KR101679312B1 - 발광소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 발광소자 제조방법은 적어도 제1 표면과 제2 표면을 구비하며 제1 표면과 제2 표면이 서로 마주하는 기판을 제공하는 단계; 기판의 제2 표면상에 복수의 발광적층을 형성하는 단계; 복수의 발광적층을 덮는 지지층을 형성하는 단계; 기판의 제1 표면으로부터 기판 내에 에너지를 인가하여 복수의 불연속적인 제1 개질 영역을 형성하는 단계; 기판의 제1 표면에 산화층을 형성하는 단계; 및 복수의 불연속적인 제1 개질 영역을 따라 기판을 분리하는 단계를 포함한다.

Description

발광소자 및 그 제조 방법{OPTOELECTRONIC DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 발광소자에 관한 것으로, 특히 발광소자의 절단 방법에 관한 것이다.
발광다이오드(light-emitting diode, LED)의 발광원리는 전자가 n형 반도체와 p형 반도체 사이에서 이동하는 에너지 차이를 이용하여 빛의 형태로 에너지를 방출하는 것이다. 이러한 발광원리는 발열에 의한 백열등의 발광원리와 다르므로, 발광다이오드는 냉광원이라 불린다. 또한, 발광다이오드는 내구성이 높고, 수명이 길며, 가볍고, 전기 소모량이 낮은 장점이 있으므로, 오늘날 조명시장에서 발광다이오드는 큰 기대를 모으고 있으며, 차세대의 조명수단으로서 종래의 광원을 점차적으로 대체하여 교통신호, 백라이트 모듈, 가로등 조명, 의료 설비 등 각종 분야에 응용되고 있다.
도 1은 종래의 발광다이오드 구조 개략도이다. 도 1에서 도시한 바와 같이, 종래의 발광소자(100)는 투명기판(10), 투명기판(10)상에 위치하는 반도체 적층(12) 및 상기 반도체 적층(12) 상에 위치하는 하나 이상의 전극(14)을 포함하며, 상기의 반도체 적층(12)은 위에서부터 아래로 제1 도전형 반도체층(120), 활성층(122) 및 제2 도전형 반도체층(124)을 포함한다.
또한, 상기의 발광소자(100)는 추가적으로 기타 소자와 결합하여 발광장치(light-emitting apparatus)를 형성할 수도 있다. 도 2는 종래의 발광장치 구조 개략도이다. 도 2에서 도시한 바와 같이, 발광장치(200)는 하나 이상의 회로(202)의 서브 마운트(20, sub-mount); 상기 서브 마운트(20) 상에 위치하고, 상기 발광소자(100)를 서브 마운트(20) 상에 본딩 고정하며, 발광소자(100)의 기판(10)으로 하여금 서브 마운트(20) 상의 회로(202)와 전기적으로 연결하도록 하는 하나 이상의 솔더(22, solder); 및, 발광소자(100)의 전극(14)와 서브 마운트(20) 상의 회로(202)를 전기적으로 연결하는 전기 연결구조(24)를 구비하고, 상기의 서브 마운트(20)는 발광장치(200)의 회로 배치를 간편하게 하고 산열 효과를 향상시키는 리드 프레임(lead frame) 또는 큰 사이즈의 마운팅 기판(mounting substrate)일 수 있다.
그러나, 도 1에서 도시한 바와 같이, 종래의 발광소자(100)에서, 투명기판(10)의 표면은 평평한 표면이고, 투명기판(10)의 굴절률과 외부 환경의 굴절률이 다르므로, 활성층(122)에서 발사된 광선(A)은 기판을 통해 외부환경으로 입사될 때, 전반사(Total Internal Reflection, TIR)가 쉽게 형성되어, 발광소자(100)의 광적출 효율을 저하시킨다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위한 발광 소자 및 발광 소자 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 발광소자 제조방법은 적어도 제1 표면과 제2 표면을 구비하며 제1 표면과 상기 제2 표면이 서로 마주하는 기판을 제공하는 단계; 기판의 제2 표면상에 복수의 발광적층을 형성하는 단계; 복수의 발광적층을 덮는 지지층을 형성하는 단계; 기판의 제1 표면으로부터 기판 내에 에너지를 인가하여 복수의 불연속적인 제1 개질 영역을 형성하는 단계; 기판의 제1 표면에 산화층을 형성하는 단계; 및 복수의 불연속적인 제1 개질 영역을 따라 기판을 분리하는 단계를 포함한다.
도 1은 종래의 발광소자의 구조 개략도이다.
도 2는 종래의 발광장치의 구조 개략도이다.
도 3a ~ 도 3m은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제조공정을 나타내는 구조 개략도이다.
도 3n은 도 3m의 벽개면의 기판 단면을 나타내는 주사전자현미경 구조도이다.
도 4a ~ 도 4k는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제조공정을 나타내는 구조 개략도이다.
도 5a ~ 도 5c는 발광모듈을 나타내는 개략도이다.
도 6a ~ 도 6b는 광원발생장치를 나타내는 개략도이다.
본 발명은 발광소자 및 그 제조방법을 제시하였으며, 본 발명을 더욱 자세하고 완전하게 이해하려면, 다음의 설명과 도 3a ~ 도 6b에 도시된 것을 결합하여 참고하길 바란다.
