KR101678286B1 - 폴리크로머타이징층 및 기판의 제조 방법과 폴리크로머타이징층을 구비한 발광 다이오드 - Google Patents

폴리크로머타이징층 및 기판의 제조 방법과 폴리크로머타이징층을 구비한 발광 다이오드 Download PDF

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Abstract

발명은 단색광 생성에 적합한, 반도체 기판 상에 적어도 하나의 냉광 수단을 지닌 폴리크로머타이징층을 도포하는 방법에 관한 것이다. 발명에 따르면, 폴리크로머타이징층은 프린팅 프로세스를 이용하여, 특히 마이크로-접촉 프린팅 프로세스를 이용하여 도포된다. 폴리크로머타이징층이 구조화된 상태로 도포되는 것이 바람직하다.

Description

폴리크로머타이징층 및 기판의 제조 방법과 폴리크로머타이징층을 구비한 발광 다이오드 {METHOD FOR PRODUCING A POLYCHROMIZING LAYER AND SUBSTRATE AND ALSO LIGHT-EMITTING DIODE HAVING A POLYCHROMIZING LAYER}
본 발명은 반도체 기판에 폴리크로머타이징층을 도포하는 방법과, 반도체 기판과, 반도체 기반을 구비한 발광 다이오드에 관한 것이다.
발광 다이오드 또는 약자로 LED라 불리는 광전 부품은 발광에 적합한 서브층과, 광 변환 물질을 구비한 변환층을 포함하는 에피택시 방식으로 성장된 층 시퀀스를 지닌다.
발광 다이오드의 작동시, 밴드 구조로 인해 에피택시 성장층 시퀀스의 서브층의 반도체는 제한된 스펙트럼 범위에서 광을 방사하고, 광은 적어도 거의 단색성이거나 또는 매우 좁은 파장 범위를 갖는다.
광 변환 물질은 파장에 대해 서브층으로부터 방사되는 광을 변환하는데 사용된다. 이 광은 원래 광의 파장을 다른 파장으로 변환하는 광 변환 물질에 입사된다. 어느 메커니즘이 정확하게 파장의 변환 아래에 놓이는지에 부분적으로 기초하여, 광 변환 물질이 냉광 물질, 광발광 물질, 형광 다이 또는 단순히 인광 물질이라 불린다. 이후, 개별 메커니즘들 간을 구분하지 않으며, 방금 언급한 냉광 물질 표시만이 특별 용어의 이용에 의해 개시문의 범위를 제한하지 않으면서 나란히 사용된다. 그러나 기본적으로, 인광 물질은 항상 제 1 고주파수 광을 제 2 저주파수 광으로 변환할 수 있다. 이러한 주파수 변화 효과는 Stokes 시프트라는 명칭으로 알려져 있다.
냉광 물질 또는 인광 물질은 일반적으로, 단색광에 의해 여기되는 발광 다이오드 칩보다는 넓은 스펙트럼 범위를 방사한다. 넓은 스펙트럼 범위 대신에, 여러 협대역 스펙트럼 범위가 또한 생성될 수 있다. 이는 특히 서로 다른 여러 광 변환 물질을 이용할 때 실현될 수 있다.
발광 다이오드는 궁극적으로 제 1 파장의 광 및 제 2 파장의 광의 조합을, 또는, 제 2 파장의 광을 방사한다. 따라서, 발광 다이오드의 전용 복사 스펙트럼이 발광 서브층의 반도체 물질의, 그리고, 냉광 물질의, 전용 선택에 의해 실현될 수 있다. 예를 들어, 청색광 발광 다이오드 칩을, 냉광 물질로 세륨-도핑된 이트륨-랄루미늄-가넷(YAG)(청색광을 부분적으로 황색광으로 변환시킴)과 조합한다. 함께 백색광을 도출한다. 인광 물질이 단색광을 더 넓은 복사 스펙트럼으로 변환하기 때문에, 이는 폴리크로머타이징(polychromatizing)이라고 불린다.
인은 반도체 웨이퍼의 전체 표면에 스핀 코팅 또는 스핀 코팅법에 의해 통상적으로 도포된다. 여기서 전체 웨이퍼에 걸쳐 연장되는 광 변환층이 생성된다. 이러한 두 방법은 일련의 단점들을 갖는다. 따라서, 다른 종래의 블랭킷 코팅법에서도 스핀 코팅 중 스피닝에 의해 다량의 냉광 물질이 소실된다. 더욱이 이러한 방법들을 이용하면 블랭킷층만이 생성될 수 있다. 결과적인 층 변환층들의 층 두께는 균질이지 않다. 국부적 두께 변화에 추가하여, 전체 웨이퍼 표면을 따라 나타나는 결함이 발생한다. 이러한 층 두께의 불균질성은 "비닝"(binning)이라고 알려진 서로 간에 발광 다이오드의 색상 변화를 이끈다. 예를 들어, 발광 다이오드의 백색 음영이 일정하게 동일하지 않다.
발명의 목적은 종래 기술의 기언급한 단점을 제거하면서, 균일한 변환층 두께 및 따라서 균일한 칼라 스펙트럼의 LED를 생성할 수 있는 방법을 고안하는 것이다.
