KR20080028070A - 수직형 발광 다이오드 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

수직형 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법이 개시된다. 이 방법은 희생 기판 상에 제1 도전형 화합물 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 화합물 반도체층을 포함하는 화합물 반도체층들을 형성하는 것을 포함한다. 상기 화합물 반도체층들 상에 도전성 기판이 형성되고, 상기 도전성 기판 상에 스크라이빙 라인들을 정의하는 금속패턴들이 형성된다. 이어서, 상기 화합물 반도체층들로부터 상기 희생 기판을 분리하여 제1 도전형 화합물 반도체층이 노출되고, 상기 제1 도전형 화합물 반도체층 상에 전극 패드가 형성된다. 그 후, 상기 스크라이빙 라인들을 따라 상기 도전성 기판을 절단하여 개별 발광 다이오드 칩들로 분리된다. 상기 금속패턴들은 스크라이빙 라인을 따라 분리되어 있어, 희생 기판으로부터 화합물 반도체층들을 분리할 때, 화합물 반도체층들 및 도전성 기판이 휘는 문제를 방지하며, 도전성 기판을 절단하는 공정을 용이하게 한다.

수직형 발광 다이오드, 금속 패턴, 하위 패턴(sub-pattern)

Description

수직형 발광 다이오드 및 그 제조방법{VERTICAL LIGHT EMITTING DIODE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}

도 1은 종래기술에 따른 수직형 발광 다이오드 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

도 3은 본 발명의 실시예들에 적용가능한 금속패턴들을 설명하기 위한 평면도들이다.

본 발명은 수직형 발광 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 휨(bowing) 방지용 금속패턴을 채택한 수직형 발광 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN) 등과 같은 Ⅲ족 원소의 질화물은 열적 안정성이 우수하고 직접 천이형의 에너지 밴드(band) 구조를 갖고 있어, 최근 청색 및 자외선 영역의 발광소자용 물질로 많은 각광을 받고 있다. 특히, 질 화갈륨(GaN)을 이용한 청색 및 녹색 발광 소자는 대규모 천연색 평판 표시 장치, 신호등, 실내 조명, 고밀도광원, 고해상도 출력 시스템과 광통신 등 다양한 응용 분야에 활용되고 있다.

이러한 III족 원소의 질화물 반도체층, 특히 GaN은 그것을 성장시킬 수 있는 동종의 기판을 제작하는 것이 어려워, 유사한 결정 구조를 갖는 이종 기판에서 금속유기화학기상증착법(MOCVD) 또는 분자선 증착법(molecular beam epitaxy; MBE) 등의 공정을 통해 성장된다. 이종기판으로는 육방 정계의 구조를 갖는 사파이어(Sapphire) 기판이 주로 사용된다. 그러나, 사파이어는 전기적으로 부도체이므로, 발광 다이오드 구조를 제한하며, 기계적 화학적으로 매우 안정하여 절단 및 형상화(shaping) 등의 가공이 어렵다. 이에 따라, 최근에는 사파이어와 같은 이종기판 상에 질화물 반도체층들을 성장시킨 후, 이종기판을 분리하여 수직형 구조의 발광 다이오드를 제조하는 기술이 연구되고 있다.

도 1은 종래기술에 따른 수직형 발광 다이오드 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

도 1 (a)를 참조하면, 사파이어 기판과 같은 희생기판(11) 상에 질화갈륨 계열의 화합물 반도체층들이 차례로 성장된다. 상기 화합물 반도체층들은 제1 도전형 반도체층(15), 활성층(17) 및 제2 도전형 반도체층(19)을 포함한다. 또한, 상기 제1 도전형 반도체층(15)과 희생기판(11) 사이에 일반적으로 버퍼층(13)이 개재된다.