도 3a ~ 도 3m은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제조과정 구조 개략도이다. 도 3a에 도시한 바와 같이, 제1 표면(302)과 제2 표면(304)을 구비하고, 제1 표면(302)과 제2 표면(304)이 서로 마주하는 기판(30)을 제공한다. 그 다음, 도 3b에 도시한 바와 같이, 기판(30)의 제2 표면(304)상에 반도체 에피택셜층(31)을 형성하는데, 반도체 에피택셜층(31)은 적어도 아래에서부터 위로 제1 도전형 반도체층(310), 활성층(312) 및 제2 도전형 반도체층(314)을 포함한다.
그리고, 도 3c에 도시한 바와 같이, 마이크로리소그래피 기술을 이용하여 상기 반도체 에피택셜층(31)을 식각하여 제1 도전형 반도체층(310)의 일부를 노출시키고, 반도체 에피택셜층(31)으로 하여금 복수의 테이블형 구조의 발광적층(32)을 형성한다.
다시 도 3d에 도시한 바와 같이, 제1 도전형 반도체층(310) 상에 제1 전극(342)을 형성하고, 제2 도전형 반도체층(314) 상에 제2 전극(341)을 형성한다. 일 실시예에서 제1 전극(342)과 제2 전극(341)의 재료는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 인듐(In), 주석(Sn), 금(Au), 백금(Pt), 아연(Zn), 은(Ag), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 납(Pb), 팔라듐(Pd), 게르마늄(Ge), 크롬(Cr), 카드뮴(Cd), 코발트(Co), 망간(Mn), 안티몬(Sb), 비스무트(Bi), 갈륨(Ga), 탈륨(Tl), 폴로늄(Po), 이리듐(Ir), 레늄(Re), 로듐(Rh), 오스뮴(Os), 텅스텐(W), 리듐(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 지르코늄(Zr), 몰리브덴(Mo), 란탄(La), 은-티타늄(Ag-Ti), 구리-주석(Cu-Sn), 구리-아연(Cu-Zn), 구리-카드뮴(Cu-Cd), 주석-납-안티몬(Sn-Pb-Sb), 주석-납-아연(Sn-Pb-Zn), 니켈-주석(Ni-Sn), 니켈-코발트(Ni-Co), 금(Au) 합금, 또는 게르마늄-금-니켈(Ge-Au-Ni) 등 금속재료를 포함하나 이에 한정되지 않는다.
그 다음, 도 3e에 도시한 바와 같이, 발광적층(32), 제1 전극(342) 및 제2 전극(341)상에 지지층(36)을 형성하고, 기타 실시예에서, 상기 지지층(36)은 발광적층(32)과 기판(30)을 동시에 덮을 수 있으며, 상기 지지층(36)은 발광적층(32)이 후속 제조공정으로 인해 분산되는 것을 방지할 수 있으며, 상기의 지지층(36)의 재질은 고분자, 산화물 또는 금속 등 재료일 수 있다.
그리고, 도 3f에서 도시한 바와 같이, 에너지가 약 0.05 ~ 0.1W, 0.05 ~ 0.3W, 0.05 ~ 0.5W, 0.05 ~ 0.7W 또는 0.05 ~ 1W이며, 속도는 약 20 ~ 100mm/sec, 20 ~ 300mm/sec, 20 ~ 500mm/sec, 20 ~ 700mm/sec 또는 20 ~ 1000mm/sec이며, 파장이 약 350 ~ 500nm, 350 ~ 800nm, 350 ~ 1200nm, 500 ~ 1000nm, 700 ~ 1200nm 또는 350 ~ 1500nm인 레이저 광속을 기판(30)의 제1 표면(302) 방향으로부터 기판(30)에 조사하여, 기판(30) 내에 복수의 불연속적인 제1 개질 영역(306)을 형성한다. 일 실시예에서, 상기 레이저 광속은 적외선 레이저일 수 있으며, 예를 들면 Nd-YAG laser, Nd-YVO4 laser, Nd-YLF laser 또는 티타늄 레이저(titanium laser)일 수 있다.
일 실시예에서, 제1 개질영역(306)은 다광자 흡수영역(multiple photon absorption region), 균열영역(crack region), 용융영역(molten processed region) 또는 반사율 변경영역(refractive index change region)이다.
도 3g에 도시한 바와 같이, 복수의 불연속적인 제1 개질 영역(306)의 너비(W)는 1 ~ 5㎛, 1 ~ 10㎛, 1 ~ 15㎛ 또는 1 ~ 20㎛이며, 높이(H1)는 1 ~ 10㎛, 1 ~ 30㎛, 1 ~ 50㎛, 1 ~ 70㎛ 또는 1 ~ 100㎛일 수 있다. 바람직한 실시예에서, 제1 개질 영역(306)의 하부 가장자리와 기판(30)의 제1 표면(302)의 거리(D1)는 약 1 ~ 50㎛, 1 ~ 100㎛, 1 ~ 150㎛ 또는 1 ~ 200㎛일 수 있다.
일 실시예에서, 도 3h에 도시한 바와 같이, 제1 개질 영역(306)의 상부 가장자리에 제1 개질 영역(306)과 연결된 하나 이상의 제1 연신부(3061)를 형성할 수 있으며, 제1 개질영역(306)의 하부 가장자리에 제1 개질영역(306)과 연결된 하나 이상의 제2 연신부(3062)를 형성할 수 있다. 제1 연신부(3061)의 높이(H2)는 0.1 ~ 10㎛, 0.1 ~ 50㎛, 0.1 ~ 100㎛, 0.1 ~ 150㎛, 0.1 ~ 200㎛일 수 있다. 제1 연신부(3061)의 끝단과 기판(30)의 제2 표면(304)의 거리(D2)는 0 ~ 50㎛, 0 ~ 100㎛, 0 ~ 150㎛ 또는 0 ~ 200㎛일 수 있다. 제2 연신부(3062)의 높이(H3)는 0.1 ~ 10㎛, 0.1 ~ 50㎛, 0.1 ~ 100㎛, 0.1 ~ 150㎛, 0.1 ~ 200㎛일 수 있다. 제2 연신부(3062)의 끝단과 기판(30)의 제1 표면(302)의 거리(D3)는 0 ~ 50㎛, 0 ~ 100㎛, 0 ~ 150㎛ 또는 0 ~ 200㎛일 수 있다. 일 실시예에서, 제1 연신부(3061)의 높이는 제2 연신부(3062) 보다 높다.
