KR101679397B1 - 수직형 발광 소자 제조 방법 - Google Patents
수직형 발광 소자 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
성장 기판의 상면 전체에 발광 구조체를 형성하기 위한 화합물 반도체층의 일부분을 형성하는 단계; 상기 형성된 화합물 반도체층을 부분적으로 노출시키며 서로 이격된 개구부와 다수의 발광셀 영역을 한정하며 서로 연결되는 격벽을 가지는 절연층을 상기 화합물 반도체층에 형성하는 단계; 상기 노출된 화합물 반도체층위에 발광 구조체를 구성하기 위한 화합물 반도체층의 나머지 부분을 형성하여, 상기 격벽에 의해 한정된 발광셀 영역에 발광셀별로 격리된 발광 구조체를 형성하는 단계; 상기 발광 구조체위에 지지기판을 접합시키는 단계; 상기 화합물 반도체층으로부터 상기 성장 기판을 분리하는 단계; 및 상기 화합물 반도체층위에 전극을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 성장 기판은 상기 화합물 반도체층을 성장시키기 위한 기판인 수직형 발광소자 제조 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 수직형 발광소자 제조에 관한 것으로, 상세하게는 수직형 발광소자의 제조시에 화합물 반도체층의 손상을 최소화하고 발광셀의 측면 모양을 다양화하여 광추출을 개선시키는 수직형 발광소자 제조 방법에 관한 것이다.
III-V족 화합물 반도체는 고속 및 고온 전자제품들, 광 방출기 및 광 검출기 등의 응용제품들에서 우수한 성능을 제공한다. 특히, 질화물 화합물 반도체에 포함되어 있는 갈륨 나이트라이드(GaN)는 청색 레이저 및 청색 파장의 스펙트럼을 방출하는 발광 다이오드에 요구되는 밴드갭을 가지고 있어, 이에 대한 연구가 많이 진행되어 왔으며, 그 사용이 증가하고 있다. 또한, 알루미늄 나이트라이드(AlN), 인디움 나이트라이드(InN) 및 갈륨 나이트라이드(GaN)의 얼로이(alloy)는 가시영역 전범위에 걸친 스펙트럼을 제공하여 다양한 발광소자에 사용된다.
일반적으로, 발광소자는 제 1 도전형 반도체층과 제 2 도전형 반도체층 및 이들 반도체층 사이에 개재된 활성층을 갖는 발광 다이오드를 구비한다. 발광 다이오드는 활성층에서 전자와 정공의 재결합에 의해 광이 발생되어 외부로 방출된다.
발광 다이오드의 광효율을 개선하기 위해 두 가지의 주요한 접근이 시도되고 있다. 첫째는 결정질(crystal quality) 및 에피층 구조에 의해 결정되는 내부 양자 효율(internal quantum efficiency)을 증가시키는 것이고, 둘째는 광 추출 효율(light extraction efficiency)을 증가시키는 것이다.
최근, 전자와 정공의 재결합 거리를 단축하여 발광 다이오드 내에서 에너지 손실을 감소시키기 위한 수직형 발광소자(vertical Light Emitting Device)가 개시된 바 있다.
도 1 내지 도 5는 종래의 수직형 발광 소자의 제조방법을 보여준다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 종래의 수직형 발광 소자의 제조방법은 성장 기판(11)위에 버퍼층, 언도프트 반도체층, 제 1 반도체층, 활성층, 제 2 반도체층을 포함하는 화합물 반도체층(12)을 형성하고(도 1), 그 위에 접합층(13)을 형성한다(도 2). 이후, 접합층(13)위에 지지기판(14)을 본딩한 후(도 3), LLO(Laser lift Off) 기법에 의해 성장 기판(11)에 레이저를 조사함으로써 버퍼층을 분해하여 성장 기판(11)을 분리해내고(도 4), 전극(15)을 형성한다(도 5).
그러나, 종래의 방식으로 수직형 발광소자를 제작하는 경우 LLO(Laser lift Off) 공정시 기판(11)과 화합물 반도체층(12)사이에 발생한 충격파를 완충시켜 주는 층이 존재하지 않아 화합물 반도체층에 크랙이 발생하는 등의 물리적인 손상이 많이 발생된다.
