KR20070014691A - 수직형 발광소자 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수직형 발광소자의 제조방법에 관한 것으로서, 이종기판에 복수의 발광 구조물을 상호 이격되도록 형성하는 단계; 상호 이격된 복수의 발광 구조물 각각의 상부에 개별적으로 금속막을 형성하는 단계; 금속막이 형성된 복수의 발광 구조물 상부에 결합물질을 이용해 보조기판을 접합시키는 단계; 이종기판을 제거하는 단계;및 결합물질을 제거하여 상기 보조기판으로부터 낱개의 발광소자를 분리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따르면, 각각의 발광 구조물에 개별적으로 금속막이 형성되기 때문에, 금속막의 결합 상태를 끊기 위한 별도의 공정이 필요없고, 보조기판을 접합시키는 결합물질의 제거만으로 발광소자를 용이하게 분리할 수 있으며, 따라서 생산효율을 향상시키는 효과가 있다.

수직형, 발광소자, 무전해 도금, 금속막

Description

수직형 발광소자 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING A LIGHT EMITTING DIODE FOR A VERTICAL TYPE ELECTRODE}

도 1a 내지 도 1e는 종래기술에 따른 수직형 질화갈륨계 발광소자의 제조방법을 나타내는 단면도.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 수직형 발광소자의 제조방법을 나타내는 단면도.

도 3은 발광 적층막의 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 설명>

100. 이종기판 200. 발광 적층막

200a. n-반도체층 200b. 활성층

200c. p-반도체층 200d. P-전극

200e. 고반사(HR-High Reflective)막

210. 발광 구조물 300. UBM층

400. 금속막 500. 결합물질

600. 보조기판

본 발명은 수직형 발광소자의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무전해 도금 방법을 통해 각 발광구조물 상부에 개별적으로 금속막(Metal Support)을 형성시킴으로써, 금속의 결합 상태를 끊기 위한 별도의 공정을 필요로 하지 않고, 발광소자를 보다 용이하게 확보할 수 있는 수직형 발광소자의 제조방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 금속막을 개별적으로 형성하였기 때문에, 종래의 연속적으로 금속막이 형성된 발광구조물의 분리를 위한 스크라이빙(Scribing), 익스펜딩 및 브레이킹(Expanding & Breaking)과 같은 공정시 발생할 수 있는 균열(Crack)이나 구부러짐(Bending) 결함이 발광구조물로 전이될 가능성을 근본적으로 예방하여, 종래에 비해 제조공정 단계에서 발광소자의 불량률을 낮출 수 있고, 발광소자의 생산효율을 향상시킨 것을 특징으로 한다.

통상적으로, 발광소자는 질화갈륨(GaN) 결정을 박막으로 성장시켜서 만들며, 질화갈륨 결정을 성장시키기 위해서 가장 좋은 것은 질화갈륨 기판이다.

그러나, 질화갈륨 기판은 질화갈륨 결정 성장의 어려움 등으로 인해 가격이 매우 비싸다.

그래서, 이러한 질화갈륨계 발광소자는 대부분 이종기판에 성장 되어지고, 그 이종기판은 사파이어(Al₂O₃)나 실리콘카바이드(SiC), 갈륨아세나이드(GaAs)등이 사용되어지고 있으며, 이러한 이종기판들 가운데 사파이어 기판이 현재 가장 폭넓 게 사용되고 있는 실정이다.

한편, 발광소자는 전극의 배치 구조에 따라 수평형 발광소자와 수직형 발광소자로 분류된다.

먼저, 수평형 발광소자에서 P-전극은 p-반도체층과 직접 접합되어 형성되고, N-전극은 발광 구조물의 일부분을 n-반도체층이 노출되도록 메사(Mesa) 식각한 다음, 노출된 n-반도체층 상부에 형성하는 것이 일반적이다.