이 목적은 청구항 1, 15, 16의 특징부를 이용하여 실현된다. 발명의 유리한 발전사항이 종속항에서 제시된다. 명세서, 청구범위, 및/또는 도면에서 제시되는 특징들 중 적어도 2개의 모든 조합들 역시 발명의 틀 내에 있다. 주어진 값 범위에서, 표시되는 경계부 내에 있는 값들은 경계 값으로 개시되는 것으로 또한 간주될 것이고, 임의의 조합으로 청구될 것이다.
단색광의 방사에 적합한 서브층을 포함하는 기판에 적어도 하나의 냉광 물질을 지닌 폴리크로머타이징층을 도포하기 위한 발명에 따른 방법에서, 상기 폴리크로머타이징층(4)은 프린팅 프로세스를 이용하여 도포된다.
여기서, 발명의 범위 내에서, 단색광은 단지 단일 파장을 갖는 것으로 배타적으로 해석되어서는 안되고, 냉광 수단없이 발광 다이오드에서 통상적인 것처럼, 좁은 스펙트럼 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다.
발명의 용도를 위한 폴리크로머타이징층은 단색광의 방사에 적합한 서브층으로부터 방사되는, 일 파장의, 또는, 스펙트럼 범위의, 광을, 적어도 하나 이상의 제 2 파장으로 적어도 부분적으로 변환하는 층이며, 이는 어떤 메커니즘으로 이 과정이 이루어졌는지 발명과 관련이 없다. 단색광의 방사에 적합한 서브층의 단색광과 함께 이러한 제 2 파장의 광은 서로 다른 여러 파장의 광을 생성하며, 따라서 이는 폴리크로매틱(polychromatic)이라 불린다. 여기서, 폴리크로머타이징이라는 용어는 서로 다른 복수의 파장이 반드시 생성된다는 점에서 제한적인 것으로 간주되어서는 안된다. 단일 파장의 광이 다른 단일 파장으로 폴리크로머타이징층에 의해 변환되는 경우에도, 2개의 파장의 광의 결과적인 조합은 발명의 범위 내에서 폴리크로머타이징이라 불린다.
이후, 단색광의 방출에 적합한 서브층을 포함하는 기판은 단순히 쇼트용 기판이라 불린다.
종래의 코팅 방법에 반해, 발명에 따른 방법은, 서로 간에, 예를 들어, 일련의 웨이퍼와 같은 한 묶음의 폴리크로머타이징층에 대해, 그리고 폴리크로머타이징층 내부에서, 매우 낮은 허용공차를 갖는 폴리크로머타이징층의 층 두께를 유지할 수 있게 한다. 따라서, 방출 스펙트럼이 항상 동일하거나 적어도 거의 동일하게 발광 다이오드가 제조될 수 있다. 이는 세기-파장 스펙트럼에서, 세기 변화 또는 파장에 대한 세기 피크의 시프트가 발명에 따라 서로 다른 LED 칩에 대해 무시할 만큼 작다는 것을 주로 의미한다. 다양한 샘플의 세기 피크의 위치의 표준 편차가 10nm 미만, 특히 7nm 미만, 특히 5nm 미만, 2nm 미만, 1nm 미만인 것이 유리하다. 서로 다른 샘플의 세기 피크의 표준 편차가 5% 미만이고, 1% 미만인 것이 선호되며, 0.1% 미만인 것이 더욱 선호되고, 0.01% 미만이 가장 선호되며, 10-5% 미만인 것이 가장 선호된다.
따라서, 발명에 따른 방법으로 제조된 발광 다이오드에서, 어던 비닝(binning)도 발생하지 않는다.
개별 폴리크로머타이징층 내의 서로 다른 위치에서 층 두께의 편차가 평균 층 두께 대비 10% 미만이고, 특히 5% 미만이며, 1% 미만인 것이 바람직하고, 0.1% 미만인 것이 더욱 바람직하며, 0.01% 미만이 가장 바람직하고, 0.001% 미만이 가장 바람직하다.
발명에 따른 방법에 유리하게 사용되는 프린팅 스탬프가 기판에 프린팅되는 냉광 물질의 양만을 본질적으로 수용하기 때문에, 종래의 코팅 방법에 비해, 냉광 물질의 손실이 전혀 또는 거의 발생하지 않는다.
프린팅 단계는 하나의 프린팅 단계에서 프린팅될 형광 물질을 수용하고 이를 기판에 전달하기에 적합한 프린팅 공동을 가질 수 있다.
발명에 따른 방법의 한가지 선호되는 버전에 따르면, 프린팅 프로세스는 마이크로-접촉 프린팅 프로세스를 포함한다. 특히, 마이크로-접촉 프린팅 프로세스는 프린팅 프로세스를 구성한다.