일반적으로 사용되는 녹색, 청색 이하의 단파장을 발광하는 화합물 반도체층(12)을 위한 성장 기판(11)으로는 사파이어, 실리콘카바이드 등이 사용되고 있다. 하지만 이러한 성장 기판(11)은 상부의 화합물 반도체층들(12)과 열팽창계수 차이가 나서 고온에서 성장 후 상온으로 돌아왔을 때에 열팽창계수 차이로 인한 휨 등의 현상이 있다.
이러한 차이는 일반적으로 성장 기판(11)의 두께가 상부의 화합물 반도체층들(12)보다 수십 배 크기 때문에 잘 나타나지는 않지만 이로 인한 스트레스는 상부의 화합물 반도체층(12)에 남아 있다.
지지기판(14)으로 사용되는 성장 기판은 성장 기판(11)보다 전기 전도도가 우수하고 열전도성 또한 우수한 기판을 사용하지만 이러한 기판의 열팽창 계수는 성장 기판(11)과 화합물 반도체층(12)의 열팽창계수 차이보다 일반적으로 크다.
지지기판(14)과 성장 기판(11)에 성장된 화합물 반도체층들(12)과의 접합은 반도체층의 성장온도보다 상대적으로 낮은 온도에서 진행되지만(200℃에서 400℃) 물질과의 열팽창계수차이가 크기 때문에 이로 인한 스트레스나 휨 등의 현상이 심할 수 있다.
상기 지지기판(14)의 접합은 고온 고압에서 진행되는 공정으로 성장 기판(11)과 지지기판(14)을 고압으로 눌러준 상태에서 열을 가하게 된다. 이때 성장기판(11)과 화합물 반도체층(12)은 성장시의 열팽창계수 및 격자상수 차이로 인하여 평평한 상태를 이루지 못하고 기판의 일부가 오목 또는 볼록한 상태를 갖고 있다. 이러한 형태로 인하여 화합물 반도체층(12)과 지지기판(14)의 접합 시에 내부에 미세한 기포가 형성되어 잔류하는 문제점이 있다.
한편, 지지기판(14)으로 화합물 반도체층(12)과 열팽창 계수가 유사한 기판을 사용하는 경우에도 그 재료 및 공정에 한계가 많기 때문에 사용에 제약이 따른다.
본 발명이 해결하려는 과제는 수직형 발광소자를 제작할 때 LLO(Laser lift Off)를 이용하여 기판을 분리하는 공정에서 화합물 반도체층의 손상을 최소화하여 발광 효율을 개선시키는데 있다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는 지지기판과 화합물 반도체층의 접합시에 발생할 수 있는 문제점을 해결하여 발광 효율을 개선시키는데 있다.
본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 수직형 발광 소자의 제조 공정을 간소화시키는데 있다.
본 발명의 일측면에 의하면, 성장 기판의 상면 전체에 발광 구조체를 형성하기 위한 화합물 반도체층의 일부분을 형성하는 단계; 상기 형성된 화합물 반도체층을 부분적으로 노출시키며 서로 이격된 개구부와 다수의 발광셀 영역을 한정하며 서로 연결되는 격벽을 가지는 절연층을 상기 화합물 반도체층에 형성하는 단계; 상기 노출된 화합물 반도체층위에 발광 구조체를 구성하기 위한 화합물 반도체층의 나머지 부분을 형성하여, 상기 격벽에 의해 한정된 발광셀 영역에 발광셀별로 격리된 발광 구조체를 형성하는 단계; 상기 발광 구조체위에 지지기판을 접합시키는 단계; 상기 화합물 반도체층으로부터 상기 성장 기판을 분리하는 단계; 및 상기 화합물 반도체층위에 전극을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 성장 기판은 상기 화합물 반도체층을 성장시키기 위한 기판인 수직형 발광소자 제조 방법이 제공된다.
상기 절연층을 상기 화합물 반도체층에 형성하는 단계는, 상기 화합물 반도체층의 일부분을 형성한 이후에 형성된 화합물 반도체층위에 포토레지스트층을 형성하는 단계; 다수의 발광셀 영역을 한정하는 패턴을 가진 마스크를 이용하여, 상기 패턴에 의해 상기 포토레지스트층에 한정되는 상기 발광셀 영역을 제외한 부분을 에칭하여 상기 형성된 화합물 반도체층을 노출시키는 제1 개구부를 형성하는 단계; 상기 노출된 상기 화합물 반도체층의 일부층으로부터 상기 제1 개구부의 표면까지 절연층을 형성하는 단계; 및 상기 포토레지스트층을 제거하여 상기 절연층에 상기 화합물 반도체층을 노출시키는 제2 개구부와, 다수의 발광셀 영역을 한정하는 격벽을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 화합물 반도체층의 일부분은 상기 발광 구조체를 형성하기 위한 하부 반도체층, 활성층, 상부 반도체층중 하부 반도체층일 수 있다.