통상적으로 반도체층과 금속막은 전기적 특성이 다르기 때문에, 외부로부터의 전기를 발광구조물에 안정적으로 공급하기 위해서는 그 중간에 오믹 접촉(Ohmic Contact)하는 특성을 갖는 P-전극을 증착시키는 것이 바람직하다.

이와 같이, 수평형 발광소자에서의 두 전극은 수평한 위치에 형성하게 되는데, 그 하부는 열 도전 계수나 열 발산이 낮은 사파이어 기판으로 막혀 있기 때문에, 열을 효과적으로 배출하기 어렵고, 따라서 발광소자의 수명도 짧을 수밖에 없다.

또한, 수평형 발광소자는 전극을 수평형으로 제조하여 그 구조상 칩 면적이 넓을 수 밖에 없기 때문에, 웨이퍼 단위 면적당 칩 생산 능력이 떨어지고, 패키징 공정에서도 와이어 본딩(Wire Bonding)이 복잡하여 제조비용을 증가시키는 단점이 있다.

따라서, 수평형 전극 구조의 발광소자 제조방법으로는 출력과 발광 효율을 향상시키고 양산하는 데 한계가 있다.

반면에, 수직형 발광소자는 양 전극이 소자의 상,하단에 위치하여서 빛을 한 방향으로 증폭시키는데 유리하기 때문에, 수평형 발광소자보다 광 출력과 발광 효율을 향상시키는데 훨씬 효과적이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래기술에 따른 수직형 발광소자 제조방법을 간단히 설명한다.

도 1a는 사파이어 기판(10) 상부에 상호 이격되는 복수의 발광 적층막(20)을 형성하고, 상기 복수의 발광 적층막을 감싸는 연속적인 UBM(Under Bump Metallization) 층(30)을 형성하는 공정이다.

여기서, 상기 발광 적층막은 빛이 생성되도록 하는 활성층을 포함하는 구조를 가지며, 측면에는 이후 공정인 금속막 형성시 p-반도체와 n-반도체의 단락(Short)를 방지하고, 발광 효율을 높이기 위해서 반사성을 가진 절연막이 증착된다.

도 1b는 UBM층(30) 상부에 금속막(40)을 연속적으로 형성하는 공정을 나타낸다.

이와같이 상기 금속막(40)을 형성하는 이유는, 후술할 사파이어 기판의 제거시 상부에 형성되어 있는 발광적층막과 UBM층을 지지하면서, 더불어 P-전극의 역할도 대신하기 위해서 형성하는 것이다.

일반적으로, 상기 금속막(40) 형성시 사용하는 금속은 금(Au)이나 구리(Cu)인데, 그 가운데 구리를 특히 많이 사용한다.

왜냐하면, 구리는 열,전기 전도성과 비용 및 제작의 용이성 등을 고려할 때 가장 적합하기 때문이다.

도 1c는 사파이어 기판(10)의 하부에 레이저를 조사하여 상기 발광 적층막을 포함한 구조물로부터 사파이어 기판을 분리 제거하는 레이저 리프트 오프(LLO-Laser Lift Off)공정을 나타낸다.

상기 사파이어 기판을 제거하는 공정이 필요한 이유는, 사파이어 기판은 절연체이기 때문에 하부에 수직형 발광소자로 만들기 위한 n-전극을 형성할 수가 없기 때문이다.

또한 사파이어 기판은 열 도전 계수나 열 발산이 낮기 때문에, 광 출력과 발광 효율을 높이기 위해서이기도 하다.

도 1d는 사파이어 기판(10)이 분리된 후, 상호 이격된 상기 복수의 발광 적층막(20) 사이의 금속막 상부에 절단홈(50)을 형성하기 위한 스크라이빙 공정을 나타낸다.