도 3i에 도시한 바와 같이, 다른 일 실시예에서, 레이저 에너지가 약 0.05 ~ 0.1W, 0.05 ~ 0.3W, 0.05 ~ 0.5W, 0.05 ~ 0,7W 또는 0.05 ~ 1W이며, 속도는 약 20 ~ 100mm/sec, 20 ~ 300mm/sec, 20 ~ 500mm/sec, 20 ~ 700mm/sec 또는 20 ~ 1000mm/sec이고, 파장이 약 350 ~ 500nm, 350 ~ 800nm, 350 ~ 1200nm, 500 ~ 1000nm, 700 ~ 1200nm 또는 350 ~ 1500nm인 레이저 광속을 기판(30)의 제1 표면(302) 방향으로부터 기판(30)에 조사하여, 기판(30) 내에 복수의 불연속적인 제2 개질 영역(306')을 형성할 수 있다. 제2 개질 영역(306')과 제1 개질 영역(306)은 제1 표면(302)에 수직인 방향에서 서로 중첩되거나 또는 서로 중첩되지 않을 수 있다. 일 실시예에서, 상기 레이저 광속은 적외선 레이저일 수 있으며, 예를 들면 Nd-YAG laser, Nd-YVO4 laser, Nd-YLF laser 또는 티타늄 레이저일 수 있다.
일 실시예에서, 제2 개질영역(306')은 다광자 흡수영역(multiple photon absorption region), 균열영역(crack region), 용융영역(molten processed region) 또는 반사율 변경영역(refractive index change region)이다.
제1 개질 영역(306)과 같이, 제2 개질 영역(306')의 상부 가장자리에 제2 개질 영역(306')과 연결된 하나 이상의 제3 연신부(미도시)를 형성할 수 있으며, 제2 개질 영역(306')의 하부 가장자리에 제2 개질 영역(306')과 연결된 하나 이상의 제4 연신부(미도시)를 형성할 수 있다. 제3 연신부의 높이는 약 0.1 ~ 10㎛, 0.1 ~ 50㎛, 0.1 ~ 100㎛, 0.1 ~ 150㎛, 0.1 ~ 200㎛일 수 있다. 제3 연신부의 끝단과 기판(30)의 제2 표면(304)의 거리(D2)는 약 0 ~ 50㎛, 0 ~ 100㎛, 0 ~ 150㎛ 또는 0 ~ 200㎛일 수 있다. 제4 연신부의 높이는 약 0.1 ~ 10㎛, 0.1 ~ 50㎛, 0.1 ~ 100㎛, 0.1 ~ 150㎛, 0.1 ~ 200㎛일 수 있다. 제4 연신부의 끝단과 기판(30)의 제1 표면(302)의 거리(D3)는 약 0 ~ 50㎛, 0 ~ 100㎛, 0 ~ 150㎛ 또는 0 ~ 200㎛일 수 있다. 일 실시예에서, 제3 연신부의 높이는 제4 연신부보다 높다.
그리고, 도 3f에 이어, 도 3j에 도시한 바와 같이, 산화층(381)은 기판(30)의 제1 표면(302) 상에 형성되고, 산화층(381)은 기판(30)의 제1 표면(302)을 완전히 덮는다.
다른 일 실시예에서, 도 3k에 도시한 바와 같이, 기판(30)의 제1 표면(302) 상에 산화층(381) 및 금속 반사층(382)을 형성할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 산화층(381)의 재료는 TiOx, SiOx, ZnO, TaOx에서 선택될 수 있고, 금속 반사층(382)의 재료는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 인듐(In), 주석(Sn), 금(Au), 백금(Pt), 아연(Zn), 은(Ag), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 납(Pb), 팔라듐(Pd), 게르마늄(Ge), 크롬(Cr), 카드뮴(Cd), 코발트(Co), 망간(Mn), 안티몬(Sb), 비스무트(Bi), 갈륨(Ga), 탈륨(Tl), 폴로늄(Po), 이리듐(Ir), 레늄(Re), 로듐(Rh), 오스뮴(Os), 텅스텐(W), 리듐(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 지르코늄(Zr), 몰리브덴(Mo), 란탄(La), 은-티타늄(Ag-Ti), 구리-주석(Cu-Sn), 구리-아연(Cu-Zn), 구리-카드뮴(Cu-Cd), 주석-납-안티몬(Sn-Pb-Sb), 주석-납-아연(Sn-Pb-Zn), 니켈-주석(Ni-Sn), 니켈-코발트(Ni-Co), 금(Au) 합금, 또는 게르마늄-금-니켈(Ge-Au-Ni) 등 금속재료로부터 선택될 수 있다.