상기 화합물 반도체층의 일부분은 상기 발광 구조체를 형성하기 위한 버퍼층, 하부 반도체층, 활성층, 상부 반도체층 중 버퍼층일 수 있다.
상기 지지기판을 접합시키는 단계는, 챔버내에서 상기 지지기판의 접합을 위한 압력을 가하는 공정을 포함하되, 고온의 챔버 상부에 압력을 가하는 판의 이동을 통하여 접합공정 중에만 압력을 가하고 접합 이후에는 압력을 제거하는 공정을 포함할 수 있다.
상기 지지기판을 접합시키는 단계는, 챔버내에서 상기 지지기판의 접합을 위한 압력을 가하는 공정을 포함하되, 상기 지지기판과 상기 성장 기판을 양쪽에서 고정시켜 주는 홀더의 형태로 작용하여 고온 분위기의 챔버와 별도로 분리 가능하여 접합 후 상온에서도 압력을 유지시켜 줄 수 있는 형태의 공정을 포함할 수 있다.
상기 성장 기판을 분리하는 단계는, 열팽창 계수 차이에 의한 휨을 완화시키기 위하여 상기 성장 기판을 올려놓는 홀더에 휨이 완화될 수 있을 정도의 가열하는 공정을 포함할 수 있다.
상기 성장 기판을 분리하는 단계는, 상기 성장 기판에 레이저를 조사하되, 상기 성장 기판이 분리되는 과정에서 발생하는 가스와 충격에 의한 상기 지지기판과 화합물 반도체층의 파손을 감소시키기 위하여 상기 성장 기판과 상기 지지기판을 고정시켜 주는 홀더를 장착한 상태로 공정을 진행할 수 있다.
상기 지지기판은 반도체 기판 또는 금속 기판일 수 있다.
상기 절연층의 격벽은 표면에 요철이 형성될 수 있다.
상기 수직형 발광 소자 제조 방법은 상기 절연층을 기준으로 분리 공정을 수행하여 상기 절연층의 격벽에 의해 둘러싸인 발광 구조체를 포함하는 개별 소자로 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 절연층의 형상은 정방형, 평행사변형, 벌집형, 요철형중 어느 하나의 단면을 가지도록 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 절연층에 의해 한정된 각 발광셀 영역내에서 화합물 반도체층들이 성장됨에 따라, LLO(Laser lift Off)를 이용하여 기판을 분리하는 공정에서 각 발광셀 영역을 한정하는 절연층에 의해 화합물 반도체의 손상을 최소화함으로써, 발광 효율을 개선시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 절연층에 의해 한정된 각 발광셀 영역내에서 화합물 반도체층들이 성장된 후 지지기판이 접합됨에 따라, 지지기판과 화합물 반도체층의 접합시에 발생할 수 있는 문제점을 해결하여 발광 효율을 개선시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 미리 절연층에 의해 한정된 각 발광셀 영역내에서 화합물 반도체층들이 각 발광셀별로 분리되어 성장되기 때문에, LLO(Laser lift Off)를 이용하여 성장 기판을 분리하는 공정후 절연층을 각 발광셀별로 분리하여 개별 소자로 완성할 수 있음에 따라 각 발광셀의 화합물 반도체층이 개별 소자로 분리하는 공정에서 제거되어 낭비되거나 손상되는 것을 방지할 수 있어 자원의 효율적인 이용과 발광 효율 개선을 달성할 수 있다.
본 발명에 의하면, 미리 절연층에 의해 한정된 각 발광셀 영역내에서 화합물 반도체층들이 각 발광셀별로 분리되어 성장되기 때문에, LLO(Laser lift Off)를 이용하여 성장 기판을 분리하는 공정후 절연층을 각 발광셀별로 분리하면 패시베이션층이 형성된 개별 수직형 발광소자가 완성됨에 따라, 종래에 각 개별 소자를 완성한 후 개별 소자를 보호하기 위한 별도의 패시베이션층을 형성하는 공정이 생략되어 수직형 발광 소자의 제조 공정을 간소화시킬 수 있다.