여기서 상기 절단홈(50)이란 연속적으로 형성되어 있는 금속막(40)이 낱개 발광소자의 분리시에 각각의 발광소자 상부를 충분히 감싼 채로 분리되도록, 다이아몬드와 같은 경도가 높은 물질로 이루어진 휠(Wheel)을 이용하여 상기 금속막(40)의 상부에 형성시켜 놓은 일정깊이의 홈으로서, 절단부위의 두께(d)를 다른 부위에 비해서 상대적으로 얇게 만들어 놓아서, 추후에 기계장치 등을 통하여 금속결합 상태를 쉽게 끊을 수 있도록 하기 위해서 형성하는 것이다.

도 1e는 금속막(40) 상부에 형성된 상기 절단홈(50)에 기계장치 등을 통해 횡과 종의 압력을 가해서 발광소자를 분리시키는 익스펜딩 및 브레이킹(Expanding & Breaking) 공정을 나타낸 것이다.

이 공정을 하기 전에 접착력과 인장력이 좋은 블루 테잎(Blue Tape)을 금속막에 비해 상대적으로 약한 발광소자의 하부에 임시적으로 부착하여, 절단과정에서 생길 수 있는 발광소자의 파손이나 긁힘으로부터 보호하는 것이 당업자들에게는 주지의 사실이다.

이 공정에서, 금속 자체의 강성이나 연성과 같은 물리적인 특성 때문에, 발광소자의 균열(Crack)이나 구부러짐(Bending)과 같은 우려가 있어서, 공정을 수월하게 진행하기가 어려워진다.

특히, 다양한 전기적 장점을 가진 구리를 금속막으로 사용하는 경우 연성 또한 너무 좋기 때문에, 익스펜딩(Expanding)시 상당한 탄성으로 반응하여서 발광소자의 분리가 더욱 수월하지 못하다.

결론적으로, 이러한 종래의 수직형 발광소자 제조방법은 상기와 같은 분리공정의 어려움에 따른 수율의 한계로 인하여, 대량생산의 공정으로써 적용하기에 부접합하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같이 발광 구조물 상부에 연속적으로 형성시킨 금속막으로 인한 소자 분리의 어려움을 해결하고, 발광소자를 보다 용이하게 확보하기 위해서, 무전해 도금 방법을 이용하여 발광 구조물마다 개별적으로 금속막을 형성시켜, 낱개 발광소자의 분리시 스크라이빙(Scribing), 익스펜딩 및 브레이킹(Expanding & Breaking) 공정과 같은 금속막 분리를 위한 공정을 필요로 하지 않으며, 따라서, 수율을 향상시킬 수 있는 수직형 발광소자의 제조방법을 제공하는 데 목적이 있다.

위와 같은 목적을 이루기 위한 본 발명에 따른 수직형 발광소자 제조방법은, 이종기판에 복수의 발광 구조물을 상호 이격되도록 형성하는 단계; 상호 이격된 상기 복수의 발광 구조물 각각의 상부에 개별적으로 금속막을 형성하는 단계; 상기 금속막이 형성된 상기 복수의 발광 구조물 상부에 결합물질을 이용해 보조기판을 접합시키는 단계; 상기 이종기판을 제거하는 단계;및 상기 결합물질을 제거하여 상기 보조기판으로부터 낱개의 발광소자를 분리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예로서 수직형 발광소자의 제조방법을 설명한다.

도 2a는 이종기판(100) 상부에 복수의 발광 구조물(210)을 상호 이격되도록 형성한 공정을 나타낸다.

상기 복수의 발광 구조물(210) 각각은 도 3을 참조하면 n-반도체층(200a), 활성층(200b), p-반도체층(200c)으로 순차적으로 적층되어지고, p-반도체층 상부는 P-전극(200d)을 포함하며, 상기 n-반도체층, 활성층, p-반도체층, P-전극의 측면에 절연성의 고반사(HR-High Reflective)막(200e)이 증착되어진 발광 적층막(200)의 외측면에 UBM(Under Bump Metallization)층(300)을 더 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 복수의 발광 구조물(210)은 질화갈륨(GaN)을 이용한 발광 구조물인 것이 바람직하다.

또한, 상기 이종기판(100)은 사파이어 기판인 것이 바람직하다.

