을 본딩 기판 위에 접합한 상태를 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 4는 후공정을 통해 반도체층을 처리한 후의 발광 소자의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 5는 다른 실시예에 따라 성장 기판 위에 반도체층을 성장시킨 후의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 반도체층이 형성되어 있는 복수의 성장 기판을 본딩 기판 위에 접합한 상태를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 7은 성장 기판을 제거하는 과정을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 8은 후공정을 통해 반도체층을 처리한 후의 발광 소자의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
11.....성장 기판 20,50.....반도체층
21,51.....제 1 반도체층 22,52.....활성층
23,53.....제 2 반도체층 24,54.....제 1 전극
25,56.....제 1 본딩 금속층 26,55.....제 2 전극
27,57.....제 2 본딩 금속층 30.....본딩 기판
31,34.....본딩 재료층 40,50.....발광 소자
33.....응력 이완층

Claims (24)

  1. 발광을 위한 활성 영역을 갖는 반도체층을 성장 기판 위에 형성하는 단계;
    반도체층이 각각 형성되어 있는 복수의 성장 기판을 하나의 본딩 기판 위에 배열하는 단계; 및
    상기 반도체층을 에칭하여 복수의 영역으로 분할하는 단계; 를 포함하고,
    상기 성장 기판은 성장 기판의 표면이 본딩 기판을 향하도록 하여 본딩 기판 위에 접합되는 발광 소자 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 성장 기판을 상기 본딩 기판 위에 배열하는 단계는 상기 성장 기판과 상기 본딩 기판 사이에 응력 이완층을 개재시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 응력 이완층은 금속으로 이루어지며,
    상기 응력 이완층의 두께는 10㎛ 내지 1mm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조 방법.
  3. 삭제
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 성장 기판을 상기 본딩 기판 위에 배열하는 단계는 상기 성장 기판과 상기 응력 이완층 사이 및 상기 응력 이완층과 상기 본딩 기판 사이에 각각 본딩 재료층을 개재시켜 상기 응력 이완층을 접합시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 본딩 재료층의 두께는 0.5㎛ 내지 3㎛의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 응력 이완층은 상기 본딩 재료층보다 높은 용융점을 갖는 재료로 이루어지는 발광 소자 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 본딩 기판은 5×10-6Å/K 내지 8×10-6Å/K의 범위의 열팽창 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체층을 에칭하여 복수의 영역으로 분할하는 단계 이후에,
    상기 반도체층의 분할된 각 영역에서 일측면을 부분적으로 에칭하는 단계;
    상기 반도체층의 분할된 각 영역에서 에칭된 부분 위에 제 1 전극을 형성하고, 에칭되지 않은 부분 위에 제 2 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 제 1 전극에 제 1 본딩 금속층을 연결하고, 상기 제 2 전극에 제 2 본딩 금속층을 연결하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조 방법.
  12. 발광을 위한 활성 영역을 갖는 반도체층을 성장 기판 위에 형성하는 단계;
    상기 반도체층 위에 제 1 전극을 형성하는 단계;
    상기 반도체층과 제 1 전극이 각각 형성되어 있는 복수의 성장 기판을 하나의 본딩 기판 위에 배열하는 단계로서, 상기 제 1 전극이 본딩 기판을 향하도록 하여 본딩 기판에 접합시키는 단계;
    상기 성장 기판을 제거하는 단계; 및
    상기 반도체층과 상기 제 1 전극을 에칭하여 복수의 영역으로 분할하는 단계; 를 포함하는 발광 소자 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 전극과 본딩 기판 사이에 금속으로 이루어진 응력 이완층을 개재하고,
    상기 제1 전극과 응력 이완층 사이 및 상기 응력 이완층과 본딩 기판 사이에 각각 본딩 재료층을 더 개재시킴으로써 상기 응력 이완층을 접합시키는 발광 소자 제조 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 제 12 항에 있어서,
    상기 반도체층과 상기 제 1 전극을 에칭하여 복수의 영역으로 분할하는 단계 이후에,
    상기 반도체층의 분할된 각 영역의 둘레 부분을 부분적으로 에칭하는 단계; 및
    상기 반도체층의 분할된 각 영역에서 에칭되지 않은 부분 위에 제 2 전극을 형성하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 각 영역의 둘레 부분을 부분적으로 에칭하는 단계는 제 1 전극이 드러날 때까지 수행되는 발광 소자 제조 방법.
  24. 삭제
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