도 1 내지 도 5는 종래의 수직형 발광 소자의 제조방법을 보여준다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 발광소자의 제조 공정을 설명하기 위한 공정 순서도이다.
도 7 내지 도 17은 그 제조 공정에 따른 공정 단면도이다.
도 18 내지 도 21은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 수직형 발광 소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 발광소자의 제조 공정을 설명하기 위한 공정 순서도이다.
도 7 내지 도 17은 그 제조 공정에 따른 공정 단면도이다.
도 18 내지 도 21은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 수직형 발광 소자를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 층 및 영역의 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 발광소자의 제조 공정을 설명하기 위한 공정 순서도이고, 도 7 내지 도 17은 그 제조 공정에 따른 공정 단면도이다. 여기에서는 수직형 발광소자중에서 질화물 반도체 소자를 제조 공정을 설명하도록 한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 질화물 반도체층을 형성하기 위한 공정 챔버(미도시됨)내에 성장 기판(110)을 준비한다(S1). 성장 기판(110)은 그 위에 형성될 질화물 반도체층과 유사한 격자상수를 갖는다. 성장 기판(110)은 예를 들면, 사파이어(Al2O3), 실리콘(Si), 스피넬(spinel), 탄화실리콘(SiC), 산화아연(ZnO), 갈륨비소(GaAs), 갈륨인(GaP), 리튬-알루미나(LiAl2O3), 질화붕소(BN), 질화알루미늄(AlN) 또는 질화갈륨(GaN) 기판일 수 있으며, 성장 기판(110) 상에 형성될 화합물 반도체층의 물질에 따라 선택될 수 있다. 질화갈륨계 반도체층을 형성할 경우, 상기 성장 기판(110)은 사파이어 또는 탄화실리콘(SiC) 기판이 주로 사용되고 있다.
이어서, 상기 성장 기판(110) 상에 화합물 반도체층의 일부를 형성한다(S2). 화합물 반도체층의 일부는 하부 반도체층(120a)일 수 있다. 또한, 하부 반도체층(120a)을 형성하기 전, 성장 기판(110) 상에 버퍼층이 형성될 수 있다.
버퍼층은 성장 기판(110)과 그 위에 형성될 하부 반도체층(120a)의 격자부정합을 완화하기 위해 형성되며, 예컨대 질화갈륨(GaN) 또는 질화알루미늄(AlN)으로 형성될 수 있다. 상기 성장 기판(110)이 도전성 기판인 경우, 상기 버퍼층은 절연층 또는 반절연층으로 형성되는 것이 바람직하며, AlN 또는 반절연 GaN로 형성될 수 있다.
하부 반도체층(120a)은 질화갈륨 계열의 반도체 물질 즉, (B, Al, In, Ga)N로 형성될 수 있다. 하부 반도체층은 금속유기화학기상증착(MOCVD), 분자선 성장(molecular beam epitaxy) 또는 수소화물 기상 성장(hydride vapor phase epitaxy; HVPE) 기술 등을 사용하여 성장될 수 있다.
여기서, 하부 반도체층(120a)은 n형, 또는 p형일 수 있다. 질화갈륨 계열의 화합물 반도체층에서, n형 반도체층은 불순물로 예컨대 실리콘(Si)을 도핑하여 형성될 수 있으며, p형 반도체층은 불순물로 예컨대 마그네슘(Mg)을 도핑하여 형성될 수 있다.
도 6 및 도 8을 참조하면, 이후 하부 반도체층(120a)위에 포토 레지스트층(130)을 형성한다(S3). 이때, 형성되는 포토 레지스트층(130)의 두께는 이후의 공정에서 하부 반도체층(120a)위에 형성될 활성층, 상부 반도체층, 매개 금속층의 두께에 해당하거나 좀더 높은 두께이다.
도 6 및 도 9를 참조하면, 포토 레지스트층(130)을 부분적으로 에칭하여 각 발광셀 영역별로 개구부(131)를 형성한다(S4). 상기 개구부(131)를 형성하기 위한 에칭은 예컨대, ICP-RIE가 사용될 수 있다.