마이크로-접촉 프린팅 프로세스는 기판의 특히 정확한 프린팅을 가능하게 한다. 폴리크로머타이징층의 층 두께는 따라서, 극히 쉽게 정확하게 조정될 수 있다. 따라서, 프린팅된 기판을 갖는 발광 다이오드의 칼라 스펙트럼과, 층 두께의 특히 높은 균질성이 도출된다. 마이크로-접촉 프린팅 프로세스는 타 분야에서도 알려져 있고, 따라서, 여기서 간단히만 설명한다. 전이될 구조 또는 표면의 실리콘 러버 공동을 갖는 프린팅 스탬프에, 프린팅될 기판이 제공되고, 이러한 프린팅 스탬프가 프린팅될 표면(이러한 경우에 기판의 하나의 주 표면)에 도포된다. 여기서, 프린팅 스탬프는 스탬프 상의 액체가 기판과 접촉하게 되고 따라서 기판에 전달될 때까지 기판에 접근하게 된다. 어떤 형태로 냉광 물질이 프린팅에 사용되는 지는, 각자의 냉광 물질, 프린팅 스탬프의 공동 물질, 및 프린팅 프로세스의 기타 파라미터, 예를 들어, 요망 층 두께 또는 프린팅 온도에 의존하며, 요망 또는 요구되는 바에 따라 당 업자에 의해 선택된다. 미세-접촉 프린팅 프로세스는 단색광 방사에 적합한 서브층을 포함하는 기판에 폴리크로머타이징층을 도포하는데 전혀 사용된 적이 없다. 놀랍게도, 기판 표면용으로, 특히 냉광 물질을 이용한 기판 표면의 프린팅용으로, 특별히 개발되지 않은 이러한 프린팅 프로세스가 기판에 적용될 수 있다. 이는 마이크로-접촉 프린팅 프로세스가 오늘날까지 표적 표면에 대한 물질의, 특히 균질 물질의, 매우 얇은 모노층의 전달에 주로 사용되고 있기 때문에 특히 놀랍다. 과거에 이러한 표적 표면은 종종 평탄도, 표면 러프니스 및 결함, 그리고 특별 조성, 예를 들어 금 코팅과 관련하여 매우 높은 품질을 갖는 표면이었다. 발명에 따라 프린팅될 기판의 성질은 이러한 품질 기준과 관련하여 상당히 다르다. 따라서, 이러한 표면들은 층 구조("성장 스파이크")의 에피택시 성장으로부터 발원하는 프로젝팅 피크와 같은 결함을 종종 갖는다.
마이크로-접촉 프린팅 프로세스 대신에, 다른 적절한 프린팅 프로세스가 특히 더 굵은 구조물용으로 또한 사용될 수 있다.
발명에 따른 방법의 특히 선호되는 일 버전에 따르면, 폴리크로머타이징층이 구조화된 방식으로 도포된다. 이는 무엇보다도 발명에 따른 프린팅 프로세스의 이용에 의해 가능하다. 폴리크로머타이징층의 요망 구조에 따라, 폴리크로머타이징층의 구조에 대응하는 프린팅 공동의 구조를 갖는 프린팅 스탬프가 프린팅 스팸프 상에 준비된다. 폴리크로머타이징층의 구조의 이용은 유리한 효과를 유도할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 폴리크로머타이징층으로부터 광의 분리는 전용 방식으로 촉진될 수 있다. 칼라 스펙트럼은 전용 방식으로 또한 조정될 수 있다.
구조화 프린팅은 복잡한 또는 매우 정밀한 구조가 고정밀도로 프린팅될 수 있기 때문에 마이크로-접촉 프로세스를 이용하여 특히 쉽게 가능하다.
발명에 따른 방법의 일 실시예에 따르면, 도포되어 구조화된 폴리크로머타이징층은 장방형, 정사각형, 원, 삼각형, 충전 다각형, 및 유사 개별 요소들을 포괄하는 개별 요소들을 갖는다. 이는 사용되는 프린팅 스탬프의 프린팅 공동 상의 대응하여 구조화된 융기부 및 오목부로 인해 가능하다.
개별 요소들은 100㎛ 미만, 특히 10㎛ 미만, 특히 1㎛의 구조 폭을 가질 수 있다. 정사각형의 경우 구조 폭은 에지 길이이고, 원의 경우에 직경이며, 개별 요소들의 모든 다른 기하학적 형상의 경우 최대 전체 연장이고, 삼각형의 경우, 이는 삼각형의 가장 큰 높이다. 획득되는 칼라 스펙트럼의 균질성은 이와 같이 작은 구조 요소로 인해 특히 높고, 칼라 스펙트럼은 특히 전용의 방식으로 세팅될 수 있다.
폴리크로머타이징층이 100㎛ 미만, 특히 10㎛ 미만, 특히 1㎛ 미만의 층 두께(D)로 인쇄되는 것이 유리할 수 있다. 발명에 따른 방법에서, 이러한 작은 층 두께에서도 층 두께의 높은 균질도가 실현될 수 있다.
발명의 선호되는 일 버전에 따르면, 웨이퍼가 기판으로 프린팅된다. 따라서, 발명에서 폴리크로머타이징층의 도포는 발광 다이오드 제조를 위한 다른 종래의 프로세스 단계들을 구현하는 웨이퍼 프로세스 내로 수비게 통합될 수 있다.