마지막으로, 도 3l에 도시한 바와 같이, 지지층(36)을 제거한다. 이어서, 도 3m에 도시한 바와 같이, 제1 개질 영역(306)을 따라 기판(30)을 쪼개 복수의 발광소자(300)를 형성한다. 일 실시예에서, 상기 복수의 발광소자(300)의 산화층(381)은 기판(30)의 제1 표면(302)을 완전히 덮는다. 일 실시예에서, 상기 복수의 발광소자(300)의 산화층(381)은 기판(30)의 제1 표면(302)의 90%이상의 면적을 덮는다.
도 3n은 도 3m의 벽개면(plane of cleavage)의 기판 단면 주사전자현미경 구조도를 나타내며, 기판(30)의 제1 표면에 형성된 산화층(381) 및 기판에 형성된 제1 개질 영역(306)을 포함한다. 제1 개질 영역(306)의 상부 가장자리에는 제1 개질 영역(306)과 연결된 제1 연신부(3061)을 형성할 수 있으며, 제1 개질 영역(306)의 하부 가장자리에는 제1 개질 영역(306)과 연결된 제2 연신부(3062)를 형성할 수 있으며, 또한 제1 연신부(3061)의 높이는 제2 연신부(3062)보다 높다.
도 4a ~ 도 4k는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제조과정을 나타내는 구조 개략도이다. 도 4a에 도시한 바와 같이, 제1 표면(402)과 제2 표면(404)을 포함하고, 제1 표면(402)은 제2 표면(404)과 서로 마주하는 기판(40)을 제공한다. 그리고, 도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 기판(40)의 제2 표면(404) 상에 복수의 반도체 에피택셜층(41)을 형성하는데, 반도체 에피택셜층(40)은 적어도 아래에서부터 위로 제1 도전형 반도체층(410), 활성층(412) 및 제2 도전형 반도체층(414)을 포함한다.
그리고, 도 4c에 도시한 바와 같이, 마이크로리소그래피 기술을 이용하여 상기 반도체 에피택셜층(41)을 식각하여 제1 도전형 반도체층(410)의 일부를 노출시키고, 반도체 에피택셜층(41)으로 하여금 복수의 테이블형 구조의 발광적층(42)을 형성하도록 한다.
도 4d에 도시한 바와 같이, 제1 도전형 반도체층(410) 상에 제1 전극(442)을 형성하고, 제2 도전형 반도체층(414) 상에 제2 전극(441)을 형성한다. 또한 기판(40)의 제1 표면(402) 상에 산화층(481)을 형성한다. 일 실시예에서, 상기 산화층(481)은 기판(40)의 제1 표면(402)을 완전히 덮는다. 바람직한 실시예에서, 산화층(481)의 재료는 TiOx, SiOx, ZnO, TaOx에서 선택될 수 있다.
일 실시예에서 제1 전극(442)과 제2 전극(441)의 재료는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 인듐(In), 주석(Sn), 금(Au), 백금(Pt), 아연(Zn), 은(Ag), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 납(Pb), 팔라듐(Pd), 게르마늄(Ge), 크롬(Cr), 카드뮴(Cd), 코발트(Co), 망간(Mn), 안티몬(Sb), 비스무트(Bi), 갈륨(Ga), 탈륨(Tl), 폴로늄(Po), 이리듐(Ir), 레늄(Re), 로듐(Rh), 오스뮴(Os), 텅스텐(W), 리듐(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 지르코늄(Zr), 몰리브덴(Mo), 란탄(La), 은-티타늄(Ag-Ti), 구리-주석(Cu-Sn), 구리-아연(Cu-Zn), 구리-카드뮴(Cu-Cd), 주석-납-안티몬(Sn-Pb-Sb), 주석-납-아연(Sn-Pb-Zn), 니켈-주석(Ni-Sn), 니켈-코발트(Ni-Co), 금(Au) 합금, 또는 게르마늄-금-니켈(Ge-Au-Ni) 등 금속재료를 포함하나 이에 한정되지 않는다.
그리고, 도 4e에 도시한 바와 같이, 발광적층(42), 제1 전극(442) 및 제2 전극(441) 상에 지지층(46)을 형성하고, 기타 실시예에서, 상기 지지층(46)은 발광적층(42)과 기판(40)을 동시에 덮을 수 있으며, 상기 지지층(46)은 발광적층(42)이 후속 제조공정으로 인해 분산되는 것을 방지할 수 있으며, 상기의 지지층(46)의 재질은 고분자, 산화물 또는 금속 등 재료일 수 있다.
그리고, 도 4f에 도시한 바와 같이, 에너지가 대략 0.05 ~ 0.1W, 0.05 ~ 0.3W, 0.05 ~ 0.5W, 0.05 ~ 0.7W 또는 0.05 ~ 1W이며, 속도는 약 20 ~ 100mm/sec, 20 ~ 300mm/sec, 20 ~ 500mm/sec, 20 ~ 700mm/sec 또는 20 ~ 1000mm/sec이며, 파장이 약 350 ~ 500nm, 350 ~ 800nm, 350 ~ 1200nm, 500 ~ 1000nm, 700 ~ 1200nm 또는 350 ~ 1500nm인 레이저 광속을 기판(40)의 제1 표면(402) 방향으로부터, 산화층(481)을 통과하여 기판(40)에 조사함으로써, 기판(40) 내에 복수의 불연속적인 제1 개질 영역(406)을 형성한다. 일 실시예에서, 상기 레이저 광속은 적외선 레이저일 수 있으며, 예를 들면 Nd-YAG laser, Nd-YVO4 laser, Nd-YLF laser 또는 티타늄 레이저(titanium laser)일 수 있다.
일 실시예에서, 제1 개질 영역(406)은 다광자 흡수영역(multiple photon absorption region), 균열영역(crack region), 용융영역(molten processed region) 또는 반사율 변경영역(refractive index change region)일 수 있다.