도 2b는 복수의 발광 구조물(210) 각각의 상부에 부분적으로 금속막(400)을 형성하는 공정을 나타낸다.

이때, 상기 복수의 발광 구조물(210)의 각각의 상부라 함은, 각각의 발광 구조물(210)의 P-전극(200d)이 존재하는 영역의 UBM층(300) 상부를 말한다.

종래의 수직형 발광소자의 제조시에는, 웨이퍼 상의 발광 구조물 전면에 UBM층을 도포하여 전면 통전이 가능하도록 한 후, 상기 UBM층의 최상층 금속을 시드(Seed)삼아 웨이퍼 전면에 금속막을 연속적으로 형성하는 전해 도금 방법을 사용하였다.

그러나, 본 발명은 상기 복수의 발광 구조물(210) 각각의 상부에 환원 물질을 최상층으로 하는 UBM층을 전기적 연결이 되지 않도록 개별적으로 증착시킨 후, 도금액 상에서 금속막(400)이 형성되도록 하는 무전해 도금(Electroless Plating) 방법을 이용하는 것을 특징으로 한다.

무전해 도금은 전해 도금에 비해서, 도금층이 치밀하고 균일한 두께를 가지며, 도체뿐만 아니라 플라스틱이나 유기체 같은 다양한 기판에 대해서 적용할 수 있다는 장점이 있어서 다양한 분야에서 널리 쓰이는 방법이다.

또한, 상기 금속막(400)은 구리로 형성하는 것이 바람직하다.

왜냐하면 수직형 발광소자 제조시 금속막의 용도를 고려할 때, 전극으로서 열이나 전기 전도성이 탁월해야 하고, 비용 및 제작의 용이성 등을 생각해 보더라도, 여러 가지 금속 중에 구리가 가장 적합하기 때문이다.

도 2c는 금속막(400)이 형성된 상기 복수의 발광 구조물(210) 상부에 결합물 질(500)을 이용하여 보조기판(600)을 접합시키는 공정을 나타낸다.

상기 보조기판(600)이 필요한 이유는 금속막이 개별적으로 형성되어 있는 발광 구조물들 자체적으로 후술할 이종기판을 제거하는 공정을 버틸만한 기계적인 내구성이 부족하기 때문이다.

여기서, 상기 보조기판은 실리콘(Si) 또는 갈륨비소(GaAs)와 같은 웨이퍼 기판이나 금속막 웨이퍼인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 결합물질은 아세톤과 같은 유기용제로 쉽게 제거 가능한 물질가운데 하나인 것이 바람직하다.

여기서, 그러한 결합물질(500)로는 에폭시 또는 포토레지스트(Photoresist)가 사용되는 것이 바람직하다.

도 2d는 이종기판(100)을 제거하는 공정을 나타낸다.

이때, 상기 이종기판(100)은 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off) 방법을 통해 제거하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 이종기판(100)을 제거한 다음 상기 복수의 발광 구조물 하부에 N-전극을 형성하는 것이 바람직하다.

도 2e는 보조기판(600)을 분리하는 공정을 나타낸다.

여기서, 보조기판(600)은 이미 설명한 바와 같이 이종기판을 떼어내는 과정에서 발광소자의 기계적인 내구성을 임시적으로 지지해 주기 위한 역할을 하는 것이기 때문에, 이종기판을 제거한 이후 공정에서는 더 이상 필요가 없다.

이러한 보조기판은 발광소자에 접착시키기 위해 사용했던 결합물질(500)의 제거를 통해 간단하게 분리할 수 있다.

또한, 앞서 언급한 것처럼 상기 결합물질(500)은 아세톤과 같은 유기용제로 쉽게 제거 가능하다.

이와 같이, 본 발명은 각각의 발광소자에 금속막을 개별적으로 형성하기 때문에, 금속의 결합 상태를 끊기 위해서 종래와 같은 스크라이빙(Scribing), 익스펜딩 및 브레이킹(Expanding & Breaking) 공정을 하지 않더라도 수직형 발광소자를 용이하게 분리할 수 있다.