도 6 및 도 10을 참조하면, 포토 레지스트층(130)에 개구부(131)가 형성된 후에도 에칭을 계속적으로 진행하여 하부 반도체층(120a)에도 개구부(131)가 연장되어 형성될 수 있게 한다(S5). 이때, 하부 반도체층(120a)에 개구부(131)를 형성하기 위한 에칭은 개구부(131)에 의해 성장 기판(110)이 드러나기 전에 중지되어야 한다. 즉, 개구부(131)의 바닥면과 성장 기판(110) 사이에 하부 반도체층(120a)의 일부가 남아있는 상태에서 에칭이 중지되어야 한다. 한편, 성장 기판(110)과 하부 반도체층(120)사이에 버퍼층이 형성되는 다른 실시예에서는 개구부(131)의 바닥면과 성장 기판(110) 사이에 버퍼층의 일부가 남아있는 상태에서 에칭이 중지되는 것이 바람직하다. 개구부(131)에 의해 성장 기판(110)이 드러나는 것은 본 발명에 의한 개선 효과를 극대화시키는데 바람직하지는 않다. 그러나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니고 개구부(131)에 의해 성장 기판(110)이 드러나는 경우에도 본 발명에 의한 개선 효과를 부분적으로 달성할 수 있다. 이러한 사항에 대하여는 추후에 상세하게 설명하도록 한다.
도 6 및 도 11을 참조하면, 개구부(131)내에 채워지는 절연층(140)을 형성한다(S6). 절연층(140)은 고온에서도 좀처럼 변형이 일어나지 않는 특성을 가지는 절연성 물질일 수 있다. 절연층(140)은 예컨대, SiO2, SiN일 수 있다. 절연층(140)은 개구부(131)의 바닥면에서 시작하여 개구부(131)의 표면까지 형성될 수 있다. 절연층(140)의 두께는 이후의 공정에서 하부 반도체층(120a)위에 형성될 활성층, 상부 반도체층, 매개 금속층의 두께에 해당하는 두께이다.
도 6 및 도 12를 참조하면, 절연층(140)만을 남겨두고 포토 레지스트층(130)을 제거하여 하부 반도체층(120a)을 노출시킨다(S7). 이에 따라, 하부 반도체층(120a)의 상부에 남아 있는 절연층(140)이 격벽을 이루고, 절연층(140)에는 하부 반도체층(120a)이 노출된 절연층 개구부(141)가 형성된다. 개구부(141)는 하부 반도체층(120a)을 부분적으로 노출시키며 서로 이격되어 있다. 한편, 개구부(141)를 제외한 절연층(141)의 격벽은 발광셀 영역을 한정하며 서로 연결되어 있다.
도 6 및 도 13을 참조하면, 절연층 개구부(141)에 의해 노출된 하부 반도체층(120a)위에 활성층(120b), 상부 반도체층(120c), 매개 금속층(120d)을 포함하는 화합물 반도체층의 나머지 부분을 형성하는 공정이 수행될 수 있다(S8).
활성층(120b) 및 상부 반도체층(120c)은 각각 질화갈륨 계열의 반도체 물질 즉, (B, Al, In, Ga)N로 형성될 수 있다. 상기 활성층(120b) 및 상부 반도체층(120c)은 금속유기화학기상증착(MOCVD), 분자선 성장(molecular beam epitaxy) 또는 수소화물 기상 성장(hydride vapor phase epitaxy; HVPE) 기술 등을 사용하여 단속적으로 연속적으로 성장될 수 있다.
여기서, 상부 반도체층(120c)은 n형 또는 p형이다. 질화갈륨 계열의 화합물 반도체층에서, n형 반도체층은 불순물로 예컨대 실리콘(Si)을 도핑하여 형성될 수 있으며, p형 반도체층은 불순물로 예컨대 마그네슘(Mg)을 도핑하여 형성될 수 있다. 매개금속층(120d)은 화합물 반도체층(120)을 지지기판(150)과 접합시키기 위한 층이다. 매개금속층(120d)는 오믹 반사층, 보호층, 접합층을 포함할 수 있다.
여기에서는, 절연층 개구부(141)에 의해 노출된 하부 반도체층(120)위에 활성층(150), 상부 반도체층(120c)을 형성하는 공정이 수행되는 것에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 다른 실시예에서는 절연층 개구부(141)에 의해 노출된 하부 반도체층(120a)위에 추가적으로 하부 반도체층(120a)을 더 형성한 후에 활성층(120b), 상부 반도체층(120c)을 형성하는 공정이 수행될 수 도 있다.
도 6 및 도 14를 참조하면, 매개금속층(120d)위에 지지기판(150)을 접합시킨다(S9).