도 4g에 도시한 바와 같이, 복수의 불연속적인 제1 개질 영역(406)의 너비(W)는 1 ~ 5㎛, 1 ~ 10㎛, 1 ~ 15㎛ 또는 1 ~ 20㎛이며, 높이(H1)는 1 ~ 10㎛, 1 ~ 30㎛, 1 ~ 50㎛, 1 ~ 70㎛ 또는 1 ~ 100㎛일 수 있다. 바람직한 실시예에서, 제1 개질 영역(406)의 하부 가장자리와 기판(40)의 제1 표면(402)의 거리(D1)는 약 1 ~ 50㎛, 1 ~ 100㎛, 1 ~ 150㎛ 또는 1 ~ 200㎛일 수 있다.
일 실시예에서, 도 4h에 도시한 바와 같이, 제1 개질 영역(406)의 상부 가장자리에 제1 개질 영역(406)과 연결된 하나 이상의 제1 연신부(4061)를 형성할 수 있으며, 제1 개질 영역(406)의 하부 가장자리에 제1 개질 영역(406)과 연결된 하나 이상의 제2 연신부(4062)를 형성할 수 있다. 제1 연신부(4061)의 높이(H2)는 0.1 ~ 10㎛, 0.1 ~ 50㎛, 0.1 ~ 100㎛, 0.1 ~ 150㎛, 0.1 ~ 200㎛일 수 있다. 제1 연신부(4061)의 끝단과 기판(40)의 제2 표면(404)의 거리(D2)는 0 ~ 50㎛, 0 ~ 100㎛, 0 ~ 150㎛ 또는 0 ~ 200㎛일 수 있다. 제2 연신부(4062)의 높이(H3)는 약 0.1 ~ 10㎛, 0.1 ~ 50㎛, 0.1 ~ 100㎛, 0.1 ~ 150㎛, 0.1 ~ 200㎛일 수 있다. 제2 연신부(4062)의 끝단과 기판(40)의 제1 표면(402)의 거리(D3)는 약 0 ~ 50㎛, 0 ~ 100㎛, 0 ~ 150㎛ 또는 0 ~ 200㎛일 수 있다. 일 실시예에서, 제1 연신부(4061)의 높이는 제2 연신부(4062)보다 높다.
도 4i에서 도시한 바와 같이, 다른 일 실시예에서, 에너지가 약 0.05 ~ 0.1W, 0.05 ~ 0.3W, 0.05 ~ 0.5W, 0.05 ~ 0,7W 또는 0.05 ~ 1W이며, 속도는 약 20 ~ 100mm/sec, 20 ~ 300mm/sec, 20 ~ 500mm/sec, 20 ~ 700mm/sec 또는 200 ~ 1000mm/sec이며, 파장이 약 350 ~ 500nm, 350 ~ 800nm, 350 ~ 1200nm, 500 ~ 1000nm, 700 ~ 1200nm 또는 350 ~ 1500nm인 레이저 광속을 기판(40)의 제1 표면(402)의 방향으로부터 기판(40)에 조사하여 기판(40) 내에 복수의 불연속적인 제2 개질 영역(406')을 형성한다. 제2 개질 영역(406')과 제1 개질 영역(406)은 제1 표면(402)에 수직인 방향에서 서로 중첩되거나 또는 서로 중첩되지 않을 수 있다. 일 실시예에서, 상기 레이저 광속은 적외선 레이저일 수 있으며, 예를 들면 Nd-YAG laser, Nd-YVO4 laser, Nd-YLF laser 또는 티타늄 레이저(titanium laser)일 수 있다.
일 실시예에서, 제2 개질 영역(406')은 다광자 흡수영역(multiple photon absorption region), 균열영역(crack region), 용융영역(molten processed region) 또는 반사율 변경영역(refractive index change region)일 수 있다.
제1 개질 영역(406)과 같이, 제2 개질 영역(406')의 상부 가장자리에 제2 개질 영역(406')과 연결된 하나 이상의 제3 연신부(미도시)를 형성할 수 있으며, 제2 개질 영역(406')의 하부 가장자리에 제2 개질 영역(406')과 연결된 하나 이상의 제4 연신부(미도시)를 형성할 수 있다. 제3 연신부의 높이는 약 0.10 ~ 10㎛, 0.1 ~ 50㎛, 0.1 ~ 100㎛, 0.1 ~ 150㎛, 0.1 ~ 200㎛일 수 있다. 제3 연신부의 끝단과 기판(40)의 제2 표면(404)의 거리(D2)는 0 ~ 50㎛, 0 ~ 100㎛, 0 ~ 150㎛ 또는 0 ~ 200㎛일 수 있다. 제4 연신부의 높이는 약 0.10 ~ 10㎛, 0.1 ~ 50㎛, 0.1 ~ 100㎛, 0.1 ~ 150㎛, 0.1 ~ 200㎛일 수 있다. 제4 연신부의 끝단과 기판(40)의 제1 표면(402)의 거리(D3)은 약 0 ~ 50㎛, 0 ~ 100㎛, 0 ~ 150㎛ 또는 0 ~ 200㎛일 수 있다. 일 실시예에서, 제3 연신부의 높이는 제4 연신부보다 높다.