발명에 따른 방법의 일 실시예에 따르면, 일 프린팅 단계에서, 프린팅 프로세스가 단일 프린팅 단계를 포함하도록, 적어도 기판의 크기에 대체로 대응하는 크기를 갖는 프린팅 스탬프가 사용될 수 있다. 기판으로 웨이퍼가 프린팅될 때, 프린팅 스탬프의 크기는 적어도 기판의 크기에 대체로 대응한다.
발명에서 청구되는 방법의 일 버전에 따르면, 프린팅 스탬프의 크기는, 폴리크로머타이징층이 복수의 프린팅 단계에 의해 도포되도록, 기판의 크기보다 작다. 기판의 이러한 점진적 복제는 "스텝-앤드-리피트법"(step-and-repeat method)으로 또한 알려져 있다. 따라서, 반도체 기술의 다른 영역에 사용되고 있고, 따라서, 발명의 방법과 관련하여 여기서 간략히만 설명된다. 프린팅 스탬프에는 프린팅될 액체 또는 매스가 제공되고, 이를 이용하여 기판 상의 시작점에서 기판에 서브디비전층이 프린팅된다. 예를 들어, 이러한 제 1 서브디비전층에 추가하여 로우 및 칼럼의 타입에 따라, 복수의 서브디비전층이 프린팅되고, 그 위에 전체 기판을 덮는 층이 도출된다. 프린팅 스탬프가 기판 상에 구조화된 서브디비전층을 도출하는 융기부 및 오목부를 갖는 프린팅 공동을 갖는 경우, 서브디비전층은 (단일 프린팅 단계에 의해 도포되는 구조인) 단일 대형 프린팅 스탬프의 구조와 동일한 전체 구조가 나타나도록, 서로 옆에 유리하게 프린팅될 수 있다.
대안으로서, 전체 구조를 형성하기 위해 서로를 보완하지 않는 서브디비전층들이 서로 옆에 프린팅될 수 있다. 이러한 경우에, 나중의 프로세스 단계에서, 기판은 개별 서브층들 사이에서 절단될 수 있어서, 결과적인 발광 다이오드가 하나의 서브디비전층을 갖는다.
프린팅 스탬프의 융기부에 대한 펀치 물질 도포는 여러 방법에 의해 이루어질 수 있다. 프린팅 스탬프의 융기부는 예를 들어, 제어된 방식으로 펀치 물질 액체 내로 침적될 수 있다. 펀치 물질은 접착력에 의해 융기부에 수비게 접착될 수 있다. 그 후, 프린팅 스탬프가 펀치 물질 액체로부터 인발되고 웨이퍼로 옮겨진다. 다른 버전에서, 작고 정확하게 부분화된 펀치 물질 양이 웨이퍼 상에 액적 증착에 의해 도포된다. 액적 위치는 스탬프 상의 융기부 위치와 동일하여야 한다.
다른 실시예에서, 융기부가 중력에 반해 위를 가리키도록 프린팅 스탬프가 거꾸러 회전할 수 있다. 따라서, 스프레이법을 이용하여 펀치 물질로 프린팅 스탬프가 코팅된다. 펀치 물질의 액적이 융기부 표면 상에 남는다. 펀치와 웨이퍼 간의 상대적 운동은 둘 모두를 위치로 움직일 수 있다. 따라서, 일 타입의 "오버헤드 스탬핑"이 펀치와 웨이퍼 사이에서 서로에 움직임에 의해 이루어진다. 당 업자의 경우에, 펀치 물질 액체가 스탬프의 융기부로 이동하는 타입 및 방식이 발명의 실시예에서 결정적 사항이 아님은 명백하다.
펀칭 프로세스 중, 층 요소들의 층 두께가 제어되는 방식으로 세팅될 수 있도록, 프린팅 스탬프와 웨이퍼 사이의 거리가 측정되어 능동적으로 제어되는 것이 바람직하다.
펀치는 융기부 앞에 있는 두꺼운 탄성층을 또한 가질 수 있다. 이러한 두꺼운 탄성층은 웨이퍼의 불규칙성의 보상에 사용된다. 이러한 방식으로, 개선된, 더욱 균일한 프린팅 성질이 실현된다. 특히, 극히 강체형인 스탬프의 경우에, 불균일한 웨이퍼 상에 여러 층 요소들을 펀칭하는 것은 불량하게 이루어지거나 전혀 실현되지 않을 수 있다. 따라서, 다층 스탬프가 또한 개시되며, 따라서, 직렬 조합으로 펀치 방향에 수직인 로우로 배열되는 서로 다른 물질층들로 구성되는 스탬프가 개시된다. 다른 실시예에서, 스탬프 요소는 강성이지만 연성을 갖는 막 상에 도포된다. 막은, 챔버 내에 축적될 수 있는 막 뒤에 가해지는 과압을 통해 볼록하게 몰딩될 수 있다. 이러한 타입의 스탬프는 등압 (가스) 압력으로 막 및 스탬프에 작용하는데 사용된다.