지지기판(150)은 Si, Ge, GaAs, Cu를 포함하는 금속 기판, Al을 포함하는 금속기판, Ni을 포함하는 금속기판 등이 사용될 수 있다. 그 외에도 지지기판(150)은 W, W 합금, Mo, Cu, Cu 합금 등과 같은 금속 기판을 이용할 수 있다. 그 이외에도 지지기판(150)은 사파이어(Al2O3), 실리콘(Si), 스피넬(spinel), 탄화실리콘(SiC), 산화아연(ZnO), 갈륨비소(GaAs), 갈륨인(GaP), 리튬-알루미나(LiAl2O3), 질화붕소(BN), 질화알루미늄(AlN) 또는 질화갈륨(GaN) 기판일 수 있다.
성장 기판(110)상에서 절연층(140)에 의해 발광셀별로 구분된 상태로 형성된 화합물 반도체층(120)위에 지지기판(150)이 접합됨에 따라, 화합물 반도체층(120)과 지지기판(150)사이의 접합에 절연층(140)이 완충 역할을 하여 견고하게 지지해줌으로 인해 후속 공정을 수행할 때 화합물 반도체층(120)이 휘는 것을 막을 수 있다.
성장 기판(110)과 지지기판(150) 사이에 형성된 화합물 반도체층(120)내에, 성장 기판(110), 화합물 반도체층(120), 지지기판(150) 사이의 열팽창계수 차이로 인한 공정간의 스트레스를 완화할 수 있는 연성을 가진 절연층(140)이 형성되어 있음에 따라. 지지기판(150)의 접합에 따른 열처리시 또는 그 이후 공정에서 절연층(140)이 성장 기판(110), 화합물 반도체층(120), 지지기판(150) 사이의 열팽창계수 차이로 인한 공정간의 스트레스를 효과적으로 완화시킬 수 있어 화합물 반도체층의 손상 및 휨현상을 억제시킬 수 있다.
지지기판(150)을 접합하기 위하여는 고온의 분위기가 필요하며, 접합이 용이하게 이루어지게 하기 위하여 압력이 가해질 수 있다. 압력은 고온의 챔버 상부에 압력을 가하는 판의 이동을 통하여 접합공정 중에만 압력을 가하고 접합 이후에는 압력을 제거하는 공정일 수 있다.
또는 압력을 가하는 공정은 지지기판(150)과 성장 기판(110)을 양쪽에서 고정시켜 주는 홀더의 형태로 작용하여 고온 분위기의 챔버와 별도로 분리 가능하여 접합 후 상온에서도 압력을 유지시켜 줄 수 있는 형태의 공정일 수 있다.
지지기판(150)의 접합 후 성장 기판(110)을 제거하는 공정은 연마 공정 또는 레이저 리프트 오프 공정이 사용될 수 있으며, 열팽창 계수 차이에 의한 휨을 완화시키기 위하여 성장 기판(110)을 올려놓는 홀더에 휨이 완화될 수 있을 정도의 가열하는 공정을 더할 수 있으며, 또한 레이저 리프트 오프 공정에서는 성장 기판(110)이 분리되는 과정에서 발생하는 가스와 충격에 의한 지지기판(150)과 화합물 반도체층(120)의 파손을 감소시키기 위하여 성장 기판(110)과 지지기판(150)을 고정시켜 주는 홀더를 장착한 상태로 공정을 진행할 수 있다.
도 6 및 도 15를 참조하면 지지기판(150)이 형성된 후 LLO(Laser lift Off) 공정을 통해 성장 기판(110) 방향으로 레이저를 조사하여 성장 기판(110)을 분리하여 제거한다(S10). 이때, 레이저는 성장 기판(110)의 에너지 밴드갭 보다 작은 에너지를 갖고, 버퍼층의 에너지 밴드갭보다 큰 에너지를 갖도록 선택된다.
성장 기판(110)쪽에서 레이저를 조사하면 성장 기판(110)이 투광성 성장 기판이므로, 성장 기판(110)과 버퍼층의 계면에서 흡수된 에너지에 의해 버퍼층이 분해(decomposition)되어 성장 기판(110)이 분리된다. 분리된 화합물 반도체층(120)의 하부면은 세정될 수 있다. 이에 따라, 화합물 반도체층(120)로부터 성장 기판(110)의 분리가 완료된다. LLO(Laser lift Off) 공정시 화합물 반도체층(120)내에 발광셀 영역별로 형성된 절연층(140)이 완충 역할을 하여 화합물 반도체층(120)의 물리적 손상을 완화시켜 준다.