도 1 (b)를 참조하면, 상기 화합물 반도체층들 상에 도전성 기판(21)이 부착된다. 상기 도전성 기판(21)은 일반적으로 접합층(23)에 의해 상기 도전성 기 판(21) 상에 부착된다. 한편, 도전성 기판(21)과 화합물 반도체층들 사이에 반사층(도시하지 않음)이 또한 개재될 수 있다.

도 1 (c)를 참조하면, 상기 화합물 반도체층들로부터 희생기판(11)이 분리된다. 이때, 버퍼층(13)도 함께 제거되고, 제1 도전형 화합물 반도체층(15)이 노출된다. 상기 희생기판(11)은 주로 레이저 리프트 오프(laser lift-off) 공정을 사용하여 화합물 반도체층들로부터 분리될 수 있으며, 다른 방법의 기계적 화학적 방법 등을 통해 분리될 수 있다. 그 후, 노출된 제1 도전형 화합물 반도체층(15) 상에 전극 패드(17)가 형성되고, 도전성 기판(21)을 절단함으로써 개별 발광 다이오드 칩들이 완성된다.

종래기술에 따르면, 열방출 성능이 우수한 도전성 기판(21)을 채택함으로써, 발광 다이오드의 발광 효율을 개선할 수 있으며, 수직형 구조의 발광 다이오드를 제공할 수 있다. 그러나, 희생기판(11)을 분리한 후에, 화합물 반도체층들과 희생기판(11) 사이의 격자 부정합에 따른 잔류응력(residual stress) 및 도전성 기판(21)과 화합물 반도체층들 사이의 열팽창 계수의 차이 등에 기인하여, 화합물 반도체층들의 휨이 발생한다.

상기 휨 현상은 도전성 기판의 열팽창 계수나 두께를 조절함으로써 어느정도 해결할 수 있다. 그러나, 도전성 기판의 열팽창 계수를 조절하는 것이 어려우며, 특히 전기 전도성이 우수한 금속 도전성 기판을 채택할 경우, 열팽창 계수를 조절하기 위해 합금기술을 사용하여 금속 원소들의 조성비를 조절할 것이 요구된다. 또한, 도전성 기판이 두꺼워지면, 도전성 기판의 절단 공정이 어려워지며, 레이저를 사용하여 도전성 기판을 절단하는 경우, 레이저 파워가 증가하고, 금속 부산물이 많이 발생하여 칩을 오염시키게 된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 희생기판을 분리할 때, 화합물 반도체층의 휨을 방지할 수 있으며, 또한 도전성 기판의 절단 공정이 용이한 수직형 발광 다이오드 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 개별 발광 다이오드 칩으로 분리된 후에도, 발광 다이오드의 휨을 방지할 수 있는 발광 다이오드 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 화합물 반도체층들의 휨을 방지할 수 있는 수직형 발광 다이오드를 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 이루기 위해, 본 발명의 일 태양은 수직형 발광 다이오드 제조방법을 제공한다. 이 방법은 희생 기판 상에 제1 도전형 화합물 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 화합물 반도체층을 포함하는 화합물 반도체층들을 형성하는 것을 포함한다. 상기 화합물 반도체층들 상에 도전성 기판이 형성되고, 상기 도전성 기판 상에 스크라이빙 라인들을 정의하는 금속패턴들이 형성된다. 이어서, 상기 화합물 반도체층들로부터 상기 희생 기판을 분리하여 제1 도전형 화합물 반도체층이 노출되고, 상기 제1 도전형 화합물 반도체층 상에 전극 패드가 형성된다. 그 후, 상기 스크라이빙 라인들을 따라 상기 도전성 기판을 절단하여 개별 발광 다이 오드 칩들로 분리된다. 상기 금속패턴들은 스크라이빙 라인을 따라 분리되어 있어, 희생 기판으로부터 화합물 반도체층들을 분리할 때, 화합물 반도체층들 및 도전성 기판이 휘는 문제를 방지하며, 도전성 기판을 얇게 할 수 있어 절단 공정을 용이하게 한다.