구조화된 층 대신에, 발명의 방법의 일 대안에 따른 폴리크로머타이징층이 블랭크화 방식으로 기판에 도포될 수 있다. 구조화된 방식으로 폴리크로머타이징층의 도포가 없음에도, 발명의 방법은, 발명의 방법으로 도포되는 블랭킷 폴리크로머타이징층이 프린팅된 기판 상의 층 내에서, 그리고, 일련의 웨이퍼와 같은 일 묶음 내에서, 더욱 균질의 층 두께를 갖기 때문에, 종래 기술에 비해 장점을 갖는다.
기판에 블랭킷화 도포를 이용한 현저한 경제적 장점에 추가되는 장점은, 종래 기술에 비해 물질 효율이 훨씬 증가한 점이다. 스핀 코팅법의 경우, 원래 사용되는 물질의 50% 이상이 스피닝 프로세스 중 기판으로부터 사라지는 것이 일반적이다. 이러한 물질은 오염 위험으로 인해 더이상 사용될 수 없고, 폐기된다. 이에 반해, 마이크로-접촉 프린팅 프로세스에서는 재료 손실을 15% 미만으로, 종종 10% 미만으로, 최적화된 방법에서는 심지어 5% 미만까지 감소시킬 수 있다. 여기서, 각각의 개별 프린팅 단계에 대해 기판에 스탬프에 부착되는 냉광 물질을 기판에 완전히 전달하는 과정이 이루어지도록, 방법이 설정되는 지 여부에는 관련이 없고, 이는 불완전한 전달에서 스탬프에 부착된 채로 남는 나머지 물질이 손실되지 않고 다음 프린팅 단계에 다시 사용되기 때문이다.
발명의 방법은 Si, GaAs, GaN, 등의 반도체 기판과 같은 모든 반도체 물질의 코팅에 또한 사용될 수 있다. 선택되는 반도체 물질에 따라, 작동시 특성인 칼라 스펙트럼이 기판으로부터 방사된다. 폴리크로머타이징층의 적어도 하나의 냉광 물질의 선택은, 이러한 칼라 스펙트럼에 좌우되고, 이러한 칼라 스펙트럼에 따라, 제조될 발광 다이오드가 궁극적으로 방사할 칼라 스펙트럼과, 원래 방사된 광이 궁극적으로 변환될 파장에 좌우된다. 당 업자는 요망 파장 스펙트럼을 실현하기 위해 반도체 물질 및 냉광 물질의 적절한 조합을 규정할 수 있다. 냉광 물질은 매트릭스 물질로 둘러싸인다. 주로 인광 물질이 냉광 물질로 사용된다. 더욱이 형광 및/또는 인광 성질을 갖는 모든 물질이 개시된다. 매트릭스 물질로 다음의 물질이 사용되지만, 이에 제한되지 않는다:
- 실리콘,
- 폴리머,
- 폴리이미드,
- 글라스,
- 일반적으로, 냉광 물질을 용해할 수 있는, 그리고, 냉광에 의해 방사되는 전자기파에 투명한, 모든 물질.
이에 따라, 당 업자는 적어도 하나의 냉광 물질을 선택하여, 폴리크로머타이징 물질로 프린팅될 수 있는 프린팅가능한 액체 또는 매스로부터 제조할 것이다. 이는 예를 들어 용액 또는 분산매일 수 있다. 분산매는 예를 들어, 기존의 에나멜이고, 웨이퍼의 스핀 코팅을 위해 또한 사용된다. 폴리크로머타이징층의 낮은 층 두께에서도 높은 균질성을 실현하기 위해, 기판 프린팅용으로 50㎛ 미만, 특히 10㎛ 미만, 심지어 100 nm 미만, 바람직한 경우 10nm 미만, 가장 바람직한 경우 1nm 미만의 입자 크기를 갖는 분산 냉광 물질이 사용된다. 기판에 냉광 물질을 도포하는 방법에 추가하여, 냉광 물질 자체가 계속적 발전을 이룬다. 이러한 발명의 방법은 사용되는 입자 크기에 대해 높은 허용공차를 갖는다. 따라서, 앞서 언급한 입자 크기는 여기서 예시적인 것으로 간주되어야 하고, 제한사항으로 간주되어서는 안된다.
적어도 하나의 냉광 물질이 다음들 중 하나로부터 선택될 수 있지만 이에 제한되지 않는다:
- 백색 인,
- 순수 인광 성분, 따라서, 요소 또는 분자,
- 에마넬과 같은 인광 액체
- 격자 구조의 붕괴에 의해 인광체를 생성할 수 있는 모든 타입의 결정, 주로, 중금속 염과 혼합된 알칼린 토류 금속의, 그리고 아연의, 설파이드,
- 냉광에 의해 생성된 복사광에 투명한 매트릭스에 용해될 수 있는 모든 타입의 냉광 물질.
어느 파장에 기판의 반도체에 의해 생성되는 가와, 이 광이 어느 파장으로 변환되는가는, 기판 및 폴리크로머타이징층의 물질에 좌우된다. 당 업자는 폴리크로머타이징층의 물질과 기판 물질을 알고 있고, 이를 요망 LED에 요망되는 또는 요구되는 것으로 이용 및 조합할 수 있다. 발명의 방법은 소정의 기판 물질 또는 폴리크로머타이징층에 제한되지 않는다.