그리고, 도 4f에 이어, 도 4j에 도시한 바와 같이, 금속 반사층(482)은 산화층(481) 상에 형성될 수 있으며, 지지층(46)을 제거한다. 금속 반사층(482)의 재료는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 인듐(In), 주석(Sn), 금(Au), 백금(Pt), 아연(Zn), 은(Ag), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 납(Pb), 팔라듐(Pd), 게르마늄(Ge), 크롬(Cr), 카드뮴(Cd), 코발트(Co), 망간(Mn), 안티몬(Sb), 비스무트(Bi), 갈륨(Ga), 탈륨(Tl), 폴로늄(Po), 이리듐(Ir), 레늄(Re), 로듐(Rh), 오스뮴(Os), 텅스텐(W), 리듐(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 지르코늄(Zr), 몰리브덴(Mo), 란탄(La), 은-티타늄(Ag-Ti), 구리-주석(Cu-Sn), 구리-아연(Cu-Zn), 구리-카드뮴(Cu-Cd), 주석-납-안티몬(Sn-Pb-Sb), 주석-납-아연(Sn-Pb-Zn), 니켈-주석(Ni-Sn), 니켈-코발트(Ni-Co), 금(Au) 합금, 또는 게르마늄-금-니켈(Ge-Au-Ni)의 금속재료에서 선택될 수 있다.
마지막으로, 도 4k에 도시한 바와 같이, 제1 개질 영역(406)을 따라 기판(40)을 쪼개어 복수의 발광소자(400)를 형성한다. 일 실시예에서, 상기 복수의 발광소자(400)의 산화층(481)과 금속 반사층(482)은 기판(40)의 제1 표면(402)을 완전히 덮는다. 일 실시예에서, 상기 복수의 발광소자(400)의 산화층(481)과 금속 반사층(482)은 기판(40)의 제1 표면(402)의 90%이상의 면적을 덮는다.
도 5a ~ 도 5c는 발광모듈을 나타낸 개략도이다. 발광모듈(500)은 마운트(502), 본 발명의 임의의 실시예에서 만들어진 발광소자(미도시), 복수의 렌즈(504, 506, 508, 510) 및 2개의 전원 공급 단말(512, 514)을 포함할 수 있다.
도 5b ~ 도 5c는 발광모듈을 나타내는 단면도이다. 도 5c는 도 5b의 E영역의 확대도이다. 도시한 바와 같이 마운트(502)는 상부 마운트(503) 및 하부 마운트(501)를 포함할 수 있으며, 하부 마운트(501)의 표면은 상부 마운트(503)와 접촉되고, 상부 마운트(503) 상에 형성된 렌즈(504, 508)를 포함할 수 있다. 상부 마운트(503)는 하나 이상의 통홀(通孔)(515)을 형성할 수 있으며, 본 발명의 제1 실시예에 따라 형성된 발광소자(300)는 상기 통홀(515)에 형성되어, 하부 마운트(501)와 접촉하며, 접착재(521)에 의해 뒤덮이며, 접착재(521) 상에 렌즈(508)를 형성한다.
일 실시예에서, 통홀(515) 양(兩) 측벽 상에 반사층(519)을 형성하여 발광소자(300)의 발광효율을 증가시킬 수 있다. 하부 마운트(501)의 하부 표면에 금속층(517)을 형성하여 산열 효율을 향상시킬 수 있다.
도 6a ~ 도 6b는 광원 발생 장치를 나타내는 개략도이다. 광원 발생 장치(600)는 발광모듈(500), 외부 하우징(540), 발광모듈(500)에 전류를 공급하는 전원공급시스템(미도시) 및 전원공급시스템을 제어하는 제어 소자(미도시)를 포함할 수 있다. 광원발생장치(600)는 가로등, 차등 또는 실내 조명 광원과 같은 조명 장치일 수 있으며, 또한 교통신호 또는 평면 디스플레이 백라이트 모듈의 벡라이트 광원일 수 있다.
구체적으로 말하자면, 광전소자는 발광다이오드(LED), 광전다이오드(photodiode), 광저항(photoresister), 레이저(laser), 적외선 발사체(infrared emitter), 유기 발광다이오드(organic light-emitting diode) 및 태양열 전지(solar cell) 중 적어도 하나를 포함한다. 기판(30, 40)은 성장 및/또는 담지(擔持) 기초이다. 후보 재료는 도전 재료 또는 비도전 재료, 투명 재료 또는 불투명 재료를 포함한다. 그 중 도전 재료는 금속일 수 있으며, 예를 들면 게르마늄(Ge), 갈륨비소(GaAs), 인화인듐(InP), 탄화규소(SiC), 규소(Si), 산화리튬알루미늄(LiAlO2), 산화아연(ZnO), 질화갈륨(GaN) 및 질화알루미늄(AlN)이다. 투명 재료는 사파이어(Sapphire), 산화리튬알루미늄(LiAlO2), 산화아연(ZnO), 질화갈륨(GaN) 및 질화알루미늄(AlN), 유리, 다이아몬드, CVD다이아몬드, 다이아몬드상 카본(Diamond-like Carbon, DLC), 스피넬(spinel, MgAl2O4), 실리카(SiOx) 및 산화리튬갈륨(LiGaO2) 중 하나이다.