상기 금속패턴들 각각은 단면상에서 서로 이격된 하위 패턴들을 가질 수 있다. 따라서, 개별 발광 다이오드 칩들로 분리된 후에도, 각 칩들의 휨을 더욱 방지할 수 있다.

한편, 상기 금속패턴들은 도금기술을 사용하여 형성될 수 있다. 이에 따라, 선택적으로 금속물질을 도금하여 금속패턴들을 용이하게 형성할 수 있다.

본 발명의 다른 태양은 수직형 발광 다이오드를 제공한다. 이 발광 다이오드는 도전성 기판을 포함한다. 상기 도전성 기판 상에 화합물 반도체층들이 위치한다. 상기 화합물 반도체층들은 제1 도전형 화합물 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 화합물 반도체층을 포함한다. 한편, 상기 화합물 반도체층들에 대향하여 상기 도전성 기판 상에 금속패턴이 위치한다. 상기 금속패턴은 상기 도전성 기판의 영역 내에 한정되어 위치한다. 또한, 상기 도전성 기판에 대향하여 상기 화합물 반도체층들 상에 전극패드가 위치한다. 본 태양에 따르면, 도전성 기판 상에 금속패턴이 위치하여 발광 다이오드의 휨을 방지한다. 또한, 상기 금속패턴이 도전성 기판의 영역 내에 한정되므로, 단일의 도전성 기판을 사용하여 복수개의 발광 다이오드들을 용이하게 제공할 수 있다.

한편, 상기 금속패턴은 단면상에서 서로 이격된 하위 패턴들을 가질 수 있 다. 따라서, 금속패턴에 의한 응력을 감소시킬 수 있어 화합물 반도체층들의 휨을 더욱 방지할 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 발광 다이오드 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이고, 도 3은 본 발명의 실시예들에 적용 가능한 금속패턴을 설명하기 위한 평면도들이다.

도 2 (a)를 참조하면, 희생기판(51) 상에 화합물 반도체층들이 형성된다. 상기 희생기판(51)은 일반적으로 사파이어 기판이나, 다른 이종기판일 수 있다. 한편, 상기 화합물 반도체층들은 제1 도전형 화합물 반도체층(55), 활성층(57) 및 제2 도전형 화합물 반도체층(59)을 포함한다. 상기 화합물 반도체층들은 III-N 계열의 화합물 반도체층들로, 금속유기화학기상증착법(MOCVD) 또는 분자선 증찹법(molecular beam epitaxy; MBE) 등의 공정에 의해 성장될 수 있다. 상기 제1 도전형 및 제2 도전형은 N형 및 P형, 또는 P형 및 N형을 나타낸다.

한편, 상기 화합물 반도체층들을 형성하기 전, 버퍼층(53)이 형성될 수 있다. 버퍼층(53)은 희생기판(51)과 화합물 반도체층들의 격자 부정합을 완화하기 위 해 채택되며, 일반적으로 질화갈륨 계열의 물질층일 수 있다.

도 2 (b)를 참조하면, 상기 화합물 반도체층들 상에 도전성 기판(61)이 형성된다. 상기 도전성 기판(61)은 Si, GaAs, GaP, AlGaINP, Ge, SiSe, GaN, AlInGaN 또는 InGaN 등의 기판이나, Al, Zn, Ag, W, Ti, Ni, Au, Mo, Pt, Pd, Cu, Cr 또는 Fe의 단일 금속 또는 이들의 합금 기판을 상기 화합물 반도체층들 상에 부착하여 형성될 수 있다. 이때, 상기 도전성 기판(61)은 접합층(63)을 통해 상기 화합물 반도체층들에 부착될 수 있으며, 반사층(도시하지 않음)이 상기 도전성 기판(61)과 화합물 반도체층들 사이에 개재될 수 있다. 한편, 상기 도전성 기판(61)은 도금기술을 사용하여 형성될 수 있다. 즉, 상기 화합물 반도체층들 상에 도금기술을 사용하여 Cu 또는 Ni 등의 금속을 도금함으로써 도전성 기판(61)이 형성될 수 있다.