한편, 이러한 결과로 금속막의 균열(Crack)이나 구부러짐(Bending) 결함이 발광구조물로 전이될 가능성이 낮아져, 종래에 비해 제조공정 단계에서 소자의 불량률이 저하되고, 생산효율을 향상시키는 효과가 있다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 발명의 구성을 상세히 설명하였지만, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다.

본 발명은 상기한 바와 같이 무전해 도금 방법을 통해 각 발광구조물 상부에 개별적으로 금속막을 형성시키기 때문에, 종래의 스크라이빙(Scribing), 익스펜딩 및 브레이킹(Expanding & Breaking) 공정과 같이 금속의 결합 상태를 끊기 위한 공정을 필요로 하지 않고, 이로 인해 금속막의 균열(Crack)이나 구부러짐(Bending) 결함이 발광구조물로 전이될 가능성이 낮아져, 종래에 비해 제조공정 단계에서 소자의 불량률이 저하되고, 생산효율을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 상기한 바와 같이 이종기판을 제거하기 전에 발광소자들을 지지하기 위해 발광소자와 보조기판 사이를 결합물질로 채워서 임시적으로 접합시키므로써, 이종기판을 제거할 때 발광소자가 기계적인 내구성을 갖도록 충분히 보조할 수 있고, 추후에 결합물질과 보조기판을 간단히 제거 가능하므로, 용이하게 발광소자를 분리 및 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 필요한 부분에만 선택적으로 금속막을 형성하기 때문에, 불필요한 금속의 낭비를 줄일 수 있고, 따라서, 생산 비용의 절감 효과도 있다.

이와 같이, 본 발명은 대량생산에 적합한 수직형 발광소자의 제조방법을 제공한다.

Claims (10)

1. 이종기판에 복수의 발광 구조물을 상호 이격되도록 형성하는 단계;

   상호 이격된 상기 복수의 발광 구조물 각각의 상부에 개별적으로 금속막을 형성하는 단계;

   상기 금속막이 형성된 상기 복수의 발광 구조물 상부에 결합물질을 이용해 보조기판을 접합시키는 단계;

   상기 이종기판을 제거하는 단계;및

   상기 결합물질을 제거하여 상기 보조기판으로부터 낱개의 발광소자를 분리하는 단계;를 포함하는 수직형 발광소자 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 복수의 발광 구조물은,

   질화갈륨(GaN)계 발광 구조물인 것을 특징으로 하는 수직형 발광소자 제조방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 복수의 발광 구조물 각각은,

   n-반도체층, 활성층, p-반도체층으로 순차적으로 적층되어지고, p-반도체층 상부는 P-전극을 포함하며, 상기 n-반도체층, 활성층, p-반도체층, P-전극의 측면 에 절연성의 고반사(HR-High Reflective)막이 증착되어진 발광 적층막의 외측면에 UBM(Under Bump Metallization)층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 발광소자 제조방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 이종기판은,

   사파이어 기판인 것을 특징으로 하는 수직형 발광소자 제조방법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 금속막을 형성하는 단계는,

   무전해 도금 방법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 수직형 발광소자 제조방법.
6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 금속막은,

   구리(Cu)로 형성하는 것을 특징으로 하는 수직형 발광소자 제조방법.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 결합물질은,

   에폭시 또는 포토레지스트(Photoresist)인 것을 특징으로 하는 수직형 발광 소자 제조방법.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 보조기판은,

   실리콘(Si) 또는 갈륨비소(GaAs)와 같은 웨이퍼 기판인 것을 특징으로 하는 수직형 발광소자 제조방법.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 보조기판은,

   금속막 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 수직형 발광소자 제조방법.
10. 제 1항에 있어서,

    상기 이종기판을 제거하는 방법은,

    레이저 리프트 오프(Laser Lift Off)방법인 것을 특징으로 하는 수직형 발광소자 제조방법.

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