앞에서 도 10과 관련하여, 하부 반도체층(120a)에 개구부(131)를 형성하기 위한 에칭은 개구부(131)에 의해 성장 기판(110)이 드러나기 전에 중지되어야 하는 것에 대하여 설명되었다. 즉, 개구부(131)의 바닥면과 성장 기판(110) 사이에 하부 반도체층(120a)의 일부가 남아있는 상태 또는 버퍼층의 일부가 남아있는 상태에서 에칭이 중지되는 것이 바람직하다고 설명되었다.
만약, 개구부(131)에 의해 성장 기판(110)이 드러나고, 성장 기판(110)위에 절연층(140)이 형성되는 경우에는, 화합물 반도체층(120)으로부터 성장 기판(110)을 분리하는 공정에서 절연층(140)과 성장 기판(110)의 분리가 이루어져야 한다. 그렇지만, 절연층(140)과 성장 기판(110)의 분리는 하부 반도체층(120a)이나 버퍼층으로부터 성장 기판(110)이 분리되는 것보다 용이하지 않다. 즉, 성장 기판(110)이 절연층(140)으로부터 분리되는 과정에서 성장 기판(110) 또는 하부 반도체층(120a)에 약간의 손상을 줄 수 도 있다. 따라서, 절연층(140)은 성장 기판(110)과 직접적으로 접촉하지 않도록 형성되는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니고, 개구부(131)에 의해 성장 기판(110)이 드러나서, 절연층(140)이 성장 기판(110)에 접촉하는 경우에도 본 발명에 의한 개선 효과를 부분적으로 달성할 수 있다. 즉, 절연층(140)에 접촉한 성장 기판(110)의 분리 공정에서 수반되는 약간의 어려움을 감안할지도, 절연층(140)이 화합물 반도체층(120)내에 형성됨으로 인해 지지기판(150)의 접합 공정과 그 밖의 공정에서 화합물 반도체층(120)에 미칠 수 있는 여러가지 손상의 요인들이 차단될 수 있는 효과는 유효한 것이다.
도 6 및 도 16을 참조하면, 하부 반도체층(120a)의 일면을 노출시키고 노출된 일면에 전극 패드(160)을 형성한다(S11).
도 6 및 도 17을 참조하면, 각 발광셀별로 형성된 화합물 반도체층(120)을 개별소자로 분리하기 위해 절연층(140)을 기준으로 하여 분리 공정을 수행한다(S12). 분리 공정을 위해 레이저 공정이 사용될 수 있다.
도 18 내지 도 21은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 수직형 발광 소자를 설명하기 위한 도면으로서, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 수직형 발광 소자의 상부면을 보여준다.
도 18 내지 도 21을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 수직형 발광 소자에서 화합물 반도체층(120)을 각 발광셀별로 구분하고 있는 절연층(140)의 형상은 정방형(도 18), 평행사변형(도 19), 벌집형(도 20), 요철형(도 21)으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 형성되는 각 발광 소자는 정방형, 평행사변형, 벌집형, 또는 요철형 단면을 가질 수 있다.
각 발광 소자는 그 단면이 정방형, 평행 사변형, 벌집형, 요철형중 어느 형태를 가지느냐에 따라 해당 발광 소자의 방사각이 얼마든지 달라질 수 있다. 따라서, 필요에 따라 절연층의 형상을 결정함으로써 발광소자의 측면 모양을 다양하게 하여 다양한 방사각을 가지는 발광 소자의 제작이 가능하다.
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.