상기 도전성 기판(61)의 열팽창 계수는 합금 기술을 사용하여 제어될 수 있으나, 필수적인 것은 아니다. 또한, 상기 도전성 기판(61)은, 휨을 방지하기 위한 종래기술과 달리, 두꺼울 필요가 없다.

한편, 레이저 리프트 오프(LLO) 기술을 사용하여 희생 기판(51)을 분리할 경우, 화합물 반도체층들 표면이 손상되는 문제가 발생할 수 있다. 이는 레이저의 에너지에 의해 희생기판(51)과 제1 도전형 화합물 반도체층(55)의 계면이 고온으로 가열되고, 이에 따라 버퍼층(53)이 분해되면서 가스가 발생하기 때문인 것으로 보인다. 따라서, 레이저 리프트 오프 공정에서 발생한 가스를 배출하기 위해, 상기 도전성 기판(61)을 형성하기 전, 상기 화합물 반도체층들을 미리 패터닝할 수 있다. 이때, 상기 화합물 반도체층들은 스크라이빙 라인을 따라 패터닝될 수 있으며, 이에 따라 개별 발광 다이오드 칩 영역들이 정의될 수 있다. 그 후, 상기 도전성 기판(61)이 형성된다.

이어서, 상기 도전성 기판(61) 상에 금속패턴들(65)이 형성된다. 상기 금속패턴들(65)은 도금기술을 사용하여 예컨대 Cu 또는 Ni 등으로 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 금속패턴들은 스크라이빙 라인(67)을 따라 서로 이격된다. 즉, 상기 금속패턴들(65)은 개별 발광 다이오드 칩 영역들 내에 위치하며, 그것에 의해 스크라이빙 라인(67)이 정의되고, 상기 도전성 기판(61)은 스크라이빙 라인(67)에서 노출된다.

한편, 상기 각 금속패턴(65)은 원통형 또는 사각 통형 등의 다각 통형상의 단일 패턴일 수 있다. 이와 달리, 상기 각 금속패턴(65)은 단면상에서 서로 이격된 하위패턴들(65a, 65b, 65c)을 가질 수 있다. 서로 이격된 상기 하위패턴들에 의해 칩 영역 내에서도 도전성 기판(61)이 노출된다. 하위 패턴들(65a, 65b, 65c)이 형성됨에 따라, 칩 영역 내에서 도전성 기판(61)의 응력을 감소시킨다.

하위 패턴들을 갖는 상기 금속패턴(65)의 다양한 형상이 도 7 (a) 내지 (c)에 예시되어 있다. 이들을 참조하면, 하위 패턴들은 동심원 그루브들에 의해 정의되거나(a), 작은 정사각통형들의 매트릭스이거나(b), 정사각통형을 중심으로 직사각형들이 배치된 것(c)일 수 있다. 이외에도 다양한 패턴들로 형성될 수 있다.

도 2 (c)를 참조하면, 희생기판(51)이 상기 화합물 반도체층들로부터 분리된다. 희생기판(51)은 레이저 리프트 오프(LLO) 기술 또는 다른 기계적 방법이나 화학적 방법에 의해 분리될 수 있다. 이때, 상기 버퍼층(53)도 함께 제거되어 제1 도 전형 화합물 반도체층(55)이 노출된다.

이어서, 전극패드들(69)이 발광 다이오드 칩 영역들 상에 형성된다. 상기 전극패드들(69)은 제1 도전형 화합물 반도체층(55)에 오믹콘택된다.