발명의 일 버전에 따르면, 폴리크로머타이징층 및/또는 프린팅가능 매스를 형성하는 액체가, 프린팅 프로세스를 이용하여 도포될 수 있다. 액체로 용액의 경우에, 폴리크로머타이징층이 형성되도록 용액의 용매가 건조되어야 한다. 용융 매스의 경우에, 매스는 폴리크로머타이징층 내로 경화되어야 한다. 어떤 접근법이 선택되는지 여부는 대체로 냉광 물질의 타입에 달려 있다.
용액, 분산매, 및 에나멜의 그룹으로부터 액체 또는 프린팅가능 매스가 액체 및/또는 프린팅가능 매스로 프린팅된다.
프린팅 후, 프린팅된 매스는 당 업자에게 알려져 있는 방법에 의해 취급된다. 이러한 처리는 열적 및/또는 광학적, 및/또는 전기적, 및/또는 화학적 경화법을 포함할 수 있고, 이는 매스의 경화를 제공하고 따라서 안정한 형상의 유지를 제공한다. 이러한 용도로, 매스 하에 위치하는 LED는 프린팅 프로세스 후 LED에 의한 열적 및/또는 광학적 프로세스에 의한 경화가 작동되는 것을 실시하는데 사용된다.
도 1a는 프린팅될 웨이퍼의 평면도,
도 1b는 웨이퍼 캐리어 상에서 도 1a로부터 웨이퍼의 단면도,
도 2a는 발명에 따른 방법으로 프린팅된 웨이퍼의 개략적 평면도,
도 2b는 도 2a로부터 웨이퍼의 개략적 단면도,
도 3a는 발명의 방법을 위한 프린팅 스탬프의 개략적 단면도,
도 3b는 프린팅될 웨이퍼에 걸쳐 분산을 통해 습식 처리되는 프린팅 스탬프의 개략적 단면도,
도 3c는 웨이퍼와 접촉하는 도 3b로부터의 프린팅 스탬프의 개략적 단면도,
도 3d는 프린팅 단계 후 프린팅 스탬프의 그리고 웨이퍼의 개략적 단면도,
도 4a는 프린팅 공동의 정사각형 융기부의 평면도,
도 4b는 프린팅 공동의 원형 융기부의 평면도,
도 4c는 요홈 및 접촉부를 구비한, 프린팅된 정사각형층의 평면도.
발명에서 청구되는 방법을 이용하면, 캐리어(3)에 의해 지지되는 기판(2)를 갖는 웨이퍼(1)가 프린팅된다(도 1a 및 1b 참조). 기판(2)은 갈륨 아시나이드-계 단색-발광 서브층(도시되지 않음)을 갖는다. 단순화를 위해, 단색 발광 GaAs 서브층을 갖는 서브층(2)은 아래에서 GaAs 기판(2)으로 불린다. GaAs 기판(2)은 캐리어(3)로부터 먼쪽을 면하는 제 1 주 표면(2a)과, 캐리어(2)와 면하는 제 2 주 표면(2b)을 갖는다. GaAs 기판(2)은 캐리어(3)에 대해 에피택시 방식으로 성장된다.
도 3a 내지 3d에 도시되는 바와 같이, 폴리크로머타이징층(40이 프리팅 스탬프(5)를 이용하여 GaAs 기판(2)에 도포된다. 프린팅 스탬프(5)는 융기부(7) 및 오목부(7')를 갖는 프린팅 공동(7o) 내에 배치되는 구조(6)를 갖는다.
스탬프(5)에는 세륨 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(YAG)의 입자들이 분산되는 분산매가 제공되어, 융기부(7)가 이러한 분산매의 필름(8)으로 적셔진다. 각각의 개별 융기부(7)는 하나의 필름 요소(8')로 적셔진다. 프린팅 스탬프(5)를 기판(2)까지 낮춤으로써(도 3a 및 3b), 필름(8)이 기판(2)과 필름(8)의 접촉에 의해 기판(2)에 전달될 때까지 필름(8)이 기판(2)에 접근한다. 프린팅 스탬프(5) 제거 후, 필름(8)은 기판(2) 상에 층(4)으로 남는다(도 3d). 층(4)은 기하구조 및 두께와 관련하여 개별 필름 요소(8')의 두께 및 기하구조에 적어도 크게 대응하는 복수의 개별 층 요소(4')를 갖는다.
발명에서 청구되는 방법의 일 실시예에서, 필름 요소(8')가 두께와 관련하여 기판(2)에 부분적으로만 전이됨을 또한 생각할 수 있다. 즉, 프린팅 스탬프(5) 제거 후, 필름(8)의 일부분만이 기판(2) 상의 층(4)으로 남는다. 기판에 전이되지 않은 층(8)의 일부분은 프린팅 스탬프(5) 상에 남게 되고, 다음 기판(2)의 프린팅에 사용될 수 있다. 여기서, 필름(8)이 두께와 관련하여 재충전될 수 있어서, 다음 프린팅 프로세스에서 선행 프린팅 프로세스에서와 동일한 초기 조건이 지배적이다. 기판(2)에 전이된 층(4)과, 스탬프 상에 남는 나머지 층(8) 간의 두께 비는 스탬프 물질과 같은 파라미터에 의존하며, 냉광 물질과 스탬프 물질의 상호작용, 기판(2) 표면과 냉광 물질의 상호작용, 냉광 물질의 점도, 등과 같은 파라미터에 의존한다. 층(8)의 층 두께의 50% 이상이 기판(2)에 전이된다. 최적화된 방법의 경우 이 값이 70% 이상인 것이 바람직하고 90% 이상인 것이 더욱 바람직하다.
이러한 경우에 프린팅 스탬프(5)는 마이크로-접촉 프린팅 스탬프로서,그 실리콘 러버 프린팅 공동(7o)에는 폭(B)이 50㎛인 정사각형 요소(9)를 포함하는 미세 구조물(6)이 제공된다. 따라서, 개별 필름 요소(8')와, 따라서, 층 요소(4')는 마찬가지로 50㎛의 폭(B)을 갖는다.
구조물(6)과, 따라서 다른 것들 중에서도, 융기부(7) 및 층 요소(4')는 도면에 축적에 맞게 도시되지 않는다. 따라서, 폴리크로머타이징 층(4)의 층 요소(4')의 수는 도식적으로 도시되는 것보다 수배 더 크다. 도 2a 및 2b의 층(4)이 단일 프린팅 단계에서 기판(2)으로 웨이퍼(1)에 프린팅된다고 도 3a-3d에서 표시된다. 이러한 경우에, 프린팅 스탬프(5)의 길이(L)는 본질적으로 정확하게 웨이퍼(1)의 직경(D)의 크기에 해당한다. 하나의 프린팅 단계의 예시적 실시예의 일 버전에서, 더 적은 개수의 층 요소(4')로 구성되는 단 하나의 서브디비전층(10)이, 도 2a에 빗금으로 도시되는 것처럼, 기판(2)에 도포된다. 이러한 경우에, 프린팅 스탬프의 길이(L)는 웨이퍼(1)의 직경(D)보다 훨씬 짧다. 스텝-앤드-리피트 프로세스(step-and-repeat process)에 의해, 서브디비전층(10)에 대응하는 구조를 갖는 프린팅 공동(도시되지 않음)을 가진 프린팅 스탬프(5)은 분산매로 적셔져서, 점진적으로 웨이퍼(1) 위에 위치하여 하강한다. 스텝-앤드-리피트 프로세스의 높은 정밀도로 인해, 대응하여 큰 프린팅 스탬프(5)를 위해 단일 프린팅 단계에 의해 생성되는 바와 같이, 동일 구조를 갖는 층(4)이 생성될 수 있다. 층 두께는 예시적인 실시예에서 5㎛다.
프린팅 이전에 웨지 결함 보상이 수행된다. 스텝-앤드-리피트 프로세스의 버전에서, 웨지 결함 보상은 웨이퍼 당 한번인 것이 선호되고, 또는 일련의 웨이퍼 당 단 한번일 수도 있다.
예시적인 실시예의 일 버전에서, 프린팅 공동(7o)은, 프린팅 스탬프(5) 상의 필름(8)과, 기판(2) 상에 프린팅된 폴리크로머타이징 층(4) 역시, 블랭킷화(blanketing) 되도록, 구조화되지 않고 블랭킷화 방식(도시되지 않음)으로 만들어진다.
융기부(7), 따라서, 층 요소(4')의 정사각형 단면(7o')에 추가하여, 예시적인 실시예의 다른 버전에서, 둥근 단면(7o")을 갖는 융기부(7)가 존재한다(도 4b 참조).
특히, 마이크로-접촉 프린팅 프로세스를 이용하여, 더 복잡한 구조(6)를 인쇄하는 발명의 장점으로 인해, 발명의 다른 버전에 따르면, 융기부(7)의 정사각형 단면을 변형시켜서, 도 4c에 도시되는 바와 같이, 오목부(11)를 갖는 단면(4o')을 지닌 층 요소(4')가 프린팅될 수 있다. 이러한 발명의 버전에서, 단일층 요소(4')는 발광 다이오드 당 프린팅되고, 오목부(11)는 연결 요소(12), 예를 들어, 본드 와이어, 기상-증착 프린팅 회로, 또는 그외 다른 연결 요소(12)를 이용하여, LED의 접촉-형성 영역으로 사용된다.
폴리크로머타이징 층(4)을 갖는 발명에 따른 방법으로 프린팅되는 기판(2)은 발광 다이오드를 형성하도록 마감되고, 종래의 방법을 이용하여 작동 배치된다. 이들은 폴리크로머타이징층(4)의 층 두께가 매우 높은 균질성을 보이고, 따라서, 발광 다이오드 작동의 결과적인 칼라 스펙트럼의 품질이 균일하다. 기판(2)의 청색광은 폴리크로머타이징층(4)에 의해 황색광으로 부분적으로 변환되어, 함께 발광 다이오드로부터 백색광으로 방사된다. 어떤 비닝도 발생하지 않지만, 발광 다이오드의 백색 음영은 균질이고, 일련의 웨이퍼 내에서 균일한 품질을 나타낸다.