상기 제1 반도체층(310, 410) 및 제2 반도체층(314, 414)은 적어도 2개 부분의 전기적 특성, 극성 또는 도핑물이 서로 상이하거나 또는 전자와 정공(electron hole)을 제공하는 단일 또는 다중('다중'이라고 함은 이중 또는 이중 이상을 가리키며, 이하 동일하다) 반도체 재료층이며, 그 전기적 특성은 p형, n형 및 i형 중 임의의 2개의 조합에서 선택할 수 있다. 능동층(312, 412)은 제1 반도체층(310, 410) 및 제2 반도체층(314, 414)의 사이에 위치하며, 전기에너지와 빛에너지의 상호 변환이 발생 또는 유도될 수 있는 영역이다. 전기에너지를 빛에너지로 변환 또는 유도하는 장치로서 발광다이오드, 액정표시장치, 유기발광다이오드가 있다. 빛에너지를 전기에너지로 변환 또는 유도하는 장치로서 태양열 전지, 광전다이오드 등이 있다. 상기 제1 반도체층(310, 410), 능동층(312, 412) 및 제2 반도체층(314, 414)의 재료는 갈륨(Ga), 알루미늄(Al), 인듐(In), 비소(As), 인(P), 질소(N), 및 규소(Si)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 하나 이상의 물질을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 광전소자는 발광다이오드이며, 그 발광 주파수 스펙트럼은 단일 또는 다중 반도체층의 물리적 또는 화학적 요소를 변화시켜 조절할 수 있다. 일반적으로 사용되는 재료는 인화알루미늄갈륨인듐(AlGaInP) 계열, 질화알루미늄갈륨인듐（AlGaInN）계열, 산화아연(ZnO) 계열 등이다. 능동층(312, 412)의 구조는 싱글 헤테로구조(single heterostructure; SH), 더블 헤테로구조(double heterostructure; DH), 더블사이드 헤테로구조(double-side double heterostructure; DDH） 또는 다중 양자우물구조(multi-quantum well; MQW）등이다. 그리고, 양자우물의 로그(log)를 조절하여 발광 파장을 변화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 제1 반도체층(310, 410)과 기판(30, 40) 사이에 선택적으로 완충층(buffer layer, 미도시)을 더 포함할 수 있다. 이 완충층은 2가지 재료시스템 사이에 개재되어 기판의 재료시스템을 반도체 시스템으로 "과도" 시키는 재료시스템이다. 발광다이오드의 구조에 있어서, 완충층은 두 재료 사이의 격자 부정합을 감소시키는 재료층이다. 다른 한편으로 완충층은 두 가지 재료 또는 2개로 분리된 구조를 결합시키기 위한 단일 또는 다중 구조로서 완충층의 재료는 유기재료, 무기재료, 금속 또는 반도체 등에서 선택될 수 있으며, 그 구조는 반사층, 열전도층, 도전층, 저항접촉(ohmic contact)층, 변형 억제층, 응력 완화(stress realease)층, 응력 조절(stress adjustment)층, 본딩(bonding)층, 파장 변환층 및 기계적 고정 구조 등에서 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 완충층의 재료는 AlN, GaN일 수 있으며, 형성방법은 스퍼터(Sputter) 또는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD)일 수 있다.
제2 반도체층(314, 414) 상에 선택적으로 접촉층(미도시)을 더 형성할 수 있다. 접촉층은 능동층(미도시)에서 멀리 떨어진 제2 반도체층(314, 414)의 일측에 형성된다. 구체적으로, 접촉층은 광학층, 전기층 또는 이들의 조합일 수 있다. 광학층은 능동층(312, 412)으로부터 방출되거나 또는 능동층(104)으로 진입하는 전자기 복사 또는 광선을 변화시킬 수 있다. 여기서 '변화'는 전자기 복사 또는 빛 중 적어도 어느 하나의 광학적 특성을 변화시키는 것을 가리키며, 상기 특성은 주파수, 파장, 강도, 플럭스량, 효율, 색온, 연색지수(rendering index), 라이트필드(light field) 및 가시 각도(angle of view)를 포함하나 이에 한정되지 않는다. 전기층은 접촉층의 임의 상대측 간의 전압, 저항, 전류, 전기용량 중 적어도 하나의 수치, 밀도, 분포 등이 변화가 발생하거나 변화가 발생할 추세를 가지도록 할 수 있다. 접촉층의 구성재료는 산화물, 도전 산화물, 투명 산화물, 50% 또는 그 이상의 투과률을 가진 산화물, 금속, 상대적으로 투광하는 금속, 50% 또는 그 이상의 투과률을 가진 금속, 유기질, 무기질, 형광체, 인광체, 도자기, 반도체, 도핑 반도체 및 무도핑 반도체 중 적어도 하나를 포함한다. 일부 응용에서 접촉층의 재료는 산화인듐주석(ITO), 산화인듐(InO), 산화주석(SnO), 산화카드뮴주석(CTO), 산화안티몬주석(ATO), 산화아연(ZnO), 산화인듐아연(IZO), 산화아연알루미늄(AZO), 산화아연주석(ATO) 중 적어도 하나이다. 상대적 투광하는 금속일 경우, 그 두께는 대략 0.005㎛ ~ 0.6㎛이다.
이상 각 도면과 설명은 각각 특정 실시예에 대응되나, 각 실시예에서 설명 또는 개시된 소자, 실시방식, 설계원칙 및 기술원리는 서로 명백하게 충돌, 모순 또는 공동으로 실시하기 어려운 것을 제외하고 필요에 따라 임의로 참고, 교체, 조합, 조율 또는 병합하여 실시할 수 있다.
본 발명은 위에서 설명한 바와 같으나 본 발명의 범위, 실시 순서 또는 사용되는 재료와 제조 공정은 이에 한정되지 않는다. 본 발명에 대한 각종 수정과 변경은 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않는다.
100, 300, 400: 발광소자
10: 투명기판
12: 반도체 적층
14: 전극
120, 310, 410: 제1 도전형 반도체층
122, 312, 412: 활성층
124, 312, 412: 제2 도전형 반도체층
200: 발광장치
20: 서브마운트
202: 회로
22: 솔더
24: 전기적 연결구조
30, 40: 기판
302, 402: 제1 표면
304, 404: 제2 표면
32, 42: 발광적층
36, 46: 지지층
306, 406: 제1 개질 영역
306', 406': 제2 개질 영역
3061, 4061: 제1 연신부
3062, 4062: 제2 연신부
342, 442: 제1 전극
341, 441: 제2 전극
381, 481: 산화층
382, 482: 금속층
500: 발광모듈
501: 하부 마운트
502: 마운트
503: 상부 마운트
504, 506, 508, 510: 렌즈
512, 514: 전원 공급 단말
515: 통홀
519: 반사층
521: 접착재
540: 외부 하우징
600: 광원 발생 장치
D: 외력

Claims (16)

  1. 제1 표면과 제2 표면을 구비하며, 상기 제1 표면과 상기 제2 표면이 서로 마주하는 기판을 제공하는 단계;
    상기 기판의 제2 표면 상에 복수의 발광적층을 형성하는 단계;
    상기 복수의 발광적층을 덮는 지지층을 형성하는 단계;
    상기 기판의 제1 표면으로부터 상기 기판 내에 에너지를 인가하여 복수의 제1 개질 영역을 형성하는 단계;
    상기 기판 내에 상기 에너지를 인가한 후, 상기 기판의 제1 표면에 산화층을 형성하는 단계; 및
    상기 복수의 제1 개질 영역을 따라 상기 기판을 분리하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 복수의 제1 개질 영역 중 하나의 상부에 형성된 제1 연신부 및 상기 복수의 제1 개질 영역 중 하나의 하부에 형성된 제2 연신부를 포함하고, 상기 제1 연신부는 상기 복수의 제1 개질 영역과 상기 기판의 제2 표면의 사이에 형성되고, 상기 제2 연신부는 상기 복수의 제1 개질 영역과 상기 기판의 제1 표면의 사이에 형성되고, 상기 제2 연신부의 높이는 상기 제1 연신부의 높이보다 낮은,
    발광소자 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 개질 영역을 형성하기 전에, 먼저 상기 지지층을 형성하는, 발광소자 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 인가는 레이저 조사이고, 상기 레이저의 파장은 350nm ~ 1500nm일 수 있으며, 에너지는 0.05W ~ 1W일 수 있으며, 속도는 20mm/sec ~ 1000mm/sec일 수 있는, 발광소자 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 지지층을 제거하는 단계를 더 포함하는 발광소자 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판 내에 상기 에너지를 인가한 후, 다시 상기 산화층 상에 금속 반사층을 형성하는, 발광소자 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 제1 표면으로부터 상기 기판 내에 에너지를 인가하여 복수의 제2 개질 영역을 형성하되, 상기 복수의 제2 개질 영역과 상기 복수의 제1 개질 영역은 상기 기판의 제1 표면에 수직인 방향에서 서로 중첩되거나 또는 서로 중첩되지 않을 수 있는, 발광소자 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 제1 개질 영역 및 상기 복수의 제2 개질 영역 중 하나 이상은 불연속적인, 발광소자 제조방법.
  8. 제1 표면과 제2 표면을 구비하며, 상기 제1 표면과 상기 제2 표면이 서로 마주하는 기판;
    상기 기판의 제2 표면 상에 위치하는 발광적층;
    상기 기판의 제1 표면 상에 형성되고, 상기 기판의 제1 표면을 완전히 덮는 산화층; 및
    상기 기판의 내부에 형성된 복수의 제1 개질 영역
    을 포함하고,
    상기 복수의 제1 개질 영역 중 하나 상에 형성된 제1 연신부를 더 포함하고, 상기 제1 연신부는 상기 복수의 제1 개질 영역과 상기 기판의 제2 표면 사이에 형성되고, 그리고 상기 복수의 제1 개질 영역 중 하나의 하부에 형성된 제2 연신부를 더 포함하고, 상기 제2 연신부는 상기 복수의 제1 개질 영역과 상기 기판의 제1 표면의 사이에 형성되고, 상기 제2 연신부의 높이는 상기 제1 연신부의 높이보다 낮은,
    발광소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 발광적층은,
    상기 기판의 제2 표면 상에 위치하는 제1 도전형 반도체층;
    상기 제1 도전형 반도체층의 일부분에 위치하는 활성층; 및
    상기 활성층 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층을 적어도 포함하는, 발광소자.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 산화층 상에 형성된 금속층을 더 포함하는 발광소자.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 제1 개질 영역 중 하나의 너비 W는 0.1㎛ ~ 20㎛일 수 있으며, 높이 H1는 1㎛ ~ 100㎛일 수 있으며, 또는 상기 복수의 제1 개질 영역 중 하나의 하부 가장자리와 상기 기판의 제1 표면의 거리는 1㎛ ~ 200㎛일 수 있는, 발광소자.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제1 연신부의 높이는 0.1㎛ ~ 200㎛일 수 있는, 발광소자.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 기판의 내부에 형성되는 복수의 제2 개질 영역을 더 포함하고, 상기 복수의 제1 개질 영역과 상기 복수의 제2 개질 영역은 상기 기판의 제1 표면에 수직인 방향에서 서로 중첩되거나 또는 서로 중첩되지 않을 수 있는, 발광소자.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 제1 개질 영역 및 상기 복수의 제2 개질 영역 중 하나 이상은 불연속적인, 발광소자.
  15. 삭제
  16. 삭제
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