도 2 (d)를 참조하면, 스크라이빙 라인들(67)을 따라 도전성 기판(61)을 절단하여 개별 발광 다이오드 칩들로 분리함으로써 수직형 발광 다이오드가 완성된다. 여기서, 금속패턴들(65)은 스크라이빙 라인들(67)을 따라 이격되어 있으므로, 금속패턴들(65)을 절단할 필요가 없으며, 화합물 반도체층들과 함께 도전성기판(61)을 절단함으로써 개별 발광 다이오드 칩들로 분리된다. 따라서, 상대적으로 얇은 도전성 기판(61)을 레이저 등을 이용하여 절단 가공하여 개별 칩들로 분리할 수 있으므로, 절단 가공이 용이하다. 특히, 도전성 기판(61)을 형성하기 전에 미리 화합물 반도체층들을 패터닝한 경우, 도전성 기판(61)만을 절단함으로써 개별 발광 다이오드 칩들로 분리될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 도전성 기판(61) 상에 화합물 반도체층들이 위치한 수직형 발광 다이오드가 제공된다. 상기 화합물 반도체층들은 제1 도전형 화합물 반도체층(55), 활성층(57) 및 제2 도전형 화합물 반도체층(59)을 포함한다. 한편, 상기 화합물 반도체층들에 대향하여 상기 도전성 기판(61) 상에 금속패턴(65)이 위치한다. 상기 금속패턴(65)은 도전성 기판(61)의 영역 내에 한정된다. 또한, 상기 도전성 기판(61)에 대향하여 상기 화합물 반도체층들 상에 전극패드(69)가 위치한다.

상기 수직형 발광 다이오드는 도전성 기판(61) 상에 금속패턴(65)을 채택함으로써, 화합물 반도체층들이 휘는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 금속패턴(65) 은 단면상에서 서로 이격된 하위 패턴들(65a, 65b, 65c)을 가지므로, 도전성 기판(61)의 응력을 더욱 감소시킨다. 이에 따라, 화합물 반도체층들이 휘는 것을 더욱 방지할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 스크라이빙 라인을 정의하는 금속패턴들을 채택함으로써 화합물 반도체층들의 휨을 방지할 수 있으며, 아울러 절단이 필요한 도전성 기판의 두께를 증가시킬 필요가 없어 레이저 등을 이용한 칩 분리 공정이 용이하다. 이에 더하여, 상기 금속패턴들이 하위패턴들을 갖도록 형성함으로써, 개별 발광 다이오드 칩으로 분리된 후에도, 도전성 기판의 응력을 감소시킬 수 있어 발광 다이오드의 휨을 더욱 방지할 수 있다.

Claims (5)

1. 희생 기판 상에 제1 도전형 화합물 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 화합물 반도체층을 포함하는 화합물 반도체층들을 형성하고,

   상기 화합물 반도체층들 상에 도전성 기판을 형성하고,

   상기 도전성 기판 상에 스크라이빙 라인들을 정의하는 금속패턴들을 형성하고,

   상기 화합물 반도체층들로부터 상기 희생 기판을 분리하여 제1 도전형 화합물 반도체층을 노출시키고,

   상기 제1 도전형 화합물 반도체층 상에 전극 패드를 형성하고,

   상기 스크라이빙 라인들을 따라 상기 도전성 기판을 절단하여 개별 발광 다이오드 칩들로 분리하는 것을 포함하는 수직형 발광 다이오드 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 금속패턴들 각각은 단면상에서 서로 이격된 하위 패턴들을 갖는 수직형 발광 다이오드 제조방법.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 금속패턴들은 도금기술을 사용하여 형성된 수직형 발광 다이오드 제조방법.
4. 도전성 기판;

   상기 도전성 기판 상에 위치하고, 제1 도전형 화합물 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 화합물 반도체층을 포함하는 화합물 반도체층들;

   상기 화합물 반도체층들에 대향하여 상기 도전성 기판 상에 위치하되, 상기 도전성 기판의 영역 내에 한정된 금속패턴;

   상기 도전성 기판에 대향하여 상기 화합물 반도체층들 상에 위치하는 전극패드를 포함하는 수직형 발광 다이오드.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 금속패턴은 단면상에서 서로 이격된 하위 패턴들을 갖는 수직형 발광 다이오드.

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