Claims (20)

  1. 광을 방사하는 서브층을 포함하는 반도체 기판상에 층을 도포하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은,
    적어도 하나의 냉광 물질을 포함하는 폴리크로머타이징(polychromatizing) 층을 기판의 표면에 도포하는 단계와,
    상기 기판의 표면이 상기 반도체 기판의 표면과 정렬하여 대향하도록 하기 위해, 상기 기판과 상기 반도체 기판을 배향하는 단계와,
    상기 기판의 표면과 상기 반도체 기판의 표면을 서로 접촉하도록 이동시키는 단계를 포함하되, 상기 폴리크로머타이징층은 상기 반도체 기판의 표면상에 프린팅되고, 상기 폴리크로머타이징층은 액체이거나 프린팅가능 매스인 것을 특징으로 하는 반도체 기판상에 층을 도포하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리크로머타이징층은 마이크로-접촉 프린팅 프로세스에 의해 반도체 기판의 표면상에 프린팅되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판상에 층을 도포하기 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기판은 프린팅 공동을 가지는 프린팅 프린팅 스탬프인 것을 특징으로 하는 반도체 기판상에 층을 도포하기 위한 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    폴리크로머타이징층은 패턴화된 구조로서 반도체 기판에 도포되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판상에 층을 도포하기 위한 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    패턴화된 구조는, 장방형, 정사각형, 원, 삼각형, 충전 다각형 층 요소를 포함한 개별적인 층 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판상에 층을 도포하기 위한 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 층 요소는 1mm 미만의 구조 폭(B)을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 기판상에 층을 도포하기 위한 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    폴리크로머타이징층은 상기 반도체 기판상에 블랭킷화 방식으로 프린팅되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판상에 층을 도포하기 위한 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    폴리크로머타이징층은 100㎛ 미만의 층 두께(H)를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 기판상에 층을 도포하기 위한 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 기판은 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 반도체 기판상에 층을 도포하기 위한 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    하나의 프린팅 단계에서, 폴리크로머타이징층이 단일 프린팅 단계로 도포되도록, 반도체 기판의 지름에 대응하는 길이(L)를 갖는 프린팅 스탬프가 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판상에 층을 도포하기 위한 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    하나의 프린팅 단계에서, 폴리크로머타이징층이 복수의 프린팅 단계에 의해 도포되도록, 반도체 기판의 지름보다 적은 길이(L)를 갖는 프린팅 스탬프가 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판상에 층을 도포하기 위한 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 냉광 물질이
    - 백색 인,
    - 순수 인광 성분, 따라서, 요소 또는 분자,
    - 인광 액체,
    - 격자 구조의 붕괴에 의해 인광체를 생성할 수 있는 모든 타입의 결정,
    - 냉광에 의해 생성된 복사광에 투명한 매트릭스에 용해될 수 있는 모든 타입의 냉광 물질 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판상에 층을 도포하기 위한 방법.
  13. 삭제
  14. 제 1 항에 있어서,
    액체 또는 프린팅가능 매스는 용액, 분산매, 또는 에나멜을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판상에 층을 도포하기 위한 방법.
  15. 단색광을 생성하기 위한 반도체층을 지닌 반도체 기판에 있어서, 상기 반도체 기판은 폴리크로머타이징층을 포함하고,
    상기 폴리크로머타이징층은 청구항 제 1 항에 따른 방법으로 패턴화된 구조로 도포되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판.
  16. 제 15 항에 따른 반도체 기판을 구비한 광전 구성요소(optoelectronic component).
  17. 제 5 항에 있어서,
    상기 층 요소는 100㎛ 미만의 구조 폭(B)을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 기판상에 층을 도포하기 위한 방법.
  18. 제 5 항에 있어서,
    상기 층 요소는 10㎛ 미만의 구조 폭(B)을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 기판상에 층을 도포하기 위한 방법.
  19. 제 5 항에 있어서,
    상기 층 요소는 1㎛ 미만의 구조 폭(B)을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 기판상에 층을 도포하기 위한 방법.
  20. 반도체 기판상에 층을 도포하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은,
    광을 방사하는 서브층을 포함하는 상기 반도체 기판을 제공하는 단계와,
    폴리크로머타이징되고, 적어도 하나의 냉광 물질을 포함하는 층을 기판의 표면에 도포하는 단계와,
    상기 기판의 표면이 상기 반도체 기판의 표면과 정렬하여 대향하도록 하기 위해, 상기 기판과 상기 반도체 기판을 배향하는 단계와,
    상기 기판의 표면과 상기 반도체 기판의 표면을 서로 접촉하도록 이동시키는 단계를 포함하되, 기판의 표면상의 층의 적어도 일부는 반도체 기판의 표면상에 프린팅되고, 상기 서브층에 의해 방사된 광은 반도체 기판의 표면상에 프린팅된 층에 의해 적어도 부분적으로 변환되어 적어도 두 개의 파장을 가진 광을 생성하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판상에 층을 도포하기 위한 방법.
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