110 : 성장 기판 120: 화합물 반도체층
120a: 하부 반도체층 120b: 활성층
120c : 상부 반도체층 120d : 매개 금속층
130: 포토레지스트층 131 : 개구부
140: 절연층 141 : 절연층 개구부
150 : 지지기판
120a: 하부 반도체층 120b: 활성층
120c : 상부 반도체층 120d : 매개 금속층
130: 포토레지스트층 131 : 개구부
140: 절연층 141 : 절연층 개구부
150 : 지지기판
Claims (12)
- 성장 기판의 상면 전체에 발광 구조체를 형성하기 위한 화합물 반도체층의 일부분을 형성하는 단계;
상기 형성된 화합물 반도체층을 부분적으로 노출시키며 서로 이격된 개구부와 다수의 발광셀 영역을 한정하며 서로 연결되는 격벽을 가지는 절연층을 상기 화합물 반도체층에 형성하는 단계;
상기 노출된 화합물 반도체층위에 발광 구조체를 구성하기 위한 화합물 반도체층의 나머지 부분을 형성하여, 상기 격벽에 의해 한정된 발광셀 영역에 발광셀별로 격리된 발광 구조체를 형성하는 단계;
상기 발광 구조체위에 지지기판을 접합시키는 단계;
상기 화합물 반도체층으로부터 상기 성장 기판을 분리하는 단계; 및
상기 화합물 반도체층위에 전극을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 성장 기판은 상기 화합물 반도체층을 성장시키기 위한 기판인 수직형 발광소자 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 절연층을 상기 화합물 반도체층에 형성하는 단계는,
상기 화합물 반도체층의 일부분을 형성한 이후에 형성된 화합물 반도체층위에 포토레지스트층을 형성하는 단계;
다수의 발광셀 영역을 한정하는 패턴을 가진 마스크를 이용하여, 상기 패턴에 의해 상기 포토레지스트층에 한정되는 상기 발광셀 영역을 제외한 부분을 에칭하여 상기 형성된 화합물 반도체층을 노출시키는 제1 개구부를 형성하는 단계;
상기 노출된 상기 화합물 반도체층의 일부층으로부터 상기 제1 개구부의 표면까지 절연층을 형성하는 단계;
상기 포토레지스트층을 제거하여 상기 절연층에 상기 화합물 반도체층을 노출시키는 제2 개구부와, 다수의 발광셀 영역을 한정하는 격벽을 형성하는 단계를 포함하는 수직형 발광소자 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 화합물 반도체층의 일부분은 상기 발광 구조체를 형성하기 위한 하부 반도체층, 활성층, 상부 반도체층중 하부 반도체층인 것을 특징으로 하는 수직형 발광소자 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 화합물 반도체층의 일부분은 상기 발광 구조체를 형성하기 위한 버퍼층, 하부 반도체층, 활성층, 상부 반도체층 중 버퍼층인 것을 특징으로 하는 수직형 발광소자 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 지지기판을 접합시키는 단계는,
챔버내에서 상기 지지기판의 접합을 위한 압력을 가하는 공정을 포함하되,
고온의 챔버 상부에 압력을 가하는 판의 이동을 통하여 접합공정 중에만 압력을 가하고 접합 이후에는 압력을 제거하는 공정을 포함하는 수직형 발광 소자 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 지지기판을 접합시키는 단계는,
챔버내에서 상기 지지기판의 접합을 위한 압력을 가하는 공정을 포함하되,
상기 지지기판과 상기 성장 기판을 양쪽에서 고정시켜 주는 홀더의 형태로 작용하여 고온 분위기의 챔버와 별도로 분리 가능하여 접합 후 상온에서도 압력을 유지시켜 줄 수 있는 형태의 공정을 포함하는 수직형 발광 소자 제조 방법. - 청구항 1에 있어서, 상기 성장 기판을 분리하는 단계는,
열팽창 계수 차이에 의한 휨을 완화시키기 위하여 상기 성장 기판을 올려놓는 홀더에 휨이 완화될 수 있을 정도의 가열하는 공정을 포함하는 수직형 발광 소자 제조 방법. - 청구항 1에 있어서, 상기 성장 기판을 분리하는 단계는,
상기 성장 기판에 레이저를 조사하되, 상기 성장 기판이 분리되는 과정에서 발생하는 가스와 충격에 의한 상기 지지기판과 화합물 반도체층의 파손을 감소시키기 위하여 상기 성장 기판과 상기 지지기판을 고정시켜 주는 홀더를 장착한 상태로 공정을 진행하는 것을 특징으로 하는 수직형 발광 소자 제조 방법. - 청구항 1에 있어서, 상기 지지기판은 반도체 기판 또는 금속 기판인 것을 특징으로 하는 수직형 발광 소자 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 절연층의 격벽은 표면에 요철이 형성된 것을 특징으로 하는 수직형 발광 소자 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 절연층을 기준으로 분리 공정을 수행하여 상기 절연층의 격벽에 의해 둘러싸인 발광 구조체를 포함하는 개별 소자로 분리하는 단계를 더 포함하는 수직형 발광 소자 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 절연층의 형상은 정방형, 평행사변형, 벌집형, 요철형중 어느 하나의 단면을 가지도록 형성된 것을 특징으로 하는 수직형 발광 소자 제조 방법.
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Legal